CN117805972A - 50g pon光器件及其波分复用和解复用器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了50G PON光器件及其波分复用和解复用器。一种波分复用和解复用器，包括：透光棱镜，所述透光棱镜上至少设置有一个供光束射入和出射的公共口；发射端滤波片，至少设置有两个；接收端滤波片，至少设置有两个；各发射端滤波片的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的下行数据波长；各接收端滤波片的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的上行数据波长；各接收端滤波片和各发射端滤波片均分别位于透光棱镜上对应的反射位置，反射位置为标定光束从公共口射入透光棱镜并在透光棱镜上发生反射的位置。本申请所提供的方案中也减少了波分复用和解复用器的体积，有利于光器件的小型化设置。

Description

50G PON光器件及其波分复用和解复用器

技术领域

本申请涉及光器件技术领域，具体而言，涉及一种50G PON光器件及其波分复用和解复用器。

背景技术

目前，10G PON进入大规模商用部署阶段，50G PON以5倍于10G PON的带宽能力同时兼顾超宽、低延迟、低抖动等精准性特性，可以满足未来家庭和企业超高带宽接入、企业园区网络建设等应用场景，有效提升宽带品质、网络质量和业务体验。

所以为向50G PON平滑演进，50G PON需要同时支持1G PON、10G PON以及50G PON中的其余两种技术；而1G PON、10G PON以及50G PON的协议波长是不一样的，所以在实践中，需要在光器件上设置多组对应的光收发装置。而在光器件的具体运用上，则需要光器件的多组光收发装置能具有一个公共接口，该公共接口既能够接入所有波长的光束，然后分别将对应波长的光束发送至对应的光接收装置；同时，光发射装置发射的不同波长的光束，都能从该公共接口发出。

所以在光器件中需要一个波分复用和解复用器件，利用波分复用和解复用器件将从公共接口射入的多个波长的光合成的光束分解为对应波长的光，然后发送给对应的光接收器，同时还需要波分复用和解复用器件实现将多个光发射器产生的不同波长的光束复合为一束光之后，从公共接口出射。

目前所使用的技术方案中，大部分都是将波分复用和解复用器件设置为如下三个部分：分光器、波分复用器，以及波分解复器。进入公共接口的入射光能够透过分光器，进而直接进入至波分解复器，由波分解复器解复成多个不同波长的光束，然后发送给对应的光接收器；而光发射器产生的多束不同波长的光发送给波分复用器器，波分复用器将多个不同波长的光束合并为一束光之后，发送至分光器，在分光器上反射之后从公共接口出射。

所以在现有的技术方案中，发射光和入射光在经过分光器进行分离，也就是发射光和入射光在分光器中发射光是透射而入射光是反射，进而能够在两个相互独立的波分复用器和波分解复器内完成多个波长的光束的复合和分解，可以参考环形器的原理。这种方案中，光束在分光器部分需要进行多次反射，所以光的衰减程度很大，进而不利于光信号的传输；同时，波分复用器和波分解复器是两个器件，所以会占用更大的体积，不利于光器件整体小型化的设置。

综上所述，目前的技术手段中，波分复用和解复用器件对于光信号的损耗很大，并且体积很大，在光器件的使用中，不利于高精度的光信号传输，以及光器件小型化的设置。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

作为本申请的第一个方面，为了解决目前的技术手段中，波分复用和解复用器对于光信号的损耗很大的技术问题，本申请的一些实施例提供了如下技术方案：一种波分复用和解复用器，包括：

