一种OTDR组合装置的制作方法

本申请实施例涉及光纤通信领域，涉及但不限于一种光时域反射仪(opticaltimedomainreflectometer，otdr)组合装置。

背景技术：

otdr是光纤通信系统中重要的测试仪器，otdr的光发射模块发射预设的光脉冲信号后，根据菲涅尔反射和瑞利散射原理，采用背向散射法回收光纤反射回来的光信号经过包含雪崩光电二极管(avalanchephotodiode，apd)的光接收模块转换放大，再通过信号处理单元进行数据处理分析，检测得到光纤的质量情况。otdr可以检测光纤的实际长度、平均损耗等参数；也能够探测或定位光纤链路上许多类型的事件，例如光纤链路中的光纤熔接、连接器、弯曲等损耗较大的点。

otdr主要由3个部分组成：otdr激光器、光环行器和apd。相关技术中，通常采用上述三个分立器件来构成otdr。而采用这种方式，光路中需要存在多处熔接，生产工艺复杂；并且，分立器件造成otdr体积大、功耗高、生产成本高，不利于该技术的发展和广泛应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种otdr组合装置。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请提供一种otdr组合装置，包括：

采用不透光的气密性封装的外壳；

置于所述外壳内部的激光器单元、光路分离单元和光电转换单元，其中：

所述激光器单元，配置为上电后输出第一光信号至所述光路分离单元；

所述光路分离单元，配置为将所述第一光信号输出至待测光纤，并将所述待测光纤反射回的第二光信号输出至所述光电转换单元；

所述光电转换单元，配置为将所述第二光信号转换为电信号，并将所述电信号输出。

采用本申请实施例所提供的方案，通过将otdr的主要元器件集成在一不透光的气密性封装中，光通过装置内部的空气或真空在各个元器件之间进行传输。如此，otdr的各组件之间不再需要使用光纤进行连接，从而降低了生产工艺的复杂性，降低成本，缩小otdr整体的体积，降低使用功耗。

附图说明

图1为本申请相关技术中的otdr组件的结构示意图；

图2为本申请实施例的一种otdr组合装置的组成结构示意图；

图3a为本申请实施例的另一种otdr组合装置的组成结构示意图；

图3b为本申请实施例的一种otdr组合装置使用过程中的光路传输示意图；

图4a为本申请实施例的又一种otdr组合装置的组成结构示意图；

图4b为本申请实施例的又一种otdr组合装置使用过程中的光路传输示意图；

图5为本申请实施例的otdr组合装置中的光电转换单元的组成结构示意图；

图6为本申请实施例的otdr组合装置中的激光器单元的组成结构示意图；

图7为本申请实施例的又一otdr组合装置的组成结构示意图；

图8为本申请实施例的又一otdr组合装置的组成结构示意图；

图9为本申请实施例的又一otdr组合装置的组成结构示意图；

图10为本申请实施例的又一otdr组合装置的组成结构示意图；

图11a为本申请实施例的又一otdr组合装置的组成结构示意图；

图11b为本申请实施例的又一otdr组合装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

相关技术中的otdr组件11如图1所示，otdr激光器12发出脉冲光，从光环行器15的端口1进入光环行器后再从端口2进入待测光纤14，待测光纤14返回光信号到环行器的端口2，再从端口3进入apd组件13，apd组件13将接收到的光信号转换成电信号后，再对电信号进行分析处理，以得到检测的结果。图1中的otdr激光器12、光环行器15以及apd组件13三个分立的器件需要使用光纤进行各器件之间光路的连接，而进行光路连接就需要对各连接点进行熔接，并且分立的器件会导致otdr组件的体积大、功耗高、成本高和生产工艺复杂的问题。

