CN116859531A - 一种硅光有源通信光缆及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅光有源通信光缆及电子设备，涉及有源通信光缆领域，硅光收发芯片在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件，光学透镜组件在接收到硅光收发芯片生成的光信号时会将硅光收发芯片生成的光信号传输至多模光纤，此外，光学透镜组件在接收到多模光纤传输的光信号时会将多模光纤传输的光信号传输至硅光收发芯片，硅光收发芯片在接收到多模光纤传输的光信号后会将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至线路侧，硅光收发芯片将自身生成的光信号垂直发射，并通过光学透镜组件对多模光纤传输的光信号进行接收，具有耦合容差大、效率高、封装简单的技术优势。

Description

一种硅光有源通信光缆及电子设备

技术领域

本发明涉及有源通信光缆领域，特别涉及一种硅光有源通信光缆及电子设备。

背景技术

现有技术中硅光芯片主要采用单模光纤端面耦合的方式，由于单模光纤与硅光耦合器模斑面积小，因而导致对耦合精度及容差要求较大，其封装复杂度和成本要高于VCSEL(垂直发射激光器)阵列的方案，无法发挥硅光芯片低成本的技术优势。因此需要开发新型的简易、低成本封装方法，将硅光技术应用于短距离AOC(Active Optical Cable，有源通信光缆)场景中。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅光有源通信光缆及电子设备，硅光收发芯片将自身生成的光信号垂直发射，并通过光学透镜组件对多模光纤传输的光信号进行接收，具有耦合容差大、效率高、封装简单的技术优势。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种硅光有源通信光缆，包括多模光纤、光学透镜组件和硅光收发芯片；其中，

所述光学透镜组件，分别与所述硅光收发芯片以及所述多模光纤连接，用于在接收到所述硅光收发芯片生成的光信号时，将所述硅光收发芯片生成的光信号传输至所述多模光纤；在接收到所述多模光纤传输的光信号时，将所述多模光纤传输的光信号传输至所述硅光收发芯片；

所述硅光收发芯片，与线路侧连接，用于在接收到所述线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至所述光学透镜组件，在接收到所述多模光纤传输的光信号时将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至所述线路侧。

可选的，所述光学透镜组件，包括：

第一45度反射镜，入射端与所述多模光纤连接，出射端与接收端透镜的输入端连接，用于将所述多模光纤传输的光信号转向45度，并将转向后的所述多模光纤传输的光信号传输至所述接收端透镜；

所述接收端透镜，输出端与所述硅光收发芯片的输入端连接，用于接收转向后的所述多模光纤传输的光信号并对其进行准直，并将准直后的所述多模光纤传输的光信号传输至所述硅光收发芯片；

发射端透镜，输入端与所述硅光收发芯片的输出端连接，输出端与第二45度反射镜的入射端连接，用于接收所述硅光收发芯片生成的光信号并对其进行准直，并将准直后的所述硅光收发芯片生成的光信号传输至所述第二45度反射镜；

第二45度反射镜，出射端与所述多模光纤连接，用于将所述准直后的所述硅光收发芯片生成的光信号转向45度，并将转向后的所述硅光收发芯片生成的光信号传输至所述多模光纤。

可选的，所述硅光收发芯片，包括光电探测器芯片和硅光发射芯片；其中，

所述光电探测器芯片，与所述光学透镜组件连接，用于在接收到所述多模光纤传输的光信号时，将所述多模光纤传输的光信号转换成相应的电信号；

所述硅光发射芯片，分别与所述光学透镜组件及所述线路侧连接，用于将所述光电探测器芯片转换后的电信号传输至所述线路侧，在接收到所述线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至所述光学透镜组件。

可选的，所述硅光发射芯片为所述硅光芯片，所述硅光芯片分别与所述光学透镜组件、所述光电探测器芯片及所述线路侧连接，用于在接收到所述线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至所述光学透镜组件，以及将所述光电探测器芯片转换后的电信号传输至所述线路侧。

可选的，所述硅光芯片，包括预先设有若干IO通信接口的焊盘、硅光集成电路和光耦合器；其中，

所述焊盘，与所述光电探测器芯片以及所述线路侧连接，用于接收所述线路侧传输的电信号以及将所述光电探测器芯片转换后的电信号传输至所述线路侧；

所述硅光集成电路，输入端与所述焊盘连接，输出端与所述光耦合器连接，用于将所述线路侧传输的电信号转换为相应的光信号；

所述光耦合器，分别与所述硅光集成电路及所述光学透镜组件连接，用于将所述硅光集成电路转换后的光信号耦合传输至所述光学透镜组件。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，包括如上述所述的硅光有源通信光缆及壳体，所述硅光有源通信光缆设置于所述壳体内。

