CN103166700A - 无源光网络及其光网络单元光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源光网络及其光网络单元光模块，所述光网络包括：光线路终端和光网络单元，其中，光线路终端的光模块，用于发射第一波长的光信号作为下行光信号，并接收第二波长的光信号作为上行光信号；以及还发射用于检测断点的第三波长的光信号，并根据反射回来的第三波长的光信号确定出光纤断点位置；所述光网络单元的光模块，用于接收第一波长的光信号、发射第二波长的光信号，并反射第三波长的光信号。由于OLT可以在不影响传输上、下行光信号时发射和接收用于检测断点的第三波长的光信号，ONU光模块可对用于检测断点的光信号进行反射，使得光纤断点检测更为方便，并不影响到其它没有断点处的光纤网络的信号的正常传输。

Description

无源光网络及其光网络单元光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种无源光网络及其光网络单元光模块。

背景技术

在光纤通信系统中，光的传输介质，如光纤/光缆，往往铺设在郊外或者海底，难免出现链路故障或者传输设备故障等问题，为了能够精确定位出现故障或者断点的位置，通常采用光时域反射仪（OTDR）进行断点检测。

在如图1所示的光纤通信系统中，OLT（Optical Line Terminator，光线路终端）通常设置在光纤通信系统的接入网系统的中心局，OLT负责将交换机中的电信号数据转化为光信号数据发送出去，并且接收外部传送来的光信号，将其转化为电信号输送给交换机。OLT通过ODN（光馈线网络）与ONU（opticalnet unit，光网络单元）相连，ONU通常设置在局端，即用户端或者大楼；Splitter为“分光器”一般有2N个均分端口，如果输入端口的光强为1，则每个输出端口的光强为1/N。对于一个光接入系统，一般是1个OLT放在电信中心局，然后通过分光器，一般至少是1分32，或者1分64甚至1分128，即1个OLT带32或64或128个ONU。一个ONU中通常包括ONU光模块和ONU系统设备。

其中，从OLT到spliter之间，有一段10km长的光纤，spliter到ONU1之间的距离为1km，spliter到ONU2之间的距离为2km，spilter到ONU3之间的距离为10km。

假设在spilter到ONU3之间的光纤在7km处发生了光纤断裂，现有技术的断点检测方法的示意图如图2所示：断开OLT与光纤之间的连接，将OTDR（Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪）接入到光纤通信系统中。OTDR通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行分析。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射，其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中，返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。

现有技术的光纤断点检测方法，在进行断点检测的过程中不得不先断开系统网络，然后接上OTDR进行检测，检测过程复杂，使得检测人员检测工作繁琐。

而且，检测期间还会影响到其它没有断点处的网络的信号的正常传输。例如，上述例子中，仅是spilter到ONU3之间的光纤发生了光纤断裂，然而在检测期间由于将OLT从网络中断开，从而也造成了ONU1、ONU2的信号中断。

因此，综上所述，现有技术的断点检测方法，在进行断点检测过程中会影响到其它没有断点处的网络的信号的正常传输；而且，检测过程复杂，使得检测人员检测工作繁琐。

发明内容

本发明的实施例提供了一种无源光网络及其光网络单元光模块，用以使得光纤断点检测更为方便，并不影响到其它没有断点处的光纤网络的信号的正常传输。

根据本发明的一个方面，提供了一种无源光网络，包括：光线路终端和光网络单元，其中，

所述光线路终端的光模块，用于发射第一波长的光信号作为下行光信号，并接收第二波长的光信号作为上行光信号；以及还发射用于检测断点的第三波长的光信号，并接收反射回来的第三波长的光信号后，对反射的第三波长的光信号进行采样、分析，确定出光纤断点位置；

所述光网络单元的光模块，用于接收第一波长的光信号、发射第二波长的光信号，并反射第三波长的光信号。

其中，所述光线路终端的光模块包括：

光路组件，其与光纤相连；

第一激光发射器，与所述光路组件光路相通，用于接收交换机输入的电信号并将其转换为第一波长的光信号后输出，经所述光路组件耦合后进入所述光纤；

第一激光探测器，与所述光路组件光路相通，用于接收第二波长的光信号，将其转换为电信号后输出到所述交换机；其中，第二波长的光信号是从所述光纤经所述光路组件传输到第一激光探测器的；

第二激光发射器，与所述光路组件光路相通，用于发射第三波长的光信号；第三波长的光信号经所述光路组件耦合后进入所述光纤；

第二激光探测器，与所述光路组件光路相通，用于接收反射的第三波长的光信号，并将接收的光信号转换为电信号后输出；所述反射的第三波长的光信号是从所述光纤经所述光路组件传输到第二激光探测器的；

断点检测模块，用于对第二激光探测器输出的电信号进行采样、分析，确定出光纤断点位置。

所述光网络单元的光模块包括：

光路组件，通过其光接口与光纤相连，用于透射第一波长、第二波长的光信号，反射第三波长的光信号；

激光发射器，与所述光路组件光路相通，用于接收光网络单元系统设备发送的电信号并将其转换为第二波长的光信号后输出，经所述光路组件耦合后进入所述光纤；

激光探测器，与所述光路组件光路相通，用于接收第一波长的光信号，将其转换为电信号后输出到所述光网络单元系统设备。

其中，所述光网络单元的光模块中的光路组件包括：

第一波分复用元件，设置于沿所述光路组件的光接口的光轴方向上，对第一波长和第二波长的光信号透射，对第三波长的光信号反射；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN5，其中封装有所述激光发射器的DFB发射光源和第五光学透镜；所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴与所述光路组件1403的光接口的光轴位于同一直线；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN6，其中封装有所述激光探测器中的APD接收探测器和第六光学透镜；所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直；

