CN102223174A

CN102223174A - 一种集成有光时域反射仪功能的光模块

Info

Publication number: CN102223174A
Application number: CN2011101360960A
Authority: CN
Inventors: 张强; 赵其圣; 李大伟; 杨思更; 何鹏; 冯亮
Original assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: CN102223174B

Abstract

本发明公开了一种集成有光时域反射仪功能的光模块，包括用于发射下行光的激光器和用于接收上行光的第一光电探测器；其中，在所述光模块中还设置有第二光电探测器和第一滤光片，在所述第一滤光片上镀有下行光所对应波长的增透膜和增反膜；将所述第一滤光片倾斜布设在激光器的激光发射头的前方光路中，其中一面朝向激光器，另一面朝向第二光电探测器和光纤；通过激光器发射与下行光同波长的OTDR探测光，穿过第一滤光片射入光纤，通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，射向所述的第二光电探测器。采用该光模块，可以使PON***在断点分析过程中不再需要使用传统的光时域反射仪，从而降低了***的维护成本，便于维护操作。

Description

一种集成有光时域反射仪功能的光模块

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体地说，是涉及一种应用于光接入网的光模块。

背景技术

在光纤通信***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，目前通常采用专门的光时域反射仪(OTDR)进行检测定位。

OTDR通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行分析。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射和反射，其中一部分散射和反射光信号就会返回到OTDR中，返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，作为光纤内不同位置上的时间或者曲线片断。OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成的，OTDR就测量返回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点由造成反向系数改变的因素组成。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点、光纤终端或断点。

常用的OTDR设备价格昂贵，并且体积较大，在进行断点分析时，需要将光纤与***断开，然后通过OTDR发射一个特定波长的光脉冲进入光纤中，利用光纤链路反射回来的光信号输入到OTDR端口，再进行分析，进而定位出故障或者断点的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成有光时域反射仪功能的光模块，能够实现OTDR的功能，相比传统采用专门的光时域反射仪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。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种集成有光时域反射仪功能的光模块，包括用于发射下行光的激光器和用于接收上行光的第一光电探测器；其中，在所述光模块中还设置有第二光电探测器和第一滤光片，在所述第一滤光片上镀有下行光所对应波长的增透膜和增反膜，所述增透膜的透射率为A，增反膜的反射率为B，且A＞B、A+B＝1；将所述第一滤光片倾斜布设在激光器的激光发射头的前方光路中，其中一面朝向激光器，另一面朝向第二光电探测器和光纤；在进行断点测试时，通过所述激光器发射与下行光同波长的OTDR探测光，穿过第一滤光片射入光纤，通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，射向所述的第二光电探测器。

进一步的，所述A优选在70％至90％之间取值；所述B优选在10％至30％之间取值。

为了避免其他波长的光信号射入第二光电探测器，在所述第一滤光片与第二光电探测器之间还设置有第三滤光片，在所述第三滤光片上镀有OTDR探测光所对应波长的增透膜，通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，射向所述的第三滤光片，并透过第三滤光片射入所述的第二光电探测器。

优选的，所述通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，垂直射入所述的第三滤光片，并穿过所述第三滤光片垂直射入所述的第二光电探测器。

进一步的，所述第一滤光片与激光器的发射光线所成夹角的锐角为45°，即通过激光器发射的下行光或者OTDR探测光以锐角成45°的夹角射入所述的第一滤光片，由此可以实现反射光与入射光所成夹角刚好成90°；这样将所述第二光电探测器布设在激光器的一侧，且激光器的激光发射头的轴线方向与第二光电探测器的光接收头的轴线方向相垂直，由此便可以实现通过第一滤光片反射后的OTDR探测光能够垂直射入所述的第二光电探测器。

再进一步的，在所述光模块中还设置有处理器，连接所述的第二光电探测器，接收第二光电探测器转换输出的电信号，进而计算出各反射峰的位置，通过将各反射峰的位置与***中配置的各连接头的位置信息进行比对，判断出光纤链路中的断点位置。

