CN103684615B - 一种用于光纤到户的接收波长可调光模块 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于光纤到户的接收波长可调光模块，其设有底座（1）、上盖（4）和位于其间的用于对同一光纤中不同波长光信号的光信号选择组件，该光信号选择组件由PCB板（9）和用于光纤LC插针与PIN-TIA管（7）对准的光纤插针准直套头（11）组成，在光纤插针准直套头（11）的内部自左向右依次装有微透镜（5）、可调滤波器（6），PCB板（9）上的控制电路通过金丝引线分别与PIN管（15）和TIA管（16）相连。本发明提高了整个基于波分复用的无源光网络的传输容量和速率，具有成本较低、使用方便、与现有光接收模块兼容等优点。

Description

一种用于光纤到户的接收波长可调光模块

技术领域

本发明涉及光纤到户(FTTH)解决方案中无源光网络（PON）同一光纤上不同波长的光信号选择接收的光模块，属于光通讯技术领域。

背景技术

随着信息技术的高速发展，FTTH众多解决方案逐渐成为通信领域研究热点。最简单的就是在局端（电信局）和终端（用户）各放置一个光纤收发器（俗称的光Modem），即可实现100M甚至1G的光纤接入速率，但这种方式的拓扑结构是点到点的。该方式存在一些问题，远端有多少用户，局端就得有多少个光模块，成本比较高，而且光纤资源的占用也非常惊人。为解决此，一种新的点对多点的网络拓扑结构被研发。也就是说，局端的一个光模块，一对（或一根）光纤可以对应远端的多个用户。这种拓扑结构的关键是在离用户较近的地方采用了一种不需要供电的器件——光分路器，用这种器件可以实现将一对光纤上的信号分配到多根光纤中。这种技术被称为无源光网络（PON）。PON技术和点对点（P-P）方式相比，能够大量节省主干光纤和局端设备光接口、高密集用户区域成本低，标准化程度高，业务透明性较好，网络配置灵活，是FTTH发展的主要技术选择。但是，终端用户对带宽快速增长的需求与光接入手段能力不足之间的矛盾又成了整个通信网络迅猛发展的瓶颈。基于波分复用技术的无源光网络（WDM-PON）以波长作为用户端（ONU）的标识，采用WDM技术实现不同用户终端链路的接入，能够为每个用户提供较宽的工作带宽，实现真正的对称宽带接入。同时，WDM技术的引入还可以避免时分多址技术中ONU的测距、快速比特同步等诸多技术难点，在网络管理以及系统升级性能方面具有明显优势。WDM-PON系统中的OLT采用多波长激光器进行信号的发射和接收，其工作速率与ONU的数目无关，不会受ONU的数据限制，其工作速率可调整到与ONU相同；由于波分复用技术的引入，在ODN的传输光纤中，每一根光纤可以传送多个波长，从而提高了整个WDM-PON的传输容量。在下行方向可以将每一个波长分离出来，并连接到不同的ONU/ONT中，在OM/OD设备中，包括光复用器件、解复用器件，用于将每一个不同波长进行分离。由于WDM-PON系统引入了波分复用设备，因此需要通过波长光分路器在下行传输方向上对光信号进行波长解复用，并分配给指定的ONU设备。但是，目前实现波长选择转换主要采用集成光路器件，在通道带宽、插入损耗、偏振敏感和设备功耗等方面性能不足，如波长光分路器主要由阵列波导光栅构成。串扰、温度稳定性、色散效应是波长光分路器在实现过程中需要注意的因素。由于阵列波导光栅器件各个波长之间的隔离度较低，或者非线性效应较为严重，会导致其他光通道的信号泄露到传输通道中，从而形成噪声，影响系统的性能，这些不足限制了其应用规模。

冯慧婷（冯慧婷，40GbPsDWDMNRZ光收发模块的研究，武汉邮电科学研究院硕士学位论文，2009）提出了在原有的40GbPs短距离NRZtransPonder模块基础上，增加了波长可调谐功能，更改了发射单元的设计。该模块用电光调制器、可调谐的激光器取代了电吸收调制器和连续波（CW）激光器，保证了波长选定和传输质量。由于该可调谐激光二级管（LD）是一种温度控制型LD，因此波长对温度的变化比较敏感，这样对于温度控制的精度要求就比较高，但在外界温度变化很恶劣时精度无法得到保障，这就需要一个补偿电路来保证其波长稳定，而且波长调谐范围较窄且其应用主要用于上行发送波长。现有少数几家国外已商用可调谐光学波长滤波器尺寸较大（如美国MOI公司的FFP-TF2滤波器尺寸13.5mm×25.8mm×57.2mm）或者性能差(MEMS型滤波器调谐带宽窄且损耗大)，且价格均太高，无法满足光接收模块的商业应用要求，限制了其在FTTH所需光接入模块中的应用。