第二波分复用元件，设置于所述TO-CAN5与所述光路组件的光接口之间，其中心与第四交点相重合，并且与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的夹角为锐角；其中，第四交点为所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的交点；第二波分复用元件用于透射所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源发射的第二波长的光信号，反射第一波长的光信号到所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器。

进一步，所述光网络单元的光模块中的光路组件还包括：

第三波分复用元件，设置于第四交点与所述TO-CAN6之间，并与所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴垂直，用于透射第一波长的光信号，对其它波段的光信号反射。

较佳地，所述无源光网络具体为以太无源光网络或吉比特无源光网络；以及在所述以太无源光网络或吉比特无源光网络中，第一波长的光信号为1490nm的光信号，第二波长的光信号为1310nm的光信号，第三波长的光信号为1625nm的光信号；或者，

所述无源光网络具体为十吉比特无源光网络；以及在所述十吉比特无源光网络中，第一波长的光信号为1577nm的光信号，第二波长的光信号为1270nm的光信号，第三波长的光信号为1625nm的光信号。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光网络单元光模块，包括：激光发射器和激光探测器；以及还包括：光路组件；所述光路组件包括：

第一波分复用元件，设置于沿所述光路组件的光接口的光轴方向上，对第一波长和第二波长的光信号透射，对第三波长的光信号反射；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN5，其中封装有所述激光发射器的DFB发射光源和第五光学透镜；所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴与所述光路组件1403的光接口的光轴位于同一直线；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN6，其中封装有所述激光探测器中的APD接收探测器和第六光学透镜；所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直；

第二波分复用元件，设置于所述TO-CAN5与所述光路组件的光接口之间，其中心与第四交点相重合，并且与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的夹角为锐角；其中，第四交点为所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的交点；第二波分复用元件用于透射所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源发射的第二波长的光信号，反射第一波长的光信号到所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器。

其中，光路组件还包括：

第三波分复用元件，设置于第四交点与所述TO-CAN6之间，并与所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴垂直，用于透射第一波长的光信号，对其它波段的光信号反射；

隔离器，设置于第四交点与所述TO-CAN5之间，并与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直，用于单方向透射所述DFB发射光源发射的第二波长的光信号。

其中，第一波分复用元件为镀有反射膜的滤光片或者薄膜，或者为所述光接口的陶瓷插芯端面上的镀膜；以及

所述第一波分复用元件对第三波长的光信号的反射率大于等于10%；以及

第二波分复用元件为镀有第一波长和第二波长的增透膜、第三波长的增反膜的滤光片；以及

第三波分复用元件为镀有第一波长的增透膜的滤光片。

较佳地，所述光路组件封装于BOSA中；以及

所述TO-CAN5固定在所述BOSA的金属壳体的左侧；所述光接口固定在所述BOSA的金属壳体的右侧；所述TO-CAN6固定在所述金属壳体的上侧；第二、第三波分复用元件固定在所述金属壳体的内部托架上。

本发明实施例由于OLT可以在不影响传输上、下行光信号时发射和接收用于检测断点的第三波长的光信号，使得在进行光纤断点检测时不必断开光纤网络系统，并可以保证其它没有断点处的网络的信号的正常传输，更便于进行断点检测；

而且，ONU光模块可对用于检测断点的光信号进行反射，便于确定ONU在光网络中的位置，以ONU的位置为基础，更便于断点检测。

附图说明

图1为现有技术的光纤通信系统示意图；

图2为现有技术的光纤断点检测示意图；

图3为本发明实施例的光线路终端光模块内部结构电路框图；

图4为本发明实施例的1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源及其驱动电路的电路示意图；

图5为本发明实施例的1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器和限幅放大电路的电路示意图；

图6为本发明实施例的1625nm的OTDR DFB突发发射光源及其驱动电路的电路示意图；

图7为本发明实施例的1625nm的OTDR APD探测器和断点检测模块的电路示意图；

图8为本发明实施例的应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块的整体电路示意图；

图9为本发明实施例的光接入网的以太无源光网络中光纤断裂示意图；

图10、11为本发明实施例的OTDRAPD探测器接收的信号的示意图；

图12为本发明实施例的OLT光模块中的光路组件内部结构示意图；

图13为本发明实施例的无源光网络中OLT与ONU之间的光信号传输示意图；

图14为本发明实施例的ONU光模块内部结构电路框图；

图15、16为本发明实施例的ONU光模块中的光路组件内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内，一个模块也可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算机之间。

本发明实施例的技术方案中，将OTDR功能集成到OLT的光模块（简称OLT光模块）中，并通过一种可收发4路光信号的光路组件，实现通信的光信号与检测断点的光信号同时在光纤中传输；从而在进行断点检测时，不必再断开OLT，使得断点检测更为方便，并不影响到其它没有断点处的网络的信号的正常传输。

而且，在ONU的光模块（简称ONU光模块）中对OLT的光模块发射的检测断点的光信号进行反射，便于确定ONU在光网络中的位置，以ONU的位置为基础，更便于断点检测。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例的光线路终端光模块内部结构电路框图，如图3所示，包括：第一激光发射器301、第一激光探测器302、第二激光发射器303、第二激光探测器304、断点检测模块305、光路组件306。