为了使光模块能够准确接收上行光，在所述第一滤光片的前方光路中还倾斜布设有第二滤光片，所述第二滤光片的其中一面朝向第一滤光片，另一面朝向第一光电探测器和光纤；在所述第二滤光片上镀有下行光所对应波长的增透膜和上行光所对应波长的增反膜，通过激光器发射出的光线透过第一滤光片射向第二滤光片，并穿过第二滤光片射入光纤；通过光纤返回的上行光在射向第二滤光片时，经第二滤光片反射到所述的第一光电探测器中。

为了隔离其他波长的光信号射入第一光电探测器，在所述第二滤光片与第一光电探测器之间还设置有第四滤光片，在所述第四滤光片上镀有上行光所对应波长的增透膜，通过光纤返回的上行光经第二滤光片反射后，射向所述的第四滤光片，并透过第四滤光片射入所述的第一光电探测器。

进一步的，为了方便光模块的结构布局，所述第二滤光片与透过第一滤光片的下行光线或者OTDR探测光所成夹角的锐角为45°，即通过第一滤光片透射出的下行光或者OTDR探测光以锐角成45°的夹角射入所述的第二滤光片，由此可以实现反射光与入射光所成夹角刚好成90°；将所述第一光电探测器布设在激光器的一侧，且激光器的激光发射头的轴线方向与第一光电探测器的光接收头的轴线方向相垂直，这样通过光纤返回的上行光在射入第二滤光片时，其反射光可以垂直射入所述第一光电探测器。

为了尽量减小光模块的体积，优选将所述的第一光电探测器和第二光电探测器分设在激光器的两侧，以方便结构布局。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过复用下行光，使用下行光的波长作为OTDR探测光，从而不用额外增加一个种子光源，降低了硬件成本。通过在光模块中内置用于接收光纤中反射回来的OTDR探测光的接收单元，进而根据接收到的反射光判断断点位置，由此实现了OTDR功能，完成了对光信号的探测和断点分析任务。本发明通过在光模块中集成光时域反射仪的功能，从而可以使得PON***在断点分析过程中不再需要使用传统的专用光时域反射仪，由此不仅可以降低***的维护成本，而且还具有操作简单、集成度高、容易维护等显著优势。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的集成有光时域反射仪功能的光模块的一种实施例的内部光学器件的光路示意图；

图2是本发明所提出的集成有光时域反射仪功能的光模块的一种实施例的光器件的结构示意图；

图3是图2所示光模块的纵向剖视图；

图4是一种典型的PON连接方式示意图；

图5是采用本发明所提出的集成有光时域反射仪功能的光模块进行断点检测时在第二光电探测器端测得的信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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)光模块、用户端的光网络单元(ONU)光模块以及光分配网络(ODN)组成。在一个PON***中，一般仅包括一个光线路终端(OLT)光模块，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光模块中。所述光网络单元ONU光模块安装于用户场所，一个用户场所需要安装一个ONU光模块，接收OLT光模块发送的下行光，并向OLT光模块回传上行光。

本发明在光模块中集成光时域反射仪功能时，考虑到若在ONU光模块中集成该项功能，由于不能事先预知光路中的断点位置，因此需要在每一个ONU光模块中都集成OTDR功能电路，由此会导致***硬件成本的大幅升高，且实用性较差。基于此，本发明优选在OLT光模块中集成OTDR功能，通过OLT光模块中的激光器发射一个特定波长的光脉冲进入光纤，利用光纤链路反射回来的光输入到OLT光模块中的OTDR功能电路，进行断点分析。这样，对于一个PON***来说，只需对一个OLT光模块进行结构改进，即可实现对整个***光纤链路的故障检测功能。

下面以在OLT光模块中集成光时域反射仪功能为例，通过一个具体的实施例来详细阐述所述具有OTDR功能的光模块的具体结构设计及其工作原理。

实施例一，作为一个典型的光接入网络的光线路终端OLT光模块，无论是EPON OLT还是GPON OLT都用到了波长为1490nm的下行光，对于10GPON OLT则使用波长为1577nm的下行光。本实施例巧妙地复用OLT光模块的激光器作为OTDR功能的发射光源，发射与下行光相同波长的OTDR探测光，用于断点测试，这样仅需在OLT光模块的内部增加一套OLT光模块下行光所对应波长的光信号接收单元，就可以进行OTDR反射光的探测，并把探测到的光信号转换为电信号输出给处理器，进行数据分析，进而找出断点位置，实现故障定位。

