CN113285756B - Plc芯片、单纤双向光组件、光模块及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PLC芯片、单纤双向光组件、光模块及工作方法，属于光通信技术领域。包括发射端口、滤波元件、接收端口、公共端口；所述发射端口与所述滤波元件之间通过光传输通道Ⅰ连通；所述滤波元件与所述接收端口之间通过光传输通道Ⅱ连通；所述滤波元件与所述公共端口之间通过光传输通道Ⅲ连通；及，所述光传输通道Ⅰ上设有光开关单元Ⅰ；所述光传输通道Ⅱ上设有光开关单元Ⅱ；所述光传输通道Ⅲ上设有光开关单元Ⅲ。本发明通过在PLC中集成窄带滤波器、光开关、光电探测器等光学单元，使光组件中的发射和接收波长可以实现非常小的间隔，更有效的利用波长资源。

Description

PLC芯片、单纤双向光组件、光模块及工作方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种平面光波导PLC芯片、单纤双向光组件、光模块及工作方法。

背景技术

近年来，随着光通信网络部署的日趋深入，光纤通信设备的站点数量越来越多，当前光通信网络以双纤双向或者单纤双向的连接方式为主。双纤双向光模块存在光纤资源消耗严重的问题，常规单纤双向光模块光纤消耗少，但由于其两个工作波长间隔大，存在过渡带波长无法利用，波长资源消耗严重的问题。现有的两种光模块连接方式，导致了光通信网络建设和运营成本增高。为了更好的使用现有光纤和波长资源，提升设备利用率，降低安装和运维成本，需要工作波长间隔小、高集成度的单纤双向光模块。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供的一种PLC芯片、单纤双向光组件、光模块及其参数配置方法，通过在PLC中集成窄带滤波器、光开关、光电探测器等光学单元，使光组件中的发射和接收波长可以实现非常小的间隔，更有效的利用波长资源。通过采用片上反射镜、Flip Chip和3D封装的方式，实现光组件的高密度封装。同时，本组件在发射信号时，将管理数据调制在通信数据信号上，实现与对端模块的波长、速率等参数的协商，从而节省波长资源，减少模块种类。

本发明第一个目的是提供一种平面光波导PLC芯片，包括发射端口、滤波元件、接收端口、公共端口；

所述发射端口与所述滤波元件之间通过光传输通道Ⅰ连通，所述光传输通道Ⅰ上设有光开关单元Ⅰ；

所述滤波元件与所述接收端口之间通过光传输通道Ⅱ连通，所述光传输通道Ⅱ上设有光开关单元Ⅱ；

所述滤波元件与所述公共端口之间通过光传输通道Ⅲ连通，所述光传输通道Ⅲ上设有光开关单元Ⅲ；

所述滤波元件用于接收从所述发射端口输入并经所述光开关单元Ⅰ的光信号，将输入光信号中的干扰光滤除后，经所述光开关单元Ⅲ从所述公共端口输出；同时用于接收从所述公共端口输入并经所述光开关单元Ⅲ的光信号，将输入光信号中的干扰光滤除后，经所述光开关单元Ⅱ从所述接收端口输出。

优选的，所述滤波元件包括至少两个并列设置的滤波器，每个所述滤波器透射的波长均不相同。

更优选的，通过控制所述光开关单元Ⅰ、所述光开关单元Ⅱ及所述光开关单元Ⅲ，选择一个匹配的滤波器，使所述发射端口输入的光信号进入所选择的滤波器，将输入光信号中的干扰光滤除后，并从所述公共端口输出；同时，使从所述公共端口输入的光信号进入所选择的滤波器，将输入光信号中的干扰光滤除后，并从所述接收端口输出。

更优选的，所述滤波元件为两个并列设置的滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ。

更优选的，所述滤波元件包括三个并列设置的滤波器Ⅰ、滤波器Ⅱ及滤波器Ⅲ。

更优选的，所述滤波器Ⅰ的透射波长为a±nT，反射波长为b±nT；所述第二滤波器Ⅱ的透射波长为b±nT，反射波长为a±nT，其中，a为透射波长或反射波长，b为透射波长或反射波长，n为正整数，T为滤波曲线的周期。

