CN103364880A - 一种集成合波功能的马达光开关 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学器件领域，提供一种集成合波功能的马达光开关，包括步进马达、机械臂、分度盘，所述分度盘外圈等角间距分布有多个通孔，所述机械臂远端固定有透射准直器，所述分度盘上的每个通孔中固定有合波器反射端，所述透射准直器包括第一光纤，所述合波器反射端包括第二光纤、第三光纤以及设置在前端的合波膜，在所述步进马达和机械臂的传动下，所述透射准直器与所有合波器反射端顺次对应耦合。使用本发明提供的马达光开关不仅可以检测更多路的ONU通道，而且本发明提供的马达光开关结构紧凑，集成度高，降低了成本。

Description

一种集成合波功能的马达光开关

技术领域

本发明属于光学器件领域，尤其涉及一种集成合波功能的马达光开关。

背景技术

无源光网络（Passive Optical Network，PON）作为光网络中的一种点到多点的传输技术，因其具有的安全性高，共用带宽资源，工程综合成本低等优点，从出现之初起铺设量逐年上升，已经成为光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）的主流技术，其发展前景广阔，市场潜力巨大。

典型的PON网络系统，其传输信号包括三个，即下行的波长为1490nm和1550nm的业务光信号，上行的波长为1310nm业务光信号，硬件系统包括无源光网络光缆终端设备（Optical Line Terminal，OLT）、光分配节点系统（OpticalDivision Note，ODN）及光接入终端用户（Optical Net Unit，ONU，或Optical NetTerminal，ONT）。

近年随着PON网络铺设量的逐年上升，其在光接入网络终端用户ONU或ONT处故障的多样性、系统维护的繁琐性及成本逐渐上升，成为制约PON网络发展的瓶颈，为此各系统商纷纷提出了PON系统故障检测及维护的检测方案。

目前比较典型的方案是：如图1所示，在OLT主光路旁加入光时域反射仪（Optical Time Domain Reflectometer，OTDR）及合波器，并在ODN加入分路盒及光路调节盒，使得ODN到各个ONU的光路长度呈等间距阶梯状分布，这样各个ODN在OTDR上形成等间距反射峰，可根据这些峰的缺失及变化情况来判断发生故障的ODN通道及故障所处位置。假设有m个ONU，该方案可同时检测m路ODN通道（ODN与ONU之间的通道），但相对于ODN终端的铺设量来说，能够同时检测的ODN通道数量是不够的，若采用多个OTDR完成更多路ODN通道检测，不仅检测效率低，而且成本相对较高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种集成合波功能的马达光开关，在PON系统中使用所述马达光开关，可以解决现有PON系统检测方案中能够同时检测ODN通道数量不多的技术问题。

所述集成合波功能的马达光开关包括步进马达、固定在所述步进马达转子上的机械臂、与所述步进马达定子相对固定的分度盘，所述分度盘外圈等角间距分布有多个通孔，所述机械臂远端固定有透射准直器，所述分度盘上的每个通孔中固定有合波器反射端，所述透射准直器包括第一光纤，所述合波器反射端包括第二光纤、第三光纤以及设置在前端的合波膜，在所述步进马达和机械臂的传动下，所述透射准直器与所有合波器反射端顺次对应耦合，探测光信号在所述第一光纤和第三光纤中通过所述合波膜可相互透射传输，业务光信号在所述第二光纤和第三光纤中通过所述合波膜可相互反射传输。

进一步的，所述透射准直器还包括单芯毛细管、设置在所述单芯毛细管前端的第一透镜，以及将所述单芯毛细管、第一透镜粘结为一体的第一玻璃管，所述第一光纤插入到所述单芯毛细管中。

进一步的，所述合波器反射端还包括双芯毛细管、设置在所述双芯毛细管前端的第二透镜，以及将所述双芯毛细管、第二透镜粘结为一体的第二玻璃管，所述第二透镜前端还设有合波膜，所述第二光纤和第三光纤对应插入到所述双芯毛细管中。

进一步的，所述第三光纤中可同时传输波长不同的探测光信号和业务光信号。

进一步的，所述分度盘上相邻通孔的角间距为步进马达步距角的整数倍。

本发明的有益效果是：本发明提供的马达光开关同时具有通道切换功能和不同波长光信号的合波功能，使用时，将OTDR接到第一光纤，OLT的输出端接到第二光纤，ODN的输入端接到第三光纤，当透射准直器切换对准其中一个合波器反射端时，所述第一光纤中传输的探测光信号和第二光纤中传输的业务光信号可以透射耦合到所述第三光纤，所述第三光纤中反射回来的信号光可以按照上述光路逆向传输，假设本发明提供的马达光开关具有n个合波器反射端，一个ODN连接有m个ONU，那么通过本发明仅使用一个OTDR即可实现n*m路ODN通道检测，远远多于现有m路ODN通道检测；另一方面，本发明将通道切换和合波功能集成为一体，与分立的光开关模块和合波模块相比，系统集成度更高，降低了成本。