光路组件306与光纤相连；光路组件306与第一激光发射器301光路相通、与第一激光探测器302光路相通、与第二激光发射器303光路相通、与第二激光探测器304光路相通。

第一激光发射器301用以接收设置在光纤通信系统的接入网系统的中心局的交换机传送的电信号，经电光转换后，将接收的电信号转换为第一波长的光信号进行发射。第一激光发射器301发射的光信号经光路组件306耦合后进入到光纤进行传播。具体地，第一激光发射器301接收交换机中的SerDes（串化器／解串化器，或称数据交换设备）发送的电信号，将接收的电信号转换为第一波长的光信号进行发射。

从光纤传输过来的第二波长光信号经光路组件306的分光作用后，第二波长的光信号被传送到第一激光探测器302。第一激光探测器302将接收的第二波长的光信号，经光电转换后，转换为电信号发送给交换机，交换机的SerDes（数据交换设备）进行数据分析。

交换机通过第一激光发射器301和第一激光探测器302实现了信号发送与接收的通信功能。也就是说，第一激光发射器301接收交换机发送的用于通信的电信号，将其转换为用于通信的光信号；第一激光探测器302接收用于通信的光信号，将其转换为用于通信的电信号发送给交换机。

第二激光发射器303用于发射第三波长的光信号，该第三波长的光信号为用于检测断点的光信号。第二激光探测器304发射的第三波长的光信号经光路组件306耦合后进入到光纤进行传播。第三波长的光信号在光纤中传输，在光纤的断裂点或设备的故障处或者其它地方被反射，被反射的第三波长的光信号在光纤中传输，返回到光路组件306后，经光路组件306的分光作用，被反射回的第三波长的光信号被传送到第二激光探测器304。具体地，第二激光发射器303接收交换机发送的用于进行断点检测的电信号，并将接收的电信号转换为第三波长的光信号：交换机中的MAC（MediaAccess Control，媒体存取控制器）在进行断点检测时，向第二激光发射器303发送用于进行断点检测的电信号，第二激光发射器303将接收的电信号转换为第三波长的光信号进行发射。

第二激光探测器304收到反射回来的第三波长的光信号后，经过光电转换后输出电信号。

断点检测模块305对第二激光探测器304输出的电信号进行采样、分析：将采样的电信号与预先保存的正常情况下的电信号进行比较，从而确定断点或故障点的位置。

上述的光线路终端光模块具体可以应用在光接入网的以太无源光网络中，或者也可应用在光接入网的吉比特无源光网络中，或者也可应用在光接入网的十吉比特无源光网络中。

在以太无源光网络中，上述的第一波长的光信号具体可以是1490nm的光信号，第二波长的光信号具体可以是1310nm的光信号，第三波长的光信号具体可以是1625nm的光信号；

在吉比特无源光网络中，上述的第一波长的光信号具体可以是1490nm的光信号，第二波长的光信号具体可以是1310nm的光信号，第三波长的光信号具体可以是1625nm的光信号；

在十吉比特无源光网络中，上述的第一波长的光信号具体可以是1577nm的光信号，第二波长的光信号具体可以是1270nm的光信号，第三波长的光信号具体可以是1625nm的光信号。

下面以以太无源光网络为例说明具体技术方案。应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块的第一激光发射器301具体包括：发射第一波长的光信号的DFB（Distribute FeedBack Laser，分布反馈式激光器）发射光源及其驱动电路。具体可以是1490nm的1.25Gbps的DFB，该1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源的驱动电路接收交换机的SerDes发送的电信号，根据接收的电信号驱动该DFB发射光源发射第一波长为1490nm的光信号。该DFB发射光源发射的光信号为比特率为1.25Gbps的下行连续发射的光信号，且数据帧结构满足IEEE802.3ah的协议要求。1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源及其驱动电路的电路示意图如图4所示，由于该光源驱动电路以及1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源电路为本领域技术人员所熟知的电路，此处不再详细介绍。

应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块的第一激光探测器302具体包括：接收第二波长的光信号的APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管）接收探测器和限幅放大电路。具体可以是1310nm的1.25Gbps的APD，该APD接收探测器将接收的第二波长为1310nm的光信号转换为电信号，由限幅放大电路将APD接收探测器转换的电信号放大后进行输出。该1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器接收的是上行为1310nm的比特率为1.25Gbps的信号，并且信号数据帧结构满足IEEE802.3av的协议要求。1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器和限幅放大电路的电路示意图如图5所示，由于该1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器和限幅放大电路为本领域技术人员所熟知的电路，此处不再详细介绍。

应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块的第二激光发射器303具体可以包括：发射第三波长的光信号的OTDR DFB突发发射光源及其驱动电路；具体可以是1625nm的OTDR DFB，该1625nm的OTDR DFB突发发射光源的驱动电路，驱动该OTDR DFB突发发射光源发射第三波长为1625nm的光信号。具体地，1625nm的OTDR DFB突发发射光源的驱动电路接收交换机的MAC发送的用于进行断点检测的电信号，根据接收的电信号驱动该OTDR DFB突发发射光源发射第三波长为1625nm的光信号。在进行断点检测时，MAC通过TX_Dis_OTDR信号线（或称引脚）控制1625nm的OTDRDFB突发发射光源的驱动电路使能，并通过Data_OTDR信号线向该驱动电路发送用于进行断点检测的电信号；该驱动电路根据接收的电信号驱动OTDRDFB突发发射光源发射第三波长为1625nm的光信号。