更优选的，所述滤波器I的透射波长为a，反射其余波长；所述滤波器Ⅱ透射波长b，反射其余波长，其中a＜b或者a＞b。

更优选的，所述滤波器III的透射波长为常规单纤双向光模块的发射波长，反射常规单纤双向光模块的接收波长。

本发明第二个目的是提供一种集成PLC的单纤双向光组件，包括激光器、接收光电探测器、跨阻抗放大器、监控元件、光接口及上述的PLC芯片；

所述接收光电探测器设置于所述接收端口处，用于检测所述接收端口是否接收到光信号；

所述监控元件用于检测所述公共端口有无光信号双向传输；

所述光接口用于接收所述公共端口输出的光信号，和用于将外部的光信号传输至所述公共端口；

所述跨阻抗放大器用于放大接收光电探测器输出的电信号；

所述激光器用于发射光信号。

优选的，所述监控元件包括第一监控光电探测器和第二监控光电探测器；

所述第一监控光电探测器用于检测是否有光信号输出到所述公共端口；所述第二监控光电探测器用于检测所述公共端口有无输入的光信号。

优选的，还包括衬底，所述衬底为印制电路板（PCB）或者陶瓷。

更优选的，所述接收光电探测器、所述第一监控光电探测器及第二监控光电探测器均设置于所述PLC芯片表面上，所述跨阻抗放大器设置于所述衬底上；

所述PLC芯片设置于所述衬底的一侧；

所述接收光电探测器与所述跨阻抗放大器、所述第一监控光电探测器与所述衬底、所述第二监控光电探测器与所述衬底通过打线的方式连接。

更优选的，所述接收光电探测器、所述跨阻抗放大器、所述第一监控光电探测器及第二监控光电探测器均设置于所述PLC芯片的表面上，所述接收光电探测器与所述跨阻抗放大器之间通过所述PLC芯片内部的金属线连接，或者通过打线的方式连接；

所述PLC芯片设置于所述衬底的一侧；所述跨阻抗放大器、所述第一监控光电探测器、所述第二监控光电探测器分别与所述衬底通过打线的方式连接。

更优选的，所述接收光电探测器、所述第一监控光电探测器及第二监控光电探测器均集成于所述PLC芯片内部；

所述跨阻抗放大器设置于所述衬底上，所述PLC芯片与所述跨阻抗放大器均通过Flip chip的方式贴装在所述衬底上；

或者，所述跨阻抗放大器设置于所述PLC芯片上，所述跨阻抗放大器通过贯穿于所述PLC芯片的金属线或者金属柱连接至所述PLC芯片下表面，所述PLC芯片通过Flip chip的方式贴装在所述衬底上。

更优选的，所述PLC芯片设置于所述衬底上时，则所述PLC芯片上开设有供所述金属线或金属柱贯穿的通孔。

更优选的，所述PLC芯片通过内部刻蚀反射镜，将光信号通过反射方式进入接收光电探测器、第一监控光电探测器及第二监控光电探测器。

本发明第三个目的是提供一种集成PLC的单纤双向光组件判断工作正常的方法，包括以下步骤：

光组件初始化时将光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ设置为一个默认值，然后检查接收光电探测器和第二监控光电探测器的状态；

当接收光电探测器无光，第二监控光电探测器无光时，表明链路对面无光模块，则光组件根据自身的参数，对光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ进行配置，选择所需的滤波器，并对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作；

或，当接收光电探测器有光，第二监控光电探测器有光时，表明链路工作正常，则当前光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，以及所选择的滤波器正确，不需要对光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态进行改变，对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作；

或，当接收光电探测器无光，第二监控光电探测器有光时，表明链路的通道状态不匹配，当前工作的滤波器不正确，则通过改变光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，从当前的滤波器切换到另一个滤波器，切换后再次检查接收光电探测器和第二监控光电探测器的状态，如果接收光电探测器有光，第二监控光电探测器有光时，表明链路工作正常，则当前光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，以及所选择的滤波器正确，对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作。

本发明第四个目的是提供一种单纤双向光组件的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：光组件A读取自身内部信息作为配置请求信息，每间隔时间t1向光组件B发送配置请求信息；