附图说明

图1是现有PON系统故障检测应用示意图；

图2是本发明实施例提供的集成合波功能的马达光开关的爆炸图；

图3是本发明实施例提供的集成合波功能的马达光开关的装配图；

图4是本发明施例提供的PON系统故障检测的一种应用示意图；

图5是本发明实施例提供的透射准直器和合波器反射端的一种具体优选结构图；

图6是本实施例提供的单芯毛细管和双芯毛细管的端面结构图。

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。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图2和图3分别示出了本发明实施例提供的集成合波功能的马达光开关的爆炸结构和装配结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的集成合波功能的马达光开关包括步进马达1、固定在所述步进马达转子上的机械臂2、与所述步进马达定子相对固定的分度盘3，分度盘3不随步进马达转子1转动而有产生位移，所述分度盘3外圈等角间距分布有多个通孔4，所述机械臂2远端固定有透射准直器5，透射准直器5随步进马达1转动而同步转动。所述分度盘3上的每个通孔4中固定有合波器反射端6（为了便于查看，图2中只在其中一个通孔中设置合波器反射端），所述透射准直器5包括第一光纤51，所述合波器反射端6包括第二光纤61、第三光纤62以及设置在前端的合波膜（图中未示出），在所述步进马达1和机械臂2的传动下，所述透射准直器5与所有合波器反射端6顺次对应耦合，探测光信号在所述第一光纤51和第三光纤62中通过所述合波膜可相互透射传输，业务光信号在所述第二光纤61和第三光纤62中通过所述合波膜可相互反射传输。

在使用时，如图4所示的PON系统故障检测的一种应用示意图，假设马达光开关的分度盘上有n个合波器反射端，分别标记为6-1至6-n，将每个合波器反射端的第二光纤61连接到对应的一个OLT的输出端，总共有n个OLT，分别为OLT1～OLTn，假设第二光纤的光纤端口依次为COM1～COMn，每个合波器反射端的第三光纤62连接有一个ODN，总共有n个ODN，分别为OND1～ONDn，假设第三光纤的光纤端口依次为OUT1～OUTn，每个ODN连接有m个ONU，分别为ONU1～ONUm，每个ONU中设有分路器和光路调节盒，将一台OTDR连接到第一光纤51。在步进马达驱动下，旋转切换所述透射准直器5，透射准直器5可以顺次与所述合波器反射端6对应耦合，假设透射准直器当前对准合波器反射端6-1，此时合波器反射端6-1的第二光纤连接到OLT1，第三光纤连接到ODN1，透射准直器5的第一光纤连接到一台OTDR，从OLT1输入的下行业务光信号从光纤端口COM1进入（即从合波器反射端6-1的第二光纤输入），经过合波器反射端6-1的合波膜反射后，从光纤端口OUT1输出（即从合波器反射端6-1的第三光纤输出），然后业务光信号进入ODN1，经由分路器和光路调节盒分路后，输出至各个ONU，反之，由各个ONU输出的上行业务信号经ODN1合波后进入光纤端口OUT1，经合波器反射端6-1的合波膜反射后，由光纤端口COM1输出，同理其他OLT通道（OLT与ODN之间的通道）和ODN通道光路相同。

在故障监控应用中，OTDR发出的探测光信号通过IN端口输入至透射准直器5的第一光纤，假设与ODN1连接的一个ONU出现故障，驱动步进马达进行切换通道，使得透射准直器5对准合波器反射端6-1，所述透射准直器5与合波器反射端6-1耦合，OTDR探测光信号从所述第一光纤透射过所述合波器反射端6-1的合波膜，与业务光信号一起合波进入合波器反射端6-1的第三光纤，后经ODN1分路后至各个ONU，然后探测光信号由各个ONU反射后，将原路返回至OTDR，由于ODN1中光路调整盒的作用，各ONU反射峰在OTDR上等距离显示，其中发生故障的ONU1反射峰位置将发生偏移，这样就可以判断故障发生位置，进而维修。假设马达开关包括32个透射准直器，设ODN分路器为64路，即一个ODN可以连接64个ONU，则一台OTDR可以同时检测2048个ODN通道，这样极大地降低了系统成本和安装工程量。需要特别说明的是，本实施例不限定分度盘上通孔的数量，即分度盘上所能安装的合波器反射端的数量，可以为32个、64个或其他数量等等，当有64个合波器反射端时，设ODN分路器为64路，则一台OTDR可同时检测4096条ODN通道。只要分度盘空间允许，合波器反射端数量可以视具体应用需求进行扩展。