1625nm的OTDR DFB突发发射光源及其驱动电路的电路示意图如图6所示，由于1625nm的OTDR DFB突发发射光源及其驱动电路为本领域技术人员所熟知的电路，此处不再详细介绍。

应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块的第二激光探测器304具体为接收第三波长的光信号的OTDR APD探测器。具体可以是1625nm的OTDRAPD，该1625nm的OTDRAPD探测器收到反射回来的第三波长为1625nm的光信号后，经过光电转换后输出电信号。

应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块的断点检测模块305具体可以包括：增益电路和ADC（模数转换）电路，以及逻辑阵列电路和MCU控制电路。1625nm的OTDRAPD探测器和断点检测模块305的电路示意图如图7所示，由于1625nm的OTDR APD探测器电路为本领域技术人员所熟知的电路，此处不再详细介绍。

断点检测模块305的增益电路将1625nm的OTDR APD探测器输出的电信号进行放大，输入到ADC电路中，ADC电路对电信号进行采样，得到数字信号，并将采样的数字信号存储到逻辑阵列电路中。逻辑阵列电路将ADC电路存入的数字信号与预先存储在存储介质如FLASH（闪存）中的正常情况下的信号进行比较，通过逻辑运算，确定出光纤断点或故障点的位置，并通过与MCU控制电路之间的接口将断点或故障点的位置发送给MCU控制电路进行保存。交换机的MAC可以通过访问MCU控制电路获得光纤断点或故障点的位置。逻辑阵列电路具体可以是FPGA（Field Programmable GataArray，现场可编程门阵列）、PAL（可编程阵列逻辑）等电路。显然，本领域技术人员也可以采用其它器件，如单片机、处理器、微控器等计算芯片来实现信号比较，确定断点或故障点位置的功能。

MCU控制电路从逻辑阵列电路获取断点或故障点的位置进行存储。MCU控制电路具体可以是各种型号的单片机、控制器、处理器等。

此外，MCU控制电路还可以与交换机的MAC通信，将光线路终端光模块的状态信号上报给MAC，同时接收MAC发来的指令，根据指令控制第一激光发射器301的工作，或者第二激光发射器303的工作。

应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块的整体电路示意图，如图8所示，包括上述的1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源及其驱动电路，以及1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器和限幅放大电路，以及1625nm的OTDR DFB突发发射光源及其驱动电路，以及1625nm的OTDRAPD探测器和增益电路、ADC电路、逻辑阵列电路和MCU控制电路。其中的MCU控制电路还可用于控制1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源的驱动电路的工作模式或工作状态。

应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块的工作原理如下：

应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块可同时进行通信工作和断点检测工作，或者仅进行通信工作。

应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块的通信工作原理为：

1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源的驱动电路接收交换机传送的电信号，驱动该DFB发射光源发射第一波长为1490nm的光信号。1490nm的DFB激光器作为下行链路的光源使用，发送连续的1.25Gbps的光信号，实现通信数据的发送。

1310nm的APD探测器接收由ONU发送来上行突发光包，将光信号转换为电信号，由限幅放大电路将APD接收探测器转换的电信号放大后输出到交换机，实现通信数据的接收。

应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块的断点检测工作原理：

当光纤链路发生断点时，1625nm的OTDR DFB突发发射光源在其驱动电路的作用下发送一系列突发激光；激光经过光纤链路中的断点时，由于瑞利散射和菲涅尔反射，会有一部分回损光反射回光纤，反射的激光进而返回到1625nm的OTDR APD探测器。1625nm的OTDR APD探测器收到反射回来的光，经过光电转化，形成电信号，然后经过增益电路放大和ADC电路的采样，得到数字信号传递给逻辑阵列电路FPGA。FPGA将接收到的信号与Flash中存放的正常情况下的信号进行比较，找到发生断点的位置，FPGA通过SPI接口将断点位置传递给MCU控制电路。交换机的MAC通过访问MCU控制电路，得知断点发生的位置。

图9示出光接入网的以太无源光网络中光纤断裂情况：应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块到spliter之间，有一段10km长的光纤，spliter到ONU1之间的距离为1km，spliter到ONU2之间的距离为2km，spilter到ONU3之间的距离为10km，但是在7km处发生了光纤断裂。当我们使用该光模块的OTDR功能时，1625nm的DFB激光器发射激光信号，OTDR APD探测器收到如图10所示的信号。从图10所示的信号可以看出，在光线路终端光模块距离10km处，由于spliter的反射，探测到一个菲尼尔反射峰，在11km处，探测到ONU1的反射峰，在12km处，探测到ONU2的反射峰，在17km处，探测到光纤断裂造成的反射峰。

对比系统布局，正常情况的信号应该是：在光线路终端光模块距离10km处，由于spliter的反射，探测到一个反射峰，在11km处，我们探测到ONU1的反射峰，在12km处，我们探测到ONU2的反射峰，在20km处，探测到ONU3的反射峰。

