CN103338068B - 一种基于多通道并行光信号的分光监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤通信技术领域，并公开了一种基于多通道并行光信号的分光监测装置，包括光信号发射模块、分光模块、耦合透镜阵列、光信号接收传输模块和光信号检测单元，其中光信号发射模块用于发射并行的多路光信号，并对其执行准直处理后输送至分光模块；分光模块将各路光信号执行分光，由此获得沿着不同方向输送的两类并行多路光信号：其中一类继续发射至光信号检测单元，并在此执行状态检测；另外一类依次经过耦合透镜阵列和光信号接收传输模块，由此执行继续执行正常的通信过程。通过本发明，能够在不改变光路的无源特性且保证正常通信的同时，顺利实现多路光信号的监测，并具备监测精度高、便于操作、适用面广等特点。

Description

一种基于多通道并行光信号的分光监测装置

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种基于多通道并行光信号的分光监测装置。

背景技术

对于目前的光纤入户过程而言，光纤到户中的光分配网络线路的投资比重日益上升，已占投资总额的60%左右，在初期建设成本中所占的比重更是高达90%以上。因此，光分配网络（ODN）已经成为推动光纤到户(FTTH)建设的关键环节之一。相比传统铜线的点到点（P2P）结构而言，光分配网络多采用点到多点（P2MP）的拓扑结构，网络中的接续点更多，但是由于光纤的质地脆、机械强度偏低，易于折断，因此其连接相对比较困难，并造成分路和耦合的不方便，而且存在可靠性等方面的问题；与此同时，光纤资源由于其无源特性成为“黑盒式”的资源，致使其难以有效管理，因此目前所面临的主要问题在于：现网资源难以盘点，实际使用情况与资源管理系统记录不一致，新增业务的开通需经过繁复的流程，无法匹配快速业务开通需求等。相应地，实现对光纤传输系统中光信号的实时监测对光纤通信系统是非常重要的，光分配网络的有效管理正成为对整个光纤到户网络的监控重点所在，是实现智能光分配网络的必要环节。

针对如何对光信号监测管理的问题，现有技术中已经提出了多种解决方式。例如，华为公司在2011年欧洲FTTH大会上提出了一种基于eID技术的智能ODN方案，该方案的核心思想是在不改变ODN无源网络特性的前提下，为网络增加一定的智能特性如光纤连接的识别管理、光纤智能提示、分光器智能管理等，同时在解决现场引入工具PDA。又如，中兴通讯公司提出了一种同时基于GIS系统与智能电子标识系统的eODN方案，该方案中将RFID智能电子标签植入到光纤连接头内，并当连接头插入到适配器时经由RFID标签来产生感应电势差并形成电流，从而激活RFID标签芯片电路工作，以便对标签芯片中的存储器进行读写操作；由于RFID电子标签内记载了连接器本身的ID，此ID为网络的唯一编码，以此方式得以对端口位置进行匹配及定位。

然而，不管是华为公司还是中兴通讯公司的以上解决方案，它们都是建立在繁多的辅助设备的基础之上，譬如手持式PDA、光纤ID传感器、GIS系统和RFID标签等，而在实际监测过程中，考虑到应用场合的复杂性以及偏远地区的条件限制等，往往无法实现便利、准备的监测过程。相应地，在本领域中亟需寻找一种更为完善的监控方式，以便在解决上述问题的同时，对光信号实现更为便利、稳定的监测管理。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多通道并行光信号的分光监测装置，其中通过对其关键组件的构造及其设置方式进行设计，能够在不改变光路的无源特性且保证正常通信的同时，顺利实现多路光信号的监测，并具备监测精度高、便于操作、适用面广等特点，因而尤其适用于光纤入户中的光分配网络的监测管理用途。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于多通道并行光信号的分光监测装置，其特征在于，该装置包括光信号发射模块、分光模块、耦合透镜阵列、光信号接收传输模块以及光信号检测单元，其中：

所述光信号发射模块用于发射并行的多路光信号，并对其执行准直处理后输送至分光模块；

所述分光模块用于将准直处理后的各路光信号执行分光，由此获得沿着不同方向输送的两类并行多路光信号：其中一类经分光模块透射后继续发射至光信号检测单元；另外一类经过分光模块反射后依次经过耦合透镜阵列和光信号接收传输模块；

