CN104348552A - 一种多芯塑料光纤收发模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种多芯塑料光纤收发模块，为多芯塑料光纤的应用提供了可能，有利于进一步提高塑料光纤通信速率。该多芯塑料光纤收发模块，包括一个多芯塑料光纤发送端单元和一个多芯塑料光纤接收端单元；所述多芯塑料光纤发送端单元包括一个编码子单元与多个发射光源，所述发射光源由驱动电路、发光元件和准直透镜组成，所述编码子单元由编码电路和分发电路组成；所述多芯塑料光纤接收端单元包括多个光电转换器件与一个解码子单元，所述光电转换器件由会聚透镜、光检测器和光电转换电路组成，所述解码子单元包括合并电路和解码电路。

Description

一种多芯塑料光纤收发模块

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种塑料光纤模块。

背景技术

随着社会发展，生活节奏的加快，人们对信息传输速率的要求越来越高，显然，现有的铜缆等通信方式，传输速率慢、受电磁干扰严重，已经不能满足人们的要求。尤其是，随着USB 3.0标准、英特尔的雷电接口、ADM的闪电技术的相继面世，意味着通信速率进入一个新的层面。

光纤通信由于不受电磁干扰影响，且传输数据快的优点，成为了通信技术研究应用领域的新宠。现有的通信用光纤，分为石英光纤和塑料光纤两种。

石英光纤是最早出现在通信领域的光纤，目前已经在通信行业普遍应用，并对铜缆的替代作用越来越明显，但是由于石英光纤在光纤耦合互接中精度要求高及光纤配套器件昂贵等原因，大大提高了石英光纤的连接成本，限制了其在接点多的短距离传输领域的应用。为降低短距离接入网中光纤网络终端用户的接入成本，塑料光纤逐渐进入了人们的视线。

塑料光纤是优异的短距离数据传输介质，在接入网的最后100～1000米中的应用尤为广泛，尤其是多芯塑料光纤技术方案的提出，更是为塑料光纤的传送速率提供了无尽的可能。但是，目前却没有一款小巧方便、成本低廉的可以与多芯塑料光纤配套使用的大容量光电转换设备，这无异于限制了多芯塑料光纤技术的发展与应用。

发明内容

本发明提供的多芯塑料光纤收发模块，解决了现阶段没有配合多芯塑料光纤的大容量收发模块的问题，为多芯塑料光纤的应用提供了可能，有利于进一步提高塑料光纤通信速率。

本发明的技术方案是：

一种多芯塑料光纤发送端单元，包括一个编码子单元、一个或多个驱动电路与多个发射光源，所述发射光源由发光元件和准直透镜组成，所述编码子单元由编码电路和分发电路组成。

一种多芯塑料光纤接收端单元，包括多个光电转换器件与一个解码子单元，所述光电转换器件由会聚透镜、光检测器和光电转换电路组成，所述解码子单元包括合并电路和解码电路。所述多个光电转换器件各包含一个光电转换电路，或者多个光电转换器件共用一个或多个光电转换电路。