本发明的目的是提供一种硅光有源通信光缆及电子设备，硅光收发芯片在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件，光学透镜组件在接收到硅光收发芯片生成的光信号时会将硅光收发芯片生成的光信号传输至多模光纤，此外，光学透镜组件在接收到多模光纤传输的光信号时会将多模光纤传输的光信号传输至硅光收发芯片，硅光收发芯片在接收到多模光纤传输的光信号后会将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至线路侧，硅光收发芯片将自身生成的光信号垂直发射，并通过光学透镜组件对多模光纤传输的光信号进行接收，具有耦合容差大、效率高、封装简单的技术优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种硅光有源通信光缆的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种硅光有源通信光缆的结构示意图；

图3为本发明提供的一种硅光芯片的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种硅光有源通信光缆及电子设备，硅光收发芯片将自身生成的光信号垂直发射，并通过光学透镜组件对多模光纤传输的光信号进行接收，具有耦合容差大、效率高、封装简单的技术优势。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种硅光有源通信光缆的结构示意图，包括多模光纤1、光学透镜组件2和硅光收发芯片3；其中，

光学透镜组件2，分别与硅光收发芯片3以及多模光纤1连接，用于在接收到硅光收发芯片3生成的光信号时，将硅光收发芯片3生成的光信号传输至多模光纤1；在接收到多模光纤1传输的光信号时，将多模光纤1传输的光信号传输至硅光收发芯片3；

本发明中，光学透镜组件2会在接收到硅光收发芯片3生成的光信号后，将硅光收发芯片3生成的光信号传输至多模光纤1，且在接收到多模光纤1传输的光信号后，将多模光纤1传输的光信号传输至硅光收发芯片3，准确的将多模光纤1传输过来的光信号传输进硅光收发芯片3中，并将硅光收发芯片3传输过来的光信号传输进多模光纤1中，且满足了硅光收发芯片3接收光信号的要求及多模光纤1接收光信号的要求，而且采用垂直光信号发射和接收的方法，利用单颗光学透镜阵列完成光学耦合，使得封装简单、耦合效率高。

需要说明的是，光学透镜组件2阵列的方式支持可插拔多模光纤1阵列组件应用，更适合AOC产品封装。

硅光收发芯片3，与线路侧连接，用于在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件2，在接收到多模光纤1传输的光信号时将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至线路侧。

本发明中，硅光收发芯片3在接收到线路侧传输的电信号时会生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件2，在接收到多模光纤1传输的光信号时会将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至线路侧，准确的完成光电信号的转换，并成功将线路侧传输的电信号转换成相应的光信号，进而通过多模光纤1传输至另外的线路侧中，完成服务器之间的信息交互。

需要说明的是，AI(Artificial Intelligence，人工智能)集群应用的高速发展推动了全球市场对带宽和宽带网络迫切需求的需求。有源通信光缆作为连接服务器与交换机的主要通道，被大量的用于数据中心内部互联。随着数据中心容量的提升，对有源光缆的传输速率需求也大幅的提升，同时对有源光缆的功耗要求也更为苛刻。目前，服务器的单通道传输速率已经从50Gbit/s升级到100Gbit/s，传统的垂直发射激光器(VCSEL)方案在带宽和工艺上遇到了较大的技术挑战，硅光技术是一种将调制器、探测器、无源滤波器等器件集成在一颗硅基芯片上的技术。采用8寸或者12寸的硅基晶圆进行加工，利用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)兼容的加工工艺，具有集成度高、成本低的特点，在100Gbit/s每通道的速率的AOC应用中具有独特的优势。

还需要说明的是，本发明的技术方案是通过硅光光栅阵列，将经过硅光芯片调制后的光信号垂直发射出硅光芯片表面，之后通过透镜组件进行光束准直、转向后耦合至多模光纤1内进行传输。

还需要说明的是，利用多模光纤1替换传统的单模光纤耦合方案，耦合容差大，封装成本低。

本实施例提供了一种硅光有源通信光缆，硅光收发芯片3在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件2，光学透镜组件2在接收到硅光收发芯片3生成的光信号时会将硅光收发芯片3生成的光信号传输至多模光纤1，此外，光学透镜组件2在接收到多模光纤1传输的光信号时会将多模光纤1传输的光信号传输至硅光收发芯片3，硅光收发芯片3在接收到多模光纤1传输的光信号后会将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至线路侧，硅光收发芯片3将自身生成的光信号垂直发射，并通过光学透镜组件2对多模光纤1传输的光信号进行接收，具有耦合容差大、效率高、封装简单的技术优势。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本发明提供的另一种硅光有源通信光缆的结构示意图，作为一种可选的实施例，光学透镜组件2，包括：

