本發(fā)明涉及光通信領域，尤其涉及一種將環(huán)行器與光開關集成到一個小型化封裝收發(fā)器中并實現(xiàn)時域反射背向檢測與正向通訊的一種集成光時域反射背向檢測功能的可插拔裝置。

背景技術：

通信網干線傳輸容量的不斷擴大及速率的不斷提高使得光纖通信成為現(xiàn)代信息網絡的主要傳輸手段，在現(xiàn)在的光通信網絡中，如廣域網(WAN)、城域網(MAN)、局域網(LAN)所需要的作為核心光電子器件之一的光收發(fā)模塊的種類越來越多，要求也越來越高，復雜程度也以驚人的速度發(fā)展。光收發(fā)模塊的急劇增加導致了多樣性，需要不斷發(fā)展相關技術滿足這樣應用需求。目前新的市場需求是將OTDR（光時域反射儀）技術與光收發(fā)模塊結合在一起，以達到小型化，低成本系統(tǒng)的目的。OTDR是在1976年就問世的技術和裝置，它是一個應用在光纖網絡上的光學檢測儀器，用于檢測光纖的損耗特性并進行故障空間定位的有力手段，其主要目的是檢測與定位。光時域反射儀的主要優(yōu)點是可僅從一端就可以檢測成段光纜的相關參數(shù)，工作原理類似于雷達。單端收發(fā)的特性讓OTDR與光收發(fā)模塊的集成具有現(xiàn)實的可操作性，而且市場現(xiàn)有的OTDR設備過于昂貴也讓集成化的OTDR得以開辟生存的空間。光收發(fā)模塊在網絡節(jié)點上大量采用，在不影響現(xiàn)有收發(fā)功能的前提下，把OTDR功能集成進去，對網絡運營商而言可以節(jié)省大筆的開支。在可插拔模塊上集成OTDR功能，并且用一個模塊監(jiān)控上路與下路的光纖鏈路，主要難題是小型化的光環(huán)行器，以及需要切換監(jiān)控通道時所需的小型化光開光。另外，由于現(xiàn)有的半導體激光器功率都不高，要探測100KM以上的光纖鏈路，需要以低插入損耗集成這些器件。

附圖1是市場上現(xiàn)有集成OTDR功能的SFP可插拔模塊實現(xiàn)框圖，其中的正向出射與背向檢測用一個分光器件進行分光。這種方案導致模塊激光信號能量至少損失3dB，背向檢測信號衰減6dB，導致可探測距離小于65KM。

另外，對于切換鏈路的解決方案，目前市面上的數(shù)字式光開關體積都較大（參考專利號為ZL200520077624.X的中國實用新型專利，見附圖2，附圖2中1-4為光纖準直器、5為六角棱鏡、6為驅動結構、7為外殼），不適合做超小型模塊集成。另外，模擬式光開關雖然有較多的解決方案，但隔離度/消光比都不高，而且需要精確的電壓或電流控制，易受環(huán)境影響，成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種將環(huán)行器與數(shù)字式光開關集成到一起以實現(xiàn)可集成光時域反射背向檢測功能的收發(fā)器；其中的光開關尺寸小，易于集成，便于制作小型化模塊與器件，而且插損小，溫度穩(wěn)定性好，使模塊在達到同樣的探測距離下對光源的功率要求較低。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：一種集成光時域反射背向檢測功能的收發(fā)器，其特征在于：包括信號發(fā)射單元、背向信號檢測單元、通訊信號處理檢測單元、光環(huán)行器、2×2光開關、上路光纖鏈路、下路光纖鏈路；

所述的信號發(fā)射單元包括激光器和激光控制器，所述的背向信號檢測單元包括背向光電探測器和背向信號處理單元，所述的通訊信號處理單元包括通訊信號光電探測器和通訊信號處理單元；

所述的光環(huán)行器包括三個端口，其中光環(huán)行器的第一端口連接激光器，第三端口連接背向光電探測器；所述的2×2光開關包括第一信號輸入口、第一信號輸出口、第二信號輸入口、第二信號輸出口，所述的光環(huán)行器的第二端口連接第一信號輸入口，第一信號輸出口連接上路光纖鏈路；第二信號輸入口連接通訊信號光電探測器，第二光纖輸出口連接下路光纖鏈路；所述的激光控制器連接激光器；背向信號處理單元連接背向光電探測器；通訊信號處理單元連接通訊信號光電探測器。

進一步的，所述的2×2光開關包括第一棱鏡、第二棱鏡和一光路切換單元，所述的第一棱鏡、第二棱鏡包括入射面、出射面和接觸面；第一棱鏡和第二棱鏡間的接觸面相互平行設置，所述的光路切換單元為一驅動單元，所述的驅動單元可以驅動第一棱鏡的接觸面和第二棱鏡的接觸面間分離或閉合。

