CN202127400U - 带光时域反射功能的光线路终端光电器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带光时域反射功能的光线路终端光电器件，包括用于发射下行光的第一激光器、用于接收光信号的光电探测器、光接口、用于发射光时域反射用的光信号的第二激光器和两个波分复用元件；沿第一激光器的光轴方向依次设置第一波分复用元件、第二波分复用元件和光接口，所述的两个波分复用元件与第一激光器的光轴倾斜形成一定夹角；其中，第一波分复用元件一面朝向第一激光器，另一面朝向第二激光器和第二波分复用元件；第二波分复用元件一面朝向第一波分复用元件，另一面朝向光电探测器和光接口。采用该光电器件，可以使PON系统局端在断点分析过程中不再需要使用传统的专用光时域反射计，从而降低了系统的维护成本，便于维护操作。

Description

带光时域反射功能的光线路终端光电器件

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，具体地说，是涉及一种光通信有源光电子器件。

背景技术

从网络技术和应用趋势来看，光纤通信线路已由核心骨干网络往短距离通信的光纤城域网、局域网发展，尤其近年来，基于FTTx（FTTH、FTTB、FTTC等）的宽带网络能够借助高速、稳定、近似无限的带宽提供语音、数据及视频服务，这就是所谓的三网合一。

通信大发展，测试需先行。基于FTTH的宽带网络能够为用户提供语音、数据及视频的服务，它的前提是要进行FTTH的线路及设备建设，同时，还要保证线路及设备的正常运营。由于在光纤通信系统中，光的传输介质——光纤/光缆往往铺设在郊外或者海底，难免出现链路故障或者传输设备故障等问题。为了能够精确定位出现故障或者断点的位置，目前通常采用光纤线路测试的专用仪器——光时域反射计（OTDR）进行检测定位。

目前，光时域反射计OTDR采用时域测量的方法，发射具有一定波长的光脉冲并注入被测光纤，然后通过检测光纤中返回的瑞利散射及菲涅尔反射光信号功率沿时间轴的分布曲线，即可探知被测光纤的长度及损耗等物理特性。同时，利用光时域反射计OTDR强大的数据分析功能，还可以对光纤链路中的事件点及故障点实现精确定位；也可以形成数据库以供日后运营商在线监控测试，维修中便于对光纤线路进行品质确任及故障查找等。

但是，现有的OTDR设备价格昂贵，并且体积庞大，在进行断点分析时，需要首先将光纤与系统断开，然后通过OTDR发射光脉冲到光纤中，利用OTDR接收到的返回信息进行分析测试。因此，测试过程繁琐，设备和测试成本极高，最关键是不能对网络进行在线监控测试。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种带光时域反射功能的光线路终端光电器件，能够实现OTDR的功能，相比传统采用专门的光时域反射计进行光纤链路故障检测的现有技术，具有操作简单、价格低廉的特点，可以实现实时在线监控的功能。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种带光时域反射功能的光线路终端光电器件，包括用于发射下行光的第一激光器、用于接收光信号的光电探测器、光接口、用于发射光时域反射用的光信号的第二激光器和两个波分复用元件；沿所述第一激光器的光轴方向依次设置第一波分复用元件、第二波分复用元件和光接口，所述的两个波分复用元件与第一激光器的光轴倾斜形成一定夹角；其中，第一波分复用元件对下行光完全透射、对光时域反射用的光信号完全反射，一面朝向第一激光器，另一面朝向第二激光器和第二波分复用元件；所述第二波分复用元件对下行光完全透射、对光时域反射用的光信号部分透射部分反射，且一面朝向第一波分复用元件，另一面朝向光电探测器和光接口。

进一步的，所述第二波分复用元件对光时域反射用的光信号的透射率为A、反射率为B，且A<B、A+B=1。

优选的，所述A在10%至30%之间取值；所述B在70%至90%之间取值。

为了避免其他波长的光信号射入光电探测器，在所述第二波分复用元件与光电探测器之间还设置有对下行光完全反射、对光时域反射用的光信号完全透射的第三波分复用元件，所述第三波分复用元件与光电探测器的光轴方向相垂直。

其中，所述第一、第二、第三波分复用元件均为滤光片。

进一步的，在所述第一激光器与第一波分复用元件之间还设置有隔离器，所述隔离器垂直于所述第一激光器的光轴方向。

再进一步的，所述第二激光器发射的光时域反射用的光信号的波长等于光线路终端接收的上行光信号的波长。

为了方便光电器件的结构布局，优选将所述第一、第二波分复用元件与第一激光器的光轴所成的锐角设置为45°，第二激光器和光电探测器的光轴均垂直于所述第一激光器的光轴。

为了尽量减小光电器件的体积，优选使所述第一、第二波分复用元件形成90°夹角，这样一来，所述的第二激光器和光电探测器可以分设在所述第一激光器光轴的相对两侧，以方便结构布局。