由此，可以判定是spliter到ONU3之间的线路出现了断点，该断点距离光线路终端光模块17km。

假设自OTDR发光之后，在T2时间点收到断点的反射峰（如图11所示），那么断点处距离光线路终端光模块的距离根据如下公式1计算得到：

$d=\frac{c\×T_2}{2\×n}$ （公式1）

公式1中，c=3×10⁸m/s，为光速，n为光纤纤芯的折射率，d计算出来的数值就是断点距离光线路终端光模块的距离。

在实际应用中，本发明的发明人发现，OLT的光模块发射的用于断点检测的第三波长的光信号，有时可能会被ONU完全吸收，而不会向OLT反射第三波长的光信号；这样，将导致OLT的光模块由于接收不到ONU反射的第三波长的光信号，也就无法计算ONU与spliter的距离，也就不能较好地根据ONU的反射峰，以及断点的反射峰来判断断点的位置和距离。因此，本发明还提供了可以反射第三波长的光信号的ONU的光模块；本发明的ONU的光模块的具体内部结构将在后续进行介绍。

应用于光接入网的以太无源光网络的光线路终端光模块进行封装后，其与外部设备，比如交换机的MAC或者SerDes，相连接的管脚（pin）的定义如下表1所示：

表1

从上表1可以看出，光线路终端光模块封装后的输出管脚为20个。其中，与光线路终端光模块的OTDR功能相关的管脚包括：

管脚2，Tx_Dis_OTDR：用以接收交换机控制OTDR的使能信号，即交换机通过该管脚控制1625nm的OTDR DFB突发发射光源的驱动电路的使能；

管脚9，Data_OTDR：用以接收用于进行断点检测的电信号，即交换机通过该管脚向1625nm的OTDR DFB突发发射光源的驱动电路发送用于进行断点检测的电信号。

与光线路终端光模块的通信功能相关的管脚包括：

管脚18和19，即TX+和TX-管脚：用以接收交换机输入的通信电信号，即交换机通过管脚18和19向1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源的驱动电路发送电信号；

管脚12和13，即RX+和RX-管脚：交换机通过管脚12和13接收1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器的限幅放大电路输出的电信号。

控制光线路终端光模块的相关管脚包括：

管脚4和管脚5，即SDA和SCL管脚：交换机通过管脚4和管脚5实现与MCU控制电路的通信。具体地，交换机通过管脚4和管脚5向MCU控制电路发送指令，并通过管脚4和管脚5接收MCU控制电路返回的数据，比如MCU控制电路返回的断点位置。

光路组件306的内部结构，如图12所示，其中包括4个TO-CAN（TransistorOutline CAN，同轴型镭射二极管模组）和5个滤光片。4个TO-CAN分别为：TO-CAN1、TO-CAN2、TO-CAN3、TO-CAN4。5个滤光片分别为：F1、F2、F3、F4、F5。

其中，同轴型镭射二极管模组TO-CAN1与第一激光发射器301中的1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源光路相通，位于光路组件的最左端，与光路组件306的光纤接口相对。具体地，第一激光发射器301中的1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源的光源发射芯片与第一光学透镜被封装到TO-CAN1中。1490nm的1.25Gbps的DFB发射光源发出的光信号经第一光学透镜后射出，经过滤光片F1，F2和F3的透射，耦合进光纤，进行信号的传输。

同轴型镭射二极管模组TO-CAN2与第一激光探测器302中的1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器光路相通，位于光路组件上方的右端，与TO-CAN1和光纤接口的连线相垂直。具体地，第一激光探测器302中的1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器的光信号探测芯片与第二光学透镜被封装到TO-CAN2中。从光纤输入到光路组件306的1310nm的光信号经过F3的反射和F5的透射输入第二光学透镜后，经第二光学透镜进入到1310nm的1.25Gbps的APD接收探测器的光信号探测芯片。

同轴型镭射二极管模组TO-CAN3与第二激光发射器303中的1625nm的OTDR DFB突发发射光源光路相通，位于光路组件的下方，与TO-CAN1和光纤接口的连线相垂直。具体地，第二激光发射器303中的1625nm的OTDRDFB突发发射光源的光源发射芯片与第三光学透镜被封装到TO-CAN3中。1625nm的OTDR DFB突发发射光源的光源发射芯片发出的光信号经第三光学透镜射出后，经过F2的反射和F3的透射，耦合进光纤。

同轴型镭射二极管模组TO-CAN4与第二激光探测器304中的1625nm的OTDR APD探测器光路相通，位于光路组件上方的左侧，与TO-CAN1和光纤接口的连线相垂直。具体地，第二激光探测器304中的1625nm的OTDRAPD探测器的光信号探测芯片与第四光学透镜被封装到TO-CAN4中。从光纤输入到光路组件306的1625nm的光信号，经过F3，F2的透射，和F1的反射，F4的透射后经TO-CAN4的光学透镜后进入到所述1625nm的OTDR APD探测器的光信号探测芯片。

滤光片F1镀1490nm的增透膜和1625nm的增反膜，其设置在TO-CAN1与光纤接口之间，F1的中心与第一交点相重合，并且F1与TO-CAN1的光学透镜成45°角，与TO-CAN4的光学透镜成45°角；第一交点指的是TO-CAN4的延长线与TO-CAN1和光纤接口的连线的交点。如何在F1上镀1490nm的增透膜和1625nm的增反膜，以使得F1可以透过1490nm波长的光，而反射1625nm波长的光为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。