進一步的，所述的2×2光開關包括第一棱鏡、第二棱鏡和一光路切換單元，所述的第一棱鏡、第二棱鏡包括入射面、出射面和接觸面；第一棱鏡和第二棱鏡間的接觸面相互平行設置，所述的光路切換單元為一折射率可變單元，所述的折射率可變單元設于第一棱鏡的接觸面和第二棱鏡的接觸面中間。

進一步的，所述的2×2光開關也可以為基于界面折射率變化的數(shù)字式光開關

進一步的，所述激光器為法布里-珀羅激光器或分布反饋式布拉格光柵激光器。

進一步的，所述的背向光電探測器或通訊信號光電探測器、為一光電二極管。

進一步的，所述的驅動單元為一壓電陶瓷或超聲電機。

進一步的，所述的折射率可變單元為一單晶硅或微泵驅動的液體盒。

采用上述技術方案，本發(fā)明所述的集成光時域反射背向檢測功能的可插拔裝置，具有的有益效果為：本發(fā)明將光開關小型化，并將信號發(fā)射，背向檢測，背光隔離，檢測鏈路切換集成到一個小型化器件/模塊中，具有以下優(yōu)勢：

1）使用同一個激光器用于通訊和光纖鏈路檢測，節(jié)省激光器的數(shù)量，降低成本；

2）使用光開關來切換探測光纖鏈路中上路與下路的特性參數(shù)，節(jié)省背向探測器的數(shù)量，也大大降低了系統(tǒng)成本；

3）使用低損耗光環(huán)行器與光開關，能降低激光器的功率損失，有利于探測更長的光纖鏈路；

4）小形化的光環(huán)行器，光開關，激光器與光電二極管集成的背向探測器件，使得OTDR功能集成到可插拔收發(fā)模塊中成為可能，降低系統(tǒng)集成的成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有集成光時域反射背向檢測功能的可插拔裝置示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術光開關裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明集成光時域反射背向檢測功能的可插拔裝置實施例示意圖；

圖4為本發(fā)明集成式背向檢測裝置光開關實施示意圖一；

圖5為圖4所示的光開關反向光路示意圖；

圖6為本發(fā)明集成式背向檢測裝置光開關實施示意圖二；

圖7為圖6所示的光開關反向光路示意圖；

附圖標示：101、2×2光開關；102、光環(huán)行器；103、激光器；104、背向光電探測器；105、激光控制器；106、背向信號處理單元；107、上路光纖鏈路；108、下路光纖鏈路；109、通訊信號光電探測器；110、通訊信號處理單元。111、第一棱鏡；112、第二棱鏡；113、驅動單元；114、第一棱鏡入射面；115、第一棱鏡接觸面；116、第一棱鏡出射面；117、第二棱鏡接觸面；118、第二棱鏡入射面；119、第二棱鏡出射面；120、折射率可變單元。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明所述的集成光時域反射背向檢測功能的可插拔裝置如圖3所示，包括信號發(fā)射單元、背向信號檢測單元、通訊信號處理檢測單元、光環(huán)行器102、2×2光開關101、上路光纖鏈路107、下路光纖鏈路108；信號發(fā)射單元包括激光器103和激光控制器105，所述的背向信號檢測單元包括背向光電探測器104和背向信號處理單元106，所述的通訊信號處理單元包括通訊信號光電探測器109和通訊信號處理單元110；光環(huán)行器102包括三個端口，其中光環(huán)行器102的第一端口連接激光器103，第三端口連接背向光電探測器104；所述的2×2光開關包括第一信號輸入口、第一信號輸出口、第二信號輸入口、第二信號輸出口，所述的光環(huán)行器102的第二端口連接第一信號輸入口，第一信號輸出口連接上路光纖鏈路107；第二信號輸入口連接通訊信號光電探測器109，第二光纖輸出口連接下路光纖鏈路108；所述的激光控制器105連接激光器103；背向信號處理單元106連接背向光電探測器104；通訊信號處理單元110連接通訊信號光電探測器109。

具體的，本發(fā)明所述的集成光時域反射背向檢測功能的可插拔裝置，工作狀態(tài)如下所述。

其工作狀態(tài)1為：通過激光控制器105對激光器103進行控制，發(fā)射調制的激光，激光經過光環(huán)行器102，進入2×2光開關101，控制2×2光開關101使激光信號從上路光纖鏈路107輸出；當激光信號從上路光纖鏈路107輸出時，背向反射/散射光從上路光纖鏈路107反向輸入到2×2光開關101，再進入光環(huán)行器102，從光環(huán)行器102的第三個端口輸出，進入背向光電探測器104，轉換為電信號后進入背向信號處理單元106，完成背向檢測；同時，從下路光纖鏈路108輸入的光信號經2×2光開關101進入通訊信號光電探測器109(根據光路可逆原理,信號輸出口也可以作為信號輸入口)，轉換為電信號后進入通訊信號處理單元110，進行信號解碼。