透光棱镜，所述透光棱镜上至少设置有一个供光束射入和出射的公共口；

发射端滤波片，至少设置有两个；

接收端滤波片，至少设置有两个；

各发射端滤波片的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的下行数据波长；

各接收端滤波片的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的上行数据波长；

其中，每个发射端滤波片至少有一个面与透光棱镜的表面相互贴合，每个接收端滤波片至少有一个面与透光棱镜的表面贴合，

各接收端滤波片和各发射端滤波片均分别位于透光棱镜上对应的反射位置，反射位置为标定光束从公共口射入透光棱镜并在透光棱镜上发生反射的位置。

本申请所提供的方案，因为是运用于50G PON协议中，而50G PON的下行数据波长和上行数据波长不同，进而在从公共口射入的入射光束的波长成分，与从各接收端滤波片射入的发射光束的波长成分没有重合的部分；所以，在入射光束从公共口进入至透光棱镜内时，入射光束会沿着标定光束的路径依次达到对应的反射位置，从而组成入射光束的各波长的光束达到与之对应的接收端滤波片位置时，则会从滤波片的位置出射，达到了入射光束的解复功能；而各种波长的发射光束在从各发射端滤波片射入至透光棱镜内之后，会沿着标定光束的路径反向移动，进而都从公共口出射，所以完成了发射光束的复用功能。由此可见，本申请所提供的方案中并不需要用分光器将入射光束和发射光束分开成两条光路，使得一条光路与波分解复器对应，一条光路与波分复用器对应，本方案中将波分解复器、波分复用器，以及分光器三者的功能集成在了一个透光棱镜上，如此减少了入射光束和发射光束在进行过程中的反射次数，减少了入射光束和发射光束的损耗，同时也减少了波分复用和解复用器的体积，有利于光器件的小型化设置。

在实践中发射端滤波片需要与光发射器的发射口对应，接收端滤波片需要与光接收器的接收口对应，所以为了避免光发射器和光接收器分别布置在透光棱镜的各个区域，所导致的多个光发射器和多个光接收器无法集成设置，进而导致电路成本设计太大。针对这一问题，本申请提供了如下技术方案：

进一步的，各发射端滤波片均位于透光棱镜的第一侧面，各接收端滤波片均位于透光棱镜的第二侧面。

本申请所提供的方案中，接收端滤波片都位于第一侧面，所以与个接收端滤波片对应的光接收器都可以设置在透光棱镜的同一侧，进而便于各光接收器的一体化设置。同样的，也便于实现光发射器的一体化设置。

在光束的传播过程中，光束在透光棱镜中行进的路径越长，反射的次数越多光束的衰减情况就越严重。为了避免光束在透光棱镜中反射的次数太多，本申请提供了如下技术方案：

进一步的，第一侧面位于第二侧面的对侧。

本申请所提供的技术方案中，第一侧面和第二侧面为对侧布置，所以光束在从第一侧面反射之后，会直接射向第二侧面上，然后再射在第一侧面上，所以保证了光束在每次反射时都会射在一个接收端滤波片或者发射端滤波片上，减少了光束的反射次数，同时也尽量减少了光束的路径长度。

在采用滤波片对不同光束的波长进行过滤时，需要尽量减少光束在滤波片上的入射角，以增加滤波片的过滤性能，避免波长比较相近的光束无法通过对应的滤波片进行过滤，而在光束反射的过程中，光束与滤波片的入射角会逐渐增加，进而导致无法通过滤波片对光束进行过滤。针对这一问题，本申请提供如下技术方案：

进一步的，第一侧面和第二侧面相互平行。

本申请所提供的技术方案中，第一侧面和第二侧面都相互平行，所以光束在第一侧面和第二侧面反射的过程中，入射角不会发生变化，进而不会因为多次反射导致入射角增加，而使得对于光束的分波性能太差。

为了尽量减少光束在透光棱镜中的折射次数，会将透光棱镜的公共口设置在第一侧面或者第二侧面上。但是，这种方式在使用时，不利于光器件内部的布局，光器件的内部非常紧凑，光器件的光接口、光接收器，以及光发射器不会聚集在同一个区域，而是在光器件内对应的区域分布。所以透光棱镜的公共口设置在第一次侧面或者第二侧面都会导致光器件的布局受到影响。针对这一问题，本申请提供了如下技术方案：

