一種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊的製作方法
2024-04-01 15:21:05
一種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊的製作方法
【專利摘要】本發明是一種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其設有底座（1）、上蓋（4）和位於其間的用於對同一光纖中不同波長光信號的光信號選擇組件，該光信號選擇組件由PCB板（9）和用於光纖LC插針與PIN-TIA管（7）對準的光纖插針準直套頭（11）組成，在光纖插針準直套頭（11）的內部自左向右依次裝有微透鏡（5）、可調濾波器（6），PCB板（9）上的控制電路通過金絲引線分別與PIN管（15）和TIA管（16）相連。本發明提高了整個基于波分復用的無源光網絡的傳輸容量和速率，具有成本較低、使用方便、與現有光接收模塊兼容等優點。
【專利說明】—種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖到戶(FTTH)解決方案中無源光網絡(PON)同一光纖上不同波長的光信號選擇接收的光模塊，屬於光通訊【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的高速發展，FTTH眾多解決方案逐漸成為通信領域研究熱點。最簡單的就是在局端(電信局)和終端(用戶)各放置一個光纖收發器(俗稱的光Modem)，即可實現100M甚至IG的光纖接入速率，但這種方式的拓撲結構是點到點的。該方式存在一些問題，遠端有多少用戶，局端就得有多少個光模塊，成本比較高，而且光纖資源的佔用也非常驚人。為解決此，一種新的點對多點的網絡拓撲結構被研發。也就是說，局端的一個光模塊，一對(或一根)光纖可以對應遠端的多個用戶。這種拓撲結構的關鍵是在離用戶較近的地方採用了一種不需要供電的器件——光分路器，用這種器件可以實現將一對光纖上的信號分配到多根光纖中。這種技術被稱為無源光網絡(PON)。PON技術和點對點(P-P)方式相比，能夠大量節省主幹光纖和局端設備光接口、高密集用戶區域成本低，標準化程度高，業務透明性較好，網絡配置靈活，是FTTH發展的主要技術選擇。但是，終端用戶對帶寬快速增長的需求與光接入手段能力不足之間的矛盾又成了整個通信網絡迅猛發展的瓶頸。基于波分復用技術的無源光網絡(WDM-PON)以波長作為用戶端(ONU)的標識，採用WDM技術實現不同用戶終端鏈路的接入，能夠為每個用戶提供較寬的工作帶寬，實現真正的對稱寬帶接入。同時，WDM技術的引入還可以避免時分多址技術中ONU的測距、快速比特同步等諸多技術難點，在網絡管理以及系統升級性能方面具有明顯優勢。WDM-PON系統中的OLT採用多波長雷射器進行信號的發射和接收，其工作速率與ONU的數目無關，不會受ONU的數據限制，其工作速率可調整到與ONU相同；由于波分復用技術的引入,在ODN的傳輸光纖中，每一根光纖可以傳送多個波長，從而提高了整個WDM-PON的傳輸容量。在下行方向可以將每一個波長分離出來，並連接到不同的0NU/0NT中，在0M/0D設備中，包括光復用器件、解復用器件，用於將每一個不同波長進行分離。由於WDM-PON系統引入了波分復用設備，因此需要通過波長光分路器在下行傳輸方向上對光信號進行波長解復用，並分配給指定的O N U設備。但是，目前實現波長選擇轉換主要採用集成光路器件，在通道帶寬、插入損耗、偏振敏感和設備功耗等方面性能不足，如波長光分路器主要由陣列波導光柵構成。串擾、溫度穩定性、色散效應是波長光分路器在實現過程中需要注意的因素。由於陣列波導光柵器件各個波長之間的隔離度較低，或者非線性效應較為嚴重，會導致其他光通道的信號洩露到傳輸通道中，從而形成噪聲，影響系統的性能，這些不足限制了其應用規模。
