CN113253402A - 一种应用于5g前传微基站的高速光收发组件和模块 - Google Patents

一种应用于5g前传微基站的高速光收发组件和模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件和模块，包括发射端，接收端，公共端，光学组件内核，金属壳体；接收端包括第一接收端和第二接收端；光学组件内核包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和负透镜。发射端发出的第一通信光信号为汇聚光束经过负透镜后变为平行光束光信号由公共端接收。由公共端输入的平行光束光信号包括第二、三、四光信号，其中第二光时域反射检测光信号经过滤波片反射后由公共端输出，第三和第四光信号经过光学组件内核分光后由第一、第二接收端分别接收。本发明的光收发组件集成OTDR、XGPON于一体，减小了体积，实现高密度的光网络单元的实时检测，且大大减少了光纤连接、设备数量，提高了可靠性，降低成本。

Description

一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件和模块
技术领域
本发明涉及光纤通讯技术领域中的一种光收发组件和模块，尤其是涉及一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件和模块。
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(Fiber To TheHome)项目逐步实施，以及点对点的数据传输，为合理利用已布设的光纤资源，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也越来越大。特别是三网合一的推进，和光纤到户网络从EPON和GPON升级到下一代光纤到户网络(NGPON1又分为XGPON和10GEPON)，出现混合组网的情况，市场上对于单纤多向组件的需求也越来越大，尤其是某两个波长间隔很窄的光收发组件和模块。
GPON/XGPON1合一光模块的COMBOPON方案，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。随着高带宽业务的蓬勃发展，众多运营商纷纷选择GPON向XG-PON1的升级改造，以应对越来越紧迫的带宽压力。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。COMBOPON方案可以一举解决外置合波提速方案产生的这些难题。可以在同一个光模块内实现GPON与XG-PON1双通道合波，无需增加XG-PON1OLT机框，仅需利用现有的GPON OLT机框。
比如XGPON标准里面，需要处理的波长为1270nm，1550nm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。
近年来，随着宽带增值类业务日益增多，用户对带宽的需求越来越高。FTTX宽带接入方案采用XPON(无源光网络)技术，具有高带宽、抗干扰、易拓展、接入距离长等特点，被广泛应用。随之而来的，FTTX宽带接入系统的服务保障问题也日益突显，其中海量光纤的监控与故障定位成为一个难点。由于OTDR(光时域反射仪)技术拥有光纤故障点精确定位能力，得到了运营商的青睐。要求运营商对光纤线路及光网络单元，能实时检测、发现和解决故障，保证光纤线路及设备的正常运营。
OTDR-光时域反射仪，OTDR是光纤测量中最主要的仪器，被广泛应用于光纤光缆工程的测量、施工、维护及验收工作中，是光纤系统中使用频度最高的现场仪器形象的被人称为光通信中的“万用表”。现有光网络单元ONU端需外置反射器，WDM等器件，OLT端的OTDR-光时域反射仪才能实现对ONU端的检测及验收。目前的光通信市场竞争越来越激烈，通信设备要求的体积越来越小，传统外置反射器的方案体积较大，成本更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成了OTDR、XGPON于一体，本发明中将外置反射器的功能集成在光收发组件中，减小了光收发组件的体积，同时也减小了光模块的占用体积，具有结构紧凑，体积小的优点，适用于有限的基站空间，便于5G网络机房和基站中应用的一种高速光收发组件和模块。
本发明的技术方案在于：一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于，包括发射端，公共端，接收端，光学组件内核，金属壳体；
所述发射端包括生成激光的激光芯片、耦合透镜和发射端封装管座；