以1490nm波长的下行光为例具体解释说明：对于本实施例的光模块，“下行光”和“OTDR探测光”利用的都是1490nm的光，但是两者的作用不同，不同时工作。当光模块正常工作时，激光器发射的1490nm的光称为“下行光”，由OLT光模块发射到ONU光模块；当进行断点检测时，该光线本实施例称为“OTDR探测光”，因为此时光的作用已经不是下行了。

参见图1所示，本实施例的OLT光模块包括用于发射下行光的激光器、用于接收ONU光模块发射的上行光的第一光电探测器、用于接收光纤中反射回来的OTDR探测光的第二光电探测器以及用于改变所述反射回来的OTDR探测光的传输路径、使其射向第二光电探测器的第一滤光片F1。所述第一滤光片F1为特制的薄膜滤光片，可以采用在薄透明片(比如玻璃片)上镀增透膜或者增反膜的方式制作而成。在本实施例的第一滤光片F1上镀有下行光所对应波长的增透膜和增反膜，比如1490nm的增透膜和增反膜，可以镀在薄透明片的任意一面或者分开镀在两面上。为了满足下行光的传输设计要求，假设在薄透明片上渡的增透膜的透射率为A，增反膜的反射率为B，则应满足A＞B且A+B＝1的条件。其中，所述A优选在70％至90％的范围内取值；所述B优选在10％至30％的范围内取值。作为一种优选设计方案，本实施例优选在薄透明片上渡附透射率为80％的1490nm增透膜和反射率为20％的1490nm增反膜。将所述第一滤光片F1倾斜布设在激光器的激光发射头的前方光路中(定义激光器发射下行光的方向为前方)，假设第一滤光片F1的b面朝向激光器，a面朝向光纤和第二光电探测器，如图1所示，则当OLT光模块正常工作时，通过激光器发射的下行光可以以较低的损耗透过第一滤光片F1进入光纤，进而传输至ONU光模块。而当OLT光模块进行断点测试时，通过激光器发射的1490nm的OTDR探测光同样可以以较低的损耗透过第一滤光片F1进入光纤，并在传输过程中遇到不连续的地方时发生反射，通过光纤返回OLT光模块。通过光纤反射回来的OTDR探测光在到达第一滤光片F1的a面时，则会在增反膜的反射作用下改变其原先的传输路径，转而射向所述的第二光电探测器，进而实现第二光电探测器对OTDR探测光的有效接收。由于第二光电探测器布设在第一滤光片a面的一侧，因此，通过b面发生反射的光线不会射入到第二光电探测器中，由此可以确保断点测试的准确性。

为了实现第一光电探测器对上行光的准确接收，本实施例在第一滤光片F1的前方光路上还设置有第二滤光片F2，用于反射上行光至所述的第一光电探测器中，如图1所示。所述第二滤光片F2也是一种特制的薄膜滤光片，同样可以采用在薄透明片(比如玻璃片)上镀附增反膜或者增透膜的方式制作而成。在本实施例中，为了确保光模块能够正常工作并且实现第一光电探测器对上行光地有效接收，在所述第二滤光片F2上镀有上行光所对应波长的增反膜和下行光所对应波长的增透膜，比如1310nm的增反膜和1490nm的增透膜。所述增透膜和增反膜可以镀在薄透明片的任意一面或者分开镀在两面上，其透射率和反射率优选在98％以上。将第二滤光片F2倾斜布设在第一滤光片F1的前方光路中，假设b面朝向第一滤光片F1，则a面朝向第一光电探测器和光纤。

当光模块正常工作时，通过激光器发射的下行1490nm的光信号透过两个滤光片F1、F2进入光纤，而不会串入接收1310nm光信号的第一光电探测器和接收1490nm光信号的第二光电探测器。通过光纤返回的1310nm的上行光在射入到第二滤光片F2上时，发生反射，进而射入1310nm的第一光电探测器，而不会串入1490nm的第二光电探测器，由此保证了OLT光模块与ONU光模块之间光信号的准确传输。当***发生故障需要使用OTDR功能时，通过OLT光模块中的激光器发射一个1490nm波长的光脉冲，即OTDR探测光，通过光路射入光纤。光纤链路断点由于瑞利散射和菲涅尔反射而反射回来的1490nm的光信号，透过第二滤光片F2射向第一滤光片F1，进而在第一滤光片F1上发生反射，射入1490nm的第二光电探测器，进行光电转化后，将有用信号输出给处理器，比如DSP处理芯片，从而进行故障分析，实现断点定位。