更进一步的，所述第一激光器固定在光电器件的金属壳体的左侧；光接口固定在金属壳体的右侧，外接光纤；第二激光器固定在金属壳体的下侧；光电探测器固定在金属壳体的上侧；所述第一、第二、第三波分复用元件以及隔离器可以固定在金属壳体的内部托架上。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过在光通信线路中所使用的OLT光电器件内集成光时域反射计的功能，从而可以使得PON系统局端在断点分析过程中不再需要使用传统的专用光时域反射计即可实现对每一路光网络实时在线检测和监控，易于运营商对光网络线路故障诊断和ONU用户的定位，大幅降低了运营成本。并且，本实用新型的光电器件采用小型化封装结构，可实现模块设备的密集化。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的带光时域反射功能的OLT光电器件的一种实施例的光路原理示意图；

图2是本实用新型所提出的带光时域反射功能的OLT光电器件的一种实施例的外形结构示意图；

图3是一种典型的PON连接方式示意图；

图4是采用带光时域反射功能的OLT光电器件进行断点检测时在光电探测器端测得的信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

PON是Passive Optical Network的简称，即无源光网络。PON技术是一种典型的点到多点的接入技术，由局端的光线路终端OLT、用户端的光网络单元ONU以及光分配网络ODN组成。在一个PON系统中，一般仅包括一个光线路终端OLT，安装于中心控制站内，发射下行光通过ODN分成多路光信号后，通过光纤分别传输至各级光网络单元ONUs中。所述光网络单元ONU安装于用户场所，一个用户场所需要安装一个ONU，接收OLT发送的下行光，并向OLT回传上行光。

无论是OLT还是ONU都需要使用光电器件来实现电信号与光信号之间的相互转换，本实用新型通过在现有OLT光电器件中集成用于光时域反射的第二激光器以及波分复用元件，从而实现了下行光信号、光时域反射用光信号（或称OTDR检测光信号）和上行光信号的单纤双向传输，在确保光信号正常通信的前提下，同时具备了OTDR的功能，从而实现了对整个光网络的实时在线监控、故障点定位的功能。

下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述具有OTDR功能的OLT光电器件的具体结构设计及其工作原理。

实施例一，参见图1所示，本实施例在OLT光电器件中设置用于发射下行光信号的第一激光器1、用于发射光时域反射用的光信号（以下称OTDR检测光信号）的第二激光器8和用于接收光信号（即ONU发射的上行光信号以及通过光纤链路反射回来的OTDR检测光信号）的光电探测器5。沿第一激光器1的光轴方向依次设置有第一波分复用元件2、第二波分复用元件4以及光电器件的光接口7，其中，所述的第一波分复用元件2应具有对下行光完全透射、对OTDR检测光信号完全反射的特性，且相对第一激光器1的光轴倾斜设置，一面朝向第一激光器1，另一面朝向第二激光器8和第二波分复用元件4。所述第二波分复用元件4应具有对下行光完全透射、对OTDR检测光信号部分透射部分反射的特性，且相对第一激光器1的光轴也成倾斜设置，一面朝向第一波分复用元件3，另一面朝向光电探测器5和光接口7。

作为一个典型的光接入网络，无论是EPON系统还是GPON系统，其光线路终端OLT都使用波长为1490nm的下行光，光网络单元ONU都使用1310nm的上行光。因此，本实施例设定第一激光器1发射1480-1500nm的光波，第二激光器8发射1290-1330nm的光波，即通过第二激光器8发射的OTDR检测光信号与上行光信号等波长。这样，利用OLT光电器件中现有的光电探测器5采用时分的方式即可实现对上行光信号以及通过光纤链路反射回来的OTDR检测光信号的接收功能。

为了满足下行光的传输设计要求，假设第二波分复用元件4对OTDR检测光信号的透射率为A、反射率为B，则应满足A<B且A+B=1。的条件。其中，所述A优选在10%至30%之间取值；所述B优选在70%至90%之间取值。

作为一种优选设计方案，所述第一波分复用元件3对1310nm光100%反射，对1490nm光100%透射；所述第二波分复用元件4对1310nm光90%反射，10%透射，对1490nm光100%透射。被反射返回的1310nm的OTDR检测光信号和ONU上行的1310nm数字光信号，通过时分的方式由光电探测器5接收，再经过模块的后台处理，从而实现对ONU和光网络故障点的在线实时监控和定位功能。

