CN105739032A - 一种单接口多波长发射接收组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单接口多波长发射接收组件,包括光纤端、发射端、接收端、光耦合部和转角棱镜,其主要特点在于：所述发射端包括生成激光的激光芯片和耦合透镜，有第一发射端和第二发射端；所述接收端包括光电接收芯片和耦合透镜，有第一接收端和第二接收端；所述光耦合部包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片、汇聚透镜；本发明采用小入射角滤光片通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难，使得密集波长的光收发模块组件得以实现和有效使用。

Description

一种单接口多波长发射接收组件

技术领域

本发明涉及光纤通讯技术领域，尤其是涉及一种单接口多波长发射接收组件。

背景技术

随着光纤网络的应用越来越普及，尤其是世界各地光纤接入FTTH(FiberToTheHome)项目逐步实施，以及点对点的数据传输,市场上对于能在单光纤内经多波长激光耦合来实现多路收发通讯的单纤双向组件的需求越来越大---特别是三网合一的推进，以及光纤到户网络从EPON和GPON升级到下一代光纤到户网络（XGPON），出现混合组网的情况，市场上对于单纤四向组件的需求也越来越大，尤其是某两个波长间隔很窄的的单纤四向组件。

传统的升级方案为外置合波提速方案，即采用外部合波期间WDM1r，通过WDM1r将GPON和XG-PON1的光信号合波到同一个ODN网络中，但外置合波提速方案需要新增多个设施，如XG-PON1OLT机框、XG-PON1线卡、机柜、外置合波器件及相关的机房配套设施，导致升级方案存在建设成本高，占用机房空间大，光纤布线复杂，运营维护难等系列问题。

随着4K/8K视频、云服务、物联网等各种新业务发展，千兆接入（简称Gigaband）时代已经来临，传统PON网络在接入速率不断提升的同时，以住宅宽带业务为主的单一PON接入场景正向全场景模式转变，如全光园区（POL）、中小企业接入（SME）、SOHO业务、无线回传、虚拟运营商接入等；从业务需求上看，家庭用户以下行业务为主，企业业务要求上下行对称带宽，移动回传业务要求时间同步、低延时及独享大带宽等，不同业务对PON网络发展提出了不同的要求。运营商光纤接入网络面临从单一PON技术向10G-PON(包括非对称XG-PON和对称XGA-PON)/40GTWDM-PON等技术的演进，需要平衡业务带宽、设备成本、技术选型、未来发展等各方需求。

一、在XGPON标准里面，需要处理的波长为1270nm，和1577nm，相比原来GPON标准里的1310nm，1490nm，以及三网合一里面的1550nm，波长间隔从原先的最窄60nm，变成最窄27nm，实际过渡带从原先的40nm，变成15nm，相应的技术难度成倍增加。

二、在QSFP（QuadSmallForm-factorPluggable，四波长小型可插拔模块）标准里面，需要处理的1270nm，1290nm，1310nm，1330nm等波长间隔为20nm的波长，实际过渡带从原先的40nm，变成10nm以内，相应的技术难度，成倍增加。

三、在CFP（CompactForm-factorPluggable，紧凑型可插拔模块）标准里面，需要处理的波长间隔为3.2nm/400GHz，用普通的滤片方案，完全无法解决。

现有的一种常规汇聚光束耦合的光收发组件，在这种结构中，因为滤光片基于多层膜系干涉原理，同时要满足折射定律和反射定律，而光的反射和折射效果随入射角及波长的不同而不同，该结构中激光必须是45°入射才能良好发挥滤光片的分光功能，实现不同波长的透射和反射，如果入射激光无法保持平行以确保入射角的精确，那么发射和接收端的波长间隔就必须足够宽，否则就易使反射光中混杂不同波长的光信号，导致透射波长信号或者反射波长信号无法有效分开；现有的一种单透镜平行光耦合的光收发组件，这种单透镜平行光的耦合方案，由于球面像差的存在，透镜边缘的光学性能与透镜中央的光学性能不同，使得激光芯片和正透镜之间的距离调节过于敏感，很难调试，结构稳定性能不是很好，当光纤组件在运输或使用过程中因震动、温度变化和老化等情况而使激光芯片和正透镜之间的相对距离发生变化时，将使从正透镜出射激光的平行度等特性难以保证，从而使产品性能恶化以至失效。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多波长光收发组件，主要解决因相邻波长的干扰和无法有效分开，使得密集波长的光收发模块组件和单纤四向收发模块组件不能得以实现和有效使用的技术问题。

