CN102412902B - 带光时域反射功能的光网络单元光电器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带光时域反射功能的光网络单元光电器件，包括用于发射上行光的激光器、用于接收光信号的光电探测器以及用于外接光纤的光接口；在所述光电器件内部沿光接口的光轴方向上设置有第一波分复用元件，所述第一波分复用元件对上行光和下行光完全透射、对光时域反射用的光时域检测信号全部或者部分反射，通过第一波分复用元件反射的光时域检测信号经由所述光接口返回光纤。本发明通过在光网络中所使用的ONU光电器件中集成对光时域检测信号的反射功能，从而可以使得PON系统局端的OLT实现对每一路ONU的实时准确在线监控，易于运营商对光网络线路的故障诊断以及ONU用户的定位和检测，大幅降低了运营成本。

Description

带光时域反射功能的光网络单元光电器件

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及一种光通信有源光电子器件，具体地说，是涉及一种应用在光网络单元中具有光时域反射功能的光电器件。

背景技术

近年来，基于光纤通信的FTTx（FTTH、FTTB、FTTC等）宽带网络凭借其能够为用户提供高速的语音、数据及视频服务，而得以快速发展。但是，运营商对用户的监管和光网络链路事件点的定位检测，矛盾日益突出。

目前，作为局端的光线路终端（OLT）在对作为用户端的光网络单元(ONU)进行检测的过程中，主要是借助用户的数据流量来识别，不能对用户进行准确的定位和实施监控。

而光时域反射计OTDR采用时域测量的方法，发射具有一定波长的光脉冲并注入被测光纤，然后通过检测光纤中返回的瑞利散射及菲涅尔反射光信号功率沿时间轴的分布曲线，即可探知被测光纤的长度及损耗等物理特性。同时，利用光时域反射计OTDR强大的数据分析功能，还可以对光纤链路中的事件点及故障点实现精确定位；也可以形成数据库以供日后运营商在线监控测试，维修中便于对光纤线路进行品质确任及故障查找等。因此，利用光时域反射计OTDR对光纤线路中的故障点以及用户端ONU进行检测定位，是目前普遍采用的测试方式。

但是，现有的用户端ONU模块，在器件设计上对局端的OTDR检测信号的反射并没有明确要求，器件对OTDR检测信号的反射不固定和明确，不同ONU对其OTDR检测信号反射强弱完全取决于器件封装时的偶然因素，因此，导致大部分监控和线路故障判断不准确，误差大，经常出现误判和漏判等情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带光时域反射功能的光网络单元光电器件，能够对OTDR光检测信号实现精确反射，进而方便局端对ONU用户实现实时准确的在线监控和光线路故障检测。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带光时域反射功能的光网络单元光电器件，包括用于发射上行光的激光器、用于接收光信号的光电探测器以及用于外接光纤的光接口；在所述光电器件内部沿光接口的光轴方向上设置有第一波分复用元件，所述第一波分复用元件对上行光和下行光完全透射、对光时域反射用的光时域检测信号全部或者部分反射，通过第一波分复用元件反射的光时域检测信号经由所述光接口返回光纤。

为了提高对光时域检测信号的反射率，尽量减小光电器件的体积，可以将所述第一波分复用元件紧贴光接口端面设置，且安装角度最好顺应光接口端面自身的倾斜角；也可以将所述第一波分复用元件设置在光接口陶瓷插芯中间。

优选的，所述第一波分复用元件对光时域检测信号部分反射，其反射率大于等于10%。

进一步的，在所述光电器件的内部还设置有对上行光完全透射、对下行光和光时域检测信号完全反射的第二波分复用元件，沿激光器的光轴方向依次设置所述的第二波分复用元件、第一波分复用元件和光接口，通过所述第二波分复用元件反射的下行光和光时域检测信号沿光电探测器的光轴射向所述的光电探测器。

又进一步的，所述第二波分复用元件与激光器的光轴倾斜形成一定夹角，且一面朝向激光器，另一面朝向光电探测器和第一波分复用元件。

为了方便光电器件的结构布局，优选使所述激光器的光轴与光电探测器的光轴垂直，所述第二波分复用元件与激光器的光轴所成锐角为45°。

为了避免除下行光以外的其他波长的光信号射入光电探测器，影响光电探测器对下行光信号的正常接收，在所述第二波分复用元件与光电探测器之间还设置有对下行光完全透射、对光时域检测信号和干扰光波信号完全反射的第三波分复用元件，所述第三波分复用元件的反射面与光电探测器的光轴方向垂直。

优选的，所述第一波分复用元件可以是滤光片或者薄膜，也可以采用直接在光接口的陶瓷插芯上镀上膜系的方式设计实现；第二、第三波分复用元件可以是滤光片。

再进一步的，所述激光器优选固定在光电器件的金属壳体的左侧；光接口固定在金属壳体的右侧，外接光纤；光电探测器固定在金属壳体的上侧；所述第二、第三波分复用元件固定在金属壳体的内部托架上。

