CN1148763A - 光通信模块 - Google Patents

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箱守克彦
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Abstract

一个光学模块包括一个安置在激光二极管前方而偏移激光二极管光轴的光电二极管,用来监控激光二极管朝前方发送的光束功率。该光学模块还响应于供给激光二极管的驱动电流而实现发送模式与接收模式之间的切换。

Description

光通信模块
本发明一般地涉及光通信,特别涉及适用于采用时分复用技术通过单根光纤光缆实现双工光通信的TCM(时间压缩复用)系统中的一种光通信模块。
图1A和1B表明这种TCM通信系统的工作原理,其中图1A表明一种无源双工星形(PDS)配置,是用作光用户线的多种拓扑结构之一。
参见图1A,用标号100标记的站(station)X通过一个星型耦合器101与多个分别标记为102-105的用户A-D相连,其中站X通过单根光纤光缆110与星型耦合器101相连。站借此按时分复用并通过发送模式和接收模式的切换而实现单根光纤光缆110的双工通信。这样一种通信系统称为TCM-TDMA系统。
在建立系统时,站X先向A-D的每个用户发送一个光脉冲,并通过检测返回光脉冲来测量到A-D的每个用户的传输延时。根据如此测得的传输延时,设置对A-D每个用户的传输时隙,以使用户一接到来自站X的传输信号就能向站X发送信息,只要是在指配的时隙内传输,就不致与其他用户发生干扰。这样,从站X到用户A-D、从用户A到站X以及从用户B到站X的信息传输便取道各个用户的时隙进行,如图1B所示。
图2表明一个常规的光通信模块10,它构成常规TCM光通信系统的一部分。
参照图2,该光通信模块10包括一台光收发器11,用来按发送信号向由光纤光缆构成的传输线13发送光传输信号,也用来接收从光传输线13传来的光传输信号;还包括一台驱动器12,用以按发送信号来驱动光收发器11。而且,驱动器12还根据光收发器11所接收的光传输信号再生接收信号。光收发器11和驱动器12组装在一块印刷电路板上。
光收发器11包括一个与光传输线13相连的光耦合器14和一个经光纤段22与光耦合器14相连的光发送模块15,以及一个经光纤段24与光耦合器14相连的光接收模块16,其中光发送模块15包含一个激光二极管18,它由构成驱动器12一部分的驱动电路30所驱动。正如图3所表示的,激光二极管18装持在底座17上构成光学模块15的一部分,并通过一个透镜20与光纤22光耦合,该透镜封装在一个保护光发送模块15的外壳21上。应当注意的是,驱动电路30被供有传输数据连同时钟信号,并产生供驱动激光二极管18的模拟驱动信号,以使之响应。
为监控激光二极管18发射的光信号,光发送模块15还包括底座17上的一个光电二极管19,如通常的用法那样对着激光二极管18,如图3所示,使光电二极管19检测激光二极管18的背向辐射光束。该光电二极管19由包含在驱动器12中的APC(自动功率控制)电路31偏置,而且该APC电路31还参照由阈值电路32提供的阈值电平控制激光二极管18的光功率。
接收模块16具有如图3所示的类似结构,其中一个光电二极管23安装在底座上,相当于在底座17上取代激光二极管的位置,通过封装在外壳上的一个透镜,类似于图3所示的封装在外壳21上的透镜20,使光电二极管23与光纤24光耦合。当然,在接收模块16中并不存在相应于光电二极管19那样的光电二极管。所以,这里略去对接收模块16的说明。光电二极管23响应于从光纤24传来的光信号而产生电输出,并通过发送/接收切换开关36将同样的信号馈送到包含在驱动器12中的AGC(自动增益控制)电路34。
应注意的是,发送/接收开关36被供有发送/接收(TX/RX)控制信号,且当TX/RX控制信号指示光通信模块10的发送模式时触发APC电路31和阈值电路32,而在TX/RX控制信号指示光通信模块10的接收模式时,开关36则使APC电路31和阈值电路32去激发。于是,便实现了对光通信模块10发送模式和接收模式随TX/RX控制信号的时分切换。
在接收模式下,开关36将前置放大器33的输出信号转送到AGC电路34进行自动增益控制,且该输出信号进一步转送到TIM/DEC(定时恢复/判决)处理器35进行定时提取,其时该处理器根据所恢复的定时使时钟和数据得以恢复。
在图2和3所示的常规结构中,应当注意的是,光电二极管19通过检测激光二极管18的背向辐射光束来监控激光二极管18的光输出。只要时间相关的前向和背向光输出变化相同,则在上述常规结构中不会出现太大的问题。相反,在有些情况下前向和背向光输出的变化呈现不对称。例如,前向光输出可能比背向光输出衰降要快。在这种情况下,即使利用APC电路31进行自动功率控制,前向辐射光束的光功率仍然下降,因而注入到光纤22中的光功率随之减小。在这种情况下,采用光通信模块10的节点就会出现故障。只要背向光束的辐射正常,激光二极管18的这种异常现象就不能用光电二极管19检测出来。
此外,光通信模块10还有因其结构上是从一个主TCM装置(图2中未画出)外部提供TX/RX控制信号而使信号线路增多的问题。
鉴此,本发明的总体目标在于提供一种新型而且实用的光通信模块,其中上述存在的问题得以消除。
本发明的另一个且更专门的目的是提供一种其注入到输出光纤中的光束输出光功率可直接监控的光通信模块。
本发明的再一个目的是提供一种具有简化结构的光通信模块。
本发明还有一个目的是提供一种包括以下组成的光通信模块:
一个适宜与光传输线耦合的光收发器,用以通过光传输线发送光传输信号并接收从中传来的光传输信号;
所述光收发器包括一个供有传输信号的光发射器,用以发射与之响应的光信号,一个适宜与光传输线耦合的光耦合器,该光耦合器与光发射器光学相连,用来将光发射器发射的光信号注入到光传输线作为输出的光传输信号;一个与光耦合器相连的光电探测器,用以接收来自光传输线的输入光传输信号并响应之产生相应的接收信号;