一种多芯塑料光纤收发模块，包括一个上述多芯塑料光纤发送端单元和上述多芯塑料光纤接收端单元。

本发明的有益效果是：

本发明提供了多芯塑料光纤收发模块，可以利用塑料光纤传输多芯数据，进一步降低塑料光纤通信系统成本的同时，还提高了通信速率。

多芯塑料光纤收发模块成倍提高了通信速率，减少了相同容量的信息的传送时间，进一步提升了光信号的通信安全。

多芯塑料光纤收发模块与塑料光纤纤芯连接时，光耦合效率高，对应用环境、安装维护技术设备的要求少，成本低。

多芯塑料光纤收发模块可促进大芯数塑料光纤的普及，适用于办公室等信息传送量大的公共场合，解决了线缆多、杂、乱的问题，实现了公共场合布线的整洁美观。

本发明为多芯塑料光纤通信的实现及推广做好准备，可促进光网络的推广普及。

附图说明

图1(a)  多芯塑料光纤发送端单元示意图

图1(b)  另一种多芯塑料光纤发送端单元示意图

图2(a)  多芯塑料光纤接收端单元示意图

图2(b)  另一种多芯塑料光纤发送端单元示意图

图3  多芯塑料光纤收发模块示意图

图4  多芯塑料光纤通信示意图

图5  光传输示意图。

具体实施方式

光纤作为一种新型的信号传输媒介，其在通信领域所占的比例越来越重，但却一直没有完全取代铜缆、五类线等现有的通信方式，这固然是因为铜缆等使用时间长，资源较多的缘故，可同时，光纤本身存在的一些问题也延缓了其发展的速度。

现阶段，用于通信的光纤可分为石英光纤和塑料光纤两大类，而塑料光纤又可以分为SI型塑料光纤和GI型塑料光纤。

石英光纤是最早用于通信的光纤，其传输速率快，而且通信距离长。相比于铜缆等通信方式，石英光纤还克服了受电磁干扰严重，容易失真的缺陷，但是，石英光纤的高成本却限制了它的普及。石英光纤在光纤耦合互接中精度要求高，光纤配套器件昂贵，其安装维护成本居高不下，限制了其在接点多的短距离传输领域的应用。

塑料光纤的出现可以说是填补了石英光纤在短距离通信领域的不足。塑料光纤虽然通信距离不长，多用于“最后一公里”的接入。相比石英光纤，塑料光纤大纤芯使其连接变得简便，易对准，与光源和接收器件的耦合效率高，配套材料便宜，安装成本很低。但是，SI型塑料光纤传输速率不及石英光纤，GI型塑料光纤传输塑料光纤高，但光纤制造过程复杂，本身成本难以节俭。

为了降低塑料光纤制造成本，同时提高传输速率，多芯塑料光纤已被研制，但目前却没有一款小巧方便、成本低廉的可以与多芯塑料光纤配套使用的大容量光电转换设备。本发明针对这一问题，提供了一种多芯塑料光纤收发模块。

 图1(a)所示为多芯塑料光纤发送端单元1的结构图，其包括一个编码子单元11、多个驱动电路和多个发射光源，其中驱动电路与发射光源数量相等、一一对应。编码子单元11包括一个编码电路111和一个分发电路112。图1(a)中所示发射光源131为多芯塑料光纤发送端单元1多个发射光源中的一个，其包括发光元件1311以及一个准直透镜1312，发光元件1311直接连接对应的驱动电路121。其他发射光源的组成与发射光源131相同，且每一个发射光源的发光元件均连接一个驱动电路，图1（a）所示多芯塑料光纤发送端单元1中，驱动电路与发射光源数量相等、一一对应。

多芯塑料光纤发送端单元1中，编码子单元11的作用就是对需要传输的信息进行编码。需要传输的信息经过编码电路111可转换成电信号，驱动电路可驱动对应的发射光源将该电信号转换为光信号，从而被与发射光源相连接的塑料光纤纤芯发送出去。由于本发明是针对多芯塑料光纤的，即一根塑料光纤中包含多根传输光信号的纤芯，相对的便需要多个发射光源。为避免多个发射光源发送的光信号重复或失真，编码子单元11中还设计了一个分发电路112，所谓分发电路顾名思义就是对信号进行拆分，将一路信号拆成多路。多芯塑料光纤发送端单元1中，分发电路112的作用就是将编码电路111编码后的电信号拆分成与多个发射光源一一对应的多路电信号，从而传送到对应发射光源中。