为了方便光电器件内部的结构设计，在倾斜布设所述的第一波分复用元件3和第二波分复用元件4时，优选将其与第一激光器1的光轴所成夹角的锐角设计为45°，即图1中的夹角α=45°；第二激光器8和光电探测器5的光轴均垂直于所述第一激光器1的光轴。也就是说，通过第一激光器1发射的下行光以45°的夹角射入第一波分复用元件3，其能量被第一波分复用元件3完全透过，然后以45°的夹角射入第二波分复用元件4，其能量被第二波分复用元件4完全透过后，射入光接口7，通过外接于光接口7的光纤进入光网络，进而传输至各级光网络单元ONUs中。

通过第二激光器8发射的波长为1310nm光信号，首先以45°的夹角入射到第一波分复用元件3的表面，其能量被第一波分复用元件3完全反射后，沿平行于第一激光器1的光轴方向，再以45°夹角入射到第二波分复用元件4的表面，其能量10%被第二波分复用元件4透过，90%被第二波分复用元件4反射（应保证该反射光不会进入到光电探测器5中），最后被透过的10%能量1310nm的光信号射入到光接口7，通过外接于光接口7的光纤进入光网络。

在这里，通过第一激光器1发射的波长为1490nm的光信号为正常数字信号，通过第二激光器8发射的波长为1310nm的光信号为OTDR检测脉冲光信号。

由光网络进入所述光电器件的1310nm波长的光信号，入射到第二波分复用元件4的表面，其能量90%被第二波分复用元件4以垂直于第一激光器1光轴的方向反射，入射到光电探测器5中，实现接收光信号的光电转换功能；另外10%能量的光信号被第二波分复用元件4透射。

由光网络进入所述光电器件的1310nm波长的光信号，分为ONU上行数字信号和被反射回来的OTDR用脉冲光信号，它们通过时分的方式传输，并由光电探测器5通过时分的方式分别接收。即在OLT正常工作时，通过光电探测器5接收到的1310nm光信号为上行光信号；在进行断点检测时，通过光电探测器5接收到的1310nm光信号为通过光纤链路反射回来的OTDR检测脉冲光信号。

本实施例的光接口7可以采用SC口或者LC口中的任一种，作为光电器件的公共输入/输出端口与外部光纤连接，实现单纤双向传输功能。

为了尽量减小光电器件的体积，优选使所述第一、第二波分复用元件3、4形成90°夹角，如图1所示，这样一来，所述的第二激光器8和光电探测器5可以分设在所述第一激光器1光轴的相对两侧，以方便结构布局。

为了减少串扰，提高光电探测器5对1310nm波长光信号的接收精度，可以在第二波分复用元件4与光电探测器5之间进一步设置第三波分复用元件6，如图1所示。其中，所述第三波分复用元件6应具有对下行光完全反射、对OTDR检测光信号完全透射的特性，且与光电探测器5的光轴方向垂直布设，由此一来，通过第二波分复用元件4反射的1310nm的上行光或者OTDR检测光信号可以垂直入射到第三波分复用元件6的表面，其能量被第三波分复用元件6全部透过后，进入所述的光电探测器5。同时，对于1490nm的光信号被完全反射，避免其射入到光电探测器5中，以提高检测精度。

此外，在所述第一激光器1与第一波分复用元件3之间还可以进一步设置隔离器2，所述隔离器2应垂直于所述第一激光器1的光轴方向进行布设。

图2为所述光电器件的结构图，包括用于固定各光学器件的金属壳体10，首先，将所述第一激光器1通过有源耦合方式与所述光接口7在金属壳体10上进行定位；而后，将所述第二激光器8通过有源耦合方式与所述第一波分复用元件3及光接口7进行定位；然后，所述光电探测器5通过有源耦合方式与所述第二波分复用元件4及第三波分复用元件6进行定位。

作为一种优选设计方案，优选将第一激光器1固定在所述金属壳体10的左侧，光接口7固定在金属壳体10的右侧，从而使第一激光器1的光轴方向水平。沿水平光轴方向自左至右依次布设隔离器2、第一波分复用元件3和第二波分复用元件4，可以具体固定在金属壳体10的内部托架上，且第一波分复用元件3和第二波分复用元件4均与第一激光器1的光轴所成夹角的锐角为45°，并且第一波分复用元件3垂直于第二波分复用元件4。在金属壳体10的下侧、第一波分复用元件3的正下方固定第二激光器8；光电探测器5通过绝缘材料9固定在金属壳体10的上侧，且位于第二波分复用元件4的正上方。所述第三波分复用元件6固定在金属壳体10的内部托架上，位于所述第二波分复用元件4与光电探测器5之间。

