CN102983915A

CN102983915A - 平面光波导型单纤双向四端口光组件与光收发一体模块

Info

Publication number: CN102983915A
Application number: CN2012105369333A
Authority: CN
Inventors: 高国祥; 何伟强
Original assignee: Shenzhen Neo Photonic Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Neo Photonic Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明公开了一种平面光波导型单纤双向四端口光组件，包含：光纤和壳体，所述壳体的内腔中设有第一光发射器、第二光接收器、第一波分复用滤光片、以及第二光发射器、第一光接收器、第二波分复用滤光片和平面光波导。本发明还公开了包含上述光组件的光收发一体模块。本发明的光组件和光模块同时具备通信和光纤链路故障诊断的功能，一体化设计结构紧凑，为运营商对监视网络的正常运行提供了更经济更易维护的解决方案。同时，本发明的光组件和光模块可以工作在两种诊断模式，将两种诊断模式下分别得到的探测反馈信号经过处理、分析和比较，可以得知待检测光纤链路的故障类型。

Description

平面光波导型单纤双向四端口光组件与光收发一体模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种平面光波导型单纤双向四端口光组件与光收发一体模块。

背景技术

单纤双向光组件是用于光传送网和光接入网的核心光组件之一，是把激光器和探测器系列封装在一起，共同通过一根光纤来实现信号的双向传输。目前普遍采用的技术实施方式是采用分立元器件技术，把同轴封装（TO-CAN）的激光器和探测器以及波分复用（WDM）薄膜滤光片封装在一个金属壳中，通过一个光纤耦合输出。这种技术方式目前已经非常成熟，常见的有两端口（电端口）和三端口两种形式。但是由于其封装体积较大，同时大都采用手工方式进行封装，无论是生产效率，封装可靠性还是量产成本控制方面都不具备优势。随着光纤通信网络的日益民用化，成本压力越来越大，这种传统的技术方式的弊端就越来越明显。近年来，新兴PLC技术越来越成熟，其在光分路器，DWDM复用/解复用器，ROADM等领域已经取得重要应用，同样，在单纤双向收发器件领域，PLC技术已经实现了产品化，只不过由于其核心技术和设备门槛较高，目前具备实际生产双向收发器件能力的厂家并不多。

另一方面，目前的光纤通信网络终端光组件并不具备监控和检测光纤链路故障的功能，一旦某条网络路径出现故障，则需要断开某个或者两个终端光组件的工作，从某一端接入价格昂贵的光时域反射仪（Optical Time Domain Reflector，简称 OTDR）寻找故障点的位置，而由于独立的OTDR设备价格昂贵，体积庞大，对光网络中的收发模块进行监控和检测很不方便，造成网络维护成本高，且使用不便等缺点。

发明内容

本发明为了克服以上的不足，提出了一种平面光波导型单纤双向四端口光组件和包含其的光收发一体模块，其中集成了OTDR功能，以解决现有技术存在的问题。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种平面光波导型单纤双向四端口光组件，包含：光纤和壳体，所述壳体的内腔中设有第一光发射器、第二光接收器、第一波分复用滤光片、以及第二光发射器、第一光接收器、第二波分复用滤光片和平面光波导，所述第一波分复用滤光片耦合在所述平面光波导的第一端口和第二光接收器之间，所述第二波分复用滤光片耦合在所述平面光波导的第二端口和第一光接收器之间，所述平面光波导上设有第一光路、第二光路、第三光路和第四光路，所述第一光路的第一端和第一光发射器耦合，所述第一光路的第二端和第二光路的第二端耦合于平面光波导的第一端口，所述第三光路的第一端和第二光发射器耦合，所述第三光路的第二端和第四光路的第二端耦合于平面光波导的第二端口，所述第二光路的第一端和第四光路的第一端交叉形成光耦合器，耦合于平面光波导的第三端口，所述平面光波导的第三端口与光纤耦合。