步骤2：光组件B接收配置请求信息并验证其有效性，验证失败则继续等待。验证成功后，先判断自身是否可以达到光组件A所期望的工作状态，若可以实现，则确定自己的目标工作状态，并向光组件A发送配置确认信息；

步骤3： 光组件A接收配置确认信息, 验证配置确认信息的有效性; 验证失败则返回步骤1；验证成功后，然后向光组件B发送配置生效信息；

步骤4：光组件B接收配置生效信息，向光组件A发送配置生效确认信息，同时按判定的工作状态及正常工作时的波特率正常工作；

步骤5：光组件A接收光组件B的配置生效确认信息，按判定的工作状态及正常工作时的波特率正常工作。

优选的，所述配置请求信息为身份标识，信息包标识，状态标识、自身所期望的工作状态、开关状态或滤波器的配置信息。

更优选的，所述配置请求信息的末尾为校验位，且配置请求信息的波特率小于正常工作时的波特率。

更优选的，所述配置确认信息包括所判定的双方的工作状态是否正常的信息。

本发明第五个目的是提供一种光模块，所述光模块包括上述的单纤双向光组件。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供的一种PLC芯片、单纤双向光组件、光模块及其判断工作正常方法，通过在PLC中集成窄带滤波器、光开关、光电探测器等光学单元，使光组件中的发射和接收波长可以实现非常小的间隔，更有效的利用波长资源。通过采用片上反射镜、Flip Chip和3D封装的方式，实现光组件的高密度封装。同时，本发明提供的光组件在发射信号时，将管理数据调制在通信数据信号上，实现与对端模块的波长、速率等参数的协商，从而节省波长资源，减少模块种类。

附图说明

图1为本发明的第一种PLC功能示意图。

图2为本发明第一种PLC中滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ的第一种滤波曲线。

图3为本发明第一种PLC中滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ的第二种滤波曲线。

图4为本发明的第二种PLC功能示意图。

图5为本发明提供的光组件的功能示意图。

图6为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式一的俯视图。

图7为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式二的俯视图。

图8为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式三的俯视图。

图9为本发明中提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式一、封装方式二和封装方式三的侧视图。

图10为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式四的侧视图。

图11为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式四的俯视图。

图12为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式五的侧视图。

图13为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件封装方式五的俯视图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供的平面光波导PLC芯片，通过在PLC中集成窄带滤波器、光开关、光电探测器等光学单元，使光组件中的发射和接收波长可以实现非常小的间隔，更有效的利用波长资源。

本发明提供的PLC芯片可以应用于光收发射组件，该组件可以应用于光模块，光模块可以设置于光网络设备中。

本发明提供的一种平面光波导PLC芯片，包括发射端口、滤波元件、接收端口、公共端口；

所述发射端口与所述滤波元件之间通过光传输通道Ⅰ连通，所述光传输通道Ⅰ上设有光开关单元Ⅰ；

所述滤波元件与所述接收端口之间通过光传输通道Ⅱ连通，所述光传输通道Ⅱ上设有光开关单元Ⅱ；

所述滤波元件与所述公共端口之间通过光传输通道Ⅲ连通，所述光传输通道Ⅲ上设有光开关单元Ⅲ；

发射端口用于接收激光器发射的光信号。

滤波元件用于接收从发射端口输入并经光开关单元Ⅰ的光信号，将输入光信号中的干扰光滤除后，经光开关单元Ⅲ从公共端口输出；同时用于接收从公共端口输入并经光开关单元Ⅲ的光信号，将输入光信号中的干扰光滤除后，经光开关单元Ⅱ从接收端口输出。

滤波元件包括至少两个并列设置的滤波器，每个滤波器透射的波长均不相同；通过控制光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ，选择一个匹配的滤波器，使发射端口输入的光信号进入所选择的滤波器，将输入光信号中的干扰光滤除后，并从公共端口输出；同时，使从公共端口输入的光信号进入所选择的滤波器，将输入光信号中的干扰光滤除后，并从接收端口输出。