每一个发射光源均对应一个驱动电路，而发射光源本身由一个发光元件和一个准直透镜组成。所有的驱动电路均连接到分发电路112，而每一个驱动电路对应一个发射光源，直接连接对应发射光源的发光元件。分发电路112拆分后的电信号分别输入一个对应的驱动电路，并且通过驱动电路促使对应的发射光源中的发光元件发光。发光元件发射的光线经过准直透镜发散后，形成一束平行光线，耦合到对应的多芯塑料光纤纤芯中。例如，发射光源131连接于驱动电路121和多芯塑料光纤的纤芯31之间，发射光源131包括发光元件1311和准直透镜1312。分发电路112将编码电路111编码后的电信号拆成多路，并将其中一路输入驱动电路121，推动驱动电路121役使发光元件1311发光，发光元件1311发射的光透过准直透镜1312，发散成一束平行光线。多芯塑料光纤的纤芯31连接于准直透镜1312一侧，发散后的平行光线耦合进入纤芯31中，通过纤芯31传送出去。

 以上实施方式中，分发电路112分发出去的每一路电信号都是不相同的，所以发射光源发射的光线也不相同，但是驱动电路驱动发射光源的原理规则是相同的，所以与发射光源一一对应的驱动电路可以合而为一，即多个发射光源共用一个驱动电路，此时，多芯塑料光纤发送端单元所包含的驱动电路最少为一个，最多则与发射光源数量相同。

图1（b）所示多芯塑料光纤发送端单元1’便是所有的发射光源共用一个驱动电路12。多芯塑料光纤发送端单元1’与图1（a）所示多芯塑料光纤发送端单元1同样由编码子单元11、驱动电路和发射光源组成，编码子单元11包括一个编码电路111和一个分发电路112，发射光源包括一个发光元件和一个准直透镜。不同的是图1（b）所示多芯塑料光纤发送端单元1’只包括一个驱动电路12，且所有的发光元件共用该驱动电路12。例如图1(b)中所示发射光源131为多芯塑料光纤发送端单元1’多个发射光源中的一个，其包括发光元件1311以及一个准直透镜1312，发光元件1311直接连接驱动电路12，准直透镜连接于发光元件1311和对应发射光源131的多芯塑料光纤纤芯31之间。其他发射光源的组成与发射光源131相同，且每一个发射光源的发光元件均连接到驱动电路12。

图1（b）所示多芯塑料光纤发送端单元1’与图1（a）所示多芯塑料光纤发送端单元1的工作原理相同，不同的是，驱动电路12连接分发电路112，所有的发光元件同时连接到驱动电路12。编码电路111编码后的电信号经过分发电路112分成多路电信号，驱动电路12同时驭使多个发射光源将分配到的电信号转换成光信号，并输入与发射光源连接的多芯塑料光纤纤芯中。

图2(a)所示为多芯塑料光纤接收端单元2的示意图，包括多个光电转换器件和一个解码子单元21。其中光电转换器件由会聚透镜、光检测器和光电转换电路组成，例如多个光电转换器件中的一个光电转换器件221，包括会聚透镜2211、光检测器2212和光电转换电路2213。解码子单元21包括合并电路211和解码电路212。

光电转换器件的功能正好与发射光源相反，其可接收与之相连接的多芯塑料光纤纤芯传送来的光信号，并将其转换成电信号。例如光电转换器件221连接于多芯塑料光纤的纤芯31，纤芯31连接到光电转换器件的会聚透镜2211上。纤芯31传送来的光信号为一束平行光线，会聚透镜有汇聚光线的作用，所以平行光线经过会聚透镜2211被聚集成一个光点，光信号增强。光检测器2212的作用就是检测光信号，当其检测到会聚透镜2211聚集的光点后，推进光电转换电路2213将光信号转换成电信号。

多芯塑料光纤接收端单元2包含多个光电转换器件，这些光电转换器件的构成及工作原理与光电转换器件221相同，每一个光电转换器件均连接一根多芯塑料光纤的纤芯，负责接收相连接的纤芯传送来的光信号，并将其转换成电信号。