发明内容

本发明所要解决的问题是：为克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于光纤到户的接受波长可调光模块，该模块以较高的光纤传输容量和速率实现不同用户终端的接入，为每个用户提供较宽的工作带宽，并能够降低成本。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：该模块设有底座、上盖和位于其间的用于对同一光纤中不同波长光信号的光信号选择组件，该光信号选择组件由PCB板和用于光纤LC插针与PIN-TIA管对准的光纤插针准直套头组成，在光纤插针准直套头的内部自左向右依次装有微透镜、可调滤波器，PCB板上的控制电路通过金丝引线分别与PIN管和TIA管相连。

所述微透镜、可调滤波器、PIN管和TIA管可以采用TO-CAN封装在金属壳体内，并由PIN-TIA底座封口。

本发明可以先将微透镜和可调滤波器粘接在安装座上，再将其插入PIN-TIA管的套管内，然后通过激光焊接方式将其与PIN-TIA封装管的金属外壳、光纤插针准直套头集成在一起。

所述可调滤波器可以采用基于光电陶瓷的F-P微型可调滤波器，其两条驱动引线通过打金线的方式通过PIN-TIA底座并采用独立的管脚连接驱动电路。

所述可调滤波器，其光学扫描范围可以为10～20nm，其扫描频率可以为2000Hz，

所述PCB板可以设有控制电路，该控制电路主要由以电信号控制的可调滤波器波长选择驱动电路单元和信号调理集成电路单元组成，并可以将其布置在符合SFF-8472协议规定的封装尺寸的PCB上。

所述可调滤波器波长选择驱动电路单元可以采用CS6721模拟与数值混合芯片，进行DAC控制以获得的高F-P腔长控制精度，通过光强反馈不断调整驱动电压以保证选择工作波长的稳定性。

所述信号调理集成电路单元可以由后级放大器组成，用于对信号进行后级限幅放大和波形整形，其可以将来自TIA管的输出信号放大至500mV，以满足后续数据判决和时钟恢复电路输入电平的需要。

所述PCB板可以装有排针。

所述光信号选择组件可以与PCB板通过卡钩固定在底座上，然后在卡块的配合下通过上盖将两者固定。

本发明通过基于光电陶的F-P微型的可调滤波器，从同一光纤链路上选择接收不同波长的光信号，经过PIN-TIA中的P管将光信号转化成电信号并进行初放，再通过调理电路对信号进行后级限幅放大和波形整形并转化成相应电信号输出，最终通过以太网络、无线等方式传输到用户终端，构建一个完整的光纤到户光接收模块系统。

本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点：

1.通过对终端模块集成微型的光电陶瓷可调滤波器技术实现不同用户终端的接入，该滤波器光学工作范围1535～1565nm，波长可以调节大概在10～20nm。，能够为每个用户提供较宽的工作带宽，避免信号解复用过程中噪声引入。

2.由于引入波分复用技术，使每一根光纤可以同时传送多个不同波长的光信号，可以提高整个基于波分复用的无源光网络的传输容量和速率。

3.避免目前采用阵列波导光栅构成的波长光分路器引起各个波长之间的隔离度较低，易形成噪声，提高了系统的性能。

4.现有波分光接收模块对不同波段用户需要特定的波长光分路器，造成系统应用成本过高。而采用本系统光接收模块的不同波段用户只需要同一可调滤波器，就可以从8～16个不同波长中选出不同用户需要的每一个波长信号，大大降低了系统应用成本。

5.将波长可选择器件基于光电陶瓷的F-P微型可调滤波器、光电转换器件PIN与初级放大器件TIA管等器件集成在进行直径5.6mm,高度大约4mm的金属管中，整个可实现8～16个波长的选择，系统的结构尺寸实现微型化、集成化和模块化。

6.本特定的微型的可调滤波器波长选择驱动电路单元，采用CS6721模拟与数值混合芯片，进行DAC控制以获得的高F-P腔长控制精度，通过光强反馈不断调整驱动电压以保证选择工作波长的稳定性，性能优秀，且价格非常低廉，使用方便。

7.应用本光接收模块具有频带宽、容量大、扩容升级方便、运维费用低、质量高等特点，能与现有光接收模块兼容，并可与现有光发送模块结合，升级为集接收、发送与数字诊断DDM与一体的可调三合一光模块。