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述。

本申请实施例提供一种otdr组合装置，如图2所示，该otdr组合装置10包括：

采用不透光的气密性封装的外壳100；

置于所述外壳100内部的激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400，其中：

所述激光器单元200，配置为上电后输出第一光信号至所述光路分离单元300；

所述光路分离单元300，配置为将所述第一光信号输出至待测光纤14，并将所述待测光纤反射回的第二光信号输出至所述光电转换单元400；

所述光电转换单元400，配置为将所述第二光信号转换为电信号，并将所述电信号输出。

该otdr组合装置的外壳100为不透光的气密性封装，可以避免内部激光的传输受到外部光线或杂质的影响，装置内部可以充满空气，也可以为真空腔。装置内部的各个单元之间没有光纤或其他介质的连接，直接置于外壳100的内部。激光器上电后产生激光，即第一光信号，通过内部的空气或真空区域将其输出至光路分离单元300。光路分离单元300具有单向透光的特性，第一光信号可以透过光路分离单元300，再通过空气或真空区域出至待测光纤。为了避免待测光纤上的通信光信号与测试使用的第一光信号之间产生干扰，这里第一光信号可以采用与通信光信号不同波长的激光信号。

根据背向的瑞利散射和菲涅尔反射原理，输入至待测光纤的第一光信号会有一部分光通过瑞利散射沿原光路返回；当光纤中出现光纤熔接、连接器、弯曲或断点等情况时，输入的第一光信号会有另一部分光通过菲涅尔反射沿着光纤返回。这两部分光信号组成了第二光信号返回至光路分离单元300。由于光路分离单元300单向透光，而返回的第二光信号与第一光信号方向相反，因此，光路分离单元300会将第二光信号反射而不透过。这里，需要将光路分离单元300对应的反射方向设置为对准光电转换单元400，光电转换单元400通过空气或真空区域接收到光路分离单元300反射的第二光信号后，再将第二光信号转换为电信号，并将其输出。输出后的电信号通过其他信号分析装置的处理，即可分析出光纤中的光路情况，从而实现对光纤的检测。

在本实施例中，由于光信号在装置内部可以直接通过空气等均匀的光介质来传输，或者在真空中传输。装置的外壳100可以由金属材料制成，形成一个不透光的气密性封装，从而保证装置内部的洁净。使光电转换单元400仅接收到由待测光纤14返回的第二光信号，而不会受到外界光线或杂质的影响；同时也可以避免光电转换单元400以及激光器单元200内部的芯片收到外界光波的影响，造成的测试精度不准确，或温度过高等现象。如此，无需在各个处理单元之间通过光纤来熔接，从而节省了空间、降低功耗，同时也降低了生产工艺的复杂性。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置20，如图3a所示，该装置20包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述光路分离单元300包括：依次沿所述第一光信号的光路方向分布的准直透镜310、光隔离器320和滤光片330，其中：

所述准直透镜310，配置为将所述第一光信号准直后输出至所述光隔离器320；

所述光隔离器320，配置为透过所述第一光信号并输出至所述滤光片330，并吸收所述第二光信号，使所述第二光信号与所述第一光信号隔离；

所述滤光片330，配置为透过所述第一光信号并输出至所述待测光纤14，并反射所述第二光信号并输出至所述光电转换单元400。

本实施例提供了光路分离单元300的一种组成结构，光线在各元件之间传输的光路图如图3b所示。准直透镜310接收到激光器单元200输出的第一光信号后，会进行准直的处理。也就是将第一光信号调整至沿着光路方向的平行光。准直后的第一光信号透过光隔离器320输出至滤光片330，光隔离器320是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波反射的光能够被光隔离器320很好的隔离。第一光信号再透过滤光片330输出至待测光纤。当待测光纤返回第二光信号时，射向滤光片330，这里将滤光片330设置为与第一光信号的光路方向成一个大于0度小于90度的角度，这样第二光信号射向滤光片330时，会以一个大于0度的反射角反射至另一方向。将光电转换单元400放置在反射的第二光信号对准的方向，即可接收到第二光信号，并转换为电信号输出。

第二光信号的一部分也会透过滤光片330来到光隔离器320，由于，光隔离器320只能通过第一光信号方向的光线，而透过滤光片330第二光信号与第一光信号的方向是相反的，因此会被光隔离器320所吸收而不会污染其他光信号。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置30，如图4a所示，该装置30包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述光路分离单元300包括：准直透镜310、光隔离器320和滤光片330；

