一种可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块及其检测方法

技术领域

本申请涉及光纤通信领域，尤其涉及一种可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块及其OTDR检测方法。

背景技术

随着光纤通信技术的不断发展，光纤网络的复杂性日益提高，为了保障光通信线路的通畅和稳定，光纤线路的日常管理、维护工作必不可少。当光纤线路出现断点或其他故障时，由于光纤从一个节点到另一个节点之间的距离往往很长，对故障点的检测与定位往往需要依靠光时域反射(Optical Time Domain Reflect meter，以下简称OTDR)来完成。

目前大部分的单纤双向光模块采取的都是异波长技术，而这样的光模块并不具有OTDR功能，当需要利用OTDR进行光纤线路检测时，往往需要切换到外部专业的OTDR设备。由于外接OTDR所使用的设备造价高昂，使用时线路结构复杂，无法在故障发生的最短时间内对故障进行判断和定位，从而延长了维修排除故障所需的时间，影响正常通信的进行。

现在具有OTDR功能的光模块通常要求在激光发射器发射的光信号和进入光接收端33的波长完全一致，这样由光纤反射光信号才能被光接收端33收到并进行信号处理。然而，由于光发射器和接收端33的串扰的存在，导致实现OTDR功能的光路传输通信光信号的时候，接收端33的灵敏度性能会大幅降低，不利于长距离光纤通信的实施。

发明内容

鉴于上述问题，本申请的主要目的在于提供一种可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块，能够保证正常异波长单纤双向通信功能基础上实现OTDR功能。

本申请的次要目是要提供一种异波长单纤双向光模块，通过对光学结构进行改进，降低上下行光信号波长间隔。

本申请的另一目的在于提供一种应用于异波长单纤双向光模块的OTDR检测方法，具有既可以进行通信业务，也可以进行光纤链路检测的优点。

本申请的第一实施例提供一种可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块，包括依次相连的光发射器、三向器件、滤波片器件及光接收器，

在双向通信模式中，所述光发射器用于发射第一波长的下行光信号λ

所述三向器件的三个端口分别是发射端，公共端和接收端，其发射端连接所述光发射器，其公共端连接光纤插口，光纤插口和光网络端口连接；其接收端连接所述光接收器，使得从所述光发射器发射的第一波长的下行光信号λ

进一步的，本申请第一实施例的可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块，在OTDR检测模式中，光发射器用于发射OTDR检测光信号；滤波片器件的带通波长范围通过所述OTDR检测光信号；从所述光发射器发射的所述的OTDR检测光信号通过所述三向器件的发射端传输进入公共端并发送至光网络端口，而来自光网络端口的与OTDR检测光信号波长相同的OTDR反馈光信号由公共端通过三向器件后，从三向器件的接收端出射，并通过所述滤波片器件后到达所述光接收器；所述光接收器用于接收所述OTDR反馈光信号。

本申请第一实施例的可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块的进一步改进还包括：所述滤波片器件是小角度滤波片，所述小角度滤波片与所述接收端的出射光路的垂直面的夹角为0度至15度，较佳为0度。

进一步的，可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块在OTDR检测模式中，所述光发射器发射与所述第二波长的上行光信号λ

进一步的，在可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块中，所述滤波片器件是可调谐滤波器，其具有可调谐的带通波长范围。

本申请的第二实施例提供了一种可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块，其中，在OTDR检测模式中，

所述光发射器发射与所述第二波长的上行光信号λ

所述可调谐滤波器的所述带通波长范围调谐为透射所述OTDR检测光信号，并隔离所述第二波长的光信号λ

本申请的第二实施例的可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块，进一步的改进是，所述光发射器发射与所述第一波长的下行光信号波长λ

进一步的，在本申请的可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块中，所述三向器件是光环形器。

进一步的，在本申请的可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块中，所述第一波长的光信号λ

本申请的可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块的进一步改进是：所述光发射器采用波长可调的激光器；在双向通信模式中，所述激光器用于发射第一波长的下行光信号λ

进一步的，可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块还包括OTDR检测接口和控制单元，

所述OTDR检测接口与光通信系统的板卡连接；

所述光接收器在接收到所述OTDR反馈光信号后，将光信号转换为电信号；

所述控制单元分别与所述OTDR检测接口、所述光接收器和所述光发射器连接，用于根据从所述OTDR检测接口接收到的OTDR检测命令向所述光发射器和/或所述可调谐滤波器发送控制命令，还用于对所述光接收器的所述电信号进行处理，并将处理后得到的数据通过所述OTDR检测接口发送给所述光通信系统的板卡。