下述实施例采用的滤波元件可以选取两个并列设置的滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ，或者三个并列设置的滤波器Ⅰ、滤波器Ⅱ及滤波器Ⅲ，其中，滤波器Ⅰ、滤波器Ⅱ及滤波器Ⅲ，独立选自微环滤波器、光栅滤波器、马赫增德MZ型滤波器中的一种。

需要说明的是，下述实施例光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ分别为光开关Ⅰ、光开关Ⅱ及光开关Ⅲ。光传输通道Ⅰ、光传输通道Ⅱ、光传输通道Ⅲ均为光波导。

实施例1

一种平面光波导PLC芯片，见图1所示，包括发射端口、滤波元件、接收端口、公共端口；

所述发射端口与所述滤波元件之间通过光传输通道Ⅰ连通，所述光传输通道Ⅰ上设有光开关单元Ⅰ；

所述滤波元件与所述接收端口之间通过光传输通道Ⅱ连通，所述光传输通道Ⅱ上设有光开关单元Ⅱ；

所述滤波元件与所述公共端口之间通过光传输通道Ⅲ连通，所述光传输通道Ⅲ上设有光开关单元Ⅲ；

发射端口用于接收激光器发射的光信号；

其中，滤波元件由两个并列设置的滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ组成；

本实施例提供的PLC芯片，通过控制光开关Ⅰ，使从发射端口输入的信号进入滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ；通过控制光开关Ⅱ，使从滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ输出的信号从接收端口输出。通过控制光开关Ⅲ，使滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ输入的信号从公共端口输出，使从公共端口输入的信号进入滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ。其中，滤波器Ⅰ透射波长a±nT，反射波长b±nT。滤波器Ⅱ透射波长b±nT，反射波长a±nT。或者滤波器Ⅰ只透射波长a，其余波长反射。滤波器Ⅱ只透射波长b，其余波长反射。

参见图2所示，滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ的滤波曲线可以为周期性的，滤波器Ⅰ的透射波长是滤波器Ⅱ的反射波长，滤波器Ⅱ的反射波长是滤波器Ⅰ的透射波长。其中，滤波器Ⅰ透射波长a±nT，反射波长b±nT。滤波器Ⅱ透射波长b±nT，反射波长a±nT；其中，a为透射波长或反射波长，b为透射波长或反射波长，n为正整数，T为滤波曲线的周期。

参见图3所示，滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ的滤波曲线可以为单通道的，滤波器Ⅰ的透射波长是滤波器Ⅱ的反射波长，滤波器Ⅱ的反射波长是滤波器Ⅰ的透射波长。其中，滤波器Ⅰ只透射波长a，其余波长反射。滤波器Ⅱ只透射波长b，其余波长反射；其中，a＜b或者a＞b。

实施例2

一种平面光波导PLC芯片，见图4所示，包括发射端口、滤波元件、接收端口、公共端口；

所述发射端口与所述滤波元件之间通过光传输通道Ⅰ连通，所述光传输通道Ⅰ上设有光开关单元Ⅰ；

所述滤波元件与所述接收端口之间通过光传输通道Ⅱ连通，所述光传输通道Ⅱ上设有光开关单元Ⅱ；

所述滤波元件与所述公共端口之间通过光传输通道Ⅲ连通，所述光传输通道Ⅲ上设有光开关单元Ⅲ；

发射端口用于接收激光器发射的光信号；

其中，滤波元件由并列设置的滤波器Ⅰ、滤波器Ⅱ及滤波器Ⅲ组成；

本实施例提供的PLC芯片，通过控制光开关Ⅰ，使从发射端口输入的信号进入滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ或者滤波器Ⅲ；通过控制光开关Ⅱ，使从滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ或者滤波器Ⅲ输出的信号从接收端口输出；通过控制光开关Ⅲ，使滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ或者滤波器Ⅲ的输入的信号从公共端口输出，使从公共端口输入的信号进入滤波器Ⅰ或者滤波器Ⅱ或者滤波器Ⅲ。其中，滤波器Ⅰ透射波长a±nT，反射波长b±nT。滤波器Ⅱ透射波长b±nT，反射波长a±nT。或者滤波器Ⅰ只透射波长a，其余波长反射。滤波器Ⅱ只透射波长b，其余波长反射。滤波器III的透射波长为常规单纤双向光模块的发射波长，反射常规单纤双向光模块的接收波长，比如透射1294.40nm，反射1308.24nm；或者透射1270nm，反射1330nm。