所述耦合透镜阵列对来自分光模块的多路并行光信号执行耦合处理；所述光信号接收传输模块将耦合处理后的多路并行光信号予以接收并继续输送，以便执行正常的通信过程；

所述光信号检测单元对来自来自分光模块的多路并行光信号执行检测，并对检测信号出现异常时，获得其所对应的光路信息。

作为进一步优选地，所述分光模块为分光镜的形式，且其光透过率被设定为1%～5%。

作为进一步优选地，所述分光模块设置在并行多路光的输出路径上，并与入射光束呈45的角度。

作为进一步优选地，所述分光模块的中心与耦合透镜阵列的前端之间的距离被设定为4mm～8mm。

按照本发明的另一方面，还提供了另外一种基于多通道并行光信号的分光监测装置，其特征在于，该装置包括光信号发射模块、分光模块、光信号接收传输模块以及光信号检测单元，其中：

所述光信号发射模块用于发射并行的多路光信号，并对其执行准直处理后输送至分光模块；

所述分光模块为耦合器阵列的形式，并用于对来自光信号发射模块的各路光信号执行分光，由此获得沿着不同方向输送的两类并行多路光信号：其中一类继续沿着原传输方向发射至光信号检测单元；另外一类则改变传输方向后发射至光信号接收传输模块；

所述光信号接收传输模块将来自分光模块的多路光信号予以接收和继续输送，以便执行正常的通信过程；

所述光信号检测单元对来自来自分光模块的多路光信号执行检测，并对检测信号出现异常时，获得其所对应的光路信息。

作为进一步优选地，所述分光模块的耦合比被设定为1%～5%。

作为进一步优选地，所述光信号发射模块为平面波导光分路器，或者直接为带状光纤阵列。

作为进一步优选地，所述光信号发射模块的传输通道数量被设定为2、4、8、16、32或64。

作为进一步优选地，所述光信号检测单元包括依次连接的PIN阵列光电转换器、前置放大电路、滤波与主放大电路以及电信号监测器，其中PIN阵列光电转换器用于对检测光执行光电转换，相应获得与检测光对应的电流信号；前置放大电路用于将该电流信号转换为电压信号并执行电压放大处理，然后输送至滤波与主放大电路；滤波与主放大电路用于对所接收的信号执行噪声信号消除和电压二次放大处理，保留并放大有用信号，使其达到电信号监测器的正常监测范围内，最后由电信号检测器对其进行实时监控。

作为进一步优选地，所述光信号检测单元还包括数字示波器，以便对检测结果执行实时显示。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过本发明所构建的分光监测装置作为一种阵列式多通道监测系统，能够在不改变光路无源特性的情况下，顺利实现对多路光信号的有效监测，而且整体监测过程易于实现、便于操控，成本低；

2、按照本发明的分光监测装置无需在通信传输光路中使用任何电子器件，仅通过分光镜或耦合器即可实现分光，由此在有效实现多路光信号监测管理的同时，不会影响正常通信过程；

3、按照本发明所构建的后端电路监测处理部分无需各种强大的硬件或软件系统平台的支持，其造价低廉，性能稳定，监测精度高，因而尤其适用于光纤入户中的光分配网络的监测管理用途。

附图说明

图1是按照本发明第一优选实施例所构建的多通道并行光信号分光监测装置的整体构造示意图；

图2是按照本发明第二优选实施例所构建的多通道并行光信号分光监测装置的整体构造示意图；

图3是按照本发明优选实施例的光信号检测单元的构造示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-光信号发射模块2-自聚焦准直透镜阵列3-分光模块4-耦合透镜阵列5-光信号接收传输模块6-光信号检测单元11-光信号发射模块12-分光模块13-光信号接收传输模块14-光信号检测单元

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

针对现有技术中所存在的技术缺陷或改进需求，同时结合光纤通信系统中对光纤传输信号管理的需求，本发明提供了基于多通道并行光信号的分光监测装置，下面将结合附图对其具体构造进行示例性说明。