一个用来驱动光收发器的驱动器,所述驱动器包括一个馈送传输信号到光发射器的驱动电路,一个自动功率控制电路,用来控制光发射器的驱动电流使之发射的光信号具有预置的恒定光功率,一个自动增益控制电路,用来控制接收信号电平使之处于预置的电平,及一个发送/接收切换电路,用来选择驱动自动功率控制电路和自动增益控制电路,使自动功率控制电路在发送模式时被驱动以发送输出光信号,而自动增益控制电路则在接收模式时被驱动以接收输入光信号;
所述光通信模块还包括一个监控光电探测器,使该监控光电探测器检测部分由光发射器辐射以供注入光传输线的光信号。
本发明的又一个目的是提供一种光学模块,包括:
一个底座;
一个安装在所述底座上的光发射器,使其沿预置的光轴向前方发射输出光束;
一个安装在所述底座上并位于所述光发射器的所述前方的光电探测器,所述光电探测器的安装偏离所述预置光轴;
其中所述光电探测器斜对所述光发射器,以检测从所述光发射器发出的部分所述光束。
按本发明,注入光传输线的光信号输出功率由监控光电探测器直接监控。因此,象常规情况中根据光发射器背向发射光束来监测光功率的那种不正确的光功率检测问题便成功地得以消除。
结合附图阅读下面的详细介绍,将使本发明的其他目的和进一步的特性显得更加清晰。
图1A和1B是表明一种TCM通信系统结构的示意图;
图2是表明一种常规光通信模块的线路示意图;
图3是表明图2所示光通信模块结构的示意图;
图4是按本发明一种实施例的光通信模块的线路示意图;
图5是表明图4所示光通信模块结构的示意图;
图6是表明图5所示光通信模块中形成的光路示意图;
图7A和7B是表明在本发明光通信模块中发送模式和接收模式切换的示意图;
图8A至8C是表明在本发明光通信模块中发送模式和接收模式切换的另一示意图。
图4是按本发明一种实施例的光通信模块40的线路示意图,其中光通信模块40用在图1A和1B所示的TCM光通信系统中。在图4中,前已述及的部分用相同的标号标记并将略去其相应的说明。
参照图4,光通信模块40包括一个光收发器11A,用来按发送信号向光传输线13发送光传输信号,并用来接收从光传输线13传来的光传输信号,及一台用来按发送信号驱动光收发器11A的驱动器12A。而且驱动器12A还根据由光收发器11A接收的光传输信号再生接收信号。光收发器11A和驱动器12A组装在一块印刷电路板上。
其中光收发器11A包括除光耦合器14以外的一个光发送模块15A和一个前已述及的接收模块16,其中光发送模块15A包含一个装持有激光二极管18和光电二极管19A的底座17A,如图5所示,使激光二极管18与透镜20的光轴41对准。
在图5中,应当注意的是光电二极管19A安装在激光二极管18的前方,位于激光二极管18和透镜20之间,偏离光轴41向下一个偏移距离e,并斜对激光二极管18。与前述类似,通过透镜20使激光二极管18与光纤22相耦合,并将图6所示的锥光束42a注入光纤22的芯区。如图6所表示的,光电二极管19A在该处检测激光二极管18以发散光束42形式发射的锥光束边缘部分42b。应当注意的是,距离e的设置应使光电二极管19A不遮挡光束42有效地注入光纤22芯区的内锥部分42a。在图5中,还应注意光电二极管19A发射一束背向光43,而本发明并不使用该光束43于APC控制。
再参照图4,值得注意的是,与图2的光电二极管19相类似,光电二极管19A与APC电路31相连来控制激光二极管18,使激光二极管18的光输出功率基本保持恒定。由此,该APC电路31便响应于前向辐射的并由光电二极管19A检测的光功率,通过驱动电路30A并参照阈值电路32而控制激光二极管18。还应当注意的是,驱动电路30A被供有数据和时钟信号作为输入信号202,类似于图2的驱动电路30。
此外,驱动电路30A在驱动激光二极管18的同时产生发送状态信号200,并将同样的信号供给驱动器12A组成部分的切换信号发生器50。该发送状态信号200可以是加到激光二极管18的驱动电流本身,或者是与该驱动电流相当的信号。切换信号发生器50依次产生切换信号201,并将同样的信号供给发送/接收开关36A,其中当发送状态信号200指示发送模式时,开关36A便触发APC电路31。
反之,当状态信号200指示接收模式时,开关36A便触发AGC电路34,并向其转送前置放大器33的输出。由此,TIM/DEC处理器35从接收信号中提取时钟定时,而后处理器35根据这样提取的时钟定时进一步再生调制在接收信号上的数据,如此再生的数据便作为输出信号203从处理器35输出。
在采用图4的光发送模块40于如图1A和1B所示系统所属站的通信系统中,应当注意的是,通过从标记100的站X向用标号101-105分别标记的A-D每个站发送传输时限,则信号发送的碰撞便成功地得以避免。
如上所述,发送/接收开关50响应于发送状态信号200而产生切换信号201。图7A和7B给出这种发送状态信号200和切换信号201的一个例子,其中要注意的是切换信号201响应发送状态信号的前沿即时上升,而在发送状态信号200的低电平延续到一定的预置时间后再下降。
切换信号201与供给驱动电路30A的时钟信号一起供给发送/接收开关36A,如图4所示,其中发送/接收开关36A响应切换信号201而选择控制APC电路31和AGC电路34的触发。因此,发送信号202和接收信号203便按照图8A和8B所示之时分复用程序响应于图8C所示之开关信号进行交换。
通信模块40的优良特性在于:(a)可取消外部发送/接收控制部件来切换发送模式和接收模式;和(b)借助在激光二极管18前方配置的光电二极管19可直接监控激光二极管的光输出。因此,光束发射的任何异常现象便立即准确地检测到。
在前述的本发明中,应当注意的是,也可利用光电二极管19A顶替光电二极管23来检测输入光信号。在这样的结构中,光电二极管19A检测聚焦在激光二极管18光学表面上的输入光束来收集从该处反射回的光束。
此外,本发明并不限于前述的实施例,还可作出多种改变和改进,但均不超出本发明的范围。

