CN205656355U - 一种多波长光收发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多波长光收发装置，包括公共端、发射端、接收端和光耦合部；所述发射端包括第一发射端、第二发射端；所述接收端包括第一接收端、第二接收端；所述光耦合部包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片、负透镜。本实用新型可以通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难，使得密集波长的单纤四向收发模块组件得以实现和有效使用。

Description

一种多波长光收发装置

技术领域

本实用新型涉及光纤通讯技术领域，特别是一种多波长光收发装置。

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 The Home)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（XGPON），出现混合组网的情况，市场上对于单纤四向组件的需求也越来越大，尤其是某两个波长间隔很窄的的单纤四向组件。

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。COMBO PON方案可以一举解决外置合波提速方案产生的这些难题。可以再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。

随着4K/8K视频、云服务、物联网等各种新业务发展，千兆接入（简称Gigaband）时代已经来临，传统PON网络在接入速率不断提升的同时，以住宅宽带业务为主的单一PON接入场景正向全场景模式转变，如全光园区（POL）、中小企业接入（SME）、SOHO业务、无线回传、虚拟运营商接入等。从业务需求上看，家庭用户以下行业务为主，企业业务要求上下行对称带宽，移动回传业务要求时间同步、低延时及独享大带宽等，不同业务对PON网络发展提出了不同的要求。运营商光纤接入网络面临从单一PON技术向10G-PON(包括非对称XG-PON和对称XGA-PON)/40GTWDM-PON等技术的演进，需要平衡业务带宽、设备成本、技术选型、未来发展等各方需求。

比如XGPON标准里面，需要处理的波长为1270nm，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。

比如QSFP（Quad Small Form-factor Pluggable，四波长小型可插拔模块）标准里面的单纤四波长组件，需要处理的1270nm，1290nm，1310nm，1330nm等波长间隔为20nm的波长，实际过渡带从原先的40nm，变成10nm以内，相应的技术难度，成倍增加。

比如CFP（Compact Form-factor Pluggable，紧凑型可插拔模块）标准里面的单纤四波长组件，需要处理的波长间隔为3.2nm/400GHz，这时候，用普通的滤片方案，完全无法解决。本专利方案，是一个有效的解决方案。

现有的一种常规汇聚光束耦合的光收发组件如说明书附图2所示，包括发射端（110），发射端（110）的激光芯片（1110），正透镜（610），光纤端（210），接收端（300），接收端（300）的光电接收芯片（320），正透镜（310），滤光片（410）。由光纤端（210）输出的发散光束光信号经过滤光片（410）反射后，到达正透镜（310），正透镜（310）将发散光束变为汇聚光束后由接收端（300）的光电接收芯片（320）接收。由发射端（110）的激光芯片（1110）发出的发散光束光信号经过正透镜（610）后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号经过滤光片（410）透射后由光纤端（210）接收。

在这种结构中，因为滤光片基于多层膜系干涉原理，同时要满足折射定律和反射定律，而光的反射和折射效果随入射角及波长的不同而不同，该结构中激光必须是45°入射才能良好发挥滤光片的分光功能，实现不同波长的透射和反射，如果入射激光无法保持平行以确保入射角的精确，那么发射和接收端的波长间隔就必须足够宽，否则就易使反射光中混杂不同波长的光信号，导致透射波长信号或者反射波长信号无法有效分开。当然在这种应用中，通过透镜把传输的光信号转变为平行光束，可以将光信号有效的分开。

现有的一种单透镜平行光耦合的光收发组件结构示意图如说明书附图3所示，包括发射端（1100）、光纤端（2000）和接收端（3000），发射端（1100）内置有激光芯片（11100）和正透镜（6100），光纤端包括光纤头（2100）和透镜（2200），接收端（3000）包括光电接收芯片（3200），正透镜（3100），滤光片41。由光纤端（2000）输入的平行光束光信号经过滤光片（4100）反射后，到达正透镜（3100），正透镜（3100）将平行光束变为汇聚光束后由接收端（3000）的光电接收芯片（3200）接收。由发射端（1100）的激光芯片（11100）发出的发散光束光信号经过正透镜（6100）后变为平行光束光信号，平行光束光信号经过滤光片（4100）透射后由光纤端（2000）接收。

