CZ302146B6 - Integrovaný optoelektronický transceiver pro úcastnickou stranu síte typu PON-FTTH - Google Patents

Abstract

Integrovaný optoelektronický transceiver je tvoren kolimacní cockou (1), za kterou je na spolecné optické ose zarazena objemová holografická triplexní mrížka (2), orientovaná vstupní stranou proti kolimacní cocce (1) a výstupní stranou je opticky navázána na první optický propojovací clen (3), na stredový optický propojovací clen (4) a na druhý optický propojovací clen (5). Podélná geometrická osa stredového optického propojovacího clenu (4) je umístena v optické ose kolimacní cocky (1) a objemové holografické mrížky (2). Podélné geometrické osy prvního krajního propojovacího clenu (3) a druhého krajního propojovacího clenu (5) svírají s touto osou úhel odpovídající difrakcním úhlum objemové holografické triplexní mrížky (2) pro zárení vlnové délky 1490 a 1550 nm. Za nimi je ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební úcinnosti umísten první optoelektronický prijímac (6) s prvním elektrickým výstupem (11) a druhý optoelektronický prijímac (8) s druhým elektrickým výstupem (13). Mezi prvním optoelektronickým prijímacem (6) a druhým optoelektronickým prijímacem (8) je umísten optoelektronický vysílac (7) s mikroizolátorem (9). Optoelektronický vysílac (7) je opticky navázán ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební úcinnosti na stredový optický propojovací clen (4) a odtud na výstupní stranu objemové holografické triplexní mrížky (2) a pres kolimacní cocku (1) na vstup/výstup (10).

Description

Integrovaný optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu sítě typu PON-FTTH

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká vnitřního vybavení jednotky optického uzlového zakončení, dále jen ONT, účastnické strany sítě typu pasivní optická síť - vlákno až do domu, dále jen PON-FTTH, kde se ke komunikaci na účastnické straně v jednotce ONT používá optoelektronického transceiveru, který transformuje optický kódovaný třívlnný WDM informační tok na elektrickou formu a naopak, kde WDM znamená vlnově dělený multiplex. Jeho úlohou je přeměnit dva optické informační toky ze síťové nadřazené jednotky optického zakončení, dále jen OLT, s vlnovou délkou 1490 a 1550 nm směrované z nejbližšího uzlu PON-FTTH ke koncové účastnické jednotce ONT na elektrickou formu a současně jeden elektrický informační tok na vlnové délce 1310 nm směrovaný od každé účastnické jednotky ONT do nejbližšího uzlu PON-FTTH na optickou for15 mu.