[0003]馮慧婷(馮慧婷，40GbPsDWDMNRZ光收發模塊的研究，武漢郵電科學研究院碩士學位論文，2009)提出了在原有的40GbPs短距離NRZtransPonder模塊基礎上，增加了波長可調諧功能，更改了發射單元的設計。該模塊用電光調製器、可調諧的雷射器取代了電吸收調製器和連續波(CW)雷射器，保證了波長選定和傳輸質量。由於該可調諧雷射二級管(LD)是一種溫度控制型LD，因此波長對溫度的變化比較敏感，這樣對於溫度控制的精度要求就比較高，但在外界溫度變化很惡劣時精度無法得到保障，這就需要一個補償電路來保證其波長穩定，而且波長調諧範圍較窄且其應用主要用於上行發送波長。現有少數幾家國外已商用可調諧光學波長濾波器尺寸較大(如美國MOI公司的FFP-TF2濾波器尺寸
13.5mmX25.8mmX57.2mm)或者性能差(MEMS型濾波器調諧帶寬窄且損耗大)，且價格均太高，無法滿足光接收模塊的商業應用要求，限制了其在FTTH所需光接入模塊中的應用。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的問題是:為克服上述現有技術的缺陷，提供一種用於光纖到戶的接受波長可調光模塊，該模塊以較高的光纖傳輸容量和速率實現不同用戶終端的接入，為每個用戶提供較寬的工作帶寬，並能夠降低成本。
[0005]本發明解決其技術問題採用的技術方案是:該模塊設有底座、上蓋和位於其間的用於對同一光纖中不同波長光信號的光信號選擇組件，該光信號選擇組件由PCB板和用於光纖LC插針與PIN-TIA管對準的光纖插針準直套頭組成，在光纖插針準直套頭的內部自左向右依次裝有微透鏡、可調濾波器，PCB板上的控制電路通過金絲引線分別與PIN管和TIA管相連。
[0006]所述微透鏡、可調濾波器、PIN管和TIA管可以採用TO-CAN封裝在金屬殼體內，並由PIN-TIA底座封口。
[0007]本發明可以先將微透鏡和可調濾波器粘接在安裝座上，再將其插入PIN-TIA管的套管內，然後通過雷射焊接方式將其與PIN-TIA封裝管的金屬外殼、光纖插針準直套頭集成在一起。
[0008]所述可調濾波器可以採用基於光電陶瓷的F-P微型可調濾波器，其兩條驅動引線通過打金線的方式通過PIN-TIA底座並採用獨立的管腳連接驅動電路。
[0009]所述可調濾波器，其光學掃描範圍可以為10?20nm，其掃描頻率可以為2000Hz，
[0010]所述PCB板可以設有控制電路，該控制電路主要由以電信號控制的可調濾波器波長選擇驅動電路單元和信號調理集成電路單元組成，並可以將其布置在符合SFF-8472協議規定的封裝尺寸的PCB上。
[0011]所述可調濾波器波長選擇驅動電路單元可以採用CS6721模擬與數值混合晶片，進行DAC控制以獲得的高F-P腔長控制精度，通過光強反饋不斷調整驅動電壓以保證選擇工作波長的穩定性。
[0012]所述信號調理集成電路單元可以由後級放大器組成，用於對信號進行後級限幅放大和波形整形，其可以將來自TIA管的輸出信號放大至500mV，以滿足後續數據判決和時鐘恢復電路輸入電平的需要。
[0013]所述PCB板可以裝有排針。
[0014]所述光信號選擇組件可以與PCB板通過卡鉤固定在底座上，然後在卡塊的配合下通過上蓋將兩者固定。
[0015]本發明通過基於光電陶的F-P微型的可調濾波器，從同一光纖鏈路上選擇接收不同波長的光信號，經過PIN-TIA中的P管將光信號轉化成電信號並進行初放，再通過調理電路對信號進行後級限幅放大和波形整形並轉化成相應電信號輸出，最終通過乙太網絡、無線等方式傳輸到用戶終端，構建一個完整的光纖到戶光接收模塊系統。[0016]本發明與現有技術相比具有以下的主要的優點:
[0017]1.通過對終端模塊集成微型的光電陶瓷可調濾波器技術實現不同用戶終端的接入，該濾波器光學工作範圍1535?1565nm,波長可以調節大概在10?20nm。，能夠為每個用戶提供較寬的工作帶寬，避免信號解復用過程中噪聲引入。