附图说明

图1是本发明用于光纤到户(FTTH)的接收波长可调光模块的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图中：1.底座；2.卡钩；3.卡块；4.上盖；5.微透镜；6.可调滤波器；7.PIN-TIA封装管；8.管脚；9.PCB板；10.排针；11.光纤插针准直套头；12.安装座；13.PIN-TIA底座；14.金丝引线；15.PIN管；16.TIA管。

具体实施方式

本发明为克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于光纤到户的接收波长可调光模块，该接收波长可调光模块采用微型的可调滤波器技术实现不同用户终端的接入，能够为每个用户提供较宽的工作带宽，避免信号解复用过程中噪声引入。由于波分复用技术的引入，每一根光纤可以同时传送多个不同波长的光信号，从而提高了整个基于波分复用的无源光网络（WDM-PON）的传输容量和速率。同时，避免了目前采用阵列波导光栅构成的波长光分路器引起各个波长之间的隔离度较低，易形成噪声，影响系统的性能。另外，传统整个基于波分复用的无源光网络中不同波段需要特定波长的有源光光分路器，造成系统应用成本过高，而本发明系统中不同用户可只需要同一可调滤波器，就可选出不同用户需要的每一个波长信号。该模块尺寸与现有的光接收模块相当，可兼容，性能可靠，制备成本较低、使用方便。

以下结合实施例及附图对本发明的用于光纤到户（FTTH）的接收波长可调光模块的系统结构和实现原理做进一步描述。

本发明是一种用于光纤到户的接收波长可调光模块，其通过基于光电陶的F-P微型的可调滤波器，从同一光纤链路上选择接收到不同用户的光信号，经过PIN-TIA中的P管将光信号转化成电信号并进行初放，再通过调理电路对信号进行后级限幅放大和波形整形并转化成相应电信号输出，最终通过以太网络或无线等方式传输到用户终端，从而构建了一个完整的光纤到用户光接收模块系统。可从FTTH的同一光纤链路上传输的8～16个不同波长的光信号中，选出不同用户需要的每一个波长信号。该模块尺寸与现有光接收模块相当，兼容性强，性能优异，制备成本非常低廉，使用方便。

所述用于光纤到户的接收波长可调光模块，其结构如图1和图2所示，该可调光模块设有底座1、上盖4和位于其间的用于对同一光纤中不同波长光信号的光信号选择组件，该光信号选择组件由光纤插针准直套头11和PCB板9组成。所述光纤插针准直套头11用于光纤LC插针与PIN-TIA管7对准，该光纤插针准直套头的内部自左向右依次装有微透镜5、可调滤波器6。所述微透镜5和可调滤波器6先采用环氧树脂粘接固定在安装座12上，再将其插入PIN-TIA管7的套管内，然后通过激光焊接将其与PIN-TIA封装管7的金属外壳、光纤插针准直套头11集成在一起。微透镜5、可调滤波器6、PIN管15和TIA管16采用TO-CAN封装在与现有光接收模块完全兼容的圆柱体金属壳体内，其尺寸约为直径6.5mm、长度4mm，并由PIN-TIA底座13封口。PIN管15和TIA管16通过金丝引线14与PCB板9上的控制电路相连。

所述可调滤波器6采用基于光电陶瓷的F-P微型可调滤波器，通过调节该滤波器的波长可选择接收信号光的波长。其尺寸约为2×2×1mm³，其光学工作范围1535～1565nm，波长可以调节为10～20nm，其调谐速度较快，扫描频率可达2000Hz，其两条驱动引线通过打金线的方式通过PIN-TIA底座13的独立的管脚8连接驱动电路。该可调滤波器是波分系统中的关键组成部分，通过电压驱动改变F-P滤波器腔长，允许波长跟F-P腔长度有倍数关系的光通过，而其他波长的光按爱里函数衰减，难以透过谐振腔反射膜输出而被滤除。它在一定波长范围内允许选择特定的波长和频率实时通过光链路，从同一光纤链路上选择接收到不同用户的光信号。

所述PIN管15是一种用于光通信系统中将微弱的光信号转换成电信号，并将信号进行一定强度低噪声放大的探测器件。TIA管16将PIN管15转化的电信号进行初级放大。

所述PCB板9设有控制电路，该控制电路主要由以电信号控制的可调滤波器波长选择驱动电路单元和信号调理集成电路单元组成，并采用相应的集成芯片合理布置在符合SFF-8472协议规定的封装尺寸PCB上。所述可调滤波器波长选择驱动电路单元采用CS6721模拟与数值混合芯片，进行DAC控制以获得的高F-P腔长控制精度，通过光强反馈不断调整驱动电压以保证选择工作波长的稳定性。所述信号调理集成电路单元由后级放大器（PA）组成，其对信号进行后级限幅放大和波形整形，其功能是将来自TIA管16的输出信号放大至大于500mV，以满足后续数据判决和时钟恢复电路输入电平的需要。