在本发明的一个实施例中，所述第一光路的第一端和第一光发射器之间设有透镜，所述第三光路的第一端和第二光发射器之间也设有透镜。

在本发明的一个实施例中，所述第一光路的第一端和第一光发射器之间设有光隔离器。

在本发明的一个实施例中，所述第一光发射器和第二光发射器的出光面的背面分别设有监控光电二极管。

在本发明的一个实施例中，所述第一光接收器和第二光接收器的电输出端连接有跨阻放大器。

在本发明的一个实施例中，所述第一光路的第一端和第三光路的第一端的波导方向与出光端面的法线之间倾斜一定角度。

在本发明的一个实施例中，所述第一光路的第一端和第三光路的第一端在所述平面光波导的边缘处还设有光吸收材料。

在本发明的一个实施例中，所述第一光路的第一端和第三光路的第一端在所述平面光波导的边缘处还设有增透膜。

在本发明的一个实施例中，所述第二光路和第四光路交叉形成的光耦合器具有不对称分光比。

本发明还公开了一种光收发一体模块，包括模块外壳、外围电路和上述任一项所述的光收发一体组件。

本发明的平面光波导型单纤双向四端口光组件和包含其的光收发一体模块，内置了发出通信信号和诊断信号的光发射器，和接收通信信号和诊断信号的光接收器，通过平面光波导（PLC）将OTDR功能集成在单纤双向光组件中。本发明的平面光波导型单纤双向四端口光组件和包含其的光收发一体模块同时具备通信和光纤链路故障诊断的功能，一体化设计结构紧凑，对光网络进行监控和诊断很方便，极大的降低了网络维护成本，为运营商对监视网络的正常运行提供了更经济更易维护的解决方案。

另外，本发明的平面光波导型单纤双向四端口光组件和包含其的光收发一体模块可以工作在两种诊断模式，其内部集成的两个光发射器均可以发射低频OTDR探测信号，两种诊断模式均可以用来判断待检测光纤链路是否出现故障，并得知具体的故障点的距离和位置。由于本发明的平面光波导型单纤双向四端口光组件和包含其的光收发一体模块内部集成的两个不同的光发射器的波长不同，而不同波长对不同的光纤链路的故障类型响应不一样，如果进一步将两种诊断模式下分别得到的探测反馈信号经过处理、分析和比较，可以得知待检测光纤链路的故障类型，例如可以分辨出是弯折过大还是光纤受损（断裂、破损）等。

附图说明

图1是本发明的实施例一的平面光波导型单纤双向四端口光组件的结构示意图；

图2是本发明的实施例二的平面光波导型单纤双向四端口光组件的结构示意图；

图3是本发明的实施例三的平面光波导型单纤双向四端口光组件的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，一种光收发一体组件，包含：光纤1和壳体2，所述壳体2的内腔中设有第一光发射器（LD1）3、第二光接收器（PD2）4、第一波分复用滤光片（WDM1）5、以及第二光发射器（LD2）6、第一光接收器（PD1）7、第二波分复用滤光片（WDM2）8和平面光波导（PLC）9，所述第一波分复用滤光片（WDM1）5耦合在所述平面光波导（PLC）9的第一端口9A和第二光接收器（PD2）4之间，所述第二波分复用滤光片（WDM2）8耦合在所述平面光波导（PLC）9的第二端口9B和第一光接收器（PD1）7之间，所述平面光波导（PLC）9上设有第一光路91、第二光路92、第三光路93和第四光路94，所述第一光路91的第一端91a和第一光发射器（LD1）3耦合，所述第一光路91的第二端91b和第二光路92的第二端92b耦合于平面光波导（PLC）9的第一端口9A，所述第三光路93的第一端93a和第二光发射器（LD2）6耦合，所述第三光路93的第二端93b和第四光路94的第二端94b耦合于平面光波导（PLC）9的第二端口9B，所述第二光路92的第一端92a和第四光路94的第一端94a交叉形成光耦合器，耦合于平面光波导（PLC）9的第三端口9C，所述平面光波导（PLC）9的第三端口9C与光纤1耦合。