是这种单透镜平行光的耦合方案，由于球面像差的存在，透镜边缘的光学性能与透镜中央的光学性能不同，使得激光芯片（11100）和正透镜（6100）之间的距离调节过于敏感，很难调试，结构稳定性能不是很好，当光纤组件在运输或使用过程中因震动、温度变化和老化等情况而使激光芯片（11100）和正透镜（6100）之间的相对距离发生变化时，将使从正透镜（6100）出射激光的平行度等特性难以保证，从而使产品性能恶化以至失效。

本实用新型提出的一种多波长光收发组件，采用小入射角滤光片通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难，使得密集波长的光收发模块组件得以实现和有效使用。

最简单结构的单纤四向光收发模块组件的原理，如说明书附图1所示，第一光信号和第二光信号通过光纤由公共端1进入光学组件，在光学组件中，第一滤光片51与光路呈45度角，光束经过第一滤光片51，第一光信号发生90度反射由第一光电探测器31接收；第二光信号由第一滤光片51透射后再经过第二滤光片52，然后第二光信号经第二滤光片52反射由第二光电探测器32接收。第一接收端31和第二接收端32为一种光探测器，用于光电转换，使光信号转化为电信号。第一发射端21和第二发射端22采用激光二极管，第一发射端21发出的第三光信号经过第三滤光片53、第二滤光片52和第一滤光片51透射进入公共端1，第二发射端22发出的第四光信号经过第三滤光片53反射后，再由第二滤光片52和第一滤光片51透射进入公共端1。

在这种结构中，因为第一滤波片51、第二滤光片52的第三滤光片53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四个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。当公共端输入的两个光信号的波长相隔很近时，第一滤光片51和第二滤光片52就无法将这两个相邻波长有效的分开。

当然在这种应用要求中，把传输的光信号转变为平行光束，可以将四个光信号有效的分开，但是这样的成本很高。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种多波长光收发装置，通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难，使得密集波长的单纤四向收发模块组件得以实现和有效使用。

本实用新型采用以下方案实现： 一种多波长光收发装置，具体包括公共端、发射端、接收端和光耦合部；所述发射端包括第一发射端、第二发射端；所述接收端包括第一接收端、第二接收端；所述光耦合部包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片、负透镜；所述第一发射端、第二滤光片、负透镜、第一滤光片、公共端依次设置在同一轴向上，所述第二发射端与所述第一发射端垂直，所述第一接收端位于第一滤光片的发射光路上，所述第二接收端位于所述第一接收端的发射光路上；所述第三滤光片、第四滤光片分别设置于所述第一接收端、第二接收端的前端。

进一步地，所述公共端包括设置在同一轴线上的光纤头以及准直透镜，输入输出光束为平行光束。

进一步地，所述第一发射端、第二发射端均包括设置在同一轴线上的用以生成激光的激光芯片以及耦合透镜。

进一步地，所述接收端包括设置在同一轴线上的光电接收芯片以及耦合透镜。

进一步地，所述第一滤光片和第二滤光片为大角度滤光片，用以实现波长间隔比较宽的光信号，分开或者合成。

进一步地，所述第三滤光片为小角度滤光片，入射角θ为8°-20°，能实现波长间隔窄的光信号，分开或者合成。

进一步地，第四滤光片为零度滤波片，用以提高隔离度的作用。

较佳的，各发射端的激光芯片生成激光的波长不同，发射端发出的汇聚光束光信号经过负透镜后变为平行光束光信号由公共端接收。第一发射端发射第一光信号，第二发射端发射第二光信号，公共端发射第三光信号、第四光信号。由公共端发出的平行光束光信号由接收端接收。第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号具有彼此不同的波长，第三光信号和第四光信号的波长为相邻波长。

特别的，发射端的第一光信号和第二光信号的波长与接收端的第三光信号波长和第四光信号波长的波长间隔比较宽，接收端的第三光信号波长和第四光信号波长为相邻波长。本实用新型用大角度滤光片实现波长间隔比较宽的信号，分成两组或者把两组合成；用小角度滤光片实现波长间隔窄的信号，分开或者是合成。同时，四个光信号波长都可以分别是接收方或者是发射方。

本实用新型提出的多波长光收发组件可以通过较短的光程获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难，使得密集波长的单纤四向收发模块组件得以实现和有效使用。