滤光片F2镀1490nm的增透膜，1625nm90%的透射和10%的反射膜，其设置在TO-CAN1与光纤接口之间，F2的中心与第二交点相重合，并且F2与TO-CAN3的光学透镜成45°角；第二交点指的是TO-CAN3的延长线与TO-CAN1和光纤接口的连线的交点。如何在F2上镀1490nm的增透膜，1625nm90%的透射和10%的反射膜，以使得F2可以透过1490nm波长的光，投射90%的1625nm波长的光，反射10%的1625nm波长的光为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。

滤光片F3镀1490nm的增透膜、1310nm的增反膜和1625nm的增透膜，其设置在滤光片F2与光纤接口之间，F3的中心与第三交点相重合，并且F3与TO-CAN2的光学透镜成45°角；第三交点指的是TO-CAN2的延长线与TO-CAN1和光纤接口的连线的交点。如何在F3上镀1490nm的增透膜、1310nm的增反膜和1625nm的增透膜，以使得F3可以透过1490nm波长的光，反射1310nm波长的光，透过1625nm波长的光为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。

滤光片F4镀1625nm的增透膜，其设置在滤光片F1与TO-CAN4之间，F4的中心位于TO-CAN4的延长线上，并且F4与TO-CAN4的光学透镜相平行。如何在F4上镀1625nm的增透膜，以使得F4可以透过1625nm波长的光为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。

滤光片F5镀1310nm的增透膜，其设置在滤光片F3与TO-CAN2之间，F5的中心位于TO-CAN2的延长线上，并且F5与TO-CAN2的光学透镜相平行。如何在F5上镀1310nm的增反膜，以使得F5可以透过1310nm波长的光为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。

由于应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块相比之前没有增加OTDR功能的光模块，增加了一些电路和器件，从而导致以前的光模块的封装SFP+光模块封装无法容纳本发明实施例的光线路终端光模块，由此，本发明实施例提供的一种新的光线路终端光模块封装，参考SFF8432对SFP+光模块外形尺寸的约束，使得新的光线路终端光模块的封装尺寸在Case内部的尺寸符合SFF8432规范，即小型化可插拔光模块（SFP+，Small FormFactor Pluggable）8432规范对光模块尺寸的约束：其高度保持与SFP+光模块封装的高度相同，适当的做了加宽、加长处理，从而既可以容纳本发明实施例的光线路终端光模块，又保证新的光线路终端光模块封装保证在Case（容纳光线路终端光模块的容器）内部的尺寸符合SFF8432对光模块尺寸的约束。

虽然本发明实施例中是以应用于光接入网的以太无源光网络中的光线路终端光模块为例具体详细讲述集成了OTDR功能的光线路终端光模块的具体电路，显然，本领域技术人员可以根据本发明实施例技术方案中公开的内容轻而易举实现在其它类型的光网络中的光线路终端光模块中集成OTDR功能，比如，在应用于十吉比特无源光网络或吉比特无源光网络中的光线路终端光模块中集成OTDR功能。因此，不脱离本发明原理的前提下，在其它光网络中的光线路终端光模块中实现OTDR功能都应视为本发明的保护范围。

本发明实施例提供的的无源光网络中，集成了OTDR功能的OLT与可以反射第三波长的光信号的ONU的光模块之间的光信号的传输，如图13所示。

OLT的光模块发射第一波长的光信号作为下行光信号；第一波长的光信号在光纤中传输，到达ONU后，ONU的光模块用于接收OLT发送的第一波长的下行光信号；

ONU的光模块向OLT发送第二波长的光信号，即第二波长的上行光信号；第二波长的光信号在光纤中传输，到达OLT后，OLT的光模块用于接收ONU发送的第二波长的光信号作为上行光信号。

上述的第一波长的下行光信号与第二波长的上行光信号为OLT与ONU之间用于进行信息传送的通信光信号。

OLT的光模块还发射用于检测断点的第三波长的光信号；

第三波长的光信号在光纤中传输，若光纤中存在断裂点或设备故障处，则在断裂点或设备故障处被反射；此外，光纤中的第三波长的光信号还可由ONU的光模块反射。

OLT的光模块接收到反射回来的第三波长的光信号后，对反射的第三波长的光信号进行采样、分析，确定出光纤断点位置：OLT的光模块接收到反射的第三波长的光信号后，对反射的第三波长的光信号进行采样、分析，根据反射峰距离第三波长的光信号的发射时间的时长，从中确定出不是ONU的光模块反射的反射峰，作为断点反射峰，进而判断断点的距离和位置。如何判断断点的距离和位置上述已经详细介绍，此处不再赘述。

本发明实施例的ONU光模块的内部结构，如图14所示，包括：激光发射器1401、激光探测器1402、光路组件1403。

光路组件1403与光纤相连；光路组件1403与激光发射器1401光路相通、与激光探测器1402光路相通。光路组件1403可以透射从光纤向ONU光模块传输的第一波长的光信号，以及从ONU光模块向光纤传输的第二波长的光信号；同时光路组件1403可以反射从光纤传输过来的第三波长的光信号。

激光发射器1401用以接收ONU系统设备发送的电信号，经电光转换后，将接收的电信号转换为第二波长的光信号进行发射。激光发射器1401发射的光信号经光路组件1403耦合后进入到光纤进行传播。

从光纤传输过来的第一波长的光信号经光路组件1403传送到激光探测器1402。激光探测器1402将接收的第一波长的光信号，经光电转换后，转换为电信号发送给ONU系统设备进行处理。

激光发射器1401具体包括：发射第二波长的光信号的DFB发射光源及其驱动电路。第二波长具体可以是1310nm，DFB具体为1310nm的1.25Gbps的DFB。

