C-Lens在光模块(800G/1.6T)中的应用

C-Lens(球面柱状准直透镜)在 800G/1.6T 高速光模块完整应用

一、C-Lens 基础结构原理 :

C-Lens vs G-Lens光路:

C-Lens 为均质玻璃圆柱透镜:一端球面聚光、另一端常规研磨8° 斜切面(抑制端面反射、提升回损),核心两大功能:

  1. 准直:光纤 / 激光器发散光→平行光束;
  2. 聚焦耦合:平行光束收拢耦合进光纤纤芯 / PD 光敏面;

主流规格:Φ0.8mm、Φ1.0mm、Φ1.8mm,1550nm 镀增透膜透过率>99.9%;对比 G-Lens(自聚焦透镜),工作距离更长、插入损耗更低、长距光路适配性更强,是 800G/1.6T 无源自由空间光路首选耦合元件,呈欣光电在高速光器件配套透镜开发初期,便针对两类透镜光路差异做了批量实测对比,以此给客户提供选型参考。

二、800G/1.6T 光模块五大核心应用场景

1、TOSA 发射端:EML 激光耦合(用量最大)

800G/1.6T 普遍采用8 通道 EML 调制激光器(PAM4 高速调制,对反射极其敏感)

  • 光路逻辑:EML 出射发散激光→C-Lens 准直平行光→经过隔离器 / WDM 薄膜片→第二片 C-Lens 聚焦耦合进单模光纤;
  • 速率升级要求:
    • 800G:单模块 TOSA 配置4~8 颗 C-Lens,耦合效率≥70%,回波损耗≥55dB;
    • 1.6T(OSFP-XD/QSFP-DD 高密度封装):通道翻倍,8~16 颗 C-Lens,耦合容差压缩至 ±0.05μm,抑制高速 PAM4 抖动、波长漂移;
  • 斜 8° 端面设计杜绝光反射打回 EML 芯片,避免激光器啸叫、功率漂移失效。

2、ROSA 接收端:光电探测器聚光耦合

接收侧光纤入射发散光,依靠 C-Lens 收拢光斑精准打在 PD/APD 光敏面:

  • DR 短距、ZR/ZR + 相干长距 1.6T 模块标配;
  • 多路并行接收阵列方案:C-Lens 阵列匹配 PD 阵列,提升接收灵敏度、降低光路插损,是 1.6T 相干接收 DSP 偏振解复用前置必备光路。

3、内置无源器件:隔离器、环形器、PBS 偏振器件光路(搭配 YVO₄晶体协同)

结合你之前关注的YVO₄钒酸钇晶体形成成套光路:

  1. 光隔离器:两端 C-Lens 做光束准直 / 汇聚,中间 YVO₄偏振楔 + 法拉第旋光片构成单向隔离光路;800G 隔离度≥40dB,1.6T 提升至≥45dB,抑制链路回反射;
  2. 光环形器:双向 BIDI 单纤收发模块核心,C-Lens 完成光束整形,配合 YVO₄双折射实现收发光路分离;
  3. PBS 偏振分束器:1.6T 相干光模块 X/Y 偏振分光,C-Lens 保障平行光入射 YVO₄分光晶体,偏振消光比指标达标。

呈欣光电同时覆盖晶体与 C-Lens 加工,可提供隔离、分光光路整套配套元件,减少客户多供应商匹配调试成本。

4、LWDM/CWDM 波分复用 MUX/DEMUX 光路

800G/1.6T ER8/ZR8 八波分方案内部:

  • 多路不同波长激光经各自 C-Lens 准直→TFF 薄膜滤波片合束→总路 C-Lens 耦合进光纤;
  • 解复用端反向分光,C-Lens 保证各路光束平行度,降低串扰、通道不均衡损耗,适配 1.6T 超密集波长复用。

5、硅光 / CPO 光引擎外部耦合过渡

1.6T 硅光模块、下一代 CPO 共封装光学过渡方案:

  • 硅光芯片波导出光发散角大,C-Lens 做光束模式匹配,完成芯片自由空间光→光纤耦合;
  • CPO 短距光引擎高密度阵列微型 C-Lens 批量应用,替代传统分立透镜,缩小封装体积、适配算力交换机高密度端口布局。

三、800G 升级 1.6T 对 C-Lens 的硬性技术升级要求

  1. 尺寸微型化:从传统 Φ1.8mm 主力转向 Φ1.0mm、Φ0.8mm 超小口径,适配 OSFP-XD 紧凑内腔空间;
  2. 曲率精度提升:面型轮廓公差、焦距公差收紧,耦合对准精度由 0.1μm 提升至 0.05μm;
  3. 高低温稳定性:-40℃~125℃温循下耦合效率波动<3%,匹配 1.6T 大功率散热工况;
  4. 低插损定制:端面镀膜优化,单透镜插入损耗<0.15dB,抵消多通道光路总损耗累积;
  5. 量产工艺迭代:传统研磨产能不足,压铸成型 C-Lens 批量放量,解决 1.6T 透镜供应链紧缺问题。

上述全部精度与镀膜指标,均是呈欣光电微型 C-Lens 出厂必检质控项目。

四、C-Lens vs G-Lens 在 800G/1.6T 选型差异

|-------|-----------------------------------|-----------------|
| 对比项 | C-Lens | G-Lens (自聚焦透镜) |
| 适用光路 | 长工作距离、自由空间多器件光路(隔离器 / WDM / 相干模块) | 短距离直接耦合、紧凑小型准直器 |
| 插入损耗 | 更低,长距光路优势明显 | 近距离损耗占优,长距发散劣化 |
| 定制灵活性 | 曲率、长度、楔角可灵活定制,适配 1.6T 特殊光路 | 规格固定,改动成本高 |
| 主流定位 | 800G/1.6T 中长距、相干、波分模块主力 | 400G 及以下短距低成本方案 |

五、产业链用量总结

  • 单支 800G QSFP-DD/OSFP:4~8 颗 C-Lens;
  • 单支 1.6T OSFP-XD:8~16 颗 C-Lens,用量近乎翻倍,是 AI 算力光模块上游高景气核心元器件。
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