进一步的，透光棱镜上还设置有反射面和入射面，入射面位于反射面的对侧，公共口设置与入射面，反射面倾斜的朝向第一侧面，反射面对光线进行全波长反射。

本申请所提供的方案中，入射光束从公共口射入至透光棱镜之后，会从反射面反射在第一侧面，然后从第一侧面反射至第二侧面。所以，实际上仅仅设置了一个反射面，就能够将原先必须设置在第一侧面或者第二侧面的公共口设置在其余的位置，进而便于后续装配在光器件内时，更利于光器件的布局，实现光器件的小型化设计。

波分复用和解复用器在布置在光器件内之后，需要尽量让光器件内的多个光发射器的布置方向，与多个光接收器的布置方向相互平行，从而使得多个光发射器和多个光接收器能够平行布置在波分复用和解复用器的两侧。但是，因为第一侧面和第二侧面相互平行，而光束从透光棱镜中出来之后，会存在一定的偏移，所以光发射器产生的发射光束进入至透光棱镜的角度，与从透光棱镜中出来入射光的角度是不同的，如此就导致了多个光发射器和多个光接收器不能平行的布置在波分复用和解复用器的两侧。针对这一问题，本申请提供了如下技术方案：

进一步的，接收端滤波片的光束进入面与透光棱镜贴合，接收端滤波片的光束出射面相对接收端滤波片的光束进入面倾斜。

本申请所提供的技术方案中，通过将接收端滤波片的光束出射面相对光束进入面设置为倾斜的方式，能够修正从接收端滤波片中出射的入射光束的角度，从而将其偏转到与光发射器发出的发射光束相互平行的角度，进而在使用时，多个光发射器和多个光接收器不能平行的布置在波分复用和解复用器的两侧。

进一步的，θ2≥arcsin(1/n)，θ2为入射光束、发射端滤波片法线以及反射面法线构成的三角形中，入射光束在反射面的夹角；n为接收端滤波片与透光棱镜的折射率。

本方案中，借助光束在反面全反射的特性，反射面无需镀膜即可满足功能，可以简化异形多边形棱镜的制作工艺，降低成本。

进一步的，接收端滤波片的折射率大于2.5。

本申请所提供的技术方案中，通过将接收端滤波片的折射率设置为大于2.5，能够有效的减少接收端滤波片的体积，使得整个波分复用和解复用器能够尽量的小型化设置。

作为本申请的第二个方面，为了解决背景技术中提及的技术问题，本申请的一些实施例提供了如下技术方案：一种50G PON光器件，包括，至少两个光接收器、至少两个光发射器、光收发接口，以及前述的波分复用和解复用器；

其中，光发射器与发射端滤波片对应，光接收器与接收端滤波片对应，光收发接口与公共口对应。

本申请的有益效果在于：提供了减少了入射光束和发射光束在进行过程中的反射次数，减少了入射光束和发射光束的损耗，同时也减少了波分复用和解复用器的体积，有利于光器件的小型化设置。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1为实施例1中波分复用和解复用器的示意图。

图2为一些实施例中波分复用和解复用器的示意图。

图3为图2中所述的波分复用和解复用器的光路示意图。

图4为50G PON光器件光器件的示意图。

图5为透光棱镜中相关角度的示意图。

图6为接收端滤波片中相关角度的示意图。

图7为透光棱镜的示意图。

附图标记：

1a、标定光束；

1、透光棱镜；10、公共口；11、第一侧面；12、第二侧面；13、反射面；14、入射面；

2、发射端滤波片；

3、接收端滤波片；

10a、波分复用和解复用器；

2a、光发射器；

3a、光接收器；

4a、光收发接口；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施例。虽然附图中显示了本申请的某些实施例，然而应当理解的是，本申请可以通过各种形式来实现， 而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本申请。应当理解的是，本申请的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本申请的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1：参照图1， 一种波分复用和解复用器10a，包括：透光棱镜1、发射端滤波片2，以及接收端滤波片3，其中透光棱镜1为透光材质，透光棱镜1上设置有公共口10，光束能够从公共口10射入至透光棱镜1内，对应的光束也能够从公共口10出射。在本申请中发射光束是指最终从公共口10出射的光束，由光发射器产生，入射光束是指从公共口10射入的光束，由光接收器接收。