激光探测器1402具体包括：探测接收第一波长的光信号的APD接收探测器和限幅放大电路。第一波长具体可以是1490nm，APD具体为1490nm的1.25Gbps的APD。

光路组件1403的内部结构，如图15所示，其中包括：2个TO-CAN和2个波分复用元件；2个TO-CAN分别为TO-CAN5、TO-CAN6；2个波分复用元件分别为第一波分复用元件1501、第二波分复用元件1502。光路组件1403的光接口作为ONU光模块的光接口，通过其光接口与光纤相连。

第一波分复用元件1501设置于沿光路组件1403的光接口的光轴方向上，对第一波长和第二波长的光信号透射，对第三波长的光信号反射。ONU光模块的光接口用于与光纤连接，第一波分复用元件1501可以透射从光纤向ONU光模块传输的第一波长的光信号，以及从ONU光模块向光纤传输的第二波长的光信号；同时第一波分复用元件1501还可以反射从光纤传输过来的第三波长的光信号。

TO-CAN5中封装有激光发射器1401的DFB发射光源和第五光学透镜；TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴与光路组件1403的光接口的光轴位于同一直线；

TO-CAN6中封装有激光探测器1402中的APD接收探测器和第六光学透镜；TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直；TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的交点称为第四交点；

第二波分复用元件1502设置于TO-CAN5与光路组件1403的光接口之间，第二波分复用元件1502的中心与第四交点相重合，并且与TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的夹角为锐角，较佳地，该锐角为45°角。第二波分复用元件1502的一面朝向TO-CAN5中封装的DFB发射光源，另一面朝向TO-CAN6中封装的APD接收探测器和第一波分复用元件。

第二波分复用元件1502用于第一波长与第二波长的光信号的分光：透射所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源发射的第二波长的光信号，反射第一波长的光信号到所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器。具体地，由激光发射器1401的DFB发射光源发射的第二波长的光信号，经第二波分复用元件1502的透射、第一波分复用元件1501的透射传送至光纤；第一波长的光信号由光纤传入、经第一波分复用元件1501的透射后到达第二波分复用元件1502，第二波分复用元件1502对第一波长的光信号进行反射，反射后的第一波长的光信号沿TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴进入到激光探测器1402中的APD接收探测器被探测接收，转为电信号后被限幅放大器放大输出。第二波分复用元件1502具体可以是镀有第一波长和第二波长的增透膜、第三波长的增反膜的滤光片。

进一步，光路组件1403中还可包括第三波分复用元件1503。

第三波分复用元件1503设置于第四交点与TO-CAN6之间，并与TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴垂直，用于透射第一波长的光信号，对其它波段的光信号反射，以助于减少进入到激光探测器1402中的干扰光信号。第三波分复用元件具体可以是镀有第一波长的增透膜的滤光片。

较佳地，如图16所示，光路组件1403中还可包括：隔离器1504。

隔离器1504设置于第四交点与TO-CAN5之间，并与TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直，用于单方向透射TO-CAN5中封装的DFB发射光源所发射的第一波长的光信号，以防止DFB发射光源所发射的第一波长的光信号被第二波分复用元件1502反射回DFB发射光源造成器件损坏。

较佳地，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，可以将上述的第一波分复用元件1501紧贴光接口的端面设置，且安装角度最好顺应光接口端面自身的倾斜角；也可以将第一波分复用元件1501设置在光接口的陶瓷插芯中间。

第一波分复用元件1501具体可以是镀有反射第三波长光信号的反射膜的滤光片或者薄膜，也可以采用直接在光接口的陶瓷插芯端面上镀膜的方式实现（如图16所示），即第一波分复用元件1501为光接口的陶瓷插芯端面上的镀膜。

较佳地，所述第一波分复用元件对用于检测断点的第三波长的光信号的反射率大于等于10%。

较佳地，光路组件1403封装于BOSA（Bidirectional Optical SubassemblyAssemble，单纤双向光电器件）中；TO-CAN5优选固定在BOSA的金属壳体的左侧；光接口固定在BOSA的金属壳体的右侧，外接光纤；TO-CAN6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。

本发明实施例由于在光线路终端光模块中不但设置有用于进行光信号通信的第一激光发射器和第一激光探测器，而且，还同时设置了可用于断点检测的第二激光发射器和第二激光探测器，并通过光路组件可以实现4路光信号的收发，因此，第一激光发射器和第一激光探测器在进行光信号通信时，第二激光发射器和第二激光探测器也可进行断点检测工作。所以，使用本发明实施例的光线路终端光模块在进行光纤断点检测时不必断开光纤网络系统，而且，在进行断点检测时，第一激光发射器和第一激光探测器仍然可以工作，从而可以保证其它没有断点处的网络的信号的正常传输。

而且，在ONU光模块中对OLT的光模块发射的检测断点的光信号进行反射，便于确定ONU在光网络中的位置，以ONU的位置为基础，更便于断点检测。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无源光网络，包括：光线路终端和光网络单元，其特征在于，

所述光线路终端的光模块，用于发射第一波长的光信号作为下行光信号，并接收第二波长的光信号作为上行光信号；以及还发射用于检测断点的第三波长的光信号，并接收反射回来的第三波长的光信号后，对反射的第三波长的光信号进行采样、分析，确定出光纤断点位置；