工作狀態(tài)2為：通過激光控制器105，對激光器103進行控制，發(fā)射調制的激光，激光經過光環(huán)行器102，進入2×2光開關101，控制2×2光開關101使激光信號從下路光纖鏈路108輸出。當激光信號從下路光纖鏈路108輸出時，背向反射/散射光從下路光纖鏈路108反向輸入到2×2光開關101，再進入光環(huán)行器102，從光環(huán)行器102的第三個端口輸出，進入背向光電探測器104，轉換為電信號后進入背向信號處理單元106，完成背向檢測。同時，從上路光纖鏈路107輸入(根據光路可逆原理,信號輸出口也可以作為信號輸入口)的光信號經2×2光開關101進入通訊信號光電探測器109，轉換為電信號后進入通訊信號處理單元110，進行信號解碼，這一路的信號在實際應用中可以不被使用而不對其它功能造成影響。

具體的，本發(fā)明所述的2×2光開關101優(yōu)選圖4、圖6結構的光開關。

如圖4所示，2×2光開關包括第一棱鏡111、第二棱鏡112和一光路切換單元，所述的第一棱鏡111、包括第一棱鏡入射面114、第一棱鏡出射面116和第一棱鏡接觸面116；第二棱鏡112包括第二棱鏡入射面118、第二棱鏡出射面119和第二棱鏡接觸面117；且第一棱鏡接觸面115和第二棱鏡接觸面117相互平行設置，所述的光路切換單元為一驅動單元113，所述的驅動單元113可以驅動第一棱鏡接觸面115和第二棱鏡接觸面117間分離或閉合。

如圖6所示，2×2光開關采用另外一種實施方案，其與圖4、圖5的區(qū)別在于，將圖4、5中的驅動單元113換成折射率可變單元120，且將折射率可變單元設于第一棱鏡接觸面115和第二棱鏡接觸面117之間，當需要發(fā)生全反射時，通過將折射率可變單元的折射率調節(jié)為與第一棱鏡、第二棱鏡存在折射率差即可；當將折射率可變單元的折射率調節(jié)為與第一棱鏡、第二棱鏡存在折射率相等時，光束即可透過第一棱鏡接觸面115和第二棱鏡接觸面117，實現(xiàn)光路的切換。

具體的，圖4、5所示的2×2光開關光路切換方式為：

光開關狀態(tài)1：光從第一棱鏡入射面114入射，經折射后入第一棱鏡接觸面115，第一棱鏡接觸面115與第二棱鏡接觸面117分開（可設為驅動單元113無驅動時），光在第一棱鏡接觸面115面發(fā)生全反射，經第一棱鏡出射面116出射。與此同時，另一束光從第二棱鏡入射面118入射，經折射后入射第二棱鏡接觸面117，在第二棱鏡接觸面117發(fā)生全反射，再經第二棱鏡出射面119出射。

光開關狀態(tài)2：光從第一棱鏡入射面114入射，經折射后入射第一棱鏡接觸面115，第一棱鏡接觸面115與第二棱鏡接觸面117在驅動單元113的驅動下接觸閉合，全反射消失，光從第一棱鏡接觸面115、第二棱鏡接觸面117透射并入射到第二棱鏡出射面119上，發(fā)生折射后輸出；與此同時，另一束光從第二棱鏡入射面118入射，經折射后入射到第二棱鏡接觸面117，分別從第二棱鏡接觸117、第一棱鏡接觸面115穿過，入射到第一棱鏡出射面116，再折射后輸出。

根據光路可逆原理，在狀態(tài)1時，此光開關的第一棱鏡入射面114與第一棱鏡出射面116互換，第二棱鏡入射面118與第二棱鏡出射面119互換也可以實現(xiàn)同樣的功能。在狀態(tài)2時，此光開關的第一棱鏡入射面114與第二棱鏡出射面119互換，第一棱鏡出射面116與第二棱鏡入射面118互換也可以實現(xiàn)同樣的功能，如附圖5所示。

如圖6、圖7所示的光開關光路切換方式，其與圖4、圖5的區(qū)別在于，將圖4、5中的驅動單元113換成折射率可變單元120，且將折射率可變單元設于第一棱鏡接觸面115和第二棱鏡接觸面117之間，當需要發(fā)生全反射時，通過將折射率可變單元的折射率調節(jié)為與第一棱鏡、第二棱鏡存在折射率差即可；當將折射率可變單元的折射率調節(jié)為與第一棱鏡、第二棱鏡存在折射率相等時，光束即可透過第一棱鏡接觸面115和第二棱鏡接觸面117，實現(xiàn)光路的切換。

盡管結合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內，在形式上和細節(jié)上對本發(fā)明做出的各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。