TWM676449U - 具備otdr濾波器的光學組件與其檢測系統 - Google Patents

Abstract

本揭露公開了一種具備OTDR濾波器的光學組件與其檢測系統。檢測系統包括光纖網路系統與檢測模組。檢測模組還包括具備OTDR濾波器的光學組件。光學組件更包含插拔單元與發送/接收單元。本揭露公開了OTDR濾波器安裝在光學組件內，省去了傳統的光纖布拉格光柵（FBG），從而節省空間和成本，並能達到反射OTDR監測光的相同效果。

Description

具備OTDR濾波器的光學組件與其檢測系統

本揭露是有關於一種具備OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，以下簡稱OTDR)濾波器的光學組件與其檢測系統，特別是指一種能夠確保在單一系統中多種波長同時運行的情況下，反射特定波長的光信號不會影響其他波長信號的透明性的濾波設計之具備OTDR濾波器的光學組件與其檢測系統。

為了應對高度信息化社會的到來，需要傳輸各種信息（如語音、文本、數據、圖像等）的通信基礎設施。因此，光通信網絡被開發出來，以取代傳統的銅纜網絡，以實現大規模的信息傳輸。眾所周知，在光通信領域，光纖因其低損耗和寬帶寬的優勢，特別適合作為長距離光傳輸的介質。

在光纖網絡領域，缺乏足夠的檢測和定位設備來處理信號問題可能會導致重大的運營挑戰和潛在風險。特別是在單一基礎設施中同時存在多種波長的系統中，缺乏能夠實時檢測和準確定位錯誤的相應設備，會帶來嚴重的後果。

當光纖信號遇到斷裂、彎曲或衰減等問題時，及時檢測至關重要，因為這樣可以迅速識別並修正問題。然而，在多種波長同時運行的環境中，傳統的監控工具可能難以區分信號，或者準確定位故障的具體位置。這種限制是由於現有系統通常缺乏區分不同波長通道的能力，或無法提供跨整個光譜範圍的信號完整性精確反饋。

因此，未檢測到或定位不正確的信號損傷可能導致網絡長時間停機，數據傳輸效率降低，以及潛在的服務中斷。此外，無法及時解決這些問題可能會升級為更大範圍的故障或網絡中斷，影響關鍵服務和客戶滿意度。在依賴無縫數據連接的行業中，如電信、金融和醫療保健，這些影響可能轉化為巨大的財務損失和聲譽損害。

目前面臨的挑戰是開發能夠有效應對多波長光纖系統複雜性的先進監控和診斷技術。需要創新技術來增強故障檢測的精細度，改進跨不同波長帶的故障定位精度，並簡化故障排除過程。通過解決這些技術缺口，未來的進步旨在減少與信號中斷相關的風險，確保在日益互聯的數字環境中提供穩健的網絡性能和不間斷的服務交付。

而基於上述，光時域反射器 (OTDR) 是光纖網絡維護和故障排除的關鍵工具。其工作原理是向光纖電纜發送一個光脈衝，然後分析返回的反射。這一技術允許OTDR精確定位光纖線路中的故障、斷裂、彎曲或其他缺陷。

OTDR運行的基本原理在於其能夠測量光脈衝沿著光纖傳播並反射回來的往返時間。當脈衝遇到光纖光學特性（如斷裂或接續）的變化時，部分脈衝會反射回OTDR。然後，設備測量發送脈衝和接收反射之間的時間延遲，這對應於反射點的距離。通過分析這些反射信號，OTDR創建一個視覺痕跡（通常稱為OTDR痕跡），圖形化地表示光纖電纜的狀況。

在網絡維護中，OTDR在識別故障和評估光纖電纜的整體健康狀況方面無可替代。它們可以檢測如下問題：      1、光纖斷裂：OTDR通過測量信號反射突然停止的點的距離，可以精確定位光纖電纜中的斷裂或切斷。      2、接續和連接器：OTDR痕跡顯示由接續（兩根光纖連接處）或連接器（光纖與其他網絡設備連接處）引起的衰減。這有助於技術人員評估接續工作的質量並識別潛在的信號損耗源。      3、彎曲和壓力點：即使是光纖電纜的輕微彎曲也可能導致信號損失或反射。OTDR可以檢測這些彎曲並評估其對信號完整性的影響。      4、整體光纖質量：通過分析整個OTDR痕跡，技術人員可以評估光纖鏈路的整體質量，包括其衰減特性和潛在的老化。