在透光棱镜1上具有至少4个反射位置，反射位置的确定方式如下，将标定光束1a射入从公共口10设置至透光棱镜1内之后，标定光束1a在透光棱镜1的边缘均发生全反射，如此标定光束1a会在透光棱镜1的边缘多个位置发生反射，这些发生反射的位置就属于反射位置。所以，从这方面来看，反射位置的数量与透光棱镜1的形状有关系。需要注意的是，本方案中，透光棱镜1整体都是透光材料，光束射入至透光棱镜1中不会在透光棱镜1的边缘发生反射，而标定光束1a之所以会反射，主要是为了界定反射位置的所在区域，所以假设性的说明标定光束1a会在透光棱镜1的边缘发生全反射，进而可以通过实际模拟，得到反射位置，或者根据光线的反射规律，计算出反射位置。

发射端滤波片2至少设置有两个，接收端滤波片3至少设置有两个，每个发射端滤波片2至少有一个面与透光棱镜1的表面相互贴合，每个接收端滤波片3至少有一个面与透光棱镜1的表面贴合，各接收端滤波片3和各发射端滤波片2均分别位于透光棱镜1上对应的反射位置，反射位置为标定光束1a从公共口10射入透光棱镜1并在透光棱镜1上发生反射的位置。其中，发射端滤波片2和接收端滤波片3都是通过粘接的方式粘在透光棱镜1的表面上。

并且为了保证具有良好的分波和合波效果，各发射端滤波片2的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的下行数据波长；各接收端滤波片3的过滤波长分别对应不同50GPON协议中的上行数据波长。

例如，以50G PON、10G PON中的协议波长为例，其中，50G PON的协议波长为1342nm和1286nm，1342nm为上行数据波长，1286nm为下行数据波长，10G PON的协议波长为1577nm和1270nm，1577nm为上行数据波长，1270nm为下行数据波长。

如此，在光器件需要同时实现50G PON、10G PON的光收发一体时，进入至光器件的入射光束的包括1286nm的光束和1270nm的光束，该入射光束在沿着公共口10进入至透光棱镜1内之后，在透光棱镜1的反射位置上进行反射，在达到对应波长的滤波片时，则从透光棱镜1中出射。例如，1286nm的光束在反射至与之过滤波长相对应的接收端滤波片3的反射位置时，1286nm的光束从该接收端滤波片3中出射，然后被光接收器所接收，而剩下的1270nm的光束则继续反射至下一个反射位置，直至反射至1270nm的接收端滤波片3所在的位置。同样的，在发射1342nm光束和1577nm的光束时，1342nm的光束从与之过滤波长相互对应的发射端滤波片2所在的位置射入至透光棱镜1内，同时，1577nm的光束从与之过滤波长相互对应的发射端滤波片2所在的位置射入至透光棱镜1内，进而1342nm的光束和1577nm的光束在进入透光棱镜1内之后，沿着标定光束1a进入至透光棱镜1的反向方向开始行进，进而均从公共口10出射，如此完成了1342nm的光束和1577nm的光束的合波。