本发明所采用的技术方案是：一种单接口多波长发射接收组件,包括光纤端、发射端、接收端、光耦合部和转角棱镜,其主要特点在于：所述发射端包括生成激光的激光芯片和耦合透镜，有第一发射端和第二发射端；所述接收端包括光电接收芯片和耦合透镜，有第一接收端和第二接收端；所述光耦合部包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片、汇聚透镜；所述第一发射端包括生成激光的激光芯片和耦合透镜，第二发射端包括生成激光的激光芯片和耦合透镜，第一接收端包括光电接收芯片和耦合透镜，第二接收端包括光电接收芯片和耦合透镜，转角棱镜第二接收端与第三滤光片之间。

进一步说明，所述发射端的激光芯片生成激光的波长不同，激光芯片生成的发散光束光信号经耦合透镜后变为汇聚光束光信号，由光纤端接收。

进一步说明，所述光纤端发出的发散光束光信号经过汇聚透镜后变为平行光束光信号后由接收端接收。

进一步说明，所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片透过产生的第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号具有彼此不同的波长，通过调节滤光片角度的大小，分开或合成宽窄不同波长的信号。

进一步说明，所述第一光信号和第二光信号的波长与接收端的第三光信号波长和第四光信号波长的波长间隔较宽。

进一步说明，所述第三光信号和第四光信号的波长为相邻波长。

进一步说明，所述第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号波长都可以分别是接收方或者是发射方。

进一步说明，所述汇聚透镜将光纤端输入的发散光束转化成平行光束后由接收端接收。

进一步说明，所述转角棱镜将平行光束第四光信号垂直射出，由第二接收端接收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种单接口多波长发射接收组件，采用小入射角滤光片通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的技术难题，使得密集波长的光收发模块组件和单纤四向收发模块组件得以实现和有效使用，从而降低生产成本，更好的配合光纤的发展应用，本发明将应用与GPON/XGPON1合一光模块的COMBOPON方案中，将一举解决GPON网络向XG-PON1升级过程中带来的升级成本高、机房占用大、光纤布线复杂以及运营维护难等一系列问题。

附图说明

图1为本发明的最简结构示意图。

图2为本发明实施例一中的结构示意图。

图3为本发明实施例二中的结构示意图。

图中：1-光纤端、2-发射端、3-接收端、4-光耦合部，21-第一发射端、22-第二发射端、31-第一接收端、32-第二接收端、41-第一滤光片、42-第二滤光片、43-第三滤光片、44-第四滤光片、45-转角棱镜、51-汇聚透镜、221-激光芯片、222-耦合透镜、31-光电接收芯片、312-耦合透镜、321-光电接收芯片、322-耦合透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图2所示，一种单接口多波长发射接收组件，包括光纤端1、第一发射端21、第二发射端22、第一接收端31、第二接收端32、第一滤光片41、第二滤光片42、第三滤光片43、第四滤光片44、汇聚透镜51；第一发射端21发出第一光信号，第二发射端22发出第二光信号，第一接收端31接收第三光信号，第二接收端32接收第四光信号；第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4；发射端的λ1、λ2和接收端的λ3、λ4波长间隔较宽，λ3和λ4为相邻波长。

第一发射端21包括生成激光的激光芯片211和耦合透镜212，第二发射端22包括生成激光的激光芯片221和耦合透镜222。第一接收端31包括光电接收芯片311和耦合透镜312，第二接收端32包括光电接收芯片321和耦合透镜322。

第一滤光片41和第二滤光片42为大角度滤光片，入射角为45°，实现波长间隔比较宽的光信号，分开或者合成。第三滤光片43为小角度滤光片，入射角θ为8°~20°，能实现波长间隔窄的光信号，分开或者合成。第四滤光片44实现反射镜的功能。

具体实施过程如下：

由第一发射端21的激光芯片211发出的发散光束第一光信号经过耦合透镜212后变为汇聚光束第一光信号，到达第一滤光片41，由于第一发射端21的激光芯片211发射激光的波长λ1位于第一滤光片41的反射波段内，因此该汇聚光束光信号经第一滤光片41反射后由光纤端11接收。由第二发射端22的激光芯片221发出的发散光束第二光信号经过耦合透镜222后变为汇聚光束第二光信号，到达第二滤光片42，由于第二发射端22的激光芯片221发射激光的波长λ2位于第二滤光片42的反射波段内和第一滤光片41的透射波段内，因此该汇聚光束光信号经第二滤光片42反射和第一滤光片41透射后由光纤端11接收。