由于多芯塑料光纤接收端单元2包含多个光电转换器件，每一个光电转换器件负责一根多芯塑料光纤纤芯所传送光信号的接收和转换。因此，每一个光电转换器件转换来的电信号都是不完整的，只有将全部纤芯传送的光信号转换成的电信号才是多芯塑料光纤传送的信息。

多芯塑料光纤接收端单元2所包含的解码子单元21由合并电路211和解码电路212组成，其中合并电路211位于解码电路212前端，同时连接多个光电转换器件和解码电路212.合并电路211的作用就是将多个光电转换器件转换来的电信号合成一路完整的电信号。如图2(a)所示，多个光电转换器件的光电转换电路均直接连接到合并电路211上，将转换来的电信号直接输入合并电路211，合并电路211接收所有的电信号，并将其合成为一路电信号。合并电路211与解码电路212相连，合成后的电信号直接被解码电路212接收，解码电路212将电信号解码还原成初始信息。

图2（a）所示实施方式中，每一个光电转换器件都是相互独立的，各自包含一个会聚透镜、一个光检测器和一个光电转换电路，但是，所有的光电转换器件及其所包含的组成部分，工作原理都是相同的。该实施方式中，会聚透镜与多芯塑料光纤纤芯一一对应，光检测器与会聚透镜一一对应，所以各个光电转换器件所包含的会聚透镜与光检测器必须独立开来，不可合并。光电转换电路负责接收光检测器检测到的光信号，并将其转换成电信号，其工作过程始终遵循相同的原理，所以，多芯塑料光纤接收端单元2中可以多个光电转换器件共用一个光电转换电路，甚至于多芯塑料光纤接收端单元2中所有的光电转换器件共用一个光电转换电路。

图2（b）所示的多芯塑料光纤接收端单元2’同样包含多个光电转换器件和一个解码子单元21。其中光电转换器件由会聚透镜、光检测器和光电转换电路组成，不同的是，每一个光电转换器件各自包含一个会聚透镜和一个光检测器，但却共用一个光电转换电路。例如多芯塑料光纤接收单元2’中，包含多个与多芯塑料光纤的纤芯一一对应的会聚透镜和光检测器，同时还包括一个光电转换电路2213’，所有的光检测器均连接到光电转换电路2213’，光电检测器检测到的光信号均由光电转换电路2213’统一转换成电信号。

本发明针对多芯塑料光纤，设计了一种多芯塑料光纤收发模块。其包括一个多芯塑料光纤发送端单元和一个多芯塑料光纤接收端单元，如图3所示。

 多芯塑料光纤收发模块所包含的多芯塑料光纤发送端单元由一个编码子单元、驱动电路和多个发射光源组成；编码子单元包括编码电路和分发电路；发射光源包括发光元件和准直透镜。其中，编码电路连接分发电路，分发电路连接驱动电路，驱动电路连接发射光源中的发光元件，准直透镜位于发光元件和连接到发射光源的多芯塑料光纤纤芯之间。编码电路将要传输的信息编码，经分发电路对应多个发射光源分成多路信号，并通过驱动电路驭使发光元件发光，将该发射光源分配到的电信号转换成光信号，该光信号经准直透镜发散成一束平行光线，并耦合到与之连接的多芯塑料光纤纤芯中。该实施方式中，驱动电路可以是一个也可以是多个，为一个是，所有的发光元件都连接到这一个驱动电路上；为多个时，根据驱动电路与发射光源的差值，可以是几个发射光源共用一个驱动电路，或者每一个发射光源对应一个驱动电路。值得注意的是，多芯塑料光纤发送端单元中，驱动电路至少为一个，最多也只能与发射光源数量相等。