为了进一步减少串扰，提高第一、第二光电探测器对所需波长光信号的接收精度，需要在光模块中进一步设置两个滤波片F3、F4，如图1所示。其中，将第三滤光片F3布设在第一滤光片F1的a面与第二光电探测器之间，且其上镀有OTDR探测光所对应波长的增透膜，比如1490nm的增透膜。优选使第三滤光片F3所在的平面与第二光电探测器的光接收头的轴线方向相垂直，合理布设第三滤光片F 3与第二光电探测器在光模块中的安装位置，使通过第一滤光片F1的a面反射回来的1490nm的光信号能够垂直射向第三滤光片F3，并透过第三滤光片F3垂直射入第二光电探测器。由此，可以进一步屏蔽其他波长的光信号，避免其射入第二光电探测器，以提高检测精度。同理，将第四滤光片F4布设在第二滤光片F2的a面与第一光电探测器之间，且在其上镀有上行光所对应波长的增透膜，比如1310nm的增透膜。通过合理布设第四滤光片F4与第一光电探测器在光模块中的安装位置，可以使通过第二滤光片F2的a面反射回来的上行1310nm的光信号能够垂直射向第四滤光片F4，并透过第四滤光片F4垂直射入第一光电探测器，以实现OLT光模块对ONU光模块所发上行光的准确接收。

为了方便光模块内部的结构设计，在倾斜布设所述的第一、第二滤光片F1、F2时，优选将其与激光器发射的下行光的传输光路所成夹角的锐角设计为45°，即图1中的夹角α＝45°，也就是说，通过激光器发射的下行光或者OTDR探测光以45°的夹角射入所述的第一滤光片F1，而通过第一滤光片F1透射出的下行光或者OTDR探测光也以45°的夹角射入所述的第二滤光片F2。这样一来，若将激光器发射下行光的方向定义为前方，则第一、第二光电探测器以及第三、第四滤光片F3、F4则可以平行布设在所述下行光的传输光路的一侧，即可以布设在激光器的左侧或者右侧，且其光接收头的轴线方向垂直于激光器的激光发射头的轴线方向。由此一来，通过第一、第二滤光片F1、F2的a面反射后的上行光和OTDR探测光则可以垂直射入所述的第一、第二光电探测器。由于光电探测器的尺寸较大，若将第一、第二光电探测器设置在激光器的同一侧，则必须设计较大尺寸的光模块，以容纳上述的光学器件。为了尽量减小光模块的体积，本实施例优选将第一光电探测器和第二光电探测器分设在激光器的两侧，即所述激光器发射的下行光的传输光路的左右两侧，如图1所示，以方便光模块的整体结构布局。

图2、图3为所述光模块的光器件的结构图，其中，第一、第二、第三、第四滤光片5-8安装于光模块中圆方管体4的内部，具体可以固定在圆方管体4的内部托架上，参见图3所示。在圆方管体4外部的三个侧面上设置有TO(Transistor-Outline，圆柱式封装管体)，分别用于安装所述的激光器1、第一光电探测器2和第二光电探测器3，参见图2所示。各部件之间的具***置关系应满足图1所示的光线传输要求。所述激光器1连接激光驱动器，所述第一光电探测器2连接限幅放大器，所述第二光电探测器3连接DSP处理芯片。

图4为一种典型的PON***连接方式，为了简化说明，本实施例以采用1个OLT光模块和3个ONU光模块组建的PON***为例，对所述集成有OTDR功能的光模块的断点检测过程进行阐述。

图4中，假设OLT光模块通过一段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光模块ONU1、ONU2、ONU3。其中，从分光器到ONU1光模块之间的距离为1km；从分光器到ONU2光模块之间的距离为2km；从分光器到ONU3光模块之间的距离为10km。假设在分光器与ONU3光模块之间光纤的7km处发生了断裂。利用本实施例所提出的集成有OTDR功能的光模块进行光纤链路的检测时，首先通过OLT光模块发射一个设定波长的光脉冲(即OTDR探测光)进入光纤，然后通过OLT光模块中的第二光电探测器可以探测到如图5所示的信号波形。