图1是按照本发明第一优选实施例所构建的多通道并行光信号分光监测装置的整体构造示意图。如图1中所示，该装置主要包括光信号发射模块1、分光模块3、耦合透镜阵列4、光信号接收传输模块5以及光信号检测单元6，其中光信号发射模块1用于发射并行的多路光信号，并可通过自聚焦准直透镜阵列2执行准直处理后输送至分光模块3；分光模块3用于将准直处理后的各路光信号执行分光，由此获得沿着不同方向输送的两类并行多路光信号：其中一类经分光模块3透射后继续发射至光信号检测单元6；另外一类经过分光模块3反射后依次经过耦合透镜阵列4和光信号接收传输模块5；耦合透镜阵列4对来自分光模块3的多路光信号执行耦合处理；光信号接收传输模块5将耦合处理后的多路光信号予以接收并继续输送，以便执行正常的通信过程；光信号检测单元6对来自来自分光模块3的多路光信号执行检测，并对检测信号出现异常时，获得其所对应的光路信息。

具体而言，光信号发射模块1譬如为带状光纤或平面波导光分路器，并产生多路的并行光信号。自聚焦准直透镜阵列2布置在分光模块3之前起准直作用，将光信号发射模块1发出的发散光束变换为平行光束；该自聚焦准直透镜阵列2的行数为1，其中单透镜的直径例如为0.125mm，节距为0.25P，数值孔径为0.46，工作波长范围为1250nm-1650nm，透镜阵列角度为双平面或单面8°，透明阵列可以是单面增透膜、双面增透膜或者不镀膜。分光模块3在本实施例中为分光镜的形式，它与光信号发射模块1之间的水平距离优选被控制在10mm以内，且设置在并行多路光的输出路径上，并与入射光束呈45的角度，这样可以使得分光模块3反射的光以与入射光束成90°的夹角反射向前传输进入多通道的光信号接收传输模块5。作为具体规格，分光镜的厚度可为1mm，反射率为95%-99%，透射率为5%-1%，材料为光学玻璃即可。

在光信号接收传输模块5的前端，设置有耦合透镜阵列4，将带状接收光纤置于该自聚焦透镜的输出端面上，通过选择合适的物距与透镜长度，可使经透镜输出光斑的最大半径和光束的张角尽可能的小，以便与接收光纤的参数匹配。此外，较多的测试表明，分光模块3的中心与耦合透镜阵列（4）的前端之间的距离优选可被设定为4mm～8mm，这样可以控制进入光信号接收传输模块5的光功率达到70%以上。

对于光信号检测单元6而言，如3中所示，按照本发明的一个优选实施方式，它包括依次连接的PIN阵列光电转换器、前置放大电路、滤波与主放大电路以及电信号监测器，其中PIN阵列光电转换器用于对检测光执行光电转换，相应获得与检测光对应的电流信号；前置放大电路用于将该电流信号转换为电压信号并执行电压放大处理，然后输送至滤波与主放大电路；滤波与主放大电路用于对所接收的信号执行噪声信号消除和电压二次放大处理，保留并放大有用信号，使其达到电信号监测器的正常监测范围内，最后由电信号检测器对其进行实时监控。

光信号处理的上述电路部分主要涉及到光信号的接收、光信号的转换、电信号的去噪和电信号的放大整形。由于前端分光部分的技术要求，导致对后端光信号接受电路的灵敏度要求比较高，通常为-18～-20dBm。经过光信号检测单元检测处理之后的电信号将由数字示波器监测。当光纤通信系统正常工作时，示波器监测到的电信号无异常。当前端光信号由于外界损坏如光连接器过松或过紧、光纤跳接错误、光器件使用不当而发生光功率非正常衰减等问题时，示波器上电信号将出现异常，这时工作人员可以快速判断是哪一支路出现故障，及早进行故障排查处理。

图2是按照本发明第二优选实施例所构建的多通道并行光信号分光监测装置的整体构造示意图。如图2中所示，该分光检测装置主要包括光信号发射模块11、分光模块12、光信号接收传输模块13以及光信号检测单元14，其中光信号发射模块11用于发射并行的多路光信号，并对其执行准直处理后输送至分光模块12；分光模块12为耦合器的形式，并用于对来自光信号发射模块1的各路光信号执行分光，由此获得沿着不同方向输送的两类并行多路光信号：其中一类继续沿着原传输方向发射至光信号检测单元14；另外一类则改变传输方向后发射至光信号接收传输模块13；光信号接收传输模块13将来自分光模块13的多路光信号予以接收和继续输送，以便执行正常的通信过程；光信号检测单元14则对来自来自分光模块12的多路光信号执行检测，并对检测信号出现异常时，获得其所对应的光路信息。