附图说明

图1为现有技术中最简结构的一种单纤四向组件结构示意图。

图2是现有技术中一种常规汇聚光束耦合的光收发组件示意图；

图3是现有技术中一种单透镜平行光耦合的光收发组件结构示意图；

图4本实用新型实施例一的一种多波长光收发组件结构示意图。

图5本实用新型实施例二的一种多波长光收发组件结构示意图。

[ 主要组件符号说明]

图1中：1为公共端，21为第一发射端，22为第二发射端，31为第一光电探测器，32为第二光电探测器，51为第一滤光片，52为第二滤光片，53为第三滤光片。

图2中：110为发射端，1110为发射端的激光芯片，610为正透镜，210为光纤端，300为接收端，320为接收端的光电接收芯片，310为正透镜，410为滤光片。

图3中：1100为发射端，2000为光纤端，3000为接收端，11100为发射端内置有激光芯片，6100为正透镜，2100为光纤头，2200为透镜，3200为光电接收芯片，3100为正透镜，4100为滤光片。

图4中：11为公共端，111为光纤头，112为准直透镜，21为第一发射端，211为激光芯片，212为耦合透镜，22为第二发射端，221为激光芯片，222为耦合透镜，31为第一接收端，311为光电接收芯片，312为耦合透镜，32为第二接收端，321为光电接收芯片，322为耦合透镜，41为第一滤光片，42为第二滤光片，43为第三滤光片，44为第四滤光片，51为负透镜。

图5中：11为公共端，111为光纤头，112为准直透镜，21为第一发射端，211为激光芯片，212为耦合透镜，22为第二发射端，221为激光芯片，222为耦合透镜，31为第一接收端，311为光电接收芯片，312为耦合透镜，32为第二接收端，321为光电接收芯片，322为耦合透镜，41为第一滤光片，42为第二滤光片，43为第三滤光片，44为第四滤光片，52为汇聚透镜。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例一。

本实施例提供了一种多波长光收发装置，具体包括公共端、发射端、接收端和光耦合部；所述发射端包括第一发射端、第二发射端；所述接收端包括第一接收端、第二接收端；所述光耦合部包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片、负透镜；所述第一发射端、第二滤光片、负透镜、第一滤光片、公共端依次设置在同一轴向上，所述第二发射端与所述第一发射端垂直，所述第一接收端位于第一滤光片的发射光路上，所述第二接收端位于所述第一接收端的发射光路上；所述第三滤光片、第四滤光片分别设置于所述第一接收端、第二接收端的前端。

在本实施例中，所述公共端包括设置在同一轴线上的光纤头以及准直透镜，输入输出光束为平行光束。所述第一发射端、第二发射端均包括设置在同一轴线上的用以生成激光的激光芯片以及耦合透镜。所述接收端包括设置在同一轴线上的光电接收芯片以及耦合透镜。所述第一滤光片和第二滤光片为大角度滤光片，用以实现波长间隔比较宽的光信号，分开或者合成。所述第三滤光片为小角度滤光片，入射角θ为8°-20°，能实现波长间隔窄的光信号，分开或者合成。第四滤光片为零度滤波片，用以提高隔离度的作用。

如图4所示,包括公共端11、光纤头111、准直透镜112、第一发射端21、第二发射端22、第一接收端31、第二接收端32、第一滤光片41、第二滤光片42、第三滤光片43、第四滤光片44、负透镜51。第一发射端21发出第一光信号，第二发射端22发出第二光信号，第一接收端31接收第三光信号，第二接收端32接收第四光信号。第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4。发射端的λ1、λ2和接收端的λ3、λ4波长间隔比较宽，λ3和λ4为相邻波长。

第一发射端21包括生成激光的激光芯片211和耦合透镜212，第二发射端22包括生成激光的激光芯片221和耦合透镜222。第一接收端31包括光电接收芯片311和耦合透镜312，第二接收端32包括光电接收芯片321和耦合透镜322。

第一滤光片41和第二滤光片42为大角度滤光片，实现波长间隔比较宽的光信号，分开或者合成。第三滤光片43为小角度滤光片，入射角θ为8°-20°，能实现波长间隔窄的光信号，分开或者合成。第四滤光片44为零度滤波片提高隔离度的作用。