[0018]2.由於引入波分復用技術,使每一根光纖可以同時傳送多個不同波長的光信號，可以提高整個基于波分復用的無源光網絡的傳輸容量和速率。
[0019]3.避免目前採用陣列波導光柵構成的波長光分路器引起各個波長之間的隔離度較低，易形成噪聲，提高了系統的性能。
[0020]4.現有波分光接收模塊對不同波段用戶需要特定的波長光分路器，造成系統應用成本過高。而採用本系統光接收模塊的不同波段用戶只需要同一可調濾波器，就可以從8?16個不同波長中選出不同用戶需要的每一個波長信號，大大降低了系統應用成本。
[0021]5.將波長可選擇器件基於光電陶瓷的F-P微型可調濾波器、光電轉換器件PIN與初級放大器件TIA管等器件集成在進行直徑5.6mm,高度大約4_的金屬管中，整個可實現8?16個波長的選擇，系統的結構尺寸實現微型化、集成化和模塊化。
[0022]6.本特定的微型的可調濾波器波長選擇驅動電路單元，採用CS6721模擬與數值混合晶片，進行DAC控制以獲得的高F-P腔長控制精度，通過光強反饋不斷調整驅動電壓以保證選擇工作波長的穩定性，性能優秀，且價格非常低廉，使用方便。
[0023]7.應用本光接收模塊具有頻帶寬、容量大、擴容升級方便、運維費用低、質量高等特點，能與現有光接收模塊兼容，並可與現有光發送模塊結合，升級為集接收、發送與數字診斷DDM與一體的可調三合一光模塊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明用於光纖到戶(FTTH)的接收波長可調光模塊的結構示意圖。
[0025]圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0026]圖中:1.底座；2.卡鉤；3.卡塊；4.上蓋；5.微透鏡；6.可調濾波器；7.PIN-TIA封裝管；8.管腳；9.PCB板；10.排針；11.光纖插針準直套頭；12.安裝座；13.PIN-TIA底座；14.金絲引線；15.PIN管；16.TIA管。
【具體實施方式】
[0027]本發明為克服上述現有技術的缺陷，提供一種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，該接收波長可調光模塊採用微型的可調濾波器技術實現不同用戶終端的接入，能夠為每個用戶提供較寬的工作帶寬，避免信號解復用過程中噪聲引入。由于波分復用技術的引入，每一根光纖可以同時傳送多個不同波長的光信號，從而提高了整個基于波分復用的無源光網絡(WDM-PON)的傳輸容量和速率。同時，避免了目前採用陣列波導光柵構成的波長光分路器引起各個波長之間的隔離度較低，易形成噪聲，影響系統的性能。另外，傳統整個基于波分復用的無源光網絡中不同波段需要特定波長的有源光光分路器，造成系統應用成本過高，而本發明系統中不同用戶可只需要同一可調濾波器，就可選出不同用戶需要的每一個波長信號。該模塊尺寸與現有的光接收模塊相當，可兼容，性能可靠，製備成本較低、使用方便。[0028]以下結合實施例及附圖對本發明的用於光纖到戶(FTTH)的接收波長可調光模塊的系統結構和實現原理做進一步描述。
[0029]本發明是一種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其通過基於光電陶的F-P微型的可調濾波器，從同一光纖鏈路上選擇接收到不同用戶的光信號，經過PIN-TIA中的P管將光信號轉化成電信號並進行初放，再通過調理電路對信號進行後級限幅放大和波形整形並轉化成相應電信號輸出，最終通過乙太網絡或無線等方式傳輸到用戶終端，從而構建了一個完整的光纖到用戶光接收模塊系統。可從FTTH的同一光纖鏈路上傳輸的8?16個不同波長的光信號中，選出不同用戶需要的每一個波長信號。該模塊尺寸與現有光接收模塊相當，兼容性強，性能優異，製備成本非常低廉，使用方便。