在無源光網絡 (PON) 系統中，單根光纖從中央辦公室 (OLT) 分裂成多根光纖 (ONU)，OTDR面臨特定挑戰。PON系統通常使用1:8、1:16或1:32的分光比，這使得在沒有附加措施的情況下難以將故障隔離到特定光纖。儘管OTDR可以確定沿光纖跨度的一般故障位置，但無法區分分光分支中的單根光纖。

為了解決這些挑戰，有時會使用外部OTDR反射器。這些反射器被策略性地放置在BOSA（寬帶光接入服務）或TRI-DI（TRIplexer雙重多工器）單元之前，將OTDR信號反射回OTDR設備。此設置允許建立OTDR關聯數據庫，從而在網絡內更精確地定位故障。然而，這種方法需要額外的設備、空間，並增加成本。

因此，越來越多的興趣集中在開發BOSA或TRI-DI單元內部的解決方案，這些解決方案可以有效地反射OTDR信號而不會出現散射問題。克服光纖離開光纖後的光散射挑戰，對於簡化網絡維護和降低與外部反射器相關的成本至關重要。

基於上述，雖然OTDR技術在診斷和維護光纖網絡方面提供了強大的能力，但在有效管理PON系統和準確定位其中的故障方面仍存在挑戰。OTDR技術的持續創新有望提高網絡的可靠性和運行效率。

本揭露的目的之一在於提供一種具備光時域反射器濾波器的光學組件，使光時域反射器（OTDR）能夠發出特定波長的光信號，並通過該濾波器直接反射回光纖。這樣，當OTDR接收到反射信號並判斷其來自用戶端位置時，系統能夠確認光纖線路處於正常工作狀態。

本揭露的另一目的是提供一種具備光時域反射器濾波器的光學組件，該濾波器設計能夠確保在單一系統中多種波長同時運行的情況下，反射特定波長的光信號不會影響其他波長信號的透明性。

為實現上述目的，本揭露提出了一種具備光時域反射器濾波器的光學組件。該光學組件包括發送/接收單元和插拔單元。發送/接收單元包含主體、上游發射器、隔離器、第一濾波器、第二濾波器和下游接收器。第一濾波器設置在主體內，相對於第二濾波器並鄰近隔離器。插拔單元包括外殼、光纖插芯、套筒、止動件和OTDR濾波器。OTDR濾波器部分連接到光纖插芯並覆蓋光出口，其中，OTDR濾波器安裝在插拔單元內，並反射由OTDR發出的特定波長，以檢測來自光纖的信號。

於另一實施例，本揭露提出了一種檢測系統，包括：光纖網路系統以及檢測模組。檢測模組連接光纖網路系統，且檢測模組還包括具備OTDR濾波器的光學組件。其中，當光纖網路系統發生運作故障或異常時，會發送故障信號予檢測模組，以讓檢測模組運用光學組件對光纖網路系統進行檢測，並找出及定位故障發生點。

因此，本揭露的目的在於將光時域反射器濾波器集成到插拔式光學收發模組（BOSA）中，使OTDR能夠發出特定波長的光，並通過反射器濾波器直接反射回光纖。這一設置使系統能夠檢測到反射信號並確定其來自用戶端的位置，從而確認光纖線路的正常運行。這一功能增強了系統準確評估光纖網絡狀況的能力，特別是在多個端點和多種波長的環境中。

其次，反射器濾波器設計能夠在不影響其他波長透明性的情況下，與系統內其他波長協同工作。它通過反射特定波長的光信號，確保其他波長信號的傳輸不受影響。這種雙重功能方法確保系統能夠利用光時域反射器濾波器進行精確位置測定，同時保持整個光纖網絡的不中斷通信。

現將經由對說明性實施例、隨附圖式及申請專利範圍之以下詳細描述的評述，使本揭露之此等以及其他組件、步驟、特徵、效益及優勢變得明朗。

在本揭露被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示，此外圖式中元件的形狀、尺寸、厚度、以及角度等相關參數並未依照比例繪製，其簡化用意僅為方便清楚說明。

為了解決現有技術中的問題，本揭露公開了一種具備光時域反射器濾波器的光學組件。本揭露的具備光時域反射器濾波器的光學組件能夠在不顯著改變光學組件的結構和/或元件的情況下，仍可達到確認光纖線路正常運行的目的。

除非另有說明，附圖展示了本文所述創新主題的各個方面，參考附圖，其中相同的參考編號在多個視圖中表示相似的部件，以示例而非限制的方式，展示了若干包含本揭露原理的具備光時域反射器濾波器的光學組件的示例。