所述光网络单元的光模块，用于接收第一波长的光信号、发射第二波长的光信号，并反射第三波长的光信号。

2.如权利要求1所述的光网络，其特征在于，所述光线路终端的光模块包括：

光路组件，其与光纤相连；

第一激光发射器，与所述光路组件光路相通，用于接收交换机输入的电信号并将其转换为第一波长的光信号后输出，经所述光路组件耦合后进入所述光纤；

第一激光探测器，与所述光路组件光路相通，用于接收第二波长的光信号，将其转换为电信号后输出到所述交换机；其中，第二波长的光信号是从所述光纤经所述光路组件传输到第一激光探测器的；

第二激光发射器，与所述光路组件光路相通，用于发射第三波长的光信号；第三波长的光信号经所述光路组件耦合后进入所述光纤；

第二激光探测器，与所述光路组件光路相通，用于接收反射的第三波长的光信号，并将接收的光信号转换为电信号后输出；所述反射的第三波长的光信号是从所述光纤经所述光路组件传输到第二激光探测器的；

断点检测模块，用于对第二激光探测器输出的电信号进行采样、分析，确定出光纤断点位置。

3.如权利要求1所述的光网络，其特征在于，所述光网络单元的光模块包括：

光路组件，通过其光接口与光纤相连，用于透射第一波长、第二波长的光信号，反射第三波长的光信号；

激光发射器，与所述光路组件光路相通，用于接收光网络单元系统设备发送的电信号并将其转换为第二波长的光信号后输出，经所述光路组件耦合后进入所述光纤；

激光探测器，与所述光路组件光路相通，用于接收第一波长的光信号，将其转换为电信号后输出到所述光网络单元系统设备。

4.如权利要求3所述的光网络，其特征在于，所述光路组件包括：

第一波分复用元件，设置于沿所述光路组件的光接口的光轴方向上，对第一波长和第二波长的光信号透射，对第三波长的光信号反射；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN5，其中封装有所述激光发射器的DFB发射光源和第五光学透镜；所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴与所述光路组件1403的光接口的光轴位于同一直线；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN6，其中封装有所述激光探测器中的APD接收探测器和第六光学透镜；所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直；

第二波分复用元件，设置于所述TO-CAN5与所述光路组件的光接口之间，其中心与第四交点相重合，并且与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的夹角为锐角；其中，第四交点为所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的交点；第二波分复用元件用于透射所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源发射的第二波长的光信号，反射第一波长的光信号到所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器。

5.如权利要求4所述的光网络，其特征在于，所述光路组件还包括：

第三波分复用元件，设置于第四交点与所述TO-CAN6之间，并与所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴垂直，用于透射第一波长的光信号，对其它波段的光信号反射。

6.如权利要求1-5任一所述的光网络，其特征在于，所述无源光网络具体为以太无源光网络或吉比特无源光网络；以及在所述以太无源光网络或吉比特无源光网络中，第一波长的光信号为1490nm的光信号，第二波长的光信号为1310nm的光信号，第三波长的光信号为1625nm的光信号；或者，

所述无源光网络具体为十吉比特无源光网络；以及在所述十吉比特无源光网络中，第一波长的光信号为1577nm的光信号，第二波长的光信号为1270nm的光信号，第三波长的光信号为1625nm的光信号。

7.一种光网络单元光模块，包括：激光发射器和激光探测器；其特征在于，还包括：光路组件；所述光路组件包括：

第一波分复用元件，设置于沿所述光路组件的光接口的光轴方向上，对第一波长和第二波长的光信号透射，对第三波长的光信号反射；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN5，其中封装有所述激光发射器的DFB发射光源和第五光学透镜；所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴与所述光路组件1403的光接口的光轴位于同一直线；

同轴型镭射二极管模组TO-CAN6，其中封装有所述激光探测器中的APD接收探测器和第六光学透镜；所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直；

第二波分复用元件，设置于所述TO-CAN5与所述光路组件的光接口之间，其中心与第四交点相重合，并且与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的夹角为锐角；其中，第四交点为所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴的交点；第二波分复用元件用于透射所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源发射的第二波长的光信号，反射第一波长的光信号到所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器。

8.如权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述光路组件还包括：

第三波分复用元件，设置于第四交点与所述TO-CAN6之间，并与所述TO-CAN6中封装的APD接收探测器的光轴垂直，用于透射第一波长的光信号，对其它波段的光信号反射；

隔离器，设置于第四交点与所述TO-CAN5之间，并与所述TO-CAN5中封装的DFB发射光源的光轴垂直，用于单方向透射所述DFB发射光源发射的第二波长的光信号。

9.如权利要求8所述的光模块，其特征在于，第一波分复用元件为镀有反射膜的滤光片或者薄膜，或者为所述光接口的陶瓷插芯端面上的镀膜；以及

所述第一波分复用元件对第三波长的光信号的反射率大于等于10%；以及

第二波分复用元件为镀有第一波长和第二波长的增透膜、第三波长的增反膜的滤光片；以及

第三波分复用元件为镀有第一波长的增透膜的滤光片。

10.如权利要求6-9任一所述的光模块，其特征在于，所述光路组件封装于BOSA中；以及

所述TO-CAN5固定在所述BOSA的金属壳体的左侧；所述光接口固定在所述BOSA的金属壳体的右侧；所述TO-CAN6固定在所述金属壳体的上侧；第二、第三波分复用元件固定在所述金属壳体的内部托架上。

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