Приемопередающий оптический модуль

Полезная модель относится к оптическим элементам, системам или приборам, а в частности, к устройствам преобразования оптического сигнала в электрический, транслирующийся в системах связи и управления.
Приемопередающий оптический модуль (ПрПОМ, модуль) обеспечивает преобразование входного оптического сигнала, передаваемого по волоконно-оптическим линям связи в дифференциальный электрический сигнал, а также осуществляет обратное преобразование входного дифференциального электрического сигнала в выходной оптический сигнал.
Приемопередающие оптоэлектронные модули включают в себя источник излучения, электронные схемы для стабилизации режимов работы источника излучения, оптический соединитель или отрезок оптического кабеля, приемник излучения, электронные схемы усиления и ограничения сигнала, оптический соединитель или отрезок оптического кабеля. Выполняются в едином конструктивном блоке.
Известны аналоги полезной модели, например, серии «РСВ Mount Transceiver» производства Glenair. Однако зачастую производительность и возможности этих устройств избыточны для частных вопросов оптического преобразования, использование которых становится экономически неоправданным.
Известен оптоволоконный приемопередающий модуль, производства АО «Центр ВОСПИ». Недостатком данного устройства является то, что на предельной рабочей скорости в 1 Гб/с динамический диапазон, по мощности, входного/выходного оптического сигнала обеспечивается в недостаточной степени для работы в локальных сетях с большими оптическими потерями. Кроме того, целесообразным является увеличение степени согласования волнового сопротивления источник/приемника с линией передачи электрического сигнала.
Наиболее близким прототипом является оптоэлектронный модуль по RU 155668. Модуль, включающий оптоэлектронный элемент, линзу и металлические контакты, смонтированные в металлическом герметичном корпусе, заполненном защитной средой, в котором размещена многослойная печатная плата.
Недостатком данного оптического модуля является наличие неоднородности волнового сопротивления, возникающей в месте подключения оптоэлектронного элемента к многослойной печатной плате, а также в месте подключения многослойной печатной платы к основанию модуля. Неоднородность волнового сопротивления в электрической линии, при распространении сигнала, приводит к отражению падающего сигнала. Отраженный сигнал складывается с падающим и искажает его, что приводит к появлению битовых ошибок и снижает максимально возможную скорость передачи данных.
Устройство, предлагаемое в качестве полезной модели, устраняет эти недостатки за счет внесения в прототип по RU 155668 конструктивных изменений: в полезную модель введены диэлектрические вставки с нормируемой диэлектрической проницаемостью 7, микрополосковый копланарный волновод на гибкой диэлектрической полимерной основе с нормируемой диэлектрической проницаемостью 4. Имеются: корпус модуля 1, электрические контакты, представляющие собой опорные ножки модуля (выводы) 2, многослойная печатная плата 3, основание модуля 5 и оптоэлектронный элемент 6.
Данное техническое решение основано на информации, полученной из источников {1}; {2}; {3}; {4}. Электрическая линия, состоит из многослойной печатной платы 3 и оптоэлектронного элемента 6, соединенных путем включения в нее микрополоскового копланарного волновода на гибкой полимерной основе 4 с нормируемой диэлектрической проницаемостью. Линия согласованна по волновому сопротивлению, определяемому расчетным путем и обусловленному геометрией проводников и диэлектрической проницаемостью диэлектрика.
Построенная таким образом линия, обеспечивает снижение неоднородности волновых сопротивлений отдельных участков тракта передачи электрического сигнала. Кроме того, устранены зоны механического напряжения, возникающие в месте пайки контактов оптоэлектронного элемента к многослойной печатной плате, по сравнению с прототипом.
Введение в конструкцию модуля диэлектрических вставок с нормируемой диэлектрической проницаемостью 7, устанавливаемых на выводы ножек модуля 2 между многослойной печатной платой 3 и основанием 5, также уменьшает неоднородность волнового сопротивления данного участка тракта, согласованность которого также определяется расчетным путем, с учетом геометрии проводников и диэлектрической проницаемостью диэлектрика.
Полезная модель ПрПОМ увеличивает количество полезного сигнала по сравнению с отраженным (соотношение сигнал/шум) по входу электронных схем усиления и ограничения сигнала, что снижает количество битовых ошибок, расширяет предел скоростей передачи данных по сравнению с аналогами. Разработанное техническое решение также, увеличивает механическую прочность конструкции и стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам за счет применения в электрической линии материалов на гибкой диэлектрической полимерной основе, устраняя зоны механического напряжения, по сравнению с аналогами.
Источники информации
1) Mizuki Shirao, Nobuo Ohata, Kenichi Uto and Hiroshi Aruga «A Cost Effective TO-CAN Packaged 10 Gbps EML Module Employing Inductance Compensation Technique» [Electronic resource]. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/6756087;
2) Jau-Ji Jou, Tien-Tsorng Shih, Cheng-Ying Wu, Zhe-Xian Su «Low-cost TO-CAN package combined with flexible and hard printed circuit boards for 25-Gb/s optical subassembly modules» [Electronic resource]. - URL: https://www.spiedigitallibrary.org/journals/optical-engineering/volume-56/issue-2/026108/Low-cost-TO-CAN-package-combined-with-flexible-and-hard/10.1117/1.OE.56.2.026108.short;
3) Mizuki Shirao, Nobuo Ohata, Nobuyuki Yasui, Kenichi Uto, Tetsuhiro Fukao, Tatsuo Hatta, Hiroshi Aruga, and Takashi Mizuochi «A 1.55-μm 40 Gbps EML TOSA Employing a Novel FPC Connection» [Electronic resource]. - URL: https://opg.optica.org/jlt/abstract.cfm?URI=jlt-32-19-3344;
4) Wataru Kobayashi; Ken Tsuzuki; Takashi Tadokoro; Takeshi Fujisawa; Naoki Fujiwara; Takayuki Yamanaka; Fumiyoshi Kano «40-Gb/s Operation of a 1.3-/1.55-μm InGaAlAs Electroabsorption Modulator Integrated With DFB Laser in Compact TO-CAN Package» [Electronic resource]. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/5735162.