以下結合附圖的描述旨在幫助全面理解根據權利要求及其等效物所定義的本揭露的各種實施例。描述中包含了各種具體細節以協助理解，但這些細節僅作為示例。因此，本領域的普通技術人員將認識到，在不脫離本揭露範圍和精神的情況下，可以對所描述的各種實施例進行各種更改和修改。此外，為了清楚和簡潔，對眾所周知的功能和結構的描述可能會被省略。

現在將參照附圖描述本揭露的優選實施例。圖1顯示了本揭露具備光時域反射器（OTDR）濾波器的光學組件的一個示例性實施例的橫截面透視圖。參考圖1，本揭露提供了一種具備OTDR濾波器的光學組件100。具備OTDR濾波器的光學組件100包括發送/接收單元1及插拔單元2。

在某些實施例中，第一濾波器14和第二濾波器15可以根據光路要求安排在其他角度。

如圖1所示，發送/接收單元1包括主體11、上游發射器12、隔離器13、第一濾波器14、第二濾波器15及下游接收器16。主體11連接上游發射器12與隔離器13，且上游發射器12設置相對於隔離器13。第一濾波器14與第二濾波器15設置在主體11內，並且第一濾波器14與第二濾波器15皆鄰近隔離器13。下游接收器16插入與連接主體11，並且下游接收器16相對於第二濾波器15。插拔單元2耦合該發送/接收單元1，插拔單元2包括外殼21、光纖插芯22、套筒23、止動件24和OTDR濾波器25。外殼21通常由金屬製成。光纖插芯22的一部分設置於插拔單元2內，其另一部分設置於發送/接收單元1內。OTDR濾波器25連接於光纖插芯22。其中，光纖31穿過光纖插芯22並具有光出口311。OTDR濾波器25部分連接到光纖插芯22並覆蓋光出口311。如圖1所示，OTDR濾波器25部分設置於發送/接收單元1中，且第一濾波器14設置於OTDR濾波器25與隔離器13之間。

圖2顯示了具備OTDR濾波器的光學組件內多條光路的示意圖。圖3顯示了圖2中虛線圓區域的放大透視圖。參考圖2和圖3，光纖插芯22的端面221經過拋光。光纖插芯22的端面221相對於虛擬線L2夾設有一個4度至8度的角度，可例如為4度、6度、8度或其他介於度數4度到8度之間的任何角度。虛擬線L2大致垂直於軸線L1。OTDR濾波器25具有面向光出口311的第一側表面251和與第一側表面251相對的第二側表面252。光纖插芯22通過膠粘劑4連接到OTDR濾波器25的第一側表面251的下半部，光出口311區域253除外。為了使OTDR濾波器25盡可能靠近光出口311，膠粘劑4應盡可能薄。膠粘劑4不應滲出光出口311。在此實施例中，OTDR濾波器25由光學玻璃製成，其尺寸為1.4毫米x 0.6毫米x 0.1毫米。OTDR濾波器25的第一側表面251塗有一層反射塗層，以反射來自光纖線路終端（OLT）端的OTDR監測光。在此實施例中，OTDR監測光的波長範圍為1615至1660納米。OTDR濾波器25可以提供20%至50%反射率的OTDR監測光的反射效果。至於反射塗層的材料，OTDR濾波器25的第一側表面的反射塗層可以根據不同OTDR監測光波長或特定應用的要求由純材料或複合材料製成。

在某些實施例中，OTDR監測光波長還可以使用符合光通信協議的其他波段，如中心波長為1310納米的OTDR監測光。在某些實施例中，OTDR濾波器25的第二側表面252塗有一層抗反射層。抗反射層不僅可以提高光透過率，還可以提供抗模效果。

圖4顯示了具備OTDR濾波器的光學組件的另一實施例的放大透視圖，說明了光纖插芯的更大角度拋光。參考圖4，由於光從光纖31進入空氣介質後會立即發散，如果OTDR濾波器25不靠近光出口311，會導致更多的光發散並造成損失。一個更好的設計是將光出口311的一個邊緣儘可能靠近OTDR濾波器25，沒有空氣間隙，從而防止光損失。此外，可以在位於光纖光出口311下方的光纖插芯22和OTDR濾波器25之間填充其他介質，以減少光損失並增加反射回光纖的光。