本实施例所述的步进马达1为普通感应子式步进电机，是一种可将电脉冲信号转变为角位移的开环控制元件，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进马达的步距角根据分度盘上相邻通孔的角间距灵活选取，所述角间距为相邻两个通孔到分度盘圆心间的夹角，一般情况下，所述分度盘上相邻通孔的角间距为步进马达步距角的整数倍，假设为L倍，那么当发出L个脉冲信号之后，步进马达驱动透射准直器5旋转对准至下一合波器反射端6。所选步进马达转矩可视所述机械臂2及透射准直器5重量灵活选取。所述分度盘3固定于所述步进马达1上，不随所述步进马达转子的转动而发生移动，通常固定在步进马达前端壳体上。所述透射准直器5工作波段视具体需求而定，在PON系统故障检测应用中，透射准直器5的工作波长段应覆盖OTDR工作波长。所述分度盘3上设置的合波器反射端6的数量可视需要组网的ODN数量灵活选择，具体在PON系统故障检测应用中，合波器反射端数量与所能检测的OLT通道数量一致，OLT通道数越多，1台OTDR可以检测的ONU数量越多，单位ONU所需检测成本越低。

作为透射准直器5和合波器反射端6的一种具体优选结构，参照图5，所述透射准直器5包括第一光纤51外，还包括单芯毛细管52、设置在所述单芯毛细管前端的第一透镜53，以及将所述单芯毛细管52、第一透镜53粘结为一体的第一玻璃管54，所述第一透镜53用于实现光路准直，所述第一光纤51插入到所述单芯毛细管52中固定，单芯毛细管52的端面结构如图6a所示。所述合波器反射端6包括第二光纤61和第三光纤62外，还包括双芯毛细管63、设置在所述双芯毛细管前端的第二透镜64，以及将所述双芯毛细管63、第二透镜64粘结为一体的第二玻璃管65，所述第二透镜64前端还设有合波膜66，所述第二光纤61和第三光纤62对应插入到所述双芯毛细管63中固定，双芯毛细管63的端面结构如图6b所示。本优选方式中，合波膜66贴在第二透镜64的前端端面处，所述合波膜66可以将第二光纤61入射的特定波长的业务信号光反射至第三光纤62，还可以将第一光纤51入射的特定波长的探测信号光透射至第三光纤62，以上所述光路可逆，合波膜66具体反射及透射的信号光的波长，由合波膜66膜系特性所决定，根据实际业务信号光波长以及OTDR探测信号光波长选取合适的合波膜。在步进马达每发出若干个脉冲信号之后，步进马达驱动透射准直器5旋转对准至下一合波器反射端6。

综上，一方面，与现有技术相比，在PON系统故障检测应用中使用本实施例提供的马达光开关，可以通过一台OTDR实现检测更多数量的ODN通道检测，降低了单位ONU检测成本，检测效率高；另一方面，本实施例提供的马达光开关将通道切换功能和不同波长光信号的合波功能集成为一体，结构简单紧凑，与分立的光开关模块和合波模块相比，系统集成度更高，降低了成本。本实施例提供的马达光开关可以广泛应用于光通信、光传感、光学测试等各个光学相关产业。

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 (5)

1.一种集成合波功能的马达光开关，包括步进马达、固定在所述步进马达转子上的机械臂、与所述步进马达定子相对固定的分度盘，所述分度盘外圈等角间距分布有多个通孔，其特征在于，所述机械臂远端固定有透射准直器，所述分度盘上的每个通孔中固定有合波器反射端，所述透射准直器包括第一光纤，所述合波器反射端包括第二光纤、第三光纤以及设置在前端的合波膜，在所述步进马达和机械臂的传动下，所述透射准直器与所有合波器反射端顺次对应耦合，探测光信号在所述第一光纤和第三光纤中通过所述合波膜可相互透射传输，业务光信号在所述第二光纤和第三光纤中通过所述合波膜可相互反射传输。

2.如权利要求1所述集成合波功能的马达光开关，其特征在于，所述透射准直器还包括单芯毛细管、设置在所述单芯毛细管前端的第一透镜，以及将所述单芯毛细管、第一透镜粘结为一体的第一玻璃管，所述第一光纤插入到所述单芯毛细管中。

3.如权利要求1所述集成合波功能的马达光开关，其特征在于，所述合波器反射端还包括双芯毛细管、设置在所述双芯毛细管前端的第二透镜，以及将所述双芯毛细管、第二透镜粘结为一体的第二玻璃管，所述第二透镜前端还设有合波膜，所述第二光纤和第三光纤对应插入到所述双芯毛细管中。

4.如权利要求1-3所述集成合波功能的马达光开关，其特征在于，所述第三光纤中可同时传输波长不同的探测光信号和业务光信号。

5.如权要求4所述集成合波功能的马达光开关，其特征在于，所述分度盘上相邻通孔的角间距为步进马达步距角的整数倍。

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