所述公共端包括光纤头、准直透镜、滤波片和外套管，输入输出光束为平行光束；
所述发射端与公共端的光轴同心设置于金属壳体左右两侧；
所述接收端包括第一接收端和第二接收端，每个接收端均包括光电接收芯片、耦合透镜和封装管座；
所述第一接收端和第二接收端设置于金属壳体上下两侧；
所述光学组件内核包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和负透镜；所述第一滤光片和负透镜的中心位置与发射端的光轴方向处于同一水平线上，第一滤光片的法线与发射端的光轴夹角为35～45度，第二滤光片位于第二接收端的前端；第三滤光片位于第一接收端的前端；
发射端发出的第一光信号为通信光信号，采用汇聚光束，经过负透镜后变为平行光束光信号由公共端接收；由公共端输入的平行光束光信号包括第二、三、四光信号，其中第二光信号为光时域反射检测光信号，第三和第四光信号为通信光信号；其中，光时域反射检测光信号经过滤波片反射后由公共端输出，第三和第四光信号经过光学组件内核分光后由第一、第二接收端分别接收；第一、二、三、四光信号具有彼此不同的波长，第三和第四光信号的波长为相邻波长。
进一步的，公共端为平行光输入输出，并集成了OTDR功能，将光时域反射检测光信号经滤波片反射回OTDR检测系统。
进一步的，多片滤光片按发射端和接收端的位置要求固定在光学内核上；该光学组件内核再通过金属壳体和各个发射端、接收端固定成完整的光收发组件。
进一步的，发射端的第一通信光信号的波长与接收端的第三和第四通信光信号波长的波长间隔大于等于40nm，接收端的第三光信号波长和第四光信号波长为相邻波长，波长间隔小于等于20nm。
进一步的，第一滤光片是入射角为35～45度的大角度滤光片，用于实现将波长间隔大于等于40nm的信号分成两组或者把两组合成；第二滤光片是入射角为8～20度的小角度滤光片，用于实现波长间隔小于等于20nm的信号分开或者合成。
进一步的，所述负透镜位于发射端和第一滤光片之间，利用负透镜将发射端发出的汇聚光束转化成平行光束后由公共端接收。
根据本发明的另一方面，还提出一种应用于5G前传微基站的高速光收发模块，包括电路板和模块壳体，还包括如前所述的高速光收发组件。
本发明中发散光或者汇聚光，转化为平行光输出；公共端，不是普通的汇聚发散光，而是平行光的耦合输入输出。通过平行光传输，实现光路拉伸，实现长距离，多级次的光束合成分解。平行光的耦合方法，使用了正透镜和负透镜，一起实现从发散光到汇聚光再到平行光或者平行光到发散光再到汇聚光的转换。相比单透镜实现的转换，可以获得更好的像差，更高的耦合效率，更低的调试灵敏度和更好的结构稳定性。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)本发明的一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件和模块是一款集成了OTDR、XGPON于一体的光收发组件和模块，实现高密度的光网络单元的实时检测和监控，大大减少了光纤连接数量，设备数量，提高了可靠性，降低成本；
(2)光路使用平行光的耦合方法，可以通过较短的光程、较小的体积、获得较高的耦合效率，更低的调试灵敏度；
(3)使用小角度滤光片解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难；通过大、小角度滤光片的组合使用，有效区分多个不同波长的光信号；另外，通过合理布置大角度、小角度滤光片的位置，充分利用空间，且提高集成度，能够有效减小光收发组件和模块整体的长度和体积，克服传统光收发组件和模块的长度较长、体积过大的问题；
(4)本发明公共端采用WDM反射端自动耦合方式，集成OTDR功能；在GPON口内置OTDR检测信号反射功能，减少了反射器、反射器线卡及外置合波器件等器件的使用，进一步减小了模块的占用体积，降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的光学原理示意图；
图2为本发明实施例一的公共端集成OTDR功能的光学原理示意图；
图3为本发明实施例一的公共端平行光输入输出原理示意图；
图4为本发明实施例一的发射端平行光输出原理示意图；
图5为本发明实施例一的立体结构分解示意图；
图6为本发明实施例一的立体结构组合示意图。