圖5顯示了應用具備OTDR濾波器的光學組件的檢測系統。如圖5所示，此檢測系統5包括光纖網路系統51與檢測模組52。檢測模組52還包含本案的具備OTDR濾波器的光學組件100。檢測模組52連接光纖網路系統，通過光學組件100對該光纖網路系統51發送檢測信號進行檢測。光纖網路系統51在運作時，檢測模組52會定時傳輸檢測信號對光纖網系統51進行檢測。因此，當光纖網路系統51發生運作故障或異常時，檢測模組52會運用光學組件100對光纖網路系統51進行檢測並定位其故障發生點，並通知檢護人員進行維修與維護。或者是，當光纖網路系統51發生運作故障與異常時，會傳輸故障信號予檢測模組52，而當檢測模組52收到此故障信號時，會通過光學組件100對光纖網路系統51進行檢測與分析，以定位出故障發生點。

以下是本揭露的組裝過程簡介： 首先，將第一濾波器14、第二濾波器15和隔離器13設置在主體11上，然後通過激光焊接將上游發射器12與主體11結合。接下來，將光纖插芯22壓入外殼21並插入套筒23，然後使用止動件24封堵外殼21的開口，以防止套筒23移動。然後將OTDR濾波器25粘附到光纖插芯22上，從而獲得插拔單元2。

當耦合光達到目標光功率時，插拔單元2通過激光焊接使用z軸環5與主體11耦合。最後，將下游接收器16插入主體11進行光學耦合，然後用膠水填充任何間隙並固化以進行粘接，從而完成具備OTDR濾波器的光學組件100的組裝。這種創新結構不僅可以應用於插座型光學組件，還可以應用於尾纖型等。

參考圖1和圖2，下面通過光路來說明本揭露的優點。上游發射器12發射承載數據的光信號，經過隔離器13和第一濾波器14後，聚焦於光纖31；另一方面，從光纖31發散後，用於下載數據的光信號經由第一濾波器14反射90度，然後通過第二濾波器15，最後傳送到下游接收器16。其中，第一濾波器14（45°濾波器）分配不同波長的光信號進行發送和接收，而第二濾波器15（0°濾波器）隔離由其他波長產生的光串擾，只允許正在接收的光波長通過。如上所述，這表示雙向光學組件的光路。在某些實施例中，光學組件也可以是三向光學組件（TRI-DI OSA）或單向光學組件等。

通過使用這種結構，當數據中心OTDR使用的1650納米波長光源到達用戶端的光發射器時，它會檢查來自光纖的信號。可以使用額外的光反射裝置（OTDR濾波器）來反射並返回OTDR的1650納米光。沒有光反射裝置（OTDR濾波器）的光學組件，當光從光出口進入空氣時，無法反射光源並將光傳回，因此OLT的OTDR無法確定從OLT到用戶端的信息傳輸過程是否正常。

由於OTDR光反射器（OTDR濾波器）安裝在光學組件內，它具有節省空間和成本的優點，省去了傳統的FBG，同時也能達到反射OTDR監測光的相同效果。

根據本揭露，兩項技術旨在達成以下目標： 一、 提供精確的反射定位能力： 將OTDR反射濾波器集成到可插拔光收發模組（BOSA）中，使OTDR能夠在特定波長發射光。該光通過OTDR反射濾波器直接反射回光纖。通過檢測反射信號並確定其來自用戶端點的位置，系統可以確認光纖線路是否正常運行。這項技術的主要目標是增強系統在多終端和多波長環境中準確評估光纖網絡狀況的能力。 二、 不影響其他波長信號的穿透性： OTDR反射濾波器的設計考慮到系統中多波長共存的可能性。其主要功能之一是反射特定波長的光信號，而不影響其他波長信號的透明性。這確保系統在保持其他光纖傳輸不間斷通信的同時，能夠使用OTDR進行精確的定位判定。         這種雙重用途的方法保證了整個光纖網絡的高效運行和通信效果。

在本文中，“波長”可能包括圍繞中心波長的一個指定波長範圍。本文中使用的術語“耦合”是指任何連接、耦合、鏈接或類似情況，“光學耦合”是指光從一個元件傳遞到另一個元件的耦合。

本揭露所揭露之技術內容並不限於上述之實施例，凡是與本揭露所揭露之創作概念及原則相同者，皆落入本揭露之申請專利範圍。需注意的是，本揭露所述之元件之方向，例如“上”、“下”、“上方”、“下方”、“水平”、“垂直”、 “左”、“右”等並不表示絕對的位置及/或方向。元件的定義，例如“第一”和“第二”並不是限定之文字，而是區別性的用語。而本案所用之“包括”或“包含”涵蓋“包括”和“具有”的概念，並表示元件、操作步驟及/或組或上述的組合，並不代表排除或增加的意思。又，除非有特別說明，否則操作之步驟順序並不代表絕對順序。更，除非有特別說明，否則以單數形式提及元件時（例如使用冠詞“一”或“一個”）並不代表“一個且只有一個”而是“一個或多個”。本案所使用的“及/或”是指“及”或“或”，以及“及”和“或”。本案所使用的範圍相關用語係包含全部及/或範圍限定，例如“至少”、 “大於”、“小於”、“不超過”等，是指範圍的上限或下限。