所述PCB板9装有排针10，用于系统的电源供应，相应信号的输入输出。

所述光信号选择组件与PCB板9通过卡钩2固定在由塑料制成的底座1上，然后在卡块3的配合下通过上盖4将两者固定。

本实施例提供的可用于光纤到户的接收波长可调光模块的系统，其工作过程如下：

通过基于光电陶的F-P微型的可调滤波器6（简称滤波器），通过调谐电压驱动改变F-P滤波器腔长，允许波长跟F-P腔长度有倍数关系的光通过，而其他波长的光按爱里函数衰减，很难透过谐振腔反射膜输出而被滤除。它在一定波长范围内允许选择特定的波长和频率实时通过光链路，从同一光纤链路上选择接收到不同用户的光信号，采用CS6721模拟与数值混合芯片，进行DAC控制以获得的高F-P腔长控制精度，通过光强反馈不断调整驱动电压以保证选择工作波长的稳定性。经过TIA管16将PIN管15转化的电信号进行初级放大，再通过PCB板9中调理电路单元对信号进行后级限幅放大和波形整形并转化成相应电平信号输出，最终通过以太网络无线等方式传输到用户终端，从而构建了一个完整的光纤到户光收发模块系统。由于波分复用技术的引入，每一根光纤可以同时传送多个不同波长的光信号，而该系统中不同用户可只需要一个可调滤波器，就可选出不同用户需要的每一个波长信号，其中各项控制及补偿的参数都可以由用户自行设置。

Claims (9)

1.一种用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于：该模块设有底座(1)、上盖(4)和位于其间的用于对同一光纤中不同波长光信号进行选择的光信号选择组件，该光信号选择组件由PCB板(9)和用于光纤LC插针与PIN-TIA封装管(7)对准的光纤插针准直套头(11)组成，在光纤插针准直套头(11)的内部自左向右依次装有微透镜(5)、可调滤波器(6)，PCB板(9)上的控制电路通过金丝引线分别与PIN管(15)和TIA管(16)相连；所述PCB板(9)设有控制电路，该控制电路主要由以电信号控制的可调滤波器波长选择驱动电路单元和信号调理集成电路单元组成，并将其布置在符合SFF-8472协议规定的封装尺寸的PCB板上；

上述英文中，PCB是PrintedCircuitBoard的缩写，其中文释义为印制电路板；LC是LucentConnector的缩写，其中文释义为朗讯连接；PIN是PositiveIntrinsicNegative的缩写，其中文释义为同质PN结光电二极管，TIA是TransimpedanceAmplifier的缩写，其中文释义为跨阻放大器集成；PIN-TIA的中文释义为同质PN结光电二极管-跨阻放大器集成。

2.根据权利要求1所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于采用TO-CAN方式即罐型封装方式将微透镜(5)、可调滤波器(6)、PIN管(15)和TIA管(16)封装在金属壳体内，并由PIN-TIA底座(13)封口。

3.根据权利要求2所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于先将微透镜(5)和可调滤波器(6)粘接在安装座(12)上，再将其插入PIN-TIA封装管(7)的套管内，然后通过激光焊接方式将其与PIN-TIA封装管(7)的金属外壳、光纤插针准直套头(11)集成在一起。

4.根据权利要求1所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于所述可调滤波器(6)采用基于光电陶瓷的F-P微型可调滤波器，其两条驱动引线通过打金线的方式通过PIN-TIA底座(13)的独立的管脚(8)连接驱动电路；F-P是Fabry-Perot缩写，其中文释义为法布里-珀罗。

5.根据权利要求4所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于所述可调滤波器(6)，其光学扫描范围为10～20nm，其扫描频率为2000Hz，

6.根据权利要求1所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于所述可调滤波器波长选择驱动电路单元采用CS6721模拟与数值混合芯片，进行DAC控制以获得高的F-P腔长控制精度，通过光强反馈不断调整驱动电压以保证选择工作波长的稳定性；DAC是DigitaltoAnalogConverter缩写，其中文释义为数字模拟转换器。

7.根据权利要求1所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于所述信号调理集成电路单元由后级放大器组成，用于对信号进行后级限幅放大和波形整形，其将来自TIA管(16)的输出信号放大至500mV，以满足后续数据判决和时钟恢复电路输入电平的需要。

8.根据权利要求1所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于所述PCB板(9)装有排针(10)。

9.根据权利要求1所述的用于光纤到户的接收波长可调光模块，其特征在于所述光信号选择组件与PCB板(9)通过卡钩(2)固定在底座(1)上，然后在卡块(3)的配合下通过上盖(4)将两者固定。