本发明提供一种集成PLC的单纤双向光组件，见图5所示，包括激光器、接收光电探测器（接收PD）、跨阻抗放大器（TIA）、监控元件（监控PD1&PD2）、光接口及实施例1或实施例2提供的PLC芯片（PLC）；

接收光电探测器设置于接收端口处，用于检测接收端口有无传输光信号；

监控元件设置于公共端口处，用于检测公共端口有无光信号双向传输；监控元件还用于对发射波长与PLC的透射峰对准和模块波长的初始化；

光接口用于接收PLC公共端口输出的光信号，和用于将外部的光信号传输至PLC公共端口；

跨阻抗放大器用于放大接收PD输出的电信号；

激光器用于发射光信号。

监控元件包括第一监控光电探测器和第二监控光电探测器；

第一监控光电探测器用于检测是否有光信号输出到公共端口；所述第二监控光电探测器用于检测公共端口有无输入的光信号。

本发明提供的一种集成PLC的单纤双向光组件，还包括衬底，衬底为PCB（印制电路板）或者陶瓷；

下述实施例提供的集成PLC的单纤双向光组件，将激光器、接收光电探测器、跨阻抗放大器、第一监控光电探测器、第二监控光电探测器、光接口及实施例1或实施例2提供的PLC芯片设置于衬底上或者衬底一侧，并对集成PLC的单纤双向光组件的封装方式进行说明。

实施例3

将接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）及第二监控光电探测器（MPD2）均设置于PLC芯片（PLC）表面上，参见图6所示，对PLC芯片通过内部刻蚀反射镜，将光信号通过反射方式进入接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）第二监控光电探测器（MPD2）；

参见图6所示，集成PLC的单纤双向光组件封装方式一的俯视图，以及参见图9所示，集成PLC的单纤双向光组件封装方式一的侧视图；

将跨阻抗放大器（TIA）贴装在PCB/陶瓷衬底上；

接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）及第二监控光电探测器（MPD2）均贴装于PLC芯片（PLC）表面上，接收PLC内部反射镜反射出来的信号；

接收光电探测器（Rx PD）与跨阻抗放大器（TIA）、第一监控光电探测器（MPD1）与衬底（PCB/陶瓷）、第二监控光电探测器（MPD1）与衬底（PCB/陶瓷）通过打线的方式连接。

参见图7所示，集成PLC的单纤双向光组件封装方式二的俯视图，将跨阻抗放大器（TIA）贴装在PLC芯片上；

接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）及第二监控光电探测器（MPD2）均贴装于PLC芯片（PLC）表面上，接收PLC内部反射镜反射出来的信号；

接收光电探测器（Rx PD）与跨阻抗放大器（TIA）通过打线的方式连接；

跨阻抗放大器（TIA）、第一监控光电探测器（MPD1）、第二监控光电探测器（MPD1）分别与衬底（PCB/陶瓷）通过打线的方式连接。

参见图8所示，集成PLC的单纤双向光组件封装方式三的俯视图，将跨阻抗放大器（TIA）贴装在PLC芯片上；

接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）及第二监控光电探测器（MPD2）均贴装于PLC芯片（PLC）表面上，接收PLC内部反射镜反射出来的信号；

接收光电探测器（Rx PD）与跨阻抗放大器（TIA）通过PLC内部的金属线连接；

跨阻抗放大器（TIA）、第一监控光电探测器（MPD1）、第二监控光电探测器（MPD1）分别与衬底（PCB/陶瓷）通过打线的方式连接。

实施例4

将接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）及第二监控光电探测器（MPD2）均集成于PLC芯片内部；且它们分别与PLC下表面的电极连接；

参见图10所示，集成PLC的单纤双向光组件封装方式四的侧视图，以及参见图11所示的，集成PLC的单纤双向光组件封装方式四的俯视图。

将PLC芯片设置于衬底（PCB/陶瓷）上，将跨阻抗放大器（TIA）设置于衬底（PCB/陶瓷）上，PLC芯片与跨阻抗放大器（TIA）均通过Flip chip的方式贴装在衬底（PCB/陶瓷）上，通过芯片下表面的电极与衬底（PCB/陶瓷）连接；

