具有摻鉺光纖放大器的光學(xué)收發(fā)器的制造方法
【專利說(shuō)明】具有摻鉺光纖放大器的光學(xué)收發(fā)器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年10月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.62/062576的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著光學(xué)通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘康膭≡?，需要一種適用于光學(xué)通信系統(tǒng)的光學(xué)收發(fā)器，這種光學(xué)收發(fā)器的傳輸速度遠(yuǎn)快于lOGbps，甚至有時(shí)能夠達(dá)到lOOGbps。除了運(yùn)行速度的增長(zhǎng)外，一些光學(xué)收發(fā)器具有以光的相位調(diào)制光信號(hào)的相干調(diào)制功能。這種用于調(diào)制光的相位的光學(xué)收發(fā)器或者光學(xué)通信系統(tǒng)被稱為相干光學(xué)收發(fā)器和相干光學(xué)系統(tǒng)。
[0004]在相干光學(xué)收發(fā)器中，必然要使用一種被稱為馬赫-澤德(MZ)調(diào)制器(Mach-Zehnder Modulator)的光學(xué)調(diào)制器調(diào)制光的相位。馬赫-澤德調(diào)制器通常由絕緣材料制成，比如鈮酸鋰(NbL13),原因在于絕緣材料具有很大的電光交互作用。但是，為了表現(xiàn)出足夠的交互作用，由絕緣材料制成的馬赫-澤德調(diào)制器必然會(huì)具有很大的尺寸，從而導(dǎo)致這種調(diào)制器很難安裝到外尺寸相對(duì)較小的光學(xué)收發(fā)器中。
[0005]最近開(kāi)發(fā)出主要由半導(dǎo)體材料制成的另一種馬赫-澤德調(diào)制器。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的折射率比絕緣材料的折射率更大，所以由半導(dǎo)體材料制成的馬赫-澤德調(diào)制器的尺寸更小，從而可以安裝在小尺寸的光學(xué)收發(fā)器中。但是，作為更小尺寸的代價(jià)，由半導(dǎo)體材料制成的馬赫-澤德調(diào)制器必然或者固然會(huì)表現(xiàn)出更大的光學(xué)損耗。因此，光學(xué)收發(fā)器中必須具有用來(lái)放大從馬赫-澤德調(diào)制器輸出或進(jìn)入馬赫-澤德調(diào)制器的光學(xué)信號(hào)的工具，即摻鉺光纖放大器(H)FA)類型的光學(xué)放大器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及能夠發(fā)送一個(gè)光學(xué)信號(hào)并且接收另一個(gè)光學(xué)信號(hào)的光學(xué)收發(fā)器，其中，兩個(gè)光學(xué)信號(hào)均通過(guò)雙極化正交相移鍵控(DP-QPSK)法進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明的光學(xué)收發(fā)器包括:光源、光學(xué)分束器、光學(xué)調(diào)制器、光學(xué)接收器和摻鉺光纖放大器(EDFA)。光源產(chǎn)生連續(xù)波(CW)光。光學(xué)分束器在保持CW光的偏振的同時(shí)將CW光分束為兩個(gè)部分。光學(xué)調(diào)制器調(diào)制被光學(xué)分束器分束的CW光的一個(gè)部分，并且輸出經(jīng)調(diào)制的光學(xué)信號(hào)。光學(xué)接收器使所接收的另一個(gè)光學(xué)信號(hào)與CW光的另外一個(gè)部分之間發(fā)生干涉。摻鉺光纖放大器放大經(jīng)調(diào)制的光學(xué)信號(hào)，并且將放大后的經(jīng)調(diào)制的信號(hào)作為輸出光學(xué)信號(hào)。光源、光學(xué)分束器、光學(xué)調(diào)制器和光學(xué)收發(fā)器之間通過(guò)保偏光纖(PMF)類型的相應(yīng)內(nèi)部光纖進(jìn)行光學(xué)耦入口 ο
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1示出了本申請(qǐng)的光學(xué)收發(fā)器的外觀，其中光學(xué)收發(fā)器具有尺寸符合CFP2標(biāo)準(zhǔn)的外殼；
[0008]圖2示出了從頂部觀察到的光學(xué)收發(fā)器的內(nèi)部構(gòu)造；
[0009]圖3示出了從底部觀察到的光學(xué)收發(fā)器的內(nèi)部構(gòu)造；
[0010]圖4A示意性地示出了圖1到圖3所示的光學(xué)收發(fā)器中的光學(xué)耦合系統(tǒng)，而圖4B同樣示意性地示出了摻鉺光纖放大器中的光學(xué)耦合；