[0030]所述用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其結構如圖1和圖2所示，該可調光模塊設有底座1、上蓋4和位於其間的用於對同一光纖中不同波長光信號的光信號選擇組件，該光信號選擇組件由光纖插針準直套頭11和PCB板9組成。所述光纖插針準直套頭11用於光纖LC插針與PIN-TIA管7對準，該光纖插針準直套頭的內部自左向右依次裝有微透鏡
5、可調濾波器6。所述微透鏡5和可調濾波器6先採用環氧樹脂粘接固定在安裝座12上，再將其插入PIN-TIA管7的套管內，然後通過雷射焊接將其與PIN-TIA封裝管7的金屬外殼、光纖插針準直套頭11集成在一起。微透鏡5、可調濾波器6、PIN管15和TIA管16採用TO-CAN封裝在與現有光接收模塊完全兼容的圓柱體金屬殼體內，其尺寸約為直徑6.5mm、長度4mm，並由PIN-TIA底座13封口。PIN管15和TIA管16通過金絲引線14與PCB板9上的控制電路相連。
[0031]所述可調濾波器6採用基於光電陶瓷的F-P微型可調濾波器，通過調節該濾波器的波長可選擇接收信號光的波長。其尺寸約為2X2Xlmm3，其光學工作範圍1535?1565nm，波長可以調節為10?20nm，其調諧速度較快，掃描頻率可達2000Hz，其兩條驅動引線通過打金線的方式通過PIN-TIA底座13的獨立的管腳8連接驅動電路。該可調濾波器是波分系統中的關鍵組成部分，通過電壓驅動改變F-P濾波器腔長，允許波長跟F-P腔長度有倍數關係的光通過，而其他波長的光按愛裡函數衰減，難以透過諧振腔反射膜輸出而被濾除。它在一定波長範圍內允許選擇特定的波長和頻率實時通過光鏈路，從同一光纖鏈路上選擇接收到不同用戶的光信號。
[0032]所述PIN管15是一種用於光通信系統中將微弱的光信號轉換成電信號，並將信號進行一定強度低噪聲放大的探測器件。TIA管16將PIN管15轉化的電信號進行初級放大。
[0033]所述PCB板9設有控制電路，該控制電路主要由以電信號控制的可調濾波器波長選擇驅動電路單元和信號調理集成電路單元組成，並採用相應的集成晶片合理布置在符合SFF-8472協議規定的封裝尺寸PCB上。所述可調濾波器波長選擇驅動電路單元採用CS6721模擬與數值混合晶片，進行DAC控制以獲得的高F-P腔長控制精度，通過光強反饋不斷調整驅動電壓以保證選擇工作波長的穩定性。所述信號調理集成電路單元由後級放大器(PA)組成，其對信號進行後級限幅放大和波形整形，其功能是將來自TIA管16的輸出信號放大至大於500mV，以滿足後續數據判決和時鐘恢復電路輸入電平的需要。
[0034]所述PCB板9裝有排針10，用於系統的電源供應，相應信號的輸入輸出。
[0035]所述光信號選擇組件與PCB板9通過卡鉤2固定在由塑料製成的底座I上，然後在卡塊3的配合下通過上蓋4將兩者固定。[0036]本實施例提供的可用於光纖到戶的接收波長可調光模塊的系統，其工作過程如下:
[0037]通過基於光電陶的F-P微型的可調濾波器6 (簡稱濾波器)，通過調諧電壓驅動改變F-P濾波器腔長，允許波長跟F-P腔長度有倍數關係的光通過，而其他波長的光按愛裡函數衰減，很難透過諧振腔反射膜輸出而被濾除。它在一定波長範圍內允許選擇特定的波長和頻率實時通過光鏈路，從同一光纖鏈路上選擇接收到不同用戶的光信號，採用CS6721模擬與數值混合晶片，進行DAC控制以獲得的高F-P腔長控制精度，通過光強反饋不斷調整驅動電壓以保證選擇工作波長的穩定性。經過TIA管16將PIN管15轉化的電信號進行初級放大，再通過PCB板9中調理電路單元對信號進行後級限幅放大和波形整形並轉化成相應電平信號輸出，最終通過乙太網絡無線等方式傳輸到用戶終端，從而構建了一個完整的光纖到戶光收發模塊系統。由于波分復用技術的引入，每一根光纖可以同時傳送多個不同波長的光信號，而該系統中不同用戶可只需要一個可調濾波器，就可選出不同用戶需要的每一個波長信號，其中各項控制及補償的參數都可以由用戶自行設置。