参考图1，进一步的，各发射端滤波片2均位于透光棱镜1的第一侧面11，各接收端滤波片3均位于透光棱镜1的第二侧面12。

具体的，将透光棱镜1上的任意个面定义为侧面，则在透光棱镜1上会具有多个侧面，而各发射端滤波片2均位于透光棱镜1的第一侧面11，各接收端滤波片3均位于透光棱镜1的第二侧面12，则所有的发射端滤波片2均位于透光棱镜1的同一个侧面，而接收端滤波片3也均位于透光棱镜1的同一个侧面，但是接收端棱镜和发射端棱镜并不在同一个面上，所以在使用本方案中所提供的波分复用和解复用器制作光器件时，可以将光接收器和光收发器分别设置在波分复用和解复用器的两个方向上，便于光器件内部元器件的布局和对应的光接收器和光发射器的集成化。

更为具体的，第一侧面11位于第二侧面12的对侧，第一侧面11和第二侧面12相互平行。在第一侧面11位于第二侧面12之后，光束基本就能够在第一侧面11和第二侧面12之间反射，所以反射位置大部分都是在第一侧面11和第二侧面12上，也就是入射光束和发射光束在进入至透光棱镜1内之后，能够基本上就在发射端滤波片2和接收端滤波片3之间来回反射，减少了在其余位置的反射次数，减少了光信号的损耗。

在一些实施例中，公共口10可以设置在第一侧面11或者第二侧面12上；如果，公共口10在第一侧面11上，入射光束进入至公共口10之后，可以直接射在接收端滤波片3上，然后在第一侧面11和第二侧面12之间反射。但是，相应的也会导致在设计光器件时，需要光器件的光收发接口与光发射器位于共一个方向上，进而导致光器件的光收发器的相关模块与光收发接口的相关模块出现干涉，而不得不增加光器件的体积。

参考图2和图3，在另一些实施例中，透光棱镜1上还设置有反射面13和入射面14，入射面14位于反射面13的对侧，公共口10设置在入射面14上，反射面13倾斜的朝向第一侧面11，反射面13对光线进行全波长反射。

在本方案中，公共口10设置在了有区域别第一侧面11和第二侧面12的入射面14上，所以可以避免后期使用时，光收发接口的相关模块与其余的模块发生干涉的问题。

进一步的，接收端滤波片3的光束进入面与透光棱镜1贴合，接收端滤波片3的光束出射面相对接收端滤波片3的光束进入面倾斜。

参考图5~图6，进一步的，透光棱镜1、发射端滤波片2，以及接收端滤波片3中的相关角度满足如下条件；

其中：透光棱镜的第一侧面和第二侧面相互平行，第一侧面与水平线的夹角和发射光束与发射端滤波片的入射角均为θ;

n为发射端滤波片2与透光棱镜1的折射率；

α为反射面13与水平线的倾角α；

β为入射面14与水平线的倾斜角度；

γ为接收端滤波片3的光束出射面的水平倾斜角度；

θ1为发射端折射光线与发射端滤波片2的折射角；

θ2为发射端折射光束、发射端滤波片2的法线以及反射面13的法线构成的三角形中，发射端折射光束在反射面13上的夹角；

θ3为发射端滤波片2的法线与反射面13的法线的夹角；

θ4为反射面13的法线、发射光束在反射面13上的反射路径，以及入射面14的出射光束构成的三角形中反射面13的反射光束与入射面出射光束的夹角；

θ5为发射端光束在入射面的入射角度；

n2为接收端滤波片3的折射率；

θ6为接收端光束在接收端滤波片的光束入射面的折射角；

θ7为光束在接收端滤波片3的光束出射面的入射角度。

需要注意的是，本申请中的入射面并不是指某个光束的入射面，而是指光束进入至透光棱镜中的这个面的名称。

在上述方案中，在满足上述的角度要求之后，将接收端滤波片3的折射率控制在大于2.5之后，能够尽量减少透光棱镜1、接收端滤波片3以及发射端滤波片2的体积。在更为具体的实施方式中，本申请提供了一种能够同时兼容同时兼容50G PON、10G PON和1G PON的波分复用和解复用器的结构，如图7所示：