Dosavadní stav techniky

V informačních sítích typu PON-FTTH se využívá na účastnické straně v jednotce ONT k transformaci optického třívlnného záření typu WDM na elektrickou formu a naopak optoelektronický transceiver. Jeho úlohou je přeměnit dva optické informační toky s vlnovou délkou 1490 a 1550 nm směrované z nejbližšího uzlu PON-FTTH k účastnickému ONT na elektrickou formu a současně jeden elektrický informační tok na vlnové délce 1310 nm směrovaný od každého účastnického ONT do nejbližšího uzlu PON-FTTH na optickou formu. Nevýhodou stávajících řešení je vysoká technologická náročnost stávajících transceiverů využívající volného šíření optického svazu a optických objemových bloků. Tyto transceivery jsou složeny z laserů a fotodetektorů zapouzdřených v pouzdrech typu TO, z mikrooptických elementů jako jsou mikročočky a tenkovrstvé optické filtry. Stávající mikrooptická řešení vyžadují pro zhotovení těla transceive30 ru vysoce přesné obráběcí technologie, optická soustava mikrooptických transceiverů je náročná na přesnost montáže a nastavení, mechanickou a teplotní stabilitu jednotlivých mechanických, optoelektronických a optických elementů. Celý mikrooptický systém je drahý, rozměrný a obtížně integrovatelný do navazujících elektrických obvodů účastnické optoelektronické jednotky ONT, realizované elektrickými SMD integračními technologiemi. Planámí transceivery realizo35 váné metodou optické integrace využívají dielektrických optických vlnovodů, založených především na sklech, nebo materiálech Si, SiO₂ a Si₃N₄, dále využívají tenkovrstvých destičkových vkládaných filtrů pro systém postupného filtrování vlnových délek. Celý systém je realizován technologicky náročnými vakuovými vrstvovými technologiemi a vychází prostorově rozměrný. Pro vedení optického záření se využívá optických vlnovodů s četnými ohyby a postupných optic40 kých odbočovacích členů, které způsobují vložné ztráty optického výkonu. Destičkové tenkovrstvé filtry je nutno vkládat do úzkých obtížně zhotovitelných drážek, kolmých na osu optických vlnovodů, kde stěny těchto drážek musí být přísně kolmé a jakákoli odchylka výrazně zvětšuje optické ztráty. Jiná planámí provedení transceiverů destičkové filtry umisťují z boku nosné destičky a optoelektronické přijímače umisťují za ně na lepené mikromoduly, což zhoršuje vlož45 ný útlum a komplikuje sestavení celého transceiverů. Řešení využívající planámích vlnově selektivních součástek, jako jsou planámí interferometry nebo směrové vazební členy, jsou velmi náročné na návrh a přesnost maskování a na zhotovení optických planámích obvodů.

V některých systémech jsou zařazeny objemové Braggovské mřížky reflexního nebo transmis50 ního typu, které jsou využívány pro zařízení vláknové optiky, tedy pracují pouze s prostorovými optickými svazky. Tyto systémy se chovají jako jednosměrné optické odbočovací nebo sdružovací členy, jak je uvedeno například v US 7 125 632. U řešení pracujících jako optické distribuční členy je opět využíván reflexní způsob, kde optickým selektivním prvkem je povrchová difrakční mřížka, která má nevýhodu ve větším útlumu oproti objemové transmisní mřížce, s kterou je konstruován transmisní terminálový člen, který je předmětem předkládaného řešení. Terminálový

- 1 QZ 302146 B6 člen s povrchovou difrakční mřížkou vyžaduje soustavy optických vláken a vlnovodů s geodetickou čočkou pro zaostření optického záření, což je konstrukčně komplikované a vede to ke zvětšení optického útlumu na optických přechodech, viz DE 3 432 743.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje integrovaný optoelektrický transceiver podle předkládaného řešení. Optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu informační sítě typu PON-FTTH je io umístěný v jednotce ONT mezi optickým distribučním členem informační sítě PON a účastnickým zakončovacím členem jednotky ONT aje opatřen optickým vstupem/výstupem z optického vlákna pro optické informační toky o vlnových délkách 1310, 1490 a 1550 nm. Dále je opatřen jednak elektrickým vstupem elektrického informačního toku zavedeného na vstup optoelektronického vysílače, jehož optický informační tok je veden ve zpětném směru z ONT do síťové nadřa15 zené jednotky OLT a jednak prvním elektrickým výstupem z prvního optoelektronického přijímače a druhým elektrickým výstupem z druhého optoelektronického přijímače pro elektrické informační toky z OLT. Integrovaný optoelektronický transceiver obsahuje kolimační čočku, za kterou je na společné optické ose zařazena objemová holografická triplexní mřížka, orientovaná vstupní stranou proti kolimační čočce. Podstatou nového řešení je, že objemová holografická triplexní mřížka je výstupní stranou opticky navázaná na tři optické propojovací členy, a to na první krajní optický propojovací člen, středový optický propojovací člen a druhý krajní optický propojovací člen. Podélná geometrická osa středového optického propojovacího členu je umístěna v optické ose kolimační čočky a objemové holografické triplexní mřížky. Podélné geometrické osy prvního a druhého krajního optického propojovacího členu svírají s touto optickou osou úhel, odpovídající difrakčním úhlům objemové holografické triplexní mřížky pro záření vlnové délky 1490 a 1550 nm a za nimi je ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební účinnosti umístěn první optoelektronický přijímač s prvním elektrickým výstupem a druhý optoelektronický přijímač s druhým elektrickým výstupem. Optoelektronický vysílač je opatřen mikroizolátorem aje umístěn mezi prvním a druhým optoelektronickým přijímačem aje opticky navázán ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební účinnosti na středový optický propojovací člen a odtud na výstupní stranu objemové holografické triplexní mřížky a přes kolimační čočku na optický vstup/výstup.