多芯塑料光纤收发模块所包含的多芯塑料光纤接收端单元由光电转换器件和解码子单元组成，其中光电转换器件包括会聚透镜、光检测器和光电转换电路，三者依次连接；编码子单元包括合并电路和解码电路，合并电路连接于解码电路和光电转换器件的光电转换电路之间。光电转换器件可接受与之连接的多芯塑料光纤纤芯传送来的光信号，并将其转换成电信号。由于多芯塑料光纤包含多根纤芯，每一根纤芯对应一个光电转换器件，所有光电转换器件转换后的电信号通过合并电路合并成一路电信号，该路电信号经解码电路解码，可还原成初始信息。多芯塑料光纤接收端单元包括多个一一对应多芯塑料光纤纤芯的光电转换器件，这些光电转换器件所包含的会聚透镜和光检测器与相连接的多芯塑料光纤纤芯是一一对应的关系，而负责将光信号转换成电信号的光电转换电路始终遵循的是同一个光电转换规则，所以多个光电转换器件可以拥有相互独立的光电转换电路，也可以多个光电转换器件共用一个转换电路。多芯塑料光纤接收端单元所包含的光电转换电路最少为一个，最多时与光电转换器件数量相等。

图3所示的多芯塑料光纤收发模块，其所包含的多芯塑料光纤发送端单元可参考图1(a)与图1(b)所示实施方式；其所包含的多芯塑料光纤接收端单元可参考图2(a)与图2(b)所示实施方式。

多芯塑料光纤收发模块可同时进行光信号的发送或接收，其工作方式为双工通信。而多芯塑料光纤发送端单元或多芯塑料光纤接收端单元，仅能单独完成光信号的发送或接收，二者的通信方式为单工通信。

不论是双工通信还是单工通信，一个完整的光信号通道都要包含一个多芯塑料光纤发送端单元和一个多芯塑料光纤接收端单元，二者分别位于光信号通道的两端，中间以多芯塑料光纤连接。

图4所示为一种多芯塑料光纤的单工通信方式，该光信号通道由一个多芯塑料光纤发送端单元1’、多芯塑料光纤接收端单元2和一根多芯塑料光纤3组成。多芯塑料光纤3包含多根纤芯，每一根纤芯连接于多芯塑料光纤发送端单元1’的一个发射光源和多芯塑料光纤接收端单元2的一个光电转换器件之间。例如多芯塑料光纤3包含的纤芯31、32、3n分别连接于发射光源131、132、13n与光电转换器件221、222、22n之间，发射光源将电信号转换成光信号，并通过与之连接的多芯塑料光纤纤芯发送出去，而光电转换器件接收相连接的多芯塑料光纤纤芯发送来的光信号，并将其转换成电信号。

如图4所示，多芯塑料光纤发送端单元1’通过编码子单元11对需要传输的信息进行编码，并且将编码后的信号输入多个与之相连接的发射光源131～13n。这些发射光源将接收到的电信号转换成光信号，并且输入与之连接的多芯塑料光纤纤芯，然后被传输到纤芯另一端连接的光电转换器件221～22n中，被转换成电信号。例如多芯塑料光纤3的纤芯31连接于发射光源131与光电转换器件221之间，发射光源131转换后的光信号输入纤芯31，通过纤芯31传送到光电转换器件221，并且被接收，再度还原成电信号。光信号再度被光电转换器件还原成电信号后，解码子单元21接收光电转换器件221～22n转换来的电信号，将这些电信号合并再解码。

多芯塑料光纤发送端单元1’所包括的发射光源由发光元件和准直透镜组成，多芯塑料光纤接收端单元2所包括的光电转换器件由会聚透镜、光检测器和光电转换电路组成，光信号的传送就由发射光源、光电转换器件以及连接二者的多芯塑料光纤纤芯承载。以下，截取多芯塑料光纤发送端单元1’的发射光源131、多芯塑料光纤接收端单元2的光电转换器件221，以及连接两者的多芯塑料光纤纤芯31，对光信号的传送做简要说明。