接收光电探测器（Rx PD）与跨阻抗放大器（TIA）之间通过衬底（PCB/陶瓷）上的金属线连接。

实施例5

将接收光电探测器（Rx PD）、第一监控光电探测器（MPD1）及第二监控光电探测器（MPD2）均集成于PLC芯片内部；且它们分别与PLC下表面的电极连接；

参见图12，集成PLC的单纤双向光组件封装方式五的侧视图，以及参见图13所示，集成PLC的单纤双向光组件封装方式五的俯视图。

将跨阻抗放大器（TIA）贴装于集成PLC芯片表面，其信号通过贯穿于PLC芯片的金属柱连接至PLC芯片下表面；则PLC芯片上开设有供金属柱贯穿的通孔；

PLC芯片通过Flip chip的方式贴装在衬底（PCB/陶瓷）上，通过芯片下表面的电极与衬底（PCB/陶瓷）连接。

本发明提供了一种集成PLC的单纤双向光组件的工作方法，主要是根据接收光电探测器、第二监控光电探测器用于判断链路状态，其判断逻辑见表1所示，具体包括以下步骤：

光组件接通电源后，组件会将光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ设置为一个默认值，然后检查接收光电探测器和第二监控光电探测器的状态；

当接收光电探测器无光，第二监控光电探测器无光时，表明链路对面无光模块，则光组件根据默认的配置，对光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ进行配置，选择所需的滤波器，并对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作；

或，当接收光电探测器有光，第二监控光电探测器有光时，表明链路工作正常，则当前光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，以及选择的滤波器正确，不需要对光组件的配置进行改变，对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作；

或，当接收光电探测器无光，第二监控光电探测器有光时，表明链路的通道状态不匹配，当前工作的滤波器不正确，则通过改变光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，从当前的滤波器切换到另一个滤波器，切换后再次检查接收光电探测器和第二监控光电探测器的状态，如果接收光电探测器有光，第二监控光电探测器有光时，表明链路工作正常，则说明当前光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，以及选择的滤波器正确，对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作。表1为本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件工作状态判断逻辑。

表1

接收光电探测器	第二监控光电探测器	接收/监控比例	链路状态
				有光	有光	正常	正常
无光	有光	不正常	通道不匹配
				无光	无光	/	对面无光模块

本发明还提供了另一种集成PLC的单纤双向光组件的工作方法，光组件将自身选择的滤波器，开关配置信息，或者需要链路对面光组件选择的滤波器，或者链路对面光组件需要配置的开关状态等管理信息，与常规传输的数据一起，同时调制在激光器上，发送出去，管理信息的速率低于常规传输的数据。调制实现的方式有多种，包括幅度调制、频率调制、相位调制、偏振调制等，这里实现方式并不局限于某一种实现方式。同时，光组件在检测到接收光后，启动信号检测和解调，根据接收到的信息，对自身的滤波器选择，开关的配置进行调整。

下面主要利用本发明提供的一种集成PLC的单纤双向光组件，应用于本地和对端之间进行的工作方法，涉及到的光组件A和光组件B是完全相同的光组件，均属于本发明提供的集成PLC的单纤双向光组件，其中，光组件A是本地的，光组件B是对端的；具体步骤包括：

步骤1：光组件A读取自身内部信息作为配置请求信息，每间隔时间t1向光组件B发送配置请求信息；所述内部信息比如包括组件序列号；所述配置请求信息可以包括身份标识，信息包标识，状态标识和自身所期望的工作状态、开关状态、滤波器的配置等；所述配置请求信息的末尾为校验位，且配置请求信息的波特率小于正常工作时的波特率；

步骤2：光组件B接收配置请求信息并验证其有效性，验证失败则继续等待。验证成功后，先判断自身是否可以达到光组件A所期望的工作状态，若可以实现，则确定自己的目标工作状态，并向光组件A发送配置确认信息；所述配置确认信息包括所判定的双方的工作状态；