图中：1-公共端，11-光纤头，12-准直透镜，13-滤波片，14-外套管，2-发射端，211-发射端封装管座，212-激光芯片，213-耦合透镜，31-第一接收端，311-第一接收端封装管座，312-第一光电接收芯片，313-第一耦合透镜，32-第二接收端，321-第二接收端封装管座，322-第二光电接收芯片，323-第二耦合透镜，4-光学组件内核，41-第一滤光片，42-第二滤光片，43-第三滤光片，44-负透镜，5-金属壳体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
根据本发明的实施例，提出一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件和模块，包括发射端2，接收端，公共端1，光学组件内核4，金属壳体5。
所述公共端1包括光纤头11、准直透镜12、滤波片13和外套管14，输入输出光束为平行光束。
发射端2包括生成激光的激光芯片212、耦合透镜213和发射端封装管座211。
发射端2与公共端1的光轴同心设置于金属壳体5左右两侧；
接收端包括第一接收端31和第二接收端32，第一接收端31包括第一光电接收芯片312、第一耦合透镜313和第一接收端封装管座311，第二接收端32包括第二光电接收芯片322、第二耦合透镜323和第二接收端封装管座321。所述第一接收端31和第二接收端32设置于金属壳体5上下两侧；
所述的第一接收端31和第二接收端32相对设置；
光学组件内核4包括第一滤光片41、第二滤光片42、第三滤光片43和负透镜44；所述第一滤光片41和负透镜44的中心位置与发射端的光轴方向处于同一水平线上，第一滤光片41的法线与发射端2的光轴夹角为35～45度，第二滤光片42入射角为8～20度位于第二接收端32的前端；第三滤光片43位于第一接收端31的前端；
现有传统光收发组件结构中的滤片必须是45°入射，实现不同波长的透射和反射，所以要满足应用要求，那么发射和接收端的波长间隔就必须足够宽，否则就会导致透射波长信号或者反射波长信号无法有效分开。当公共端1输入的两个光信号的波长相隔很近时，滤光片就无法将这两个相邻波长有效的分开。因此本发明中将大角度滤光片即第一滤光片41和小角度滤光片即第二滤光片42组合使用，实现了将公共端1输入的波长间隔很近的λ3、λ4的分开，光路紧凑，满足产品应用的同时，也减小了光收发组件的体积。
根据本发明的一个实施例，第一、二、三、四光信号具有彼此不同的波长，分别为λ1、λ2、λ3、λ4；在XGPON应用中，第一、三、四光信号为通信光信号，第二光信号为光时域反射检测光信号；第一通信光信号的波长为1270nm/1310nm/1490nm，第三通信光信号的波长为1550～1560nm，第四通信光信号的波长为1574～1581nm，第二光时域反射检测光信号的波长为1610nm或者1625nm或者1650nm。因此第一通信光信号和第三、第四通信光信号的波长为宽间隔波长，从60nm到280nm，第三和第四通信光信号的波长为相邻波长，过渡带为1560nm到1574nm，只有14nm间隔。以上第一至第四光信号的具体波长只是举例说明，具体可以根据实际情况选择相应波长的光信号。
请参考图1，图5，图6，为本发明实施例一的光学原理示意图。光收发组件包括发射端2，第一接收端31，第二接收端32，公共端1，光学组件内核4，金属壳体5。公共端1包括光纤头11、准直透镜12、滤波片13和外封管14，输入输出光束为平行光束。滤波片13反射第二光时域反射检测光信号λ2，透射第一、第三、第四通信光信号λ1、λ3、λ4。发射端2包括生成激光的激光芯片212、耦合透镜213和发射端封装管座211。接收端包括第一接收端31和第二接收端32，第一接收端31包括第一光电接收芯片312、第一耦合透镜313和第一接收端封装管座311，第二接收端32包括第二光电接收芯片322、第二耦合透镜323和第二接收端封装管座321。
光学组件内核4包括第一滤光片41、第二滤光片42、第三滤光片43和负透镜44。
其中，第一滤光片41为大角度滤光片，反射第三、第四通信光信号λ3和λ4，透射第一通信光信号λ1；第二滤光片42为小角度滤光片反射第三通信光信号λ3透射第四通信光信号λ4；第三滤光片43为提高接收端的隔离度，透射第三通信光信号λ3。
参考图2和图3，由公共端1的光纤头11输入的光信号经过准直透镜12后为平行光束输出，其中第二光时域反射检测光信号λ2经过滤波片13反射后由公共端1输出至OTDR检测系统。另外第三和第四通信光信号λ3、λ4由接收端接收。公共端采用WDM反射端自动耦合方式，先将滤波片13粘贴于准直透镜12上，然后在反射自动机台上将光纤头11和粘好滤波片13的准直透镜12耦合，耦合到合格指标时，用胶水固定。用此工艺能提高生产速率，集成OTDR功能，减小光收发组件的体积，同时也降低了成本。