[0011]圖5示出了安裝在光學(xué)收發(fā)器底部封蓋上的摻鉺光纖放大器；
[0012]圖6示出了摻鉺光纖放大器的光路布置；
[0013]圖7示出了波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光二極管(LD)的光路布置；
[0014]圖8示出了保偏分束器(PMS)周圍的光路布置；
[0015]圖9示出了智能相干接收器(ICR)周圍的光路布置；
[0016]圖10示出了馬赫-澤德調(diào)制器周圍的光路布置；
[0017]圖11是馬赫-澤德調(diào)制器的分解圖；
[0018]圖12示出了固定到頂部封蓋的馬赫-澤德調(diào)制器；
[0019]圖13是激光二極管和框體的分解圖；
[0020]圖14是設(shè)置在框體中且安裝有光學(xué)調(diào)制器和光學(xué)接收器的主板的透視圖；
[0021]圖15是摻鉺光纖放大器的分解圖；
[0022]圖16是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)插座的分解圖；以及
[0023]圖17A是裝配有多個(gè)套管的所述另一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)插座的透視圖，而圖17B是所述另一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)插座的分解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]接下來(lái)，將對(duì)根據(jù)本申請(qǐng)的光學(xué)收發(fā)器的一些實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在附圖的描述中，彼此相同或相似的數(shù)字或符號(hào)將表示相同或相似的元件，而不進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。
[0025]圖1示出了本申請(qǐng)的光學(xué)收發(fā)器的外觀，其中本發(fā)明的光學(xué)收發(fā)器符合CFP2標(biāo)準(zhǔn)，CFP2標(biāo)準(zhǔn)是用于定義在光學(xué)通信系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的光學(xué)收發(fā)器的規(guī)格和尺寸的多源協(xié)議(MSA)中的一個(gè)協(xié)議。光學(xué)收發(fā)器I具有尺寸符合CFP2標(biāo)準(zhǔn)的殼體10，即，殼體10的尺寸為長(zhǎng)91.5mm、寬41.5mm、高12.4mm。如圖1所示，本實(shí)施例的殼體10包括頂部殼體12 (或頂部封蓋)、框體14、底部殼體16 (或底部封蓋)?？蝮w14的前壁14a設(shè)置有LC插座類型的光學(xué)插座18。光學(xué)插座18設(shè)置有兩個(gè)端口，一個(gè)端口用于光學(xué)傳輸，另一個(gè)用于光學(xué)接收。因此，光學(xué)收發(fā)器I能夠以全雙工光學(xué)通信進(jìn)行操作。此外，如下所述，光學(xué)收發(fā)器I可以用于DP-QPSK(雙極化正交相移鍵控)算法的調(diào)制系統(tǒng)，其中，進(jìn)入光學(xué)收發(fā)器I的光學(xué)信號(hào)所包括的多重性為4，S卩，其中兩重處于光的相位，另外兩重處于偏振狀態(tài)。
[0026]在前壁14a的相應(yīng)側(cè)設(shè)置有包括支撐箍架18a和滑動(dòng)器18b的機(jī)構(gòu)，隨著支撐箍架18a的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)器18b能夠前后滑動(dòng)。因此，光學(xué)收發(fā)器I可以插入主系統(tǒng)或者從主系統(tǒng)拔出。雖然在圖1中沒(méi)有明確示出，但是光學(xué)收發(fā)器I的后端設(shè)置有電插頭。電插頭將與設(shè)置在主系統(tǒng)中的電插座配合，以建立光學(xué)收發(fā)器I與主系統(tǒng)之間的通信。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“前”或“向前”表示設(shè)置有光學(xué)插座18的方向。另一方面，術(shù)語(yǔ)“后”或“向后”對(duì)應(yīng)于與前述方向相反的方向，即對(duì)應(yīng)于設(shè)置有電插頭的方向。