步骤3： 光组件A接收配置确认信息, 验证配置确认信息的有效性; 验证失败则返回步骤1；验证成功后，然后向光组件B发送配置生效信息；

步骤4：光组件B接收配置生效信息，向光组件A发送配置生效确认信息，同时按判定的工作状态及正常工作时的波特率正常工作；

步骤5：光组件A接收光组件B的配置生效确认信息，按判定的工作状态及正常工作时的波特率正常工作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种平面光波导PLC芯片，其特征在于，包括发射端口、滤波元件、接收端口、公共端口；

所述发射端口与所述滤波元件之间通过光传输通道Ⅰ连通，所述光传输通道Ⅰ上设有光开关单元Ⅰ；

所述滤波元件与所述接收端口之间通过光传输通道Ⅱ连通，所述光传输通道Ⅱ上设有光开关单元Ⅱ；

所述滤波元件与所述公共端口之间通过光传输通道Ⅲ连通，所述光传输通道Ⅲ上设有光开关单元Ⅲ；

所述滤波元件用于接收从所述发射端口输入并经所述光开关单元Ⅰ的光信号，将输入光信号中的干扰光滤除后，经所述光开关单元Ⅲ从所述公共端口输出；同时用于接收从所述公共端口输入并经所述光开关单元Ⅲ的光信号，将输入光信号中的干扰光滤除后，经所述光开关单元Ⅱ从所述接收端口输出；

所述滤波元件为两个并列设置的滤波器Ⅰ和滤波器Ⅱ，或者所述滤波元件包括三个并列设置的滤波器Ⅰ、滤波器Ⅱ及滤波器Ⅲ；

每个所述滤波器透射的波长均不相同；

所述滤波器Ⅰ的透射波长为a±nT，反射波长为b±nT；所述滤波器Ⅱ的透射波长为b±nT，反射波长为a±nT，其中，a为透射波长或反射波长，b为透射波长或反射波长，n为正整数，T为滤波曲线的周期；

所述滤波器III的透射波长为常规单纤双向光模块的发射波长，反射常规单纤双向光模块的接收波长。

2.根据权利要求1所述的平面光波导PLC芯片，其特征在于，通过控制所述光开关单元Ⅰ、所述光开关单元Ⅱ及所述光开关单元Ⅲ，选择一个匹配的滤波器，使所述发射端口输入的光信号进入所选择的滤波器，将输入光信号中的干扰光滤除后，并从所述公共端口输出；同时，使从所述公共端口输入的光信号进入所选择的滤波器，将输入光信号中的干扰光滤除后，并从所述接收端口输出。

3.根据权利要求1所述的平面光波导PLC芯片，其特征在于，

所述滤波器I的透射波长为a，反射其余波长；所述滤波器Ⅱ透射波长b，反射其余波长，其中a＜b或者a＞b。

4.一种集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，包括激光器、接收光电探测器、跨阻抗放大器、监控元件、光接口及权利要求1～3任一项所述的PLC芯片；

所述接收光电探测器设置于所述接收端口处，用于检测所述接收端口是否接收到光信号；

所述监控元件用于检测所述公共端口有无光信号双向传输；

所述光接口用于接收所述公共端口输出的光信号，和用于将外部的光信号传输至所述公共端口；

所述跨阻抗放大器用于放大接收光电探测器输出的电信号；

所述激光器用于发射光信号。

5.根据权利要求4所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，所述监控元件包括第一监控光电探测器和第二监控光电探测器；

所述第一监控光电探测器用于检测是否有光信号输出到所述公共端口；所述第二监控光电探测器用于检测所述公共端口有无输入的光信号。

6.根据权利要求5所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，还包括衬底，所述衬底为印制电路板或者陶瓷。

7.根据权利要求6所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，

所述接收光电探测器、所述第一监控光电探测器及第二监控光电探测器均设置于所述PLC芯片表面上，所述跨阻抗放大器设置于所述衬底上；

所述PLC芯片设置于所述衬底的一侧；

所述接收光电探测器与所述跨阻抗放大器、所述第一监控光电探测器与所述衬底、所述第二监控光电探测器与所述衬底通过打线的方式连接。

8.根据权利要求6所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，

所述接收光电探测器、所述跨阻抗放大器、所述第一监控光电探测器及第二监控光电探测器均设置于所述PLC芯片的表面上，所述接收光电探测器与所述跨阻抗放大器之间通过所述PLC芯片内部的金属线连接，或者通过打线的方式连接；