所述第一光信号包括：透过所述滤光片330输出至所述待测光纤的第三光信号和被所述滤光片330反射的第四光信号；

所述光路分离单元300还包括：吸收片340，配置为吸收所述第四光信号；

对应地，所述滤光片330，还配置为透过所述第三光信号至所述待测光纤，并反射所述第四光信号至所述吸收片；

所述吸收片340与所述光电转换单元400分别位于所述光路方向的两侧。

这里，与上一实施例中相同，滤光片330与第一光信号的光路方向成一个锐角，因此，第一光信号输出至滤光片330时，也会有一部分光以一定的反射角反射至另一方向，而这一部分光不再会按照光路进入到待测光纤中，而是射向装置内部的其他位置。如果这部分光没有被吸收，就会在装置内不断反射或散射，从而造成装置内部的光污染。因此，在滤光片330对应的反射角方向，需要设置一个吸收片，将这部分光吸收，避免造成装置内部的光污染。

吸收片位于第一光信号经滤光片330反射的光线方向上，而光电转换单元400位于第二光信号经过滤光片330反射的光线方向上，他们分别位于第一光信号的光路方向两侧。光路图如图4b所示，第一光信号通过准直透镜310和光隔离器320后，射向滤光片330，此时，第一光信号中的一部分光，即第三光信号通过滤光片进入待测光纤；另一部分光，即第四光信号反射向吸收片340而被吸收。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置，该装置包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；光电转换单元400的立体结构示意图如图5所示，所述光电转换单元400包括：

apd芯片410，配置为在所述apd芯片410的p-n结上加反向偏压时，将从所述光路分离单元300接收的所述第二光信号转换为电信号，将所述电信号输出；

第一过渡块420，配置为承载所述apd芯片410，并装配在所述外壳100内，第一过渡块420的表面上有镀金区域430，用于焊接apd芯片410的管脚，并与外接导线连接，将电信号输出。在图5中有两个镀金区域430，一个用于直接与apd芯片410连接，另一个用于打线，连接直至外部的信号处理装置，这两个镀金区域可以通过导线连接。实际应用时，镀金区域430的形状和镀金区域430的数量可以由不同种类apd芯片的设计而决定。

这里的apd芯片410可以由外接电源提供电能，在p-n结上加反向偏压，也可以通过配置在第一过渡块420上的电池来提供电能。第一过渡块420需要具有导热功能，可以采用导热材料，如陶瓷或金属等；也可以在两面镀金，且两个面上有部分镀金层需要导通，以实现导热的功能，避免apd芯片410工作的过程中发热烧坏。

本申请实施例提供一种otdr组合装置，该装置包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；激光器单元200的立体结构示意图如图6所示，所述激光器单元200包括：激光器芯片210和第二过渡块220；

所述激光器芯片210，配置为上电后所述激光器芯片210中的发光材料受到能量激发时，输出第一光信号至所述光路分离单元300；

所述第二过渡块220，配置为承载所述激光器芯片210，并装配在所述外壳100内。第二过渡块220上有镀金区域230，用于焊接激光器芯片210，并将电能传递至激光器芯片210。图6中镀金区域230共有三个，分别用于连接激光器芯片210的三个管脚，例如，分别连接激光二极管器件的正负极和检测端。在实际应用中，镀金区域230的形状和镀金区域230的数量由不同种类激光器芯片的功能和结构来决定。

这里可以将为激光器芯片210提供电能的电路设置在第二过渡块220上，上电后激励激光器芯片210中的发光材料，当该发光材料受到能量激发时，会发出激光，并输出至光路分离单元300。第二过渡块220也可以由导热材料制成，例如陶瓷材料，便于散热，避免激光器芯片210工作的过程中发热烧坏。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置40，如图7所示，该装置40包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述装置40还包括：