Pokud jde o optické propojovací členy, pak mohou být realizovány pomocí planárních vlnovodů a/nebo kolimačnteh čoček, a to v těchto následujících variantách.

Všechny optické propojovací členy jsou tvořeny kolimačními čočkami, kde první a druhá krajní kolimační čočka jsou stejné.

Všechny optické propojovací členy jsou tvořeny plenárními vlnovody, a to prvním a druhým krajním mu 1tividovým planámím vlnovodem a středovým planárním vlnovodem, který nemusí být multividový.

Další možností je, že první a druhý krajní optický propojovací člen je tvořen první a druhou krajní kolimační čočkou a středový optický propojovací člen je tvořen středovým planámím vlnovodem.

Analogií pak je provedení, kdy je první a druhý krajní optický propojovací člen tvořen prvním a druhým mu 1tividovým planárním vlnovodem a středový optický propojovací člen je tvořen středovou kolimační čočkou.

Výhodou tohoto uspořádání je využití jediného optického vlnově selektivního prvku, které snižuje optické ztráty v přijímací části transceiveru, tvořené dvojicí optoelektronických přijímačů, vychází méně rozměrné, než stávající planámí optická řešení s optickými vlnovody a bez ohybů, které způsobují optické ztráty. Je možno je využít i pro části optických sítí PON-FTTH budované

-2CZ 302146 B6 z multividových optických vláken. Je dobře integrovatelné a jejich výroba nevyžaduje využití drahých vakuových technologií. Rovněž neklade tak velké nároky na mechanickou přesnost jednotlivých dílů.

Přehled obrázku na výkrese

Příklad provedení nového integrovaného optoelektronického transceiveru je schematicky uveden na přiloženém výkrese.

Příklady provedení vynálezu

Integrované optoelektronické transceivery rozdělují respektive začleňují vlnový triplex postupte ným oddělováním respektive začleňováním jednotlivých vlnových délek pomocí tenkovrstvých optických filtrů. Toto řešení vychází značně rozměrné a robustní.

Nové provedení integrovaného optoelektronického transceiveru je uvedeno na přiloženém výkrese.

Optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu informační sítě typu PON-FTTH je umístěný v jednotce ONT mezi optickým nadřazeným členem informační sítě OLT a účastnickým zakončovacím členem jednotky ONT a je opatřen optickým vstupem/výstupem 10 z optického vlákna, pro optické informační toky o vlnových délkách 1310, 1490 a 1550 nm. Optoelektronický transceiver je rovněž opatřen elektrickým vstupem 12 elektrického informačního toku zavedeného na vstup optoelektronického vysílače 7 a směřujícího z ONT do OLT. Součástí jsou dále dva elektrické výstupy, a to první elektrický výstup ΐ 1 z prvního optoelektronického přijímače 6 a druhý elektrický výstup J3 z druhého optoelektronického přijímače 8 pro elektrické informační toky z OLT. Optoelektronický transceiver je součástí optoelektronického zakončovacího členu