如图5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，下行光会在分光器处发生反射，因此，OLT光模块中的第二光电探测器会在10km处探测到一个菲涅尔反射峰；在11km处，可以探测到ONU1光模块的反射峰；在12km处，可以探测到ONU2光模块的反射峰；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***布局，可以得知ONU 3光模块处发生了断点，即图5中的ONU3处为异常点。假设自OLT光模块发射光脉冲之后的T₂时间接收到ONU3的反射峰，那么断点处距离OLT光模块的距离为：

d = \frac{c \times T_{2}}{2 \times n};

其中，c＝3×10⁸m/s，为光速；n为光纤纤芯的折射率；d即为断点距离OLT光模块的距离。

由于在OLT光模块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光模块中的DSP处理芯片在计算出各个反射峰距离OLT光模块的距离后，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。

本实施例为简化***设计，复用OLT光模块的下行光作为OTDR功能的发射光源，完成OTDR的断点探测任务。当然，也可以专门设计发射其他波长光信号的激光器专用于OTDR的断点探测过程中，但是，这种设计方式显然会带来硬件成本的升高，因此，不作为优选设计方案。

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

Claims

1.一种集成有光时域反射仪功能的光模块，包括用于发射下行光的激光器和用于接收上行光的第一光电探测器；其特征在于：在所述光模块中还设置有第二光电探测器和第一滤光片，在所述第一滤光片上镀有下行光所对应波长的增透膜和增反膜，所述增透膜的透射率为A，增反膜的反射率为B，且A＞B、A+B＝1；将所述第一滤光片倾斜布设在激光器的激光发射头的前方光路中，其中一面朝向激光器，另一面朝向第二光电探测器和光纤；在进行断点测试时，通过所述激光器发射与下行光同波长的OTDR探测光，穿过第一滤光片射入光纤，通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，射向所述的第二光电探测器。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述A在70％至90％之间取值；所述B在10％至30％之间取值。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：在所述第一滤光片与第二光电探测器之间还设置有第三滤光片，在所述第三滤光片上镀有OTDR探测光所对应波长的增透膜，通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，射向所述的第三滤光片，并透过第三滤光片射入所述的第二光电探测器。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于：所述通过光纤反射回来的OTDR探测光经第一滤光片反射后，垂直射入所述的第三滤光片，并穿过所述第三滤光片垂直射入所述的第二光电探测器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于：所述第一滤光片与激光器的发射光线所成夹角的锐角为45°；所述第二光电探测器布设在激光器的一侧，且激光器的激光发射头的轴线方向与第二光电探测器的光接收头的轴线方向相垂直。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于：在所述光模块中还设置有处理器，连接所述的第二光电探测器，接收第二光电探测器转换输出的电信号，进而计算出各反射峰的位置，通过将各反射峰的位置与***中配置的各连接头的位置信息进行比对，判断出光纤链路中的断点位置。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于：在所述第一滤光片的前方光路中还倾斜布设有第二滤光片，所述第二滤光片的其中一面朝向第一滤光片，另一面朝向第一光电探测器和光纤；在所述第二滤光片上镀有下行光所对应波长的增透膜和上行光所对应波长的增反膜，通过激光器发射出的光线透过第一滤光片射向第二滤光片，并穿过第二滤光片射入光纤；通过光纤返回的上行光在射向第二滤光片时，经第二滤光片反射到所述的第一光电探测器中。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于：在所述第二滤光片与第一光电探测器之间还设置有第四滤光片，在所述第四滤光片上镀有上行光所对应波长的增透膜，通过光纤返回的上行光经第二滤光片反射后，射向所述的第四滤光片，并透过第四滤光片射入所述的第一光电探测器。

9.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于：所述第二滤光片与透过第一滤光片的下行光线所成夹角的锐角为45°；所述第一光电探测器布设在激光器的一侧，且激光器的激光发射头的轴线方向与第一光电探测器的光接收头的轴线方向相垂直。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于：所述第一光电探测器与第二光电探测器分设在激光器的两侧。