参考图1，图4，发射端2发出的汇聚光束第一通信光信号λ1经过负透镜44后变为平行光束光信号由公共端1接收。
由公共端1输入的第二光时域反射检测光信号λ2经过滤波片13反射后由公共端1输出；第三和第四通信光信号λ3、λ4到达第一滤光片41，经第一滤光片41反射后到达第二滤光片42，第三光信号λ3经第二滤光片42反射后到达第三滤光片43，经第三滤光片43透射后由第一接收端31接收；第四光信号λ4经第二滤光片42透射后由第二接收端32接收。
发射端2发出的汇聚光束第一通信光信号λ1经过负透镜44后变为平行光束光信号，第一通信光信号λ1经过第一滤光片41透射后由公共端1接收。从而实现了第一，第二，第三，第四光信号在光收发组件中的传输。
第一滤光片41为大角度滤光片，入射角为35～45度，用于将λ1、λ3、λ4分为λ1和λ3、λ4两组；第二滤光片42为小角度滤光片，入射角为8～20度，将相邻波长λ3和λ4分开。入射角指光束与滤光片法线的夹角。
请参考图5为本发明实施例一的立体结构分解示意图。
图6为本发明实施例一的立体结构组合示意图。
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，凡在本发明的精神和原则之内，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 (7)

1.一种应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于，包括发射端，公共端，接收端，光学组件内核，金属壳体；
所述发射端包括生成激光的激光芯片、耦合透镜和发射端封装管座；
所述公共端包括光纤头、准直透镜、滤波片和外套管，输入输出光束为平行光束；
所述发射端与公共端的光轴同心设置于金属壳体左右两侧；
所述接收端包括第一接收端和第二接收端，每个接收端均包括光电接收芯片、耦合透镜和封装管座；
所述第一接收端和第二接收端设置于金属壳体上下两侧；
所述光学组件内核包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和负透镜；所述第一滤光片和负透镜的中心位置与发射端的光轴方向处于同一水平线上，第一滤光片的法线与发射端的光轴夹角为35～45度，第二滤光片位于第二接收端的前端；第三滤光片位于第一接收端的前端；
发射端发出的第一光信号为通信光信号，采用汇聚光束，经过负透镜后变为平行光束光信号由公共端接收；由公共端输入的平行光束光信号包括第二、三、四光信号，其中第二光信号为光时域反射检测光信号，第三和第四光信号为通信光信号；其中，光时域反射检测光信号经过滤波片反射后由公共端输出，第三和第四光信号经过光学组件内核分光后由第一、第二接收端分别接收；第一、二、三、四光信号具有彼此不同的波长，第三和第四光信号的波长为相邻波长。
2.根据权利要求1所述的应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于：公共端为平行光输入输出，并集成了OTDR功能，将光时域反射检测光信号经滤波片反射回OTDR检测系统。
3.根据权利要求1所述的应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于：多片滤光片按发射端和接收端的位置要求固定在光学组件内核上；该光学组件内核再通过金属壳体和各个发射端、接收端固定成完整的光收发组件。
4.根据权利要求1所述的应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于：发射端的第一通信光信号的波长与接收端的第三和第四通信光信号波长的波长间隔大于等于40nm，接收端的第三光信号波长和第四光信号波长为相邻波长，波长间隔小于等于20nm。
5.根据权利要求1所述的应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于，第一滤光片是入射角为35～45度的大角度滤光片，用于实现将波长间隔大于40nm的信号分成两组或者把两组合成；第二滤光片是入射角为8～20度的小角度滤光片，用于实现波长间隔小于等于20nm的信号的分开或者合成。
6.根据权利要求1所述的应用于5G前传微基站的高速光收发组件，其特征在于：所述负透镜位于发射端和第一滤光片之间，利用负透镜将发射端发出的汇聚光束转化成平行光束后由公共端接收。
7.一种应用于5G前传微基站的高速光收发模块，包括电路板和模块壳体，其特征在于，还包括如权利要求1到6任一项所述的高速光收发组件。
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