ONT a je tvořen kolimační čočkou I, za kterou je na společné optické ose zařazena objemová holografická triplexní mřížka 2. Tato objemová holografická triplexní mřížka 2 je orientovaná vstupní stranou proti kolimační čočce I a výstupní stranou je opticky navázané na první krajní optický propojovací člen 3, tedy buď na fasetu prvního krajního mu 1tividového planámího vlnovodu, nebo čelo kolimační čočky, na středový optický propojovací člen 4, a to buď na fasetu středového planámího vlnovodu, nebo na čelo kolimační čočky a na druhý krajní optický propojovací člen 5 tvořený buď druhým krajním multi vidovým planámím vlnovodem, nebo kolimační čočkou. Podélná geometrická osa středového optického propojovacího členu 4 je umístěna v optické ose kolimační čočky 1 a objemové holografícké triplexní mřížky 2. Podélné geometrické osy prvního krajního optického propojovacího členu 3 a druhého krajního optického propojo40 vacího členu 5 jsou orientovány tak, že svírají s touto optickou osou úhel odpovídající difrakčním úhlům objemové holografícké triplexní mřížky 2 pro záření vlnové délky 1490 a 1550 nm a za nimi je ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební účinnosti umístěn první optoelektronický přijímač 6 s prvním elektrickým výstupem JJ. a druhý optoelektronický přijímač 8 s druhým elektrickým výstupem J3. Elektrický vstup J2 je propojen se vstupem optoelektronického vysílače 7. Optoelektronický vysílač 7 je opatřen mikroizolátorem 9 a je umístěn mezi prvním optoelektronickým přijímačem 6 a druhým optoelektronickým přijímačem 8 a je opticky navázán ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební účinnosti na středový optický propojovací člen 4 a odtud na výstupní stranu objemové holografícké triplexní čočky 2 a přes kolimační čočku I na optický vstup/výstup JO.

Zařízení pracuje následujícím způsobem. Přes optický vstup/výstup JO vstupuje záření s vlnovou délkou 1490 a 1550 nm nesoucí informaci z OLT do účastnického transceiveru a v něm na kolimační Čočku 1 a optický rozbočovací člen tvořený objemovou holografickou triplexní mřížkou 2, současně z účastnického transceiveru vystupuje záření s vlnovou délkou 1310 nm pres vstup/55 výstup JO do OLT. Vstupující záření je rozbočeno na základě vlnové délky, na optickém rozbo-3CZ 302146 Β6 čovacím členu tak, že záření s vlnovou délkou 1490 nm je směrováno přes první krajní optický propojovací člen 3 na první optoelektronický přijímač 6 a zněj na první elektrický výstup 11 účastníka. Záření s vlnovou délkou 1550 nm je směrováno přes druhý krajní optický propojovací člen 5 na druhý optoelektronický přijímač 8 a zněj na druhý elektrický výstup j_3 účastníka. Z elektrického vstupu účastníka 12 optoelektronického vysílače 7 s mikroizolátorem 9 je záření s vlnovou délkou 1310 nm vedeno ve zpětném směru přes středový optický propojovací člen 4, optický rozhodovací člen a optickou kolimační čočku I na optický vstup/výstup Γ0 a do OLT.

Průmyslová využitelnost

Předkládané řešení je využitelné jako vnitřní vybavení jednotky optického uzlového zakončení ONT účastnické strany sítě typu pasivní optická síť - vlákno až do domu, označované PONFTTH, kde se ke komunikaci na účastnické straně v jednotce ONT používá optoelektronického transceiveru dle přihlášky vynálezu, který transformuje optický kódovaný třívlnný WDM informační tok na elektrickou formu a naopak. Jeho úlohou je přeměnit dva optické informační toky ze síťové nadřazené jednotky optického zakončení OLT s vlnovou délkou 1490 a 1550 nm směrované z nejbl ižšího uzlu PON-FTTH ke koncové účastnické jednotce ONT na elektrickou formu a současně jeden elektrický informační tok na vlnové délce 1310 nm směrovaný od každé účastnické jednotky ONT do nejbližšího uzlu PON-FTTH na optickou formu.