[0027]圖2示出了從頂部觀察到的光學(xué)收發(fā)器I在移除頂部殼體12后的內(nèi)部構(gòu)造，而圖3示出了從底部觀察到的光學(xué)收發(fā)器I在移除底部殼體16后的內(nèi)部構(gòu)造。光學(xué)收發(fā)器I包括的光學(xué)部件有:光學(xué)插座18、波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20、保偏分束器(PMS)30、光學(xué)調(diào)制器40、光學(xué)接收器50和光學(xué)放大器60。波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20可以包括波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光二極管(LD)。光學(xué)調(diào)制器40可以是陣列波導(dǎo)調(diào)制器(AGM)和/或主要由半導(dǎo)體材料制成的馬赫-澤德調(diào)制器。光學(xué)接收器50可以是相干接收器，其通過(guò)對(duì)光學(xué)信號(hào)和從波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20發(fā)出的本振信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用來(lái)恢復(fù)信息。因?yàn)樗邮盏墓鈱W(xué)信號(hào)在其偏振態(tài)進(jìn)行多路復(fù)用，所以由波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20產(chǎn)生的光束(即，本振光束)通過(guò)保偏分束器30分束到光學(xué)調(diào)制器40和光學(xué)接收器50中。
[0028]將波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20和保偏分束器30分別設(shè)置在光學(xué)收發(fā)器I前部相應(yīng)的位置，使兩者將光學(xué)插座18夾在中間。將光學(xué)調(diào)制器40和光學(xué)接收器50并列布置在光學(xué)收發(fā)器I的后部。摻鉺光纖放大器60從光學(xué)收發(fā)器I的前部到后部地設(shè)置在這些光學(xué)部件20至50的下方。光學(xué)部件20至50與帶有內(nèi)部連接器70a至70d的一些內(nèi)部光纖相耦合，其中一些內(nèi)部光纖和一些內(nèi)部連接器70a至70d的類型分別是保偏光纖(PMF)和保偏連接器(PMC) ο
[0029]參考圖3，圖3是移除底部殼體16后觀察到的仰視圖，示出了摻鉺光纖放大器60。摻鉺光纖放大器60包括卷繞在繞線管61a上的摻鉺光纖?DF)61、栗浦激光器63、集成有光學(xué)隔離器的耦合器62、用于使摻鉺光纖61的增益特性平坦化的增益平坦濾波器(GFF) 64、可變光學(xué)衰減器(VOA) 65以及監(jiān)控光電二極管(mPD)66。這些光學(xué)部件通過(guò)內(nèi)部光纖光學(xué)耦合。光學(xué)收發(fā)器I需要將這些內(nèi)部光纖設(shè)置成不以小直徑(例如，小于15_的直徑)彎曲它們，以便即使在內(nèi)部光纖為彎曲敏感光纖的情況下也能夠避免彎曲損耗。
[0030]圖4A示意性地示出了圖1到圖2所示的光學(xué)收發(fā)器I的光學(xué)耦合系統(tǒng)。波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20產(chǎn)生被保偏分束器30分為兩束光束的本振光束。其中一束光束提供給光學(xué)調(diào)制器40，以作為待調(diào)制的連續(xù)波(CW)源。另外一束光束提供給光學(xué)接收器50，以作為將要與進(jìn)入光學(xué)收發(fā)器I的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行多分復(fù)用的本振光束。保偏分束器30與波長(zhǎng)可調(diào)諧的光源20通過(guò)保偏光纖20a和30a經(jīng)過(guò)第一保偏連接器70a進(jìn)行耦合。保偏分束器30與光學(xué)調(diào)制器40通過(guò)保偏光纖30b和40a經(jīng)過(guò)第二保偏連接器70b進(jìn)行耦合；保偏分束器30還與光學(xué)接收器50通過(guò)保偏光纖30c和50a經(jīng)過(guò)第三保偏連接器70c進(jìn)行耦合。
[0031]光學(xué)接收器50與保偏分束器30通過(guò)保偏光纖50a和30c經(jīng)過(guò)第三保偏連接器70c進(jìn)行耦合。光學(xué)接收器50通過(guò)單模光纖(SMF) 50b接收來(lái)自光學(xué)收發(fā)器I的輸入端口的光學(xué)信號(hào)，所述光學(xué)信號(hào)包含可以根據(jù)相位及偏振提取的多個(gè)信號(hào)。單模光纖50b和保偏光纖50a共同親合到光學(xué)接收器50上，這將在下文中描述。
[0032]光學(xué)調(diào)制器40設(shè)置在兩個(gè)保偏連接器70b和70d之間。保偏連接器70b與光學(xué)調(diào)制器40通過(guò)保偏光纖40a耦合，而保偏連接器70d與光學(xué)調(diào)制