CZ2010114A3

CZ2010114A3 - Integrovaný optoelektronický transceiver pro úcastnickou stranu síte typu PON-FTTH

Info

Publication number: CZ2010114A3
Application number: CZ20100114A
Authority: CZ
Inventors: Jerábek@Vítezslav; Prajzler@Václav; Bušek@Karel; Joaquin Armas Arciniega@Julio
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2010-11-10
Also published as: CZ302146B6

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 síťově 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 formu.

Současný stav techniky

V informačních sítích typu PON-FTTH se využívá na účastnické straně v jednotce ONT k transformaci optického třívlnného zářeni 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 svazku a optických objemových bloků. Tyto transcievery 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 transceiveru 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. Planární transceivery realizované 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 optických odbočovacich 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 planární provedení transceiverů destičkové filtry umisťuji z boku nosné destičky a optoelektronické přijímače umisťují za ně na lepené mikromoduly, což zhoršuje vložný útlum a komplikuje sestavení celého transceiverů. Řešení využívající planárnich vlnově selektivních součástek, jako jsou planární interferometry nebo směrové vazební členy, jsou velmi náročné na návrh a přesnost maskování a na zhotovení optických planárnich obvodů.

V některých systémech jsou zařazeny objemové Braggovské mřížky reflexního nebo transmisního 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

U371125632. 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 člen s povrchovou difrakční mřížkou vyžaduje soustavy optických vláken a vlnovodů s geodetickou čočku pro zaostření optického zářeni, což je konstrukčně komplikované a vede to ke zvětšení optického útlumu na optických přechodech, viz

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje integrovaný optoelektrický transceiver podle předkládaného řešení. Optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu i · < > »·«·!· 1J* * ‘ « t » · : « »t ««»1 1 litiI J »

Jit»» >- · I ' * * ^ *· * ^Λ * ** ^ť*· ’ * informační sítě typu PON-FTTH je umístěný v jednotce ONT mezi optickým distribučním členem informační sítě PON a účastnickým zakončovacím členem jednotky ONT a je opatřen optickým vstupem/výstupem z optického vlákna pro optické informační toky o vlnových délkách 1310, 1490'nej 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 síťově nadřazené jednotky OLT a jednak prvním elektrickým výstupem z prvního optoelektronického přijímače a druhým elektrickým výstupem z druhého optoelektronických 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 a je umístěn mezi prvním a druhým optoelektronickým přijímačem a je 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 kolimačních čoček, a to v těchto následujících variantách.

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

' « ι 4: « i ' I« • ' 4>

* » * I 4 · · 1i « li· >4»»

Všechny optické propojovací členy jsou tvořeny planárnimi vlnovody, a to prvním a druhým krajním multividovým planárním 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 kolimačni čočkou a středový optický propojovací člen je tvořen středovým planárním vlnovodem.

Analogií pak je provedení, kdy je první a druhý krajní optický propojovací člen tvořen prvním a druhým multividovým planárním vlnovodem a středový optický propojovací člen je tvořen středovou kolimačni čočkou.

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

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

Příklady provedení vynálezu

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

- t * -I < < · · <t

T i » i » » .’ j · V I 4 * * * < f!

J » 1 « » > ·Ί _f » 1 · 4»41 • O....... > ·’

Nové provedení integrovaného optoelektronického transceiveru je uvedeno na přiloženém výkrese.

Optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu informační sítě typu PONFTTH 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 JfhM 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 11 z prvního optoelektronického přijímače 6 a druhý elektrický výstup 13 z druhého optoelektronických přijímače 8 pro elektrické informační toky z OLT. Optoelektronický transceiver je součástí optoelektronického zakončovacího členu ONT a je tvořen kolimační čočkou 1, 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 1 a výstupní stranou je opticky navázaná na první krajní optický propojovací člen 3, tedy buď na fasetu prvního krajního multividového planárního vlnovodUjnebo čelo kolimační čočky, na středový optický propojovacího člen 4, a to buď na fasetu středového planárního vlnovody nebo na čelo kolimační čočky a na druhý krajní optický propojovací člen 5 tvořený buď druhým krajním multividovým planárním vlnovodem₍nebo kolimační čočkou. Podélná geometrická osa středového optického propojovacího členu 4 je umístěna v optické ose kolimační čočky 1 a objemové holografické triplexní mřížky 2. Podélné geometrické osy prvního krajního optického propojovacího členu 3 a druhého krajního optického propojovacího členu 5 jsou orientovány tak, že svírají s touto optickou osou úhel odpovídající difrakčním úhlům objemové holografické 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 11 a druhý optoelektronický přijímač 8 s druhým elektrickým výstupem 13. Elektrický vstup 12 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

Ó* ..... ‘ člen 4 a odtud na výstupní stranu objemové holografické triplexní mřížky 2 a přes kolimační čočku 1 na optický vstup/výstup 10,

Zařízení pracuje následujícím způsobem. Přes optický vstup/výstup 10 vstupuje záření s vlnovou délkou 1490 a 1550 nm nesoucí informaci zOLT do účastnického transceiveru a v něm na kolimační čočku 1. a optický rozbočovací člen tvořený objemovou holografíckou triplexní mřížkou 2, současně z účastnického transceiveru vystupuje zářeni s vlnovou délkou 1310 nm přes vstup/výstup 10 do OLT. Vstupující záření je rozbočeno na základě vlnové délky, na optickém rozbočovacím členu tak, že záření s vlnovou délkou 1490 nm je směrováno přes první krajní optický propojovací člen 3 na první optoelektronický přijímač 6 a z něj 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 z něj na druhý elektrický výstup 13 účastníka. Z elektrického vstupu účastníka 12 optoelektronického vysílače 7 s optickým-‘izolátorem 9 je záření s vlnovou délkou 1310 nm vedeno ve zpětném směru přes středový optický propojovací člen 4, optický rozbočovací člen a optickou kolimační čočku 1 na optický vstup/výstup 10 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 PON-FTTH, 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 síťově nadřazené jednotky optického zakončení 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 formu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Integrovaný optoelektronický transceiver pro účastnickou stranu informační sítě typu PON-FTTH, který je umístěný v jednotce ONT mezi síťově nadřazenou jednotkou optického zakončení OLT a účastnickým zakončovacím členem ONT a je 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 optoelektronických 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 difrakčnim 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) 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 holografické triplexní mřížky (2) a přes kolimační čočku (1) na vstup/výstup (10).

'8
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 čočkou, středovou kolimační čočkou a druhou krajní kolimační čočkou, přičemž první a druhá krajní kolimační čočka jsou stejné.
3. Integrovaný optoelektronický transceiver podle nároku ^vyznačující se tím, že první krajní optický propojovací člen (3), středový optický propojovací člen (4) a druhý krajní optický propojovací člen (5) jsou tvořeny planárními vlnovody, a to prvním a druhým krajním multividovým planárním vlnovodem a středovým planárním 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 první a druhou krajní kolimační čočkou a středový optický propojovací člen (4) je tvořen středovým planárním vlnovodem.
5. Integrovaný optoelektronický transceiver podle nároku 1_zvyznačující se tím, že první krajní optický propojovací člen (3) a druhý krajní optický propojovací člen (5) je tvořen prvním a druhým krajním multividovým planárním vlnovodem a středový optický propojovací člen (4) je tvořen středovou kolimační čočkou.