当光模块工作在非诊断模式时，第一光发射器（LD1）3发射第一通信信号λ1，第一通信信号λ1从第一光路91的第一端91a输入，并从第一光路91的第二端91b输出，经由第一波分复用滤光片（WDM1）5的反射进入第二光路92的第二端92b，并从第二光路92的第一端92a输出到光纤1中；同时光纤1接收到的第二通信信号λ2从第二光路92的第一端92a输入，并从第二光路92的第二端92b输出，经由第一波分复用滤光片（WDM1）5的透射，然后被第二光接收器4（PD2）接收。

当光模块工作在诊断模式一时，第一光发射器（LD1）3和第二光接收器（PD2）4继续工作。与非诊断模式的区别在于，在第一光发射器（LD1）3发射的原有高频信号上又额外加载了一个调制深度不高的低频光时域反射（OTDR）探测信号λ1′，该低频OTDR探测信号λ1′沿着与原来λ1相同的路径传输到光纤1输出，在经过一段待检测光纤链路后产生的菲涅尔反射和瑞利背散射信号λ1〞从第二光路92和第四光路94的公共端即平面光波导（PLC）9的第三端口9C输入，大部分信号经由第四光路94的第二端94b输出，并经由第二波分复用滤光片（WDM2）8透射进入刚刚开始工作的第一光接收器（PD1）7，由第一光接收器（PD1）7转换为电信号并由模块的外围电路进行处理。

当光模块工作在诊断模式二时，第二通信信号λ2信号源暂时关断，第二光发射器（LD2）6发射一个低频OTDR探测信号λ2′，从第三光路93的第一端93a输入，并从第三光路93的第二端93b输出，经由第二波分复用滤光片（WDM2）8反射输入至第四光路94的第二端94b，从第二光路92和第四光路94的公共端即平面光波导（PLC）9的第三端口9C输出到光纤1。在经过一段待检测光纤链路后产生的菲涅尔反射和瑞利背散射信号λ2〞先是沿与λ2′相反的路径传输到第二光路92和第四光路94的公共端即平面光波导（PLC）9的第三端口9C，然后大部分信号沿与第二通信信号λ2相同的路径从第二光路92的第二端92b输出，经由第一波分复用滤光片（WDM1）5透射进入第二光接收器（PD2）4，而此时第二光接收器（PD2）4只是作为探测OTDR信号λ2〞的接收器工作。

两种诊断模式均可以用来判断待检测光纤链路是否出现故障，并得知具体的故障点的距离和位置。由于不同的波长对不同的光纤链路的故障类型响应不一样，如果进一步将两种诊断模式下分别得到的探测反馈信号经过处理、分析和比较，可以得知待检测光纤链路的故障类型，例如可以分辨出是弯折过大还是光纤受损（断裂、破损）等。

实施例二：

本实施例在实施例一的基础上做了以下改进：

如图2所示，在第一光发射器（LD1）3和第二光发射器（LD2）6与平面光波导（PLC）9之间分别设有第一耦合透镜（LENS1）10和第二耦合透镜（LENS2）14，以改进第一光发射器（LD1）3和第一光发射器（LD2）6与光纤1之间的耦合效率，提高出光功率。

在光发射器的出光一侧设置光隔离器，从而避免系统中的回返光对光发射器的芯片的造成影响。如图2所示，在第一光发射器（LD1）3与第一光路91的第一端91a之间设有第一光隔离器（ISOLATOR1）11。小部分信号光作为噪声原路返回至第一光路91的第一端91a附近，第一光隔离器（ISOLATOR1）11将大部分能量光隔离掉，从而降低对第一光发射器（LD1）3产生的影响。在第二光发射器（LD2）6与第三光路93的第一端93a之间也可以设置第二光隔离器（ISOLATOR2）15。