Claims (7)

1.一种光通信模块,包括:
一台适宜与光传输线耦合的光收发器,用以通过光传输线发送输出光传输信号并接收从中输入的光传输信号;
所述光收发器包括一台供有传输信号的光发射器,以与之响应而发射相应的光信号,一个适宜与光传输线耦合的光耦合器,该光耦合器与光发射器光学相连,用来将光发射器发射的光信号注入光传输线作为输出光传输信号,及一个与光耦合器光学相连的光电探测器,用以接收来自光传输线的输入光传输信号,该光电探测器响应之而产生接收信号;
一台用来驱动光收发器的驱动器,所述驱动器包括一个馈送传输信号到光发射器的驱动电路;一个自动功率控制电路,用来控制光发射器驱动电流使其发射的光信号保持预置的恒定光功率;一个自动增益控制电路,用来控制接收信号电平使之处于预置的电平;和一个发送/接收切换电路,用来有选择地触发自动功率控制电路和自动增益控制电路,使自动功率控制电路在发送模式被触发而发送输出光信号,而自动增益控制电路则在接收模式被触发而接收输入光信号;
所述光通信模块还包括一个监控光电探测器,使该监控光电探测器检测部分由光发射器所发射以供注入光传输线的光信号。
2.如权利要求1所述的光学模块,其中所述发送/接收切换电路由驱动电路供给指示发送模式和接收模式的状态信号,通过其对所述状态信号的响应产生相应的切换控制信号而引起所述自动功率控制电路和所述自动增益控制电路的选择性触发。
3.如权利要求2所述的光学模块,其中所述的状态信号是从所述驱动电路供给所述光发射器的驱动电流。
4.如权利要求2所述的光学模块,其中所述发送/接收切换电路产生所述切换控制信号,使所述切换控制信号响应于所述状态信号的前沿而上升,但响应于所述经一预置延时的状态信号的后沿而下降。
5.如权利要求1所述的光学模块,其中所述的监控光电探测器即常用的所述光电探测器件,用来接收输入光传输信号。
6.一个光学模块,包括:
一个底座;
一个安装在所述底座上的光发送器,用于沿预置光轴向前方发送输出光束;
一个安装在所述底座上并位于所述光发送器的所述前方的光电探测器,所述光电探测器的安装偏离所述预置光轴;
其中所述光电探测器斜对所述光发送器,以检测从所述光发送器发出的部分所述光束。
7.如权利要求6所述的光学模块,其中所述光学模块进一步包括一个与所述光发送器光学对准的透镜。
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