本申请还提供了一种OTDR检测方法，应用于异波长单纤双向光模块中，包括：

在双向通信模式中，

使光发射器发射第一波长的下行光信号λ

使来自光网络端口的第二波长的上行光信号λ

在OTDR检测模式中，

使所述滤波片器件的带通波长范围通过所述OTDR检测光信号；

使所述光发射器发射的所述的OTDR检测光信号通过所述三向器件的发射端传输进入公共端并发送至光网络端口；

使来自光网络端口的与OTDR检测光信号波长相同的OTDR反馈光信号由公共端通过三向器件后，从三向器件的接收端出射，并通过所述滤波片器件后到达所述光接收器；

所述光接收器用于接收到所述OTDR反馈光信号后，将光信号转换为电信号。

在本申请的OTDR检测方法的一个实施例中，

当滤波片器件采用小角度滤波片时，所述OTDR检测模式中的检测方法还包括，

根据本光模块上的OTDR检测接口接收到的来自光通信系统的板卡的OTDR检测命令，向所述光发射器发送控制命令；

调节所述脉冲激光器的波长，使得所述光发射器发射与所述第二波长的上行光信号λ

对所述光接收器的所述电信号进行处理，并将处理后得到的数据通过所述OTDR检测接口发送给所述光通信系统的板卡；

或者将所述光接收器的所述电信号传输至与OTDR检测接口连接的光通信系统的板卡，由光通信系统的板卡进行处理。

在本申请的OTDR检测方法的另一个实施例中，

当滤波片器件采用可调谐滤波器时，所述OTDR检测模式中的检测方法还包括，

根据本光模块上的OTDR检测接口接收到的来自光通信系统的板卡的OTDR检测命令，向所述光发射器(20)和/或所述可调谐滤波器发送控制命令；

使所述光发射器发射与所述第一波长的下行光信号波长λ

或者调节所述脉冲激光器的波长，使得所述光发射器发射与所述第二波长的上行光信号λ

调谐所述可调谐滤波器的所述带通波长范围，使得所述带通波长范围透射所述OTDR检测光信号，并隔离所述第二波长的光信号λ

对所述光接收器的所述电信号进行处理，并将处理后得到的数据通过所述OTDR检测接口发送给所述光通信系统的板卡；

或者将所述光接收器的所述电信号传输至与OTDR检测接口连接的光通信系统的板卡，由光通信系统的板卡进行处理。

在本申请的OTDR检测方法的进一步包括：本光模块或者与本光模块连接的光通信系统的板卡对所述电信号进行处理，具体包括进行数据化处理和数学处理，形成光强度和距离变化的数据。

由以上技术方案可见，本申请实施例通过对单纤双向光模块的光学结构进行改进，降低上下行光信号波长间隔，达到将OTDR功能集成到光模块的目的，同时该光模块既可以进行通信业务，也可以进行光纤链路的检测，非常适合干线通信中监控信道的场合；而且利用诸如0度滤波片的滤波片器件将OTDR信号和正常数据通信用光信号分隔开来，互不影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中异波长单纤双向光模块的示意图。

图2为本发明实施例中集成有OTDR功能的光模块的工作原理示意图；

图3为本发明实施例的光环形器30工作原理图；

图4为本发明第一实施例中光模块工作在数字信号通讯模式下的原理示意图；

图5为本发明第一实施例中光模块工作在OTDR模式下的原理示意图；

图6本发发明第二实施例中光模块工作在数字信号通讯模式下的原理示意图；

图7为本发明第二实施例中光模块工作在OTDR模式下的原理示意图；

图8为本发明另一个实施例中光模块的立体结构示意图。

图9为应用于异波长单纤双向光模块中的OTDR检测方法的流程图。

附图标记

1 集成有OTDR功能的单纤双向光模块

20 光发射器

21 驱动器

22 激光器

30 三向器件、环形器

31 发射端

32 公共端

33 接收端

301 光纤插口

40 滤波片器件

401 小角度滤波片

402 可调谐滤波器

50 光接收器

51 探测器

52 放大器

53 数模转换器

60 控制单元

61 OTDR检测接口

70 光网络

71 光网络端口

72 光通信系统的板卡

λ

λ

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。

常用的单纤双向光模块如图1所示，一般采用TO-CAN封装形式，由单通道的发射器01、单通道的接收器02、滤光片03、一体式插针的光接口04和圆方管体05组成，该结构使用单片或多片滤光片作为发射器和接收器的分光元件，使用单根光纤同时完成一种波长光信号的发射和另一种波长光信号的接收。然而，使用滤光片作为分光元件时对位置精度要求较高，加工工艺复杂，不易于批量生产；而且这种光模块由于滤光片的加工工艺，不适用于小间隔异波长收发的场合。同时，这样的光模块并不具有OTDR功能，当需要利用OTDR进行光纤线路检测时，往往需要切换到外部专业的OTDR设备。