根据50G PON、10G PON和1G PON的协议波长，如果需要兼容这3个模式，则需要波分复用和解复用器能够同时兼容，1490nm、1577nm、1342nm和1310nm、1270nm、1286nm的分波和合波。1490nm的光束、1577nm的光束，以及1342nm的光束的合波原理如下：

1342nm光信号入射到3号发射端滤波片2，在透过3号发射端滤波片2后依次被2号接收端滤波片3、2号发射端滤波片2、1号接收端滤波片3、1号发射端滤波片2和反射面13反射后从入射面14出射；

1342nm光信号入射到2号发射端滤波片2，透过2号发射端滤波片2后依次被1号接收端滤波片3、1号发射端滤波片2和反射面13面反射从入射面14面出射；

1577nm光信号入射到1号发射端滤波片2透过1号发射端滤波片2，被反射面13反射后从入射面14出射，这三个波长的光信号在经过透光棱镜1之后会重合在一起。

1310nm的光束、1270nm的光束、1286nm的光束的分波原理如下：

1270nm的光束入射到入射面14，透过入射面14，依次被反射面13，1号发射端滤波片2、1号接收端滤波片3、2号发射端滤波片2、2号接收端滤波片3，1号发射端滤波片2反射后，透过3号接收端滤波片3后出射；

对1286nm的光束入射到S2面，光束透过入射面14，依次被反射面13，1号发射端滤波片2、1号接收端滤波片3、2号发射端滤波片2反射、透过2号接收端滤波片3后出射；

对1310nm的光束入射到入射面14，透过入射面14，依次被反射面13，1号发射端滤波片2、透过1号接收端滤波片3后出射。

参考图4，实施例2：一种50G PON光器件，包括，至少两个光接收器3a、至少两个光发射器2a、光收发接口4a，以及前述的波分复用和解复用器10a；

其中，光发射器2a与发射端滤波片对应，光接收器3a与接收端滤波片对应，光收发接口4a与公共口对应。

以上描述仅为本申请的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种波分复用和解复用器，其特征在于，包括：透光棱镜，所述透光棱镜上至少设置有一个供光束射入和出射的公共口；

发射端滤波片，至少设置有两个；

接收端滤波片，至少设置有两个；

各发射端滤波片的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的下行数据波长；

各接收端滤波片的过滤波长分别对应不同50G PON协议中的上行数据波长；

其中，每个发射端滤波片至少有一个面与透光棱镜的表面相互贴合，每个接收端滤波片至少有一个面与透光棱镜的表面贴合，

各接收端滤波片和各发射端滤波片均分别位于透光棱镜上对应的反射位置，反射位置为标定光束从公共口射入透光棱镜并在透光棱镜上发生反射的位置。

2.根据权利要求1所述的波分复用和解复用器，其特征在于：各发射端滤波片均位于透光棱镜的第一侧面，各接收端滤波片均位于透光棱镜的第二侧面。

3.根据权利要求2所述的波分复用和解复用器，其特征在于：第一侧面位于第二侧面的对侧。

4.根据权利要求3所述的波分复用和解复用器，其特征在于：第一侧面和第二侧面相互平行。

5.根据权利要求3所述的波分复用和解复用器，其特征在于：透光棱镜上还设置有反射面和入射面，入射面位于反射面的对侧，公共口设置在入射面上；

反射面倾斜的朝向第一侧面。

6.根据权利要求2所述的波分复用和解复用器，其特征在于：接收端滤波片的光束进入面与透光棱镜贴合，接收端滤波片的光束出射面相对接收端滤波片的光束进入面倾斜。

7.根据权利要求6所述的波分复用和解复用器，其特征在于：接收端滤波片的折射率大于2.5。

8.一种50G PON光器件，其特征在于，包括，至少两个光接收器、至少两个光发射器、光收发接口，以及权利要求1~7中任一项所述的波分复用和解复用器；

其中，光发射器与发射端滤波片对应，光接收器与接收端滤波片对应，光收发接口与公共口对应。