【權利要求】
1.一種用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於:該模塊設有底座(I)、上蓋(4)和位於其間的用於對同一光纖中不同波長光信號的光信號選擇組件，該光信號選擇組件由PCB板(9 )和用於光纖LC插針與PIN-TIA管(7 )對準的光纖插針準直套頭(11)組成，在光纖插針準直套頭(11)的內部自左向右依次裝有微透鏡(5)、可調濾波器(6)，PCB板(9)上的控制電路通過金絲引線分別與PIN管(15)和TIA管(16)相連。
2.根據權利要求1所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於採用TO-CAN方式將微透鏡(5)、可調濾波器(6)、PIN管(15)和TIA管(16)封裝在金屬殼體內，並由PIN-TIA底座(13)封口。
3.根據權利要求2所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於先將微透鏡(5)和可調濾波器(6)粘接在安裝座(12)上，再將其插入PIN-TIA管(7)的套管內，然後通過雷射焊接方式將其與PIN-TIA封裝管(7)的金屬外殼、光纖插針準直套頭(11)集成在一起。
4.根據權利要求1所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述可調濾波器(6)採用基於光電陶瓷的F-P微型可調濾波器，其兩條驅動引線通過打金線的方式通過PIN-TIA底座(13)的獨立的管腳(8)連接驅動電路。
5.根據權利要求4所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述可調濾波器(6)，其光學掃描範圍為10?20nm，其掃描頻率為2000Hz。
6.根據權利要求1所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述PCB板(9)設有控制電路，該控制電路主要由以電信號控制的可調濾波器波長選擇驅動電路單元和信號調理集成電路單元組成，並將其布置在符合SFF-8472協議規定的封裝尺寸的PCB上。
7.根據權利要求6所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述可調濾波器波長選擇驅動電路單元採用CS6721模擬與數值混合晶片，進行DAC控制以獲得的高F-P腔長控制精度，通過光強反饋不斷調整驅動電壓以保證選擇工作波長的穩定性。
8.根據權利要求6所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述信號調理集成電路單元由後級放大器組成，用於對信號進行後級限幅放大和波形整形，其將來自TIA管(16)的輸出信號放大至500mV，以滿足後續數據判決和時鐘恢復電路輸入電平的需要。
9.根據權利要求1所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述PCB板(9)裝有排針(10)。
10.根據權利要求1所述的用於光纖到戶的接收波長可調光模塊，其特徵在於所述光信號選擇組件與PCB板(9 )通過卡鉤(2 )固定在底座(I)上，然後在卡塊(3 )的配合下通過上蓋(4)將兩者固定。
【文檔編號】H04Q11/00GK103684615SQ201310631273
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】童月恆 申請人:武漢同德恆通訊技術有限公司