优选的，所述光电器件为单纤双向光电器件；所述激光器发射的上行光信号的波长为1260-1360nm；所述光电探测器接收的下行光信号的波长为1480-1500nm；所述光时域检测信号的波长为1615-1665nm。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在光网络中所使用的光网络单元ONU光电器件中集成对光时域检测信号的反射功能，从而可以使得PON系统局端的光线路终端OLT实现对每一路光网络单元ONU的实时准确在线监控，易于运营商对光网络线路的故障诊断以及ONU用户的定位和检测，大幅降低了运营成本。并且，本发明的光电器件采用小型化封装结构，可实现模块设备的密集化。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的带光时域反射功能的光网络单元ONU光电器件的一种实施例的光路原理示意图；

图2是本发明所提出的带光时域反射功能的光网络单元ONU光电器件的另外一种实施例的光路原理示意图；

图3是本发明所提出的带光时域反射功能的光网络单元ONU光电器件的一种实施例的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

PON是PassiveOpticalNetwork的简称，即无源光网络。PON技术是一种典型的点到多点的接入技术，由局端的光线路终端OLT、用户端的光网络单元ONU以及光分配网络ODN组成。在一个PON系统中，一般仅包括一个光线路终端OLT，安装于中心控制站内，发射下行光通过ODN分成多路光信号后，通过光纤分别传输至各级光网络单元ONUs中。所述光网络单元ONU安装于用户场所，一个用户场所需要安装一个ONU，接收OLT发送的下行光，并向OLT回传上行光。

无论是OLT还是ONU都需要使用光电器件来实现电信号与光信号之间的相互转换，本发明通过在现有ONU光电器件中集成用于反射光时域检测信号的波分复用元件，从而实现了上行光信号、下行光信号和光时域检测信号的单纤双向传输，在确保光信号正常通信的前提下，具备了OTDR的功能，从而实现了系统局端OLT对整个光网络单元ONU的实时在线检测、监控和故障点定位的功能。利用该光电器件，不仅可以解决现有技术一致性差、准确性低的问题，而且还能解决光模块的小型化问题、增加设备的密集度。

下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述具有OTDR功能的ONU光电器件的具体结构设计及其工作原理。

实施例一，参见图1所示，本实施例在ONU光电器件中内置用于发射上行光信号的激光器1、用于接收下行光信号的光电探测器2、用于外接光线7的光接口5和用于反射光时域检测信号的第一波分复用元件4。将所述第一波分复用元件4设置在光接口5的光轴方向处，所述第一波分复用元件4具有对上行光和下行光完全透射、对光时域检测信号全部或者部分反射的特性，通过第一波分复用元件4反射的光时域检测信号经由所述光接口5返回外接的光纤7中，进而进入光网络，传输至所属的光线路终端OLT中，实现对该光网络单元ONU的定位检测。

作为一个典型的光接入网络，无论是EPON系统还是GPON系统，其光网络单元ONU都使用波长为1310nm的上行光，光线路终端OLT都使用波长为1490nm的下行光；下行用于OTDR功能的光时域检测信号的波长可以是1650nm，也可以是其他波段。因此，设置本实施例的激光器1发射1260-1360nm的光波，光电探测器2接收1480-1500nm的光波，下行的光时域检测信号的波长为1615-1665nm。这样，利用不同的波段，通过波分复用的原理即可实现上、下行光信号以及光时域检测信号的单纤双向传输。

作为本实施的一种优选设计方案，可以将所述第一波分复用元件4紧贴光接口5的端面设置，且安装角度最好顺应光接口5端面自身的倾斜角，参见图1所示，以达到提高光时域检测信号反射率，减小光电器件体积的设计目的。

当然，也可以将所述第一波分复用元件4直接设置在光接口5的陶瓷插芯中间，即将光接口5的陶瓷插芯分为两段，参见图2所示，同样可以满足提高光时域检测信号反射率，减小光电器件体积的设计要求。

对于仅能对光时域检测信号进行部分反射的第一波分复用元件4来说，其反射率至少等于10%，以确保局端OLT能够对光时域检测信号实现准确接收。

在本实施例的ONU光电器件中还设置有第二波分复用元件6，如图1所示，具有对上行光完全透射、对下行光和光时域检测信号完全反射的特性，沿激光器1的光轴方向依次设置所述的第二波分复用元件6、第一波分复用元件4和光接口5，一方面使通过激光器1发射的上行光正好沿光接口4的光轴进入光接口，通过光纤7进入光网络；另一方面使通过第二波分复用元件6反射的下行光和光时域检测信号刚好沿光电探测器2的光轴射向所述的光电探测器2，以实现光电探测器2对下行光信号的准确接收。