第一45度反射镜，入射端与多模光纤1连接，出射端与接收端透镜的输入端连接，用于将多模光纤1传输的光信号转向45度，并将转向后的多模光纤1传输的光信号传输至接收端透镜；

接收端透镜，输出端与硅光收发芯片3的输入端连接，用于接收转向后的多模光纤1传输的光信号并对其进行准直，并将准直后的多模光纤1传输的光信号传输至硅光收发芯片3；

发射端透镜，输入端与硅光收发芯片3的输出端连接，输出端与第二45度反射镜的入射端连接，用于接收硅光收发芯片3生成的光信号并对其进行准直，并将准直后的硅光收发芯片3生成的光信号传输至第二45度反射镜；

第二45度反射镜，出射端与多模光纤1连接，用于将准直后的硅光收发芯片3生成的光信号转向90度，并将转向后的硅光收发芯片3生成的光信号传输至多模光纤1。

本发明中，光学透镜组件2包括第一45度反射镜、接收端透镜、发射端透镜及第二45度反射镜，第一45度反射镜的作用是将多模光纤1传输的光信号转向45度，并将转向后的多模光纤1传输的光信号传输至接收端透镜，并经过接收端透镜的准直后，将准直后的光信号传输至硅光收发芯片3，而发射端透镜的作用是接收硅光收发芯片3生成的光信号并对其进行准直，并将准直后的硅光收发芯片3生成的光信号传输至第二45度反射镜，并通过第二45度反射镜将准直后的光信号转向90度，并传输至多模光纤1，因为硅光收发芯片3可以接收到的是垂直方向的光信号，而多模光纤1传输的光信号是水平方向的，所以需要通过第一45度反射镜进行转向，相应的，多模光纤1可以接收到的是水平方向的光信号，而硅光收发芯片3传输的光信号是垂直方向的，所以需要通过第二45度反射镜进行转向，此外，还需要接收端透镜及发射端透镜的准直作用，降低了光信号在传输中受到的损耗，满足光信号传输的要求，提高了方案的可靠性。

作为一种可选的实施例，硅光收发芯片3，包括光电探测器芯片和硅光发射芯片；其中，

光电探测器芯片，分别与光学透镜组件2及硅光发射芯片连接，用于在接收到多模光纤1传输的光信号时，将多模光纤1传输的光信号转换成相应的电信号；

硅光发射芯片，分别与光学透镜组件2及线路侧连接，用于将光电探测器芯片转换后的电信号传输至线路侧，在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件2。

本发明中，硅光收发芯片3包括光电探测器芯片和硅光发射芯片，其中光电探测器芯片的作用是将多模光纤1传输的光信号转换成相应的电信号，而硅光发射芯片的作用是将光电探测器芯片转换后的电信号传输至线路侧，并在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件2，保证了方案的完整性，此外，光电探测器芯片还具有响应度高、速度高、灵敏度高、线性度高以及稳定性高等优点。

作为一种可选的实施例，硅光发射芯片为硅光芯片，硅光芯片分别与光学透镜组件2、光电探测器芯片及线路侧连接，用于在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至光学透镜组件2，以及将光电探测器芯片转换后的电信号传输至线路侧。

本发明中，硅光发射芯片为硅光芯片，硅光芯片在接收到线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号传输至光学透镜组件2，以及将光电转换模块转换后的电信号传输至线路侧，而且硅光芯片集成度高、成本低、传输速率高。

作为一种可选的实施例，硅光芯片，包括预先设有若干IO通信接口的焊盘、硅光集成电路和光耦合器；其中，

焊盘，与光电探测器芯片以及线路侧连接，用于接收线路侧传输的电信号以及将光电探测器芯片转换后的电信号传输至线路侧；

本发明中，焊盘上预先设有若干IO通信接口，焊盘是通过这部分IO通信接口进行电信号的传输，而且电信号的传输是单向的，所以只能接收线路侧传输的电信号以及将光电探测器芯片转换后的电信号传输至线路侧，保证了方案的可靠性。

硅光集成电路，输入端与焊盘连接，输出端与光耦合器连接，用于将线路侧传输的电信号转换为相应的光信号；

光耦合器，分别与硅光集成电路及光学透镜组件2连接，用于将硅光集成电路转换后的光信号耦合传输至光学透镜组件2。

本发明中，硅光集成电路在接收到线路侧传输的电信号后会将其转换为相应的光信号，并传输至光耦合器，进而通过光耦合器的耦合作用将硅光集成电路转换后的光信号耦合传输至光学透镜组件2，其中，光耦合器单向信号传输，输入输出端子之间完全电气隔离，输出信号对输入无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无接触，使用寿命长，传输效率高。