由光纤端11输入的第三光信号和第四光信号为发散光束，由于第三光信号和第四光信号的波长λ3和λ4位于第一滤光片41和第二滤光片42的透射波段内，因此发散光束的第三光信号和第四光信号经过第一滤光片41和第二滤光片42透射后到达汇聚透镜51，汇聚透镜51将发散光束光信号变为平行光束光信号。由于第三光信号波长λ3位于第三滤光片43的透射波段内，因此平行光束的第三光信号经过第三滤光片43透射后再经过第一接收端31的耦合透镜312变为汇聚光束光信号，汇聚光束第三光信号由第一接收端31的光电接收芯片311接收。由于第四光信号波长λ4位于第三滤光片43的反射波段内，因此平行光束的第四光信号经过第三滤光片43反射后到达第四滤光片44，经第四滤光片44反射后到达第二接收端32的耦合透镜322。平行光束第四光信号经耦合透镜322变为汇聚光束光信号，汇聚光束第四光信号由第二接收端32的光电接收芯片321接收。第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号具有彼此不同的波长，第一光信号和第二光信号的波长为宽间隔波长，第三光信号和第四光信号的波长为相邻波长。第一滤光片41和第二滤光片42为大角度滤光片，将λ1、λ2、λ3、λ4分为λ1、λ2和λ3、λ4两组；第三滤光片43为小角度滤光片，将相邻波长λ3和λ4分开。

如图3所示，本发明实施例二的工作原理与实施例一是一样的，但第二接收端32的位置与实施例一中的位置相反。

在实施例一中，平行光束的第四光信号经过第三滤光片43反射后再经过第四滤光片44反射，由第二接收端32接收；在实施例二中，平行光束的第四光信号经过第三滤光片43反射后到达转角棱镜45，经过转角棱镜45后，平行光束第四光信号垂直射出，由第二接收端32接收。

本发明主要是采用小入射角滤光片通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的技术难题，使得密集波长的光收发模块组件和单纤四向收发模块组件得以实现和有效使用。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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，凡在本发明设计理念之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单接口多波长发射接收组件,包括光纤端（1）、发射端(2)、接收端(3)、光耦合部(4)和转角棱镜(45),其主要特点在于：所述发射端(2)包括生成激光的激光芯片(221)和耦合透镜(222)，有第一发射端(21)和第二发射端(22)；所述接收端(3)包括光电接收芯片(31)和耦合透镜(312)，有第一接收端(31)和第二接收端(32)；所述光耦合部(4)包括第一滤光片(41)、第二滤光片(42)、第三滤光片(43)、第四滤光片(44)和汇聚透镜(51)；所述第一发射端（21）包括生成激光的激光芯片（221）和耦合透镜（222），第二发射端（22）包括生成激光的激光芯片（221）和耦合透镜（222），第一接收端（31）包括光电接收芯片（311）和耦合透镜（312），第二接收端（32）包括光电接收芯片（321）和耦合透镜（322）；转角棱镜(45)第二接收端（32）与第三滤光片（43）之间。

2.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述发射端（2）的激光芯片（221）生成激光的波长不同，激光芯片（221）生成的发散光束光信号经耦合透镜（222）后变为汇聚光束光信号，由光纤端（1）接收。

3.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述光纤端（1）发出的发散光束光信号经过汇聚透镜（51）后变为平行光束光信号后由接收端（3）接收。

4.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述第一滤光片(41)、第二滤光片(42)、第三滤光片(43)、第四滤光片(44)透过产生的第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号具有彼此不同的波长，通过调节滤光片角度的大小，分开或合成宽窄不同波长的信号。

5.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述第一光信号和第二光信号的波长与接收端的第三光信号波长和第四光信号波长的波长间隔较宽。

6.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述第三光信号和第四光信号的波长为相邻波长。

7.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号波长都可以分别是接收方或者是发射方。

8.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述汇聚透镜(51)将光纤端(1)输入的发散光束转化成平行光束后由接收端(3)接收。

9.根据权利要求1所述的一种单接口多波长发射接收组件，其特征在于：所述转角棱镜(45)将平行光束第四光信号垂直射出，由第二接收端（32）接收。