在本实施例中，所述第一、第二、第三波分复用元件3、4、6优选采用滤光片进行光电器件的具体设计，并且采用小型化封装方式进行封装，由此可以实现模块设备的密集化。

图3为一种典型的PON系统连接方式，为了简化说明，本实施例以采用1个OLT和3个ONU组建的PON系统为例，对所述集成有OTDR功能的OLT光电器件的断点检测过程进行阐述。

图3中，假设OLT通过一段10km长的光纤连接分光器，通过分光器将下行光分成三路后，分别传输至三个ONU，比如ONU1、ONU2、ONU3。其中，从分光器到ONU1之间的距离为1km；从分光器到ONU2之间的距离为2km；从分光器到ONU3之间的距离为10km。假设在分光器与ONU3之间光纤的7km处发生了断裂。利用本实施例所提出的集成有OTDR功能的光电器件进行光纤链路的检测时，首先通过OLT光电器件发射1310nm的OTDR检测光信号进入光纤，然后通过OLT光电器件中的光电探测器5可以探测到如图4所示的信号波形。

如图4所示，由于光信号在传输过程中一旦遇到不连续的地方，比如连接头或者断点等地方时，会发生菲涅尔反射。因此，在距离10km处，由于分光器的存在，通过第二激光器8发射的OTDR检测光信号会在分光器处发生反射，因此，OLT光电器件中的光电探测器5会在10km处探测到一个菲涅尔反射峰；在11km处，可以探测到ONU1的反射峰；在12km处，可以探测到ONU2的反射峰；在17km处，可以探测到光纤断裂造成的反射峰。

断点测量的方法：对比系统布局，可以得知ONU3处发生了断点，即图4中的ONU3处为异常点。假设自OLT的第二激光器8发射光脉冲之后的T₂时间接收到ONU3的反射峰，那么断点处距离OLT的距离为：

；

其中，

，为光速；n为光纤纤芯的折射率；d即为断点距离OLT的距离。

由于在OLT中存储有各连接头的位置信息，比如分光器和各个ONU光模块的位置信息等，因此，OLT中的处理芯片在计算出各个反射峰距离OLT的距离后，可以根据各连接头的位置信息自动判断出断点位置，提供给维护人员，操作简单，维护容易。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种带光时域反射功能的光线路终端光电器件，包括用于发射下行光的第一激光器、用于接收光信号的光电探测器和光接口；其特征在于：在所述光电器件中还设置有用于发射光时域反射用的光信号的第二激光器和两个波分复用元件；沿所述第一激光器的光轴方向依次设置第一波分复用元件、第二波分复用元件和光接口，所述的两个波分复用元件与第一激光器的光轴倾斜形成一定夹角；其中，第一波分复用元件对下行光完全透射、对光时域反射用的光信号完全反射，一面朝向第一激光器，另一面朝向第二激光器和第二波分复用元件；所述第二波分复用元件对下行光完全透射、对光时域反射用的光信号部分透射部分反射，且一面朝向第一波分复用元件，另一面朝向光电探测器和光接口。

2.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：所述第二波分复用元件对光时域反射用的光信号的透射率为A、反射率为B，且A<B、A+B=1。

3.根据权利要求2所述的光电器件，其特征在于：所述A在10%至30%之间取值；所述B在70%至90%之间取值。

4.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：在所述第二波分复用元件与光电探测器之间还设置有对下行光完全反射、对光时域反射用的光信号完全透射的第三波分复用元件，所述第三波分复用元件与光电探测器的光轴方向相垂直。

5.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：所述第一、第二、第三波分复用元件均为滤光片。

6.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：在所述第一激光器与第一波分复用元件之间还设置有隔离器，所述隔离器垂直于所述第一激光器的光轴方向。

7.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于：所述第二激光器发射的光时域反射用的光信号的波长等于光线路终端接收的上行光信号的波长。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电器件，其特征在于：所述第一、第二波分复用元件与第一激光器的光轴所成锐角均为45°，第二激光器和光电探测器的光轴均垂直于所述第一激光器的光轴。

9.根据权利要求8所述的光电器件，其特征在于：所述第一、第二波分复用元件形成90°夹角，所述的第二激光器和光电探测器分设在所述第一激光器光轴的相对两侧。

10.根据权利要求9所述的光电器件，其特征在于：所述第一激光器固定在光电器件的金属壳体的左侧；光接口固定在金属壳体的右侧，外接光纤；第二激光器固定在金属壳体的下侧；光电探测器固定在金属壳体的上侧；所述第一、第二波分复用元件固定在金属壳体的内部托架上。

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