具体实施过程如下：

由第一发射端21的激光芯片211发出的发散光束第一光信号经过耦合透镜212后变为汇聚光束第一光信号，到达第二滤光片42，由于第一发射端21的激光芯片211发射激光的波长λ1位于第二滤光片42的透射波段内，因此该汇聚光束光信号经第二滤光片42透射后到达负透镜51，负透镜51将汇聚光束光信号变为平行光束光信号。由于第一光信号波长λ1位于第一滤光片41的透射波段内，因此该平行光束光信号经第一滤光片41透射后由公共端11接收。由第二发射端22的激光芯片221发出的发散光束第二光信号经过耦合透镜222后变为汇聚光束第二光信号，到达第二滤光片42，由于第二发射端22的激光芯片221发射激光的波长λ2位于第二滤光片42的反射波段内，因此该汇聚光束光信号经第二滤光片42反射后到达负透镜51，负透镜51将汇聚光束光信号变为平行光束光信号。由于第二光信号波长λ2位于第一滤光片41的透射波段内，因此该平行光束光信号经第一滤光片41透射后由公共端11接收。

由公共端11输入的第三光信号和第四光信号为平行光束，由于第三光信号和第四光信号的波长λ3和λ4位于第一滤光片41的反射波段内，因此平行光束的第三光信号和第四光信号经过第一滤光片41反射后到达第三滤光片43，由于第三光信号波长λ3位于第三滤光片43的透射波段内，因此平行光束的第三光信号经过第三滤光片43透射后再经过第一接收端31的耦合透镜312变为汇聚光束光信号，汇聚光束第三光信号由第一接收端31的光电接收芯片311接收。由于第四光信号波长λ4位于第三滤光片43的反射波段内，因此平行光束的第四光信号经过第三滤光片43反射后到达第四滤光片44，经第四滤光片44透射后到达第二接收端32的耦合透镜322。平行光束第四光信号经耦合透镜322变为汇聚光束光信号，汇聚光束第四光信号由第二接收端32的光电接收芯片321接收。第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号具有彼此不同的波长，第一光信号和第二光信号的波长为宽间隔波长，第三光信号和第四光信号的波长为相邻波长。第一滤光片41为大角度滤光片，将λ1、λ2、λ3、λ4分为λ1、λ2和λ3、λ4两组；第三滤光片43为小角度滤光片，将相邻波长λ3和λ4分开。

实施例二。

如图5所示，与实施例一唯一不同之处在于，发射端发出的汇聚光束转化成平行光束的方式不同。实施例一是发射端发出的汇聚光束经过负透镜51，负透镜51将汇聚光束转化成平行光束；实施例二是发射端发出的汇聚光束聚焦后变为发散光束后再经过汇聚透镜52，汇聚透镜52将发散光束转化成平行光束。

值得一提的是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种多波长光收发装置，其特征在于：包括公共端、发射端、接收端和光耦合部；所述发射端包括第一发射端、第二发射端；所述接收端包括第一接收端、第二接收端；所述光耦合部包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片、负透镜；所述第一发射端、第二滤光片、负透镜、第一滤光片、公共端依次设置在同一轴向上，所述第二发射端与所述第一发射端垂直，所述第一接收端位于第一滤光片的发射光路上，所述第二接收端位于所述第一接收端的发射光路上；所述第三滤光片、第四滤光片分别设置于所述第一接收端、第二接收端的前端。

2.根据权利要求1所述的一种多波长光收发装置，其特征在于：所述公共端包括设置在同一轴线上的光纤头以及准直透镜。

3.根据权利要求1所述的一种多波长光收发装置，其特征在于：所述第一发射端、第二发射端均包括设置在同一轴线上的用以生成激光的激光芯片以及耦合透镜。

4.根据权利要求1所述的一种多波长光收发装置，其特征在于：所述接收端包括设置在同一轴线上的光电接收芯片以及耦合透镜。

5.根据权利要求1所述的一种多波长光收发装置，其特征在于：所述第一滤光片和第二滤光片为大角度滤光片。

6.根据权利要求1所述的一种多波长光收发装置，其特征在于：所述第三滤光片为小角度滤光片。

7.根据权利要求1所述的一种多波长光收发装置，其特征在于：第四滤光片为零度滤波片。