光纤准直器500，配置为将所述第一光信号由所述光路分离单元300输出至所述待测光纤14，将所述第二光信号输出至所述光路分离单元300。

这里的光纤准直器500位于该otdr组合装置40与待测光纤14连接的位置。光纤准直器500可以由尾纤和自聚焦透镜组成，它可以将需要输出至待测光纤的第一光信号耦合至待测光纤14内，或将待测光纤14返回的第二光信号转换为准直光，再输出至滤光片310。即起到连接待测光纤14的作用。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置50，如图8所示，该装置50包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述外壳100上配置有尾管110、光窗120和尾管口130；

所述光纤准直器500穿入所述尾管110中，一端对准所述光窗120，另一端对准所述尾管口130；

所述光窗120对准所述光路分离单元300；

所述待测光纤14接入所述尾管口130。

这里，在外壳100的一侧开一个口作为光窗120，光窗120正对着第一光信号的光路方向。外壳100上配置一个尾管110便于放置光纤准直器500，尾管口130朝向待测光纤的方向。光纤准直器500插入尾管110后，一端对准光窗120，另一端对准尾管口130，将待测光纤14接入尾管口130后，即可与光纤准直器500连接。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置60，如图9所示，该装置60包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述装置60内部还包括导电区域140，配置为为所述激光器单元200和所述光电转换单元400提供电能；所述光电转换单元400通过所述导电区域140将所述电信号传递至管脚150；

所述外壳100的外部包括：与所述导电区域140连接的所述管脚150，配置为连接外部的检测装置和电源。

由于激光器单元200和光电转换单元400均为有源器件，需要电能以维持工作状态，因此，可以在外壳的内设置导电区域140，以连接激光器单元200和光电转换单元400。同时，光电转换单元400对光信号进行处理后会得到电信号，便于外部的检测装置进行分析处理，因此，光电转换单元400输出的电信号，也可以通过导电区域140导向外部的管脚150。导电区域140与外壳100外部的管脚150相导通。管脚150可以插在电路板上，也可以直接连接其他装置和电源。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置70，如图10所示，该装置70包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述光路分离单元300包括：准直透镜310、光隔离器320和滤光片330；所述装置还包括：

热感应器600，配置为检测所述装置内部的温度，得到温度测试结果；

制冷器700，配置为根据所述温度测试结果，调整所述装置内部的温度。

由于装置内部的各器件工作过程中会发热，而整个装置又是一密闭的空腔环境，如果不进行散热，温度持续升高，有可能会烧坏内部的器件，或者影响各器件的性能。因此，在装置内部装配一个热感应器600，来测试装置内部的度，再装配一个制冷器700，根据热感应器600的温度测试结果，来适当地制冷，以调整装置内部的温度。

本申请实施例另提供一种otdr组合装置80，如图11a所示，该装置80包括：外壳100、激光器单元200、光路分离单元300和光电转换单元400；所述光路分离单元300包括：准直透镜310、光隔离器320和滤光片330；所述装置80还包括：设置在所述制冷器700上的第三过渡块800，采用导热材料制成；

所述第三过渡块800，配置为承载所述激光器单元200、光路分离单元300、光电转换单元400和所述热感应器600。

第三过渡块800具有良好的导热功能，可以通过制冷器700对装置内各个期间进行降温，从而保证装置的恒温工作。

如图11b为上述实施例中装置的剖面图，在外壳100的顶部还包括一个管盖160。当装置内部的器件需要装配、修理或调整时，可以将管盖160打开；当装置工作时，可以将管盖160关闭，以密封整个装置。

本申请实施例提供一种otdr组合装置，如图11a所示，该装置将多个分立器件集成为一个封装器件，简化otdr的工艺流程，大大缩小otdr的体积、降低成本，降低功耗，提高了集成化程度。解决了生产中生产效率、生产成本和功能复合等核心需求。

本实施例中的otdr组合装置包括：外壳100，外壳100内部包括：光纤准直器500、滤光片330、吸收片340、光隔离器320、准直透镜310、第三过渡块800、激光器单元200、光电转换单元400以及制冷器700和热感应器600。该外壳100上方有开口，便于维修和调整外壳100内部的上述各器件，使用时由管盖封口，以保证装置的气密性。