Claims (5)

1. Integrovaný optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu informační sítě typu PONFTTH, který je umístěný v jednotce ONT mezí síťově nadřazenou jednotkou optického zakončení OLT a účastnickým zakončovacím členem ONT aje opatřen optickým vstupem/výstupem (10) z optického vlákna, pro optické informační toky o vlnových délkách 1310, 1490 a 1550 nm, elektrickým vstupem (12) elektrického informačního toku zavedeného na vstup optoelektronického vysílače (7), směřujícího z ONT do síťově nadřazené jednotky OLT a dvěma elektrickými výstupy, a to prvním elektrickým výstupem (11) z prvního optoelektronického přijímače (6) a druhým elektrickým výstupem (13) z druhého optoelektronického přijímače (8) pro elektrické informační toky z OLT, kde tento integrovaný optoelektronický transceiver obsahuje kolimační čočku (1), za kterou je na společné optické ose zařazena objemová holografická triplexní mřížka (2), orientovaná vstupní stranou proti kolimační čočce (1), vyznačující se tím, že objemová holografická triplexní mřížka (2) je svou výstupní stranou opticky navázána na první optický propojovací člen (3), na středový optický propojovací člen (4) a na druhý optický propojovací člen (5), kde podélná geometrická osa středového optického propojovacího členu (4) je umístěna v optické ose kolimační čočky (1) a objemové holografické mřížky (2) a podélné geometrické osy prvního krajního propojovacího členu (3) a druhého krajního propojovacího členu (5) svírají s touto osou úhel, odpovídající difrakčním úhlům objemové holografické triplexní mřížky (2) pro záření vlnové délky 1490 a 1550 nm a za nimi ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební účinnosti je umístěn první optoelektronický přijímač (6) s prvním elektrickým výstupem (11) a druhý optoelektronický přijímač (8) s druhým elektrickým výstupem (13), přičemž optoelektronický vysílač (7)je opatřen mikroizolátorem (9) aje umístěn mezi prvním optoelektronickým přijímačem (6) a druhým optoelektronickým přijímačem (8) aje opticky navázán ve vzdálenosti odpovídající maximální optické vazební účinnosti na středový optický propojovací člen (4) a odtud na výstupní stranu objemové holografické triplexní mřížky (2) a přes kolimační čočku (1) na vstup/výstup (10).

-4CZ 302146 B6

2. Integrovaný optoelektronický transceiver podle nároku 1, vyznačující se tím, že první krajní optický propojovací člen (3), středový optický propojovací člen (4) a druhý krajní optický propojovací člen (5) jsou tvořeny kolimačními čočkami, a to první krajní kolimační čoč5 kou, středovou kolimační čočkou a druhou krajní kolimační čočkou, přičemž první a druhá krajní kolimační čočka jsou stejné.

3. Integrovaný optoelektronický transceiver podle nároku 1, vyznačující se tím, že první krajní optický propojovací člen (3), středový optický propojovací člen (4) a druhý krajní io optický propojovací člen (5) jsou tvořeny planámími vlnovody, a to prvním a druhým krajním multividovým planámím vlnovodem a středovým planámím vlnovodem.

4. Integrovaný optoelektronický transceiver podle nároku 1, vyznačující se tím, že první krajní optický propojovací člen (3) a druhý krajní optický propojovací člen (5) je tvořen

15 první a druhou krajní kolimační čočkou a středový optický propojovací člen (4) je tvořen středovým planámím vlnovodem.

5. Integrovaný optoelektronický transceiver podle nároku 1, vyznačující se tím, že první krajní optický propojovací člen (3) a druhý krajní optický propojovací Člen (5) je tvořen

2o prvním a druhým krajním multividovým planámím vlnovodem a středový optický propojovací člen (4) je tvořen středovou kolimační čočkou.