如图5所示的光信号传送通道，包括发射光源131、光电转换器件221以及纤芯31。其中，发射光源131由发光元件1311和准直透镜1312组成；光电转换器件221由会聚透镜2211、光检测器2212和光电转换电路2213组成；纤芯31为多芯塑料光纤多根纤芯中的一根，连接在准直透镜1312和会聚透镜2211之间。发射光源1311受激发射散射状光线，这些光线中照射在准直透镜1312上的部分光线100，透过准直透镜1312调整成平行光束200；平行光速200耦合到纤芯31中，并且通过纤芯31传送到与之连接的会聚透镜2211一侧；会聚透镜2211将平行光束200会聚成一个光点300；光信号加强，可被光检测器2212检测到；光检测器2212检测到光信号300后，便将其接收并传送到光电转换电路2212进行光电转，自此，光信号的传送完成。

当采用多芯塑料光纤收发模块进行通信时，其工作原理与图4、图5所示相同，所不同的是，由于多芯塑料光纤收发模块包含一个多芯塑料光纤发送端单元和一个多芯塑料光纤接收端单元，所以与多芯塑料光纤收发模块相连接的多芯塑料光纤只有部分纤芯连接于多芯塑料光纤发送端单元，剩余的纤芯连接于多芯塑料光纤接收端单元，当然，也可以采用两根多芯塑料光纤并行的方式，两根塑料光纤分别连接于两个不同的多芯塑料光纤收发模块的多芯塑料光纤发送端单元和多芯塑料光纤接收端单元之间,但不论哪种连接方式，都是一个发射光源或一个光电转换器件连接一根多芯塑料光纤的纤芯。

本发明具体实施时，多芯塑料光纤发送端单元所包括的驱动电路、发光元件和准直透镜封装在一个塑胶模块中；多芯塑料光纤接收端单元所包括的准直透镜、光检测器和光电转换电路封装在另一个塑胶模块中，即所述发射光源与光电转换器件外观均为一个带引脚的塑胶模块。

本发明所提供的多芯塑料光纤收发模块还包括一块电路板，编码子单元与解码子单元焊接在电路板上。当多芯塑料光纤发送端单元或多芯塑料光纤接收端单元独立存在时，多芯塑料光纤发送端单元或多芯塑料光纤接收端单元也包含一块电路板，其所包含的编码子单元或解码子单元焊接在电路板上。

本发明的有益效果是：

本发明提供了多芯塑料光纤收发模块，可以利用塑料光纤传输多芯数据，进一步降低塑料光纤通信系统成本的同时，还提高了通信速率。

多芯塑料光纤收发模块成倍提高了通信速率，减少了相同容量的信息的传送时间，进一步提升了光信号的通信安全。

多芯塑料光纤收发模块与塑料光纤纤芯连接时，光耦合效率高，对应用环境、安装维护技术设备的要求少，成本低。

多芯塑料光纤收发模块可促进大芯数塑料光纤的普及，适用于办公室等信息传送量大的公共场合，解决了线缆多、杂、乱的问题，实现了公共场合布线的整洁美观。

本发明为多芯塑料光纤通信的实现及推广做好准备，可促进光网络的推广普及。

以上内容是结合具体的优选技术方案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，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多芯塑料光纤发送端单元，其特征在于，包括一个编码子单元、一个或多个驱动电路与多个发射光源，所述发射光源由发光元件和准直透镜组成，所述编码子单元由编码电路和分发电路组成。

2.一种多芯塑料光纤接收端单元，其特征在于，包括多个光电转换器件与一个解码子单元，所述光电转换器件由会聚透镜、光检测器和光电转换电路组成，所述解码子单元包括合并电路和解码电路。

3.如权利要求2所述多芯塑料光纤接收端单元，其特征在于，所述多个光电转换器件各包含一个光电转换电路，或者多个光电转换器件共用一个或多个光电转换电路。

4.一种多芯塑料光纤收发模块，其特征在于，包括一个如权利要求1所述多芯塑料光纤发送端单元和一个如权利要求2或3所述多芯塑料光纤接收端单元。