外壳100的一侧包括尾管110、光窗120和尾管口130；光纤准直器500穿入尾管110。外壳100另一侧的内部有可进行电路连接的导电区域140，由镀金材料构成；外壳100外部有与导电区域140相连接的管脚150，可用于焊接其他器件；如，将整个装置通过管脚150焊接在电路板上，来与电源和外部的信号分析装置相连接。

第三过渡块800用于承载激光器单元200、滤光片330、吸收片340、光隔离器320、准直透镜310、光电转换单元400以及热感应器600等。这些器件装配在第三过渡块800上，该第三过渡块800具有导热的功能，使用能够导热的材料制成，如陶瓷、金属等。第三过渡块800再安装在制冷器700上，制冷器700装配在外壳100的壳体内部。当激光器单元200及光电转换单元400在工作的过程中会产生热量，为了防止器件被烧坏，需要在装置内部装配温控器件来保持装置内部恒温。因此，将上述器件装配在具有导热功能的第三过渡块800上，然后再将第三过渡块800装配在制冷器700上。热感应器600可以包括热敏电阻，热敏电阻通过根据装置内部的温度来对应控制制冷器700来制冷。

准直透镜310、光隔离器320、滤光片330、光纤准直器500依次装配在激光器单元200的光路对准的位置。

光电转换单元400平行于激光器单元200放置，且放置在滤光片330光路对准位置的一侧。

吸收片340放置在滤光片330光路对准的另一侧，与光电转换单元400成一定角度。

激光器单元200包括激光器芯片210和第二过渡块220。第二过渡块220用于承载激光器芯片210，激光器芯片210上电后可以输出激光。

光电转换单元400包括apd芯片410和侧面镀金的第一过渡块420，apd芯片410装配在第一过渡块420上；第一过渡块420需要具有导热功能，可以采用导热材料，如陶瓷或金属等；第一过渡块420上放置apd芯片410的一面还需镀金以起到导电的作用，方便apd芯片410的电极焊接和打线；apd芯片410焊接在第一过渡块420的镀金区域后，通过表面的金属与装置内部的导电区域140导通至外部管脚150，从而与外接的电源连接获取电能，并将电信号输出至外部的信号分析装置。

本申请实施例中的光路实现方式包括：激光器单元200的激光器芯片210上电后输出激光，输出光经过准直透镜310进行准直，准直光经过光隔离器320输出到滤光片330上，经过滤光片330的一部分光反射到吸收片340上，被有效吸收；另一部分光透射通过滤光片330及光窗120到光纤准直器500上，通过光纤准直器500中的尾纤输出至待测光纤；待测光纤中反射回来的光经过光纤准直器500输入，透射光经过光窗120，入射到滤光片330上，经过滤光片330后反射被光电转换单元400的apd芯片410吸收转换成电信号后输出。

本申请实施例中的otdr组合装置，具备以下核心特征：

第一、包含otdr激光器发射组件、光电转换单元400及输入与输出光的分离元件；

第二、内置制冷器700和热感应器600保证otdr组合装置用的激光器单元200和光电转换单元400持续工作在恒定温度下，提高了性能；

第三、otdr组合装置为气密性封装；由于本申请实施例的otdr组合装置中，各个器件之间无需使用光纤熔接，为了避免空气中的杂质和外部光线对测试结果造成影响，需要使该装置的具备气密性。

第四、可以实现以下功能：otdr激光器加电后发射出特定波长的激光脉冲，激光脉冲通过管口光纤输出后进入待测光纤；在待测光纤中反射回来的光经过该管口光纤传输进到器件内的apd组价进行探测，转换成电信号后进行电域处理。

本申请的上述实施例中的上述otdr组合装置具有如下优点：

第一、多个元件集成封装，器件尺寸缩小，otdr组合装置的整体尺寸也相应缩小；

第二、多个元件集成为一个组合装置后，简化otdr的生产工艺，降低成本和功耗；

第三、元件集成封装，省略光路多次熔接，提高性能，提高生产效率。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。