作为本实施例的一种优选设计方案，设置所述第二波分复用元件6与激光器1的光轴倾斜形成一定夹角，且一面朝向激光器1，另一面朝向光电探测器2和第一波分复用元件4。为了方便光电器件的结构布局，优选使所述激光器1的光轴与光电探测器2的光轴垂直，将所述第二波分复用元件6与激光器1的光轴所成锐角设计成45°，即图1中的夹角α=45°，这样一来，通过激光器1发射的上行光以45°的夹角射入第二波分复用元件6的表面，其能量被第二波分复用元件6完全透过后，入射到第一波分复用元件4的表面，其能量被第一波分复用元件4完全透过后，入射到光接口5，通过外接于光接口5的光纤7进入光网络，进而传输至所属光线路终端OLT中。由光网络进入所述光电器件的下行光信号，首先入射到第一波分复用元件4的表面，其能量被第一波分复用元件4完全透射后，入射到第二波分复用元件6的表面，其能量被第二波分复用元件6以垂直于激光器1光轴的方向反射，入射到光电探测器2中，实现接收光信号的光电转换功能。

考虑到通过光接口5进入光电器件的光信号除了OLT发射的下行光信号外，还有光时域检测信号和波长为1550-1560nm的干扰光波信号。为了减少串扰，提高光电探测器2的抗干扰能力，有效提高光电探测器2接收下行光信号的灵敏度，在所述光电器件内部还设置有第三波分复用元件3，如图1所示。所述第三波分复用元件3具有对下行光完全透射、对光时域检测信号和干扰光波信号完全反射的特性。将所述第三波分复用元件3设置在第二波分复用元件6与光电探测器2之间，且其反射面最好与光电探测器2的光轴方向垂直。这样一来，既可以保证通过第二波分复用元件6反射的下行光刚好垂直射向第三波分复用元件3的表面，其能量被第三波分复用元件3完全透过后，沿光电探测器2的光轴入射到光电探测器2中；同时，由光网络进入所述光电器件的光时域检测信号和干扰光波信号，首先入射到第一波分复用元件4的表面，其中，光时域检测信号的能量被第一波分复用元件4至少反射10%，被反射回的光时域检测信号，通过光接口5再次进入光网络，并返回至所属光线路终端OLT中。通过第一波分复用元件4透射的光时域检测信号和干扰光波信号，入射到第二波分复用元件6的表面，其能量被第二波分复用元件6以垂直于激光器1光轴的方向完全反射，入射到第三波分复用元件3的表面发生完全反射，避免其射入到光电探测器2中，以提高光电探测器2对下行光信号的接收转换精度。

图3为所述光电器件的结构图，包括用于固定各光学器件的金属壳体8，首先，将所述激光器1通过有源耦合方式与所述光接口5在金属壳体8上进行定位；而后，将所述第一波分复用元件4安装在光接口5的端面上，并且采用有源耦合方式对所述第二波分复用元件6进行定位；然后，利用所述第二波分复用元件6通过有源耦合的方式在金属壳体8上对所述光电探测器2进行定位；最后，通过有源耦合方式对所述第三波分复用元件3进行定位。

作为一种优选设计方案，优选将激光器1固定在所述金属壳体8的左侧，光接口5固定在金属壳体8的右侧，从而使激光器1的光轴方向水平。沿水平光轴方向自左至右依次布设第二波分复用元件6和第一波分复用元件4，其中，第二波分复用元件6可以具体固定在金属壳体8的内部托架上，且与激光器1的光轴所成夹角的锐角为45°。将光电探测器2通过绝缘材料9固定在金属壳体8的上侧，且位于第二波分复用元件6的正上方。所述第三波分复用元件3固定在金属壳体8的内部托架上，位于所述第二波分复用元件6与光电探测器2之间，且其反射面与光电探测器2的光轴相垂直。

在本实施例中，所述第一波分复用元件4优选采用滤光片、薄膜或者直接在光接口5的陶瓷插芯上镀上膜系的方式（对于将第一波分复用元件4设置在光接口5端面上的情况，可以直接在光接口5的陶瓷插芯的端面上镀上膜系，形成所述的第一波分复用元件4；对于将第一波分复用元件4设置在光接口5的陶瓷插芯中间的情况，可以在陶瓷插芯的中间断面上镀上膜系，以形成所述的第一波分复用元件4）进行光电器件的具体设计。所述第二、第三波分复用元件6、3优选采用滤光片进行光电器件的具体设计。而光接口5作为光器件的公共输入/输出端口，可以采用SC插拔型或LC插拔型，亦或者SC/PC尾纤型或SC/APC尾纤型中的任一种，以与外部网络的光口相连接，实现单纤双向传输功能。