请配合参阅图2，其为本申请一个实施例中集成有OTDR功能的异波长单纤双向光模块1的工作原理示意图。本实施例中的光模块，包括依次相连的光发射器20、三向器件、小角度滤波片401及光接收器50，用来控制光模块工作的控制单元60，以及用来与光网络端口71连接的光纤插口301，光纤插口301和三向器件的接收端33之间可以有准直透镜。

所述的三向器件30包括第一端口、第二端口、以及第三端口。所述的第一端口连接光发射器20，又称发射端31；所述的第二端口连接光纤插口301，又称公共端32，所述的第三端口连接光接收器50，又称接收端33。一般来说，三向器件30一般指半反半透片或者光环形器30。一般的半反半透片允许入射光的光强50％透射，同时反射50％的光强，因此在损失6dB(75％)的光强情况下，完成光路的三向传播。半反半透片的功能和光环形器30基本一致，不同之处在于，半反半透片比光环形器30多出近6dB左右的衰减。在本发明图3的实施例中用光环形器30进行了说明，但可以理解，在本发明的实施例中也可以采用半反半透片作为三向器件30。

图3示出了光环形器30的工作原理，本发明实施例中的光环形器30包括三个端口，分别是发射端31，公共端32和接收端33，光环形器30的作用是使得发射端31进入的下行光信号λ

本发明的较佳实施例提供了一种可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块1，结构图如图2所示，本光模块包括依次相连的光发射器20、小型光环行器、小角度滤波片401及光接收器50，用来控制光模块工作的控制单元60，以及用来与光网络端口71连接的光纤插口301。小型光环行器是三个端口依次是发射端31、公共端32、以及接收端33。

在图2所示的较佳实施例中，光发射器20包括驱动器21和激光器22。由控制单元60通过发送相应指令到驱动器21，通过驱动器21驱动激光器22发出下行光信号λ

光接收器50包括了探测器51、放大器52和模数转换器。信号传输光纤中的上行光信号λ

具体而言，光接收器50包括光探测器51、放大器52和模数转换器。探测器51电连接放大器52，放大器52电连接模数转换器，模数转换器电连接控制单元60。探测器51与光环行器的接收端33连接，光纤传输过来的信号光和反射光正对公共端32，所述接收端33连接探测器51，信号光和反射光经由公共端32入射光环行器并由接收端33出射，并通过小角度滤波片401后，射入探测器51。在探测器51中，光信号被转换为电信号，并经过放大器52放大后，经过模数转换器变成数字信号传送给控制单元60。本领域的普通技术人员可以理解，在本实施例的光模块中光发射器20、三向器件30、小角度滤波片401及光接收器50以及控制单元60等一体设计，采用三向器件30和小角度滤波片401的设计使得光信号的收发在同一个光模块中实现，并解决了小型化的问题，而且便于集成，且成本低。另外，这里的光发射器20和光接收器50中的部分控制功能也可以集成到控制单元60中进行一体化设计和制造。而且，在输入信号为数字信号的时候，模数转换器不是必须进行模数转化工作。

图4是本发明第一实施例中光模块在数字信号通讯模式下的实施例示意图，在第一实施例中，滤波片器件40采用小角度滤波片401，较佳地采用0度滤波片，也就是说，小角度滤波片401与所述接收端33的出射光路的垂直面的夹角为0度。由光发射器20的激光器22由发射的1550nm波长下行光信号λ

在本发明上述实施例中，光发射器20发射的1550nm波长下行光信号λ

较佳地，异波长单纤双向光模块1在常规的双向通信模式中，下行光信号λ

图5显示了第一实施例中光模块在OTDR检测模式下的工作原理图，与目前的异波长单纤双向光模块1不同，本发明实施例提供的光模块除了上述双向通信模式，还可以无需切换外部OTDR设备，直接对光纤线路进行检测。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。OTDR就测量回到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。OTDR测试方法是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。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。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR设备中。返回的有用信息由OTDR的探测器51来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离，来确定事件的发生地点。