在第一光发射器（LD1）3的背对平面光波导（PLC）9的一侧设置第一监控光电二极管（MPD1）12，用于实时监控第一光发射器（LD1）3的工作情况；在第二光发射器（LD2）6的背对平面光波导（PLC）9的一侧设置第二监控光电二极管（MPD2）16，用于实时监控第二光发射器（LD2）6的工作情况。

第一光接收器（PD1）7的输出端连接有第一跨阻放大器（TIA1）17，第二光接收器（PD2）4的输出端连接有第二跨阻放大器（TIA2）13，将光接收器输出的电流信号转换为电压信号。

实施例三：

如图3所示，本实施例与实施例二的区别在于，第二光路92和第四光路94所组成的Y型光耦合器采用不对称的分光比，比如90:10，第二光路92占总光强的90%，第四光路94占总光强的10%。本实施例与实施例二的另一个区别在于，第二光隔离器（ISOLATOR2）15省掉不用。

第一波长发射光路和第二波长接收光路的光功率损耗均只有0.5dB左右，在此分光比例下，非诊断模式下第一光发射器（LD1）3和第二光接收器（PD2）4的发射和接收光功率没有明显损耗，保证通信链路的功率需求。同时，第二波长诊断信号即OTDR探测信号λ2′经Y型光耦合器进入光纤1时，经历了10dB的损耗，从链路反射后OTDR探测信号λ2〞经光纤1再进入Y型光耦合器λ2〞后，正常用于探测的信号仅再衰减0.5dB后就通过第二光路92到达第二光接收器（PD2）4，而另有部分作为噪声光再次衰减10dB后经第四光路94回到第二光发射器（LD2）6，也即在此分光比例下，第二波长诊断信号反射回第二光发射器（LD2）6的部分已经自然经历了约20dB的损耗。因此，相当于第三光路93中天然获得了20dB的隔离度，第二光隔离器（ISOLATOR2）15可以省掉不用，降低了组件成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，例如改变平面光波导的结构设计，或者改变光隔离器、耦合透镜、监控光电二极管等部件的组合形式，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，包含：光纤和壳体，所述壳体的内腔中设有第一光发射器、第二光接收器、第一波分复用滤光片、以及第二光发射器、第一光接收器、第二波分复用滤光片和平面光波导，所述第一波分复用滤光片耦合在所述平面光波导的第一端口和第二光接收器之间，所述第二波分复用滤光片耦合在所述平面光波导的第二端口和第一光接收器之间，所述平面光波导上设有第一光路、第二光路、第三光路和第四光路，所述第一光路的第一端和第一光发射器耦合，所述第一光路的第二端和第二光路的第二端耦合于平面光波导的第一端口，所述第三光路的第一端和第二光发射器耦合，所述第三光路的第二端和第四光路的第二端耦合于平面光波导的第二端口，所述第二光路的第一端和第四光路的第一端交叉形成光耦合器，耦合于平面光波导的第三端口，所述平面光波导的第三端口与光纤耦合。

2.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光路的第一端和第一光发射器之间设有透镜，所述第三光路的第一端和第二光发射器之间也设有透镜。

3.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光路的第一端和第一光发射器之间设有光隔离器。

4.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光发射器和第二光发射器的出光面的背面分别设有监控光电二极管。

5.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光接收器和第二光接收器的电输出端连接有跨阻放大器。

6.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光路的第一端和第三光路的第一端的波导方向与出光端面的法线之间倾斜一定角度。

7.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光路的第一端和第三光路的第一端在所述平面光波导的边缘处还设有光吸收材料。

8.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第一光路的第一端和第三光路的第一端在所述平面光波导的边缘处还设有增透膜。

9.根据权利要求1所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件，其特征在于，所述第二光路和第四光路交叉形成的光耦合器具有不对称分光比。

10.一种光收发一体模块，其特征在于，包括模块外壳、外围电路和权利要求1-9中任一项所述的平面光波导型单纤双向四端口光组件。