对于本实施例的光电器件，优选采用小型化封装方式进行封装，由此可以实现模块设备的密集化。

下面结合图1所示的各光学器件之间的位置关系，对上述实施例的光电器件的光路原理作以下具体描述。

如上所述，无论是EPON或GPON网络中的ONU来说，其发射光信号（上行光）的波长为1260-1360nm，而接收光信号（下行光）的波长为1480-1500nm，用于光时域反射的光时域检测信号的波长一般为1615-1665nm，此外，在PON网络中还存在有波长为1550-1560nm的干扰光波信号。选择每段光波信号段中的典型值，分别为上行光信号中的1310nm、下行光信号中的1490nm、光时域检测号中的1650nm、干扰光波信号中的1550nm。下面将以这几个典型波长的光波信号描述上述实施例中的光电器件的光路原理。

激光器1发射的1310nm波长的上行光信号，沿水平光轴自左至右传输，首先经过第二波分复用元件6，其能量被第二波分复用元件6完全透过后，再进入第一波分复用元件4，其能量被第一波分复用元件4完全透过后，然后进入光接口5，由与光接口5外接的光纤7进入外部光网络。

由外部光网络进入光电器件的1490nm、1550nm及1650nm波长的光信号，经光接口5沿水平光轴先入射到第一波分复用元件4的表面；1490nm、1550nm波长光信号的能量被第一波分复用元件4完全透过；1650nm波长光信号的能量被第一波分复用元件4沿原路反射至少10%，并经过光接口5进入外部光网络，其余能量被损耗或透过。由第一波分复用元件4透过的1490nm、1550nm及1650nm波长的光信号，沿水平光轴入射到第二波分复用元件6的表面，进而沿与水平光轴成90°夹角的方向全部反射，向上入射到第三波分复用元件3的表面。其中，1550nm及1650nm波长的光信号的能量被第三波分复用元件3全部反射，以防止其进入光电探测器2，提高对串扰信号的隔离度；而1490nm波长的接收光信号的能量被第三波分复用元件3全部透过，进入光电探测器2，实现对光信号的接收和转换。

本发明的带光时域反射功能的光网络单元光电器件，在实现ONU单纤双向光电器件各项功能的同时，能够有效实现对OTDR用光时域检测信号的反射功能，相比现有ONU单纤双向光电器件，具有对光时域检测信号反射精确、操作简单、价格低廉的特点，可以使局端对ONU用户实现实时准确的在线监控和光线路的故障检测功能。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带光时域反射功能的光网络单元光电器件，包括用于发射上行光的激光器、用于接收光信号的光电探测器以及用于外接光纤的光接口；其特征在于：在所述光电器件内部沿光接口的光轴方向上设置有第一波分复用元件，所述第一波分复用元件对上行光和下行光完全透射、对光时域反射用的光时域检测信号全部或者部分反射，通过第一波分复用元件反射的光时域检测信号经由所述光接口返回光纤；

在所述光电器件的内部还设置有对上行光完全透射、对下行光和光时域检测信号完全反射的第二波分复用元件，沿激光器的光轴方向依次设置所述的第二波分复用元件、第一波分复用元件和光接口，通过所述第二波分复用元件反射的下行光和光时域检测信号沿光电探测器的光轴射向所述的光电探测器；所述激光器的光轴与光电探测器的光轴垂直，所述第二波分复用元件与激光器的光轴所成锐角为45°，且第二波分复用元件的一面朝向激光器，另一面朝向光电探测器和第一波分复用元件；

在所述第二波分复用元件与光电探测器之间还设置有对下行光完全透射、对光时域检测信号和干扰光波信号完全反射的第三波分复用元件，所述第三波分复用元件的反射面与光电探测器的光轴方向相垂直；

所述激光器固定在光电器件的金属壳体的左侧；光接口固定在金属壳体的右侧，外接光纤；光电探测器固定在金属壳体的上侧；所述第二、第三波分复用元件固定在金属壳体的内部托架上；

其中，所述第一波分复用元件为滤光片或者薄膜，或者直接在光接口的陶瓷插芯上镀上的膜系；第二、第三波分复用元件均为滤光片。

2.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：所述第一波分复用元件紧贴光接口端面设置，且安装角度顺应光接口端面自身的倾斜角；或者所述第一波分复用元件设置在光接口陶瓷插芯中间。

3.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：所述第一波分复用元件对光时域检测信号部分反射，其反射率大于等于10%。

4.根据权利要求1或2或3所述的光电器件，其特征在于：所述光电器件为单纤双向光电器件；所述激光器发射的上行光信号的波长为1260-1360nm；所述光电探测器接收的下行光信号的波长为1480-1500nm；所述光时域检测信号的波长为1615-1665nm。