惟以上所述者，僅為本揭露之實施例而已，當不能以此限定本揭露實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

100:具備OTDR濾波器的光學組件 1:發送/接收單元 11:主體 12:上游發射器 13:隔離器 14:第一濾波器 15:第二濾波器 16:下游接收器 2:插拔單元 21:外殼 22:光纖插芯 221:端面 23:套筒 24:止動件 25:OTDR濾波器 251:第一側表面 252:第二側表面 253:區域 31:光纖 311:光出口 4:膠粘劑 L1:軸線 L2:虛擬線 5:檢測系統 51:光纖網路系統 52:檢測模組

本揭露之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：      圖1為本揭露揭露的具備光時域反射器濾波器的光學組件的一實施例的橫截面透視圖。      圖2為本揭露揭露的具備光時域反射器濾波器的光學組件內，多條光路的示意圖。      圖3為圖2中虛線圓區域的放大透視圖。      圖4為本揭露揭露的具備光時域反射器濾波器的光學組件的另一實施例的放大截面圖，說明了光纖插芯的更大角度拋光。     圖5顯示了應用具備OTDR濾波器的光學組件的檢測系統。

100:具備光時域反射器(OTDR)濾波器的光學組件

1:發送/接收單元

11:主體

12:上游發射器

13:隔離器

14:第一濾波器

15:第二濾波器

16:下游接收器

2:插拔單元

21:外殼

22:光纖插芯

23:套筒

24:止動件

25:OTDR濾波器

31:光纖

311:光出口

L1:軸線

Claims (11)

1. 一種具備光時域反射器(OTDR)濾波器的光學組件，包括： 一發送/接收單元，包括一主體、一上游發射器、一隔離器、一第一濾波器、一第二濾波器及一下游接收器，該主體連接該上游發射器與該隔離器，且該上游發射器係設置相對於該隔離器，該第一濾波器與該第二濾波器設置在該主體內，並且該第一濾波器係設置相對於該第二濾波器，該第一與第二濾波器皆鄰近該隔離器，該下游接收器插入與連接該主體，並相對於該第二濾波器；以及 一插拔單元，耦合該發送/接收單元，該插拔單元包括一光纖插芯和一光時域反射器(OTDR)濾波器，該光纖插芯的一部分設置於該插拔單元內，其另一部分設置於該發送/接收單元內，該OTDR濾波器係連接於該光纖插芯，其中，一光纖穿過該光纖插芯並具有一光出口，且該OTDR濾波器部分覆蓋該光出口； 其中，該第一濾波器分配不同波長的光信號進行發送和接收，而該第二濾波器只允許可接收的光波長通過，並隔離由其他光波長所產生的光串擾。
2. 如請求項1所述的光學組件，其中，該第一濾波器相對於該主體軸線以45度角設置。
3. 如請求項1所述的光學組件，其中，該第二濾波器平行於該主體的軸線。
4. 如請求項1所述的光學組件，其中，該插拔單元還包括一外殼與一止動件，該外殼由金屬製成。
5. 如請求項1所述的光學組件，其中，該OTDR濾波器反射由該光時域反射器發出的一特定波長，以檢測來自該光纖的信號，且該OTDR濾波器由光學玻璃製成。
6. 如請求項1所述的光學組件，其中，該OTDR濾波器的尺寸為1.4毫米x 0.6毫米x 0.1毫米。
7. 如請求項1所述的光學組件，其中，該光纖插芯的一端面的拋光角度介於4度到8度之間。
8. 如請求項1所述的光學組件，其中，該OTDR濾波器的一第一側面朝向該光出口並具有一反射塗層。
9. 如請求項8所述的光學組件，其中，該OTDR濾波器的該第一側面的反射塗層由純材料或複合材料製成。
10. 一種檢測系統，包括： 一光纖網路系統；以及 一檢測模組，連接該光纖網路系統，且該檢測模組還包括如請求項1所述具備OTDR濾波器的光學組件； 其中，當該光纖網路系統發生運作故障或異常時，會發送一故障信號予該檢測模組，以讓該檢測模組會運用該光學組件對該光纖網路系統進行檢測，並找出及定位一故障發生點。
11. 如請求項10所述的檢測系統，其中，該檢測模組會定時傳輸一檢測信號對該光纖網系統進行檢測。