所述PLC芯片设置于所述衬底的一侧；所述跨阻抗放大器、所述第一监控光电探测器、所述第二监控光电探测器分别与所述衬底通过打线的方式连接。

9.根据权利要求6所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，

所述接收光电探测器、所述第一监控光电探测器及第二监控光电探测器均集成于所述PLC芯片内部；

所述跨阻抗放大器设置于所述衬底上，

所述PLC芯片与所述跨阻抗放大器均通过Flip chip的方式贴装在所述衬底上；

或者，所述跨阻抗放大器设置于所述PLC芯片上，

所述跨阻抗放大器通过贯穿于所述PLC芯片的金属线或者金属柱连接至所述PLC芯片下表面，所述PLC芯片通过Flip chip的方式贴装在所述衬底上。

10.根据权利要求9所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，

所述PLC芯片设置于所述衬底上时，则所述PLC芯片上开设有供所述金属线或金属柱贯穿的通孔。

11.根据权利要求7或8所述的集成PLC的单纤双向光组件，其特征在于，所述PLC芯片通过内部刻蚀反射镜，将光信号通过反射方式进入接收光电探测器、第一监控光电探测器及第二监控光电探测器。

12.一种根据权利要求5所述的集成PLC的单纤双向光组件工作方法，包括以下步骤：

光组件初始化时将光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ设置为一个默认值，然后检查接收光电探测器和第二监控光电探测器的状态；

当接收光电探测器无光，第二监控光电探测器无光时，表明链路对面无光模块，则光组件根据自身的参数，对光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ进行配置，选择所需的滤波器，并对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作；

或，当接收光电探测器有光，第二监控光电探测器有光时，表明链路工作正常，则当前光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，以及所选择的滤波器正确，不需要对光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态进行改变，对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作；

或，当接收光电探测器无光，第二监控光电探测器有光时，表明链路的通道状态不匹配，当前工作的滤波器不正确，则通过改变光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，从当前的滤波器切换到另一个滤波器，切换后再次检查接收光电探测器和第二监控光电探测器的状态，如果接收光电探测器有光，第二监控光电探测器有光时，表明链路工作正常，则当前光开关单元Ⅰ、光开关单元Ⅱ及光开关单元Ⅲ的状态，以及所选择的滤波器正确，对激光器和接收光电探测器进行配置，然后开始正常工作。

13.一种根据权利要求5所述的单纤双向光组件的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：光组件A读取自身内部信息作为配置请求信息，每间隔时间t1向光组件B发送配置请求信息；

步骤2：光组件B接收配置请求信息并验证其有效性，验证失败则继续等待；验证成功后，先判断自身是否可以达到光组件A所期望的工作状态，若可以实现，则确定自己的目标工作状态，并向光组件A发送配置确认信息；

步骤3：光组件A接收配置确认信息,验证配置确认信息的有效性；验证失败则返回步骤1；验证成功后，然后向光组件B发送配置生效信息；

步骤4：光组件B接收配置生效信息，向光组件A发送配置生效确认信息，同时按判定的工作状态及正常工作时的波特率正常工作；

步骤5：光组件A接收光组件B的配置生效确认信息，按判定的工作状态及正常工作时的波特率正常工作。

14.根据权利要求13所述的单纤双向光组件的工作方法，其特征在于，

所述配置请求信息为身份标识，信息包标识，状态标识、自身所期望的工作状态、开关状态或滤波器的配置信息。

15.根据权利要求14所述的单纤双向光组件的工作方法，其特征在于，

所述配置请求信息的末尾为校验位，且配置请求信息的波特率小于正常工作时的波特率。

16.根据权利要求14所述的单纤双向光组件的工作方法，其特征在于，所述配置确认信息包括所判定的双方的工作状态是否正常的信息。

17.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括权利要求4～10任一项所述的单纤双向光组件。

Images