滤波单元、光接收器单元、光收发器单元、系统和方法与流程

本公开涉及滤波单元、光接收器单元、包括光接收器单元和光发射器单元的系统以及在光通信系统中接收数据的方法。

背景技术：

1、光纤通信涉及将数据编码为光脉冲，光脉冲通过光纤从发射器传输到接收器。光纤通信系统被用于各种环境中以传输信息，例如用于电话和互联网通信，以及用于广播电视信号。光纤光通信系统也被广泛用于数据中心内部的连接，其中机器学习和资源分解等新兴工作负载显著增加网络需求。

2、在常规系统中，光纤与光源和光检测器的精确对准是重要的。因此，这种系统的制造成本高，需要专门的包装程序。此外，昂贵的光源和接收器，例如单模和多模激光器以及硅锗接收器通常被使用。考虑到此类组件所涉及的成本，这些系统寻求最大化每个通道(即，每个发送组件和接收组件)可以传输的数据带宽，其中示例系统每通道的带宽为50到100gbps。这种方法需要昂贵且复杂的数字电路来调制光源以及处理所接收的光信号。

3、在使用可见光谱中的光源的现有系统中，类似的方法被采用，其中诸如pam4(四电平脉冲幅度调制)或ofdm(正交频分复用)的复杂编码方案被采用来最大化每个通道提供的带宽。同样，这些系统需要昂贵且复杂的数字电路来编码和解码信号。可见光信号的色散会带来进一步的问题，其中不同颜色的可见光以不同速率在光纤传播，可能潜在地引起信号之间的重叠或干扰。较高速度的传输会增加色散，相应地限制了信号可以传输的距离。

4、本公开的目的是解决上述问题以及本领域技术人员根据本文的公开内容将显而易见的任何其他问题。

技术实现思路

1、根据本公开的一个方面，提供了一种光发射器单元，该光发射器单元经由多芯光纤电缆连接到光接收器单元。该光发射器单元包括：光源阵列，每个光源被配置为沿着多芯光纤电缆的相应芯传输可见光，以用于在光接收器单元的对应光电检测器阵列处被接收；以及控制器，被配置为从传输计算机系统接收数据，并且通过调制由光源阵列输出的可见光来编码和传输数据。

2、光发射器可以包括被配置为减少色散的光滤波器。

3、多个光源可以各自被配置为与光接收器单元的光电检测器阵列的对应光电检测器形成通信信道。控制器还可以被配置为调制由光源阵列输出的可见光，以编码数据并在多个通信信道上并行地传输数据。控制器还可以被配置为在至少一个通信信道上与数据并行地传输控制信息。控制信息可以包括时钟转发信息、训练序列信息或冗余信息。控制器可以被配置为使用开关键控(ook)编码方案(例如，非归零编码方案)编码数据。

4、每个光源可以被配置为在多芯光纤电缆的多个芯中传输可见光。每个通信信道可以由多芯光纤电缆的多个芯组成。

5、每个光源可以被配置为传输波长为500nm至700nm的可见光。每个光源可以被配置为传输波长为580nm至700nm的可见光。

6、每个通信信道的最大数据传输速率可以是10gbps或更低，例如5gbps或更低。发射器单元可以包括至少50个通信信道。发射器可以包括至少25或75或100个通信信道。光源阵列可以包括未用于形成通信信道的多个光源。

7、控制器可以包括用以编码和传输数据的模拟电路。模拟电路可以包括均衡器。均衡器可以是前馈均衡器。

8、被配置为减少色散的光滤波器可以包括光学带通滤波器。光学带通滤波器被配置为使由光源发射的调制光的脉冲变窄。光学带通滤波器可以具有小于50nm的光学带宽，例如10nm。光学带通滤波器的中心波长可以匹配光源的中心波长。

9、光发射器单元可以包括透镜单元，该透镜单元被配置为将从光源阵列发射的光引导到多芯光纤电缆的芯中。透镜单元可以包括单光学对称轴。透镜单元可以包括附接到光源阵列的第一透镜。透镜单元可以包括准直透镜，该准直透镜被配置为接收来自第一透镜的光并将光分离为多个平行光束。透镜单元可以包括聚焦透镜，该聚焦透镜被配置为接收来自准直透镜的多个平行光束并将多个平行光束聚焦到多芯光纤电缆的芯中。

10、光发射器单元可以包括机械适配器，用以将多芯光纤电缆的芯与光源阵列的光源直接对准。

11、光源阵列可以包括微型led阵列。光发射器单元可以包括多个led驱动器。控制器可以通过控制led驱动器以调制微型led，来编码和传输数据。

12、光源阵列可以被设置在小芯片上。

13、根据本公开的另一方面，提供了一种光接收器单元，该光接收器单元经由多芯光纤电缆连接到光发射器单元。该光接收器单元包括：光电检测器阵列，该光电检测器阵列中的每个光电检测器被配置为经由多芯光纤电缆的每个相应芯，接收来自光发射器单元的光源阵列的经调制的可见光；以及控制器，该控制器被配置为：接收该光电检测器的输出；从所接收的输出解码数据，并将经解码的数据提供给接收计算机系统。

14、每个光电检测器可以被配置为与对应的光源形成通信信道。控制器还可以被配置为解码跨多个通信信道并行接收的数据。至少一个通信信道可以包括与数据并行接收的控制信息，并且控制器可以被配置为基于控制信息解码数据。控制信息可以包括时钟转发信息、训练序列信息或冗余信息。控制器可以被配置为使用开关键控(ook)编码方案(例如，非归零编码方案)来解码数据。

15、光电检测器阵列可以包括互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。光电检测器阵列可以被设置在小芯片上。