具体而言，本实施例相对于第一优选实施例的改进主要在于耦合器的使用。耦合器又称分歧器、连接器、适配器，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域。光纤耦合器可分标准耦合器、直连式耦合器、星状/树状耦合器、以及波长多工器。在本发明中可选用波导式标准耦合器，将数个耦合器通过机械工艺加工成阵列形式。耦合器一分支的功率分配为95%以上，另一分支的功率分配为5%以下。95%以上的光会直接进入多通道并行光信号传输模块3，5%以下少部分的光会进入光信号接收传输模块。以此方式，能够进一步减少分光监测装置的元件数量和组成，提高操作的便利性。

综上所述，例如对光纤到户系统中的ODN光分配网络而言，将主干传输的光信号通过光分路器分配到各个分支光传输系统中。通过将本装置置于分光后的分支光传输系统中，将光纤传输阵列通过准直透镜阵列，垂直入射到摆放与光线夹角成45°的分光镜上。然后垂直入射的光有95%部分从镜面反射，反射光重新耦合进入下一级信号传输系统。而5%的光将透过分光镜之后被后端的PIN阵列探测器接收到。探测器将接收到的微弱光信号转化为电信号，将电信号先通过放大电路，然后经过滤波与主放大电路。最后得到可供监测的多路电信号，将多路信号接入示波器中。在光纤通信系统正常工作，没有发生光信号中断等问题时，示波器上波形无异常。一旦发生异常，即可通过波形的变化知道具体是哪一路信号发生异常，方便维护人员及时抢修，排除故障。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多通道并行光信号的分光监测装置，该分光监测装置用于光纤到户系统中的光分配网络，并被置于各个分支光传输系统之中，其特征在于，该分光监测装置装置包括光信号发射模块(1)、分光模块(3)、耦合透镜阵列(4)、光信号接收传输模块(5)以及光信号检测单元(6)，其中：

所述光信号发射模块(1)为带状光纤，其用于发射多路的并行光信号，并通过自聚焦准直透镜阵列(2)对其执行准直处理，由此将该带状光纤发出的发散光束变换为平行光束，然后输送至所述分光模块(3)；

所述分光模块(3)为分光镜的形式，它与所述光信号发射模块(1)之间的水平距离被设定在10mm以内且设置在并行光信号的输出路径上，并与入射光束呈45°的角度，由此用于将准直处理后的各路光信号执行分光，并获得沿着不同方向输送的两类并行多路光信号：其中一类经该分光模块(3)透射后继续发射至所述光信号检测单元(6)；另外一类经过该分光模块(3)反射后依次经过所述耦合透镜阵列(4)和所述光信号接收传输模块(5)；此外，该分光模块(3)反射的光以与入射光束呈90°的夹角反射向前传输进入多通道的所述光信号接收传输模块(5)中；

所述耦合透镜阵列(4)设置在所述光信号接收传输模块(5)的前端，同时在该耦合透镜阵列(4)的输出端面上置有带状接收光纤，由此用于对来自所述分光模块(3)的多路并行光信号执行耦合处理，然后继续输送至所述光信号接收传输模块(5)；

所述光信号接收传输模块(5)将耦合处理后的多路并行光信号予以接收并继续输送，以便执行正常的通信过程；

所述光信号检测单元(6)对来自所述分光模块(3)的多路并行光信号执行检测，并对检测信号出现异常时，获得其所对应的光路信息；该光信号检测单元具体包括依次连接的PIN阵列光电转换器、前置放大电路、滤波与主放大电路以及电信号监测器，其中该PIN阵列光电转换器用于对检测光执行光电转换，相应获得与检测光对应的电流信号；该前置放大电路用于将所述电流信号转换为电压信号并执行电压放大处理，然后输送至所述滤波与主放大电路；该滤波与主放大电路用于对所接收的信号执行噪声信号消除和电压二次放大处理，保留并放大有用信号，使其达到电信号监测器的正常监测范围内，最后由所述电信号监测器对其进行实时监控。

2.如权利要求1所述的分光监测装置，其特征在于，所述分光模块为分光镜的形式，且其光透过率被设定为1％～5％。

3.如权利要求1或2所述的分光监测装置，其特征在于，所述分光模块(3)的中心与所述耦合透镜阵列(4)的前端之间的距离被设定为4mm～8mm。

4.如权利要求1所述的分光监测装置，其特征在于，所述光信号检测单元还包括数字示波器，以便对检测结果执行实时显示。