需要说明的是，接收端的光电探测器芯片通过贴片的方式键合到硅光芯片表面，通过芯片表面预先设计的标志点对贴片位置进行对齐。之后通过同一颗光学透镜组件2，将多模光纤1传输的光信号进行转向、汇聚至光电探测器芯片表面，将光信号转换成电信号，即通过键合光电探测器芯片至硅光芯片表面的技术方法，利用硅光芯片制作标志点，从而提升贴装精度。之后采用同一颗光学透镜组件2完成收端元件的耦合，硅光芯片的具体结构如图3所示，其中光纤阵列为多模光纤1。

本发明还提供了一种电子设备对应的实施例，包括如上述的硅光有源通信光缆及壳体，硅光有源通信光缆设置于壳体内。

本实施例提供的电子设备，与上述硅光有源通信光缆对应，故具有与上述硅光有源通信光缆相同的有益效果，因此电子设备部分的实施例请参见硅光有源通信光缆部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种硅光有源通信光缆，其特征在于，包括多模光纤、光学透镜组件和硅光收发芯片；其中，

所述光学透镜组件，分别与所述硅光收发芯片以及所述多模光纤连接，用于在接收到所述硅光收发芯片生成的光信号时，将所述硅光收发芯片生成的光信号传输至所述多模光纤；在接收到所述多模光纤传输的光信号时，将所述多模光纤传输的光信号传输至所述硅光收发芯片；

所述硅光收发芯片，与线路侧连接，用于在接收到所述线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至所述光学透镜组件，在接收到所述多模光纤传输的光信号时将其转换为相应的电信号，并将转换后的电信号传输至所述线路侧。

2.如权利要求1所述的硅光有源通信光缆，其特征在于，所述光学透镜组件，包括：

第一45度反射镜，入射端与所述多模光纤连接，出射端与接收端透镜的输入端连接，用于将所述多模光纤传输的光信号转向45度，并将转向后的所述多模光纤传输的光信号传输至所述接收端透镜；

所述接收端透镜，输出端与所述硅光收发芯片的输入端连接，用于接收转向后的所述多模光纤传输的光信号并对其进行准直，并将准直后的所述多模光纤传输的光信号传输至所述硅光收发芯片；

发射端透镜，输入端与所述硅光收发芯片的输出端连接，输出端与第二45度反射镜的入射端连接，用于接收所述硅光收发芯片生成的光信号并对其进行准直，并将准直后的所述硅光收发芯片生成的光信号传输至所述第二45度反射镜；

第二45度反射镜，出射端与所述多模光纤连接，用于将所述准直后的所述硅光收发芯片生成的光信号转向90度，并将转向后的所述硅光收发芯片生成的光信号传输至所述多模光纤。

3.如权利要求1或2所述的硅光有源通信光缆，其特征在于，所述硅光收发芯片，包括光电探测器芯片和硅光发射芯片；其中，

所述光电探测器芯片，分别与所述光学透镜组件及所述硅光发射芯片连接，用于在接收到所述多模光纤传输的光信号时，将所述多模光纤传输的光信号转换成相应的电信号；

所述硅光发射芯片，分别与所述光学透镜组件及所述线路侧连接，用于将所述光电转换芯片转换后的电信号传输至所述线路侧，在接收到所述线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至所述光学透镜组件。

4.如权利要求3所述的硅光有源通信光缆，其特征在于，所述硅光发射芯片为所述硅光芯片，所述硅光芯片分别与所述光学透镜组件、所述光电探测器芯片及所述线路侧连接，用于在接收到所述线路侧传输的电信号时生成相应的光信号，并将生成的光信号垂直传输至所述光学透镜组件，以及将所述光电探测器芯片转换后的电信号传输至所述线路侧。

5.如权利要求4所述的硅光有源通信光缆，其特征在于，所述硅光芯片，包括预先设有若干IO通信接口的焊盘、硅光集成电路和光耦合器；其中，

所述焊盘，与所述光电探测器芯片以及所述线路侧连接，用于接收所述线路侧传输的电信号以及将所述光电探测器芯片转换后的电信号传输至所述线路侧；

所述硅光集成电路，输入端与所述焊盘连接，输出端与所述光耦合器连接，用于将所述线路侧传输的电信号转换为相应的光信号；

所述光耦合器，分别与所述硅光集成电路及所述光学透镜组件连接，用于将所述硅光集成电路转换后的光信号耦合传输至所述光学透镜组件。

6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的硅光有源通信光缆及壳体，所述硅光有源通信光缆设置于所述壳体内。