在图5所示的本发明光模块中，可集成OTDR功能的异波长单纤双向光模块1还包括OTDR检测接口61和控制单元60，OTDR检测接口61与光通信系统的板卡72连接；光接收器50在接收到第二波长的光信号后，将光信号转换为电信号；控制单元60分别与OTDR检测接口61、光接收器50和光发射器20连接，用于根据从OTDR检测接口61接收到的OTDR检测命令向所述光发射器20发送控制命令，还用于对光接收器50的所述电信号进行处理，并将处理后得到的数据通过OTDR检测接口61发送给光通信系统的板卡72。另外，本实施例中的光发射器20采用波长可调的激光器22；在双向通信模式中，所述光发射器20用于发射第一波长的下行光信号λ

因此，本发明较佳实施例的OTDR检测模式下，当需要对光纤线路进行检测时，光通信系统协调上行光信号λ

例如，控制单元60发送控制命令给光发射器20，调谐激光器22发出的OTDR脉冲光波长，控制激光器22发射与光网络70的上行光信号λ

本实施例提供的光模块利用三向器件30以达到光路复用的目的，既解决了小型化的问题，同时与实现了长距离传输和OTDR功能共存又互不干扰的目的，这里需要说明的是，信号传输功能和OTDR功能无法同时进行。

图6和图7示出了本发明光模块的第二实施例，和第一实施例的不同之处在于，第二实施例用一个可调谐滤波器402来取代第一实施例中的小角度滤波片401，可调谐滤波器402的特点是可以调谐滤波器的带通范围，根据需要选择不同波长的光信号透射过滤波器。如图6所示，在双向通信模式下，可调谐滤波器402的通带设置在λ

如图7所示的本发明光模块的第二实施例中，在OTDR检测模式下，当需要对光纤线路进行检测时，根据从OTDR检测接口61接收到的来自光通信系统的板卡72的OTDR检测命令，控制单元60向可调谐滤波器402发送控制命令，把滤波器的通带调节到λ

在本发明的较佳实施例中，在接收到OTDR检测命令后，控制单元60发送控制命令到可调谐滤波器402，将滤波器的通带调节到1550nm的下行光信号λ

本发明的第二实施例可以有其他不同的替换方式，只要满足在OTDR检测模式中，光发射器20发射与具有第二波长的上行光信号λ

图8示出的本发明光模块的优选实施例还包括外壳100，所述三向器件30(图中未示出)、小角度滤波片401(图中未示出)、控制单元60(图中未示出)、驱动器21(图中未示出)、激光器22(图中未示出)、探测器51(图中未示出)、放大器52(图中未示出)以及模数转换器(图中未示出)均封装于外壳内。

优选的，图8中的光模块还包括电磁干扰EMI弹片500，EMI弹片500封合外壳100的缝隙。EMI弹片500具有防辐射的作用，加强OTDR光模块的使用安全性，降低对使用者的身体的伤害。

优选的，如图8所示，还包括可活动封堵所述LC光接口600的解锁拉环，所述解锁拉环700安装于外壳100上。解锁拉环700可以保护LC光接口600，防水防尘。

本发明还提供了一种应用于异波长单纤双向光模块1中的OTDR检测方法，如图9所示，图中示出的OTDR检测方法所采用的异波长单纤双向光模块1可以在双向光通信模式和OTDR检测模式中切换。

在双向光通信模式中，使光发射器20发射第一波长的下行光信号λ

根据本发明一个实施例，滤波片器件40采用小角度滤波片401，在OTDR检测模式中，光模块上的OTDR检测接口61接收到的来自光通信系统的板卡72的OTDR检测命令，将光模块从向光通信模式切换到OTDR检测模式，向所述光发射器20发送控制命令，将脉冲激光器22的波长从第一波长的下行光信号λ

作为本发明的另一个实施例，滤波片器件40采用可调谐滤波器402，以作为应用于异波长单纤双向光模块1中的OTDR检测方法的一种替换方式。根据本发明实施例的OTDR检测模式中的检测方法包括，根据本光模块上的OTDR检测接口61接收到的来自光通信系统的板卡72的OTDR检测命令，向所述光发射器20和/或所述可调谐滤波器402发送控制命令。使光发射器20发射与所述第一波长的下行光信号波长λ

在采用可调谐滤波器402的另一个较佳实施例中，调节所述脉冲激光器22的波长，使得所述光发射器20发射与所述第二波长的上行光信号λ

本领域的技术人员需要注意的是，本实施例所述的OTDR检测方法不能通同时实现信号传输功能和OTDR功能，而需要在双向光通信模式和OTDR检测模式中切换，优点是本OTDR检测方法既可以进行正常的通信业务，可以在需要的时候进行光纤链路检测，非常适用于干线通信中监控信道的场合。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。