16、光接收器单元可以包括被配置为减少色散的光滤波器。

17、光电检测器阵列中的每个光电检测器可以包括多个光电二极管。光电检测器阵列中的每个光电检测器可以包括多个滤波器。光电二极管可以各自被布置为接收来自多个滤波器中的相应滤波器的光。光接收器单元可以包括色散光学元件，色散光学元件被配置为基于波长将接收到的经调制的可见光分成多个光信号；并且经由对应滤波器将每个光信号引导到光电二极管中的不同光电二极管中。被配置为减少色散的光滤波器可以包括光电检测器的多个滤波器和色散光学元件。

18、光接收器单元可以包括组合电路，该组合电路被配置为组合光电检测器阵列中的光电检测器的多个光电二极管的输出电荷。组合电路可被配置为延迟输出电荷中的一个或多个输出电荷以补偿多个光信号的不同接收时间。

19、光接收器单元可以被配置为接收波长为580nm至700nm的经调制的可见光。

20、根据本公开的另一方面，提供了一种光收发器单元，该光收发器单元经由多芯光纤电缆连接到另一光收发器单元。该光收发器单元包括：光源阵列，被配置为沿着多芯光纤电缆的相应芯传输可见光，以用于在光接收器单元的对应光电检测器阵列处被接收；光电检测器阵列，光电检测器阵列中的每个光电检测器被配置为接收来自多芯光纤电缆的相应芯的经调制的可见光；以及控制器，被配置为：从计算机系统接收第一数据；以及通过调制由微型led阵列输出的可见光来编码和传输第一数据。控制器还被配置为：接收光电检测器的输出；从输出解码第二数据，并将经解码的第二数据提供给计算机系统。

21、光收发器单元的其他可选特征如本文关于光发射器单元和光接收器单元所定义的，并且可以以任何组合相组合。

22、本公开还扩展到包括光发射器单元、光接收器单元和多芯光纤电缆的部件套件。还可以提供包括相同组件的系统。本公开还扩展到包括一对光收发器单元和多芯光纤电缆的零件套件。还可以提供包括相同组件的系统。

23、本公开还扩展到使用如本文所定义的光发射器单元传输数据的方法，该方法包括从传输计算机系统接收数据，以及通过控制多个led驱动器以调制由微型led阵列输出的可见光来编码和传输数据。本公开还扩展到使用如本文所定义的光接收器单元接收数据的方法，该方法包括接收光电检测器阵列的多个光电检测器的输出；从所接收的输出解码数据；以及将经解码的数据提供给接收计算机系统。

24、根据本公开的另一方面，提供了一种光收发器系统，包括：多芯光纤电缆；发射器单元，包括微型发光二极管(微型led)阵列，每个微型led被配置为沿着多芯光纤电缆传输可见光；接收器单元，包括被配置为接收所传输的可见光的光电检测器阵列；以及滤波单元，被设置在微型led阵列和光电检测器阵列之间，滤波单元被配置为减少色散。滤波单元可以包括光学带通滤波器，该光学带通滤波器被配置为使由微型led发射的调制光的脉冲变窄。

25、根据本公开的另一方面，提供了一种滤波单元，包括：色散光学元件，被配置为：接收来自光发射器单元的经调制的可见光；基于波长将接收到的经调制的可见光分离成多个光信号；以及将多个光信号引导到光接收器单元的光电检测器阵列，光电检测器阵列中的每个光电检测器包括多个滤波器和多个对应的光电二极管，每个光电二极管被布置为接收来自多个滤波器中的相应滤波器的光；其中每个光信号经由对应的滤波器被引导到光电二极管中的不同光电二极管中。

26、根据本公开的另一方面，提供了一种光接收器单元，该光接收器单元经由多芯光纤电缆连接到光发射器单元。该光接收器单元包括：光电检测器阵列，该光电检测器阵列包括多个光电二极管，被配置为经由多芯光纤电缆从光学发射器单元的微型发光二极管(微型led)阵列接收可见光，其中光电检测器阵列中的每个光电检测器包括多个滤波器和多个对应的光电二极管，每个光电二极管被布置为接收来自多个滤波器中其中一个相应滤波器的光；以及色散光学元件，该色散光学元件被配置为基于波长将接收到的可见光分离为多个光信号，并且经由对应滤波器将每个光信号引导到光电二极管中的不同光电二极管中。

27、根据本公开的另一方面，提供了一种在光学通信系统中接收数据的方法，该方法包括：在色散光学元件处，接收来自光发射器单元的经调制的可见光；基于波长将接收到的经调制的可见光分离成多个光信号；以及将多个光信号引导到光接收器单元的光电检测器阵列，光电检测器阵列中的每个光电检测器包括多个滤波器和多个对应的光电二极管，每个光电二极管被布置为接收来自多个滤波器中的相应滤波器的光，其中每个光信号经由对应的滤波器被引导到光电二极管中的不同光电二极管中；接收光电检测器阵列的多个光电检测器的输出；从接收到的输出解码数据，以及将经解码的数据提供给接收计算机系统。

28、根据本公开的另一方面，提供了一种光发射器单元，该光发射器单元经由多芯光纤电缆连接到光接收器单元。该光发射器单元包括：微型发光二极管(微型led)阵列，每个微型led被配置为沿着多芯光纤电缆的相应芯传输可见光，以用于在光接收器单元的对应光电检测器阵列处被接收；以及透镜单元，该透镜单元被配置为将从微型led阵列发射的光引导到多芯光纤电缆的芯中。该透镜单元包括单光学对称轴。

29、提供本技术实现要素：是为了以简化的形式介绍一些列概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决本文指出的任何或所有缺点的实现方式。