應用于dwdm-pon系統中的下行發(fā)射機及系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，包括光梳頻發(fā)生單元、帶通濾波器、光環(huán)形器、第一陣列波導光柵以及多個半導體反射式光放大器；其中，光環(huán)形器的第一端通過帶通濾波器連接光梳頻發(fā)生單元；光環(huán)形器的第二端通過第一陣列波導光柵連接多個半導體反射式光放大器；光梳頻發(fā)生單元用于產生中心波長與波長間隔可調的梳狀光源；帶通濾波器用于將梳狀光源濾出多個波長信道；半導體反射式光放大器用于鎖定波長信道并調制下行數據；第一陣列波導光柵用于將已調制的波長信道進行波分復用后輸入光環(huán)形器。本發(fā)明還包括相應的系統。其中的關鍵是，本發(fā)明利用光梳頻發(fā)生器作為光源注入，線寬窄，輸出功率較大。
【專利說明】應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機及系統

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信【技術領域】，具體地，涉及一種應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機及系統。

【背景技術】
[0002]新型寬帶業(yè)務正走入越來越多的行業(yè)和家庭中，如視頻共享、高清晰電視、大文件云共享、大型網絡游戲等的不斷出現和增長，各種類型的用戶均對接入網的帶寬和傳輸能力，包括傳輸距離和用戶數量提出了更高的要求。除了上述可預見的應用，一些全新的和不可預見的需要大量帶寬的服務可能會突然出現，從而妨礙最終用戶面向未來的網絡?；诠饫w通信的無源光網絡(Passive Optical Network, PON),因其帶寬高,成本低的優(yōu)勢，已經被廣泛地應用在接入網領域。每個無源光網絡的網絡基礎設施可以被多個用戶共享，管理運營簡單，被認為是目前最有前途的實現光接入的解決方案。目前，在各種PON技術中，以太網無源光網絡(^Ethernet Passive Optical Network, ΕΡ0Ν)和吉比特無源光網絡(Gigabit Passive Optical Network,GP0N)已被廣泛部署在當前的寬帶光纖接入網絡中，用于提供包括電視、數據和語音的三網融合業(yè)務。而下一代光接入網要求提供大量的專用和對稱帶寬，并具有數據隱私性和升級的靈活性。因此，在不久的將來，波分復用無源光網絡(Wavelength Divis1n Multiplexed Passive Optical Network, WDM-P0N)必將成為下一代光接入網的助推者。
[0003]WDM-PON為每個用戶分配特定的波長，具有帶寬大、對協議透明、保密性高、服務質量好等優(yōu)點，被認為是未來大容量接入網的主流解決方案。因消費需求猛增、帶寬資源有限，下一代接入網對用戶數量、長距傳輸以及波長密集化提出了更高的要求。相比WDM-PON而言，由于更高效率地利用了有限的帶寬資源和提升了 C波段中的用戶數量，密集波分復用無源光網絡(Dense Wavelength Divis1n Multiplexing Passive Optical Network,DWDM-PON)被認為是未來PON技術發(fā)展的重要方向之一。
[0004]在DWDM-PON系統的光線路終端(Optical Line Terminal,0LT)中，需調制下行高速率信號，對種子光源波長精度、波長間隔、光源線寬等性能參數提出了更高的要求。同時OLT中的光源成本可由所有光網絡單元(Optical Network Unit7ONU)用戶共同分擔,發(fā)射機產生的波長數量越多，可以提供支持的用戶數量越多，從而能更好地降低系統成本。
[0005]現有的DWDM-PON下行或上行發(fā)射機中，低成本多用戶共享光源注入及調制技術一般分為以下幾種方案:
[0006]1、放大自發(fā)福射(Amplified Spontaneous Emiss1n,ASE)光源注入法布里-拍羅激光器(Fabry-Perot Laser D1de, FP-LD)中進行數據調制。通常情況下，法布里-拍羅激光器是多模輸出，但是在外注入鎖定的情況下，法布里-珀羅激光器能實現準單模輸出。本方案中將外注入的ASE光經過陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating, AWG),濾波得到某些特定波長光源注入到法布里-珀羅激光器，經過鎖定并調制數據后輸出準單模激光，準單模輸出激光的邊模抑制比可達30dB。
[0007]2、ASE光源注入反射式半導體光放大器(Reflective Semiconductor OpticalAmplifier, RSOA)中進行數據調制。RSOA自發(fā)輻射光譜與ASE譜相似，單模光注入后可鎖定并反射放大輸出。將外注入的ASE經過AWG濾出所在通道的光源，注入到RSOA中鎖定及調制數據，并可將輸出光放大，得到大于30dB邊模抑制比的單模輸出激光。所不同的是，FP-LD需要注入某些特定波長的光才能鎖定，而RSOA可對其工作波段內任意波長的光源注入鎖定。
[0008]上述方案均能夠實現種子光源注入及數據調制，其中方案2由于RSOA集調制、放大、反射于一體且對工作波段內任意單模波長均可鎖定的特點，引起很多研究人員的興趣。相關的文獻報道，針對該方案目前的研究熱點主要集中在使用RSOA作為發(fā)射機主要部件，研究光源注入方法以及使波長信道更加密集化等方面。
[0009]經過現有文獻檢索發(fā)現，Ulysses R等人在《0FC2013, Optical FiberCommunicat1n Conference (美國光通信會議)》(March 17-21, 2013)上發(fā)表了題為“Combined Self-Seeding and Carrier Remodulat1n Method for ReflectiveTransmitters in WDM-PON”的文章，提出利用OLT端的RSOA自發(fā)輻射，輻射光經過安置在OLT中的通道間隔為100GHz的AWG，部分輻射光耦合到法拉第旋光鏡(Faraday RotatorMirror, FRM)中，由FRM反射并返回AWG后，濾出所在通道波長的光注入此RSOA中鎖定并調制數據。這種注入方法不需要其他光源，具有降低成本的優(yōu)勢。然而由于AWG濾出的光線寬較寬，利用其注入鎖定產生的載波同樣線寬較寬，不利于長距離光纖傳輸，文獻中報告的實驗傳輸距離是20km。
[0010]又經檢索發(fā)現,Joon-Young Kim等人于2012年在《Optics Express (光學快報)》(Vol.20，Issue26，pp.B45-B51，2012)上發(fā)表了題為“DWDM-PON at25GHz channel spacingbased on ASE inject1n seeding”的文章。該文章提出了一種上行發(fā)射機方案,該方案在OLT端使用ASE光源,下行傳輸到遠端結點(Remote Node, RN),通過遠端節(jié)點中的25GHz通道間隔AWG濾出所在通道波長的光注入ONU端的RSOA中鎖定并調制上行數據。這種注入方法在OLT端使用ASE光源，進一步分攤了成本。25GHz間隔的DWDM-PON系統有效地增加了用戶數量和節(jié)約了帶寬資源。但是因其使用AWG濾出的光，線寬仍然較寬。而且下行注入光和上行傳輸光是同一個波長，會產生瑞利后向散射，很大程度上影響了傳輸距離，文中報告的最大傳輸距離是60km。


【發(fā)明內容】

[0011]針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，使通道間隔達到12.5GHz，下行傳輸距離達到150km，單通道調制速率為
1.25Gbps的數據，以實現更大的網絡覆蓋范圍和盡可能降低用戶使用成本。
[0012]根據本發(fā)明一個方面提供的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，其特征在于，包括光梳頻發(fā)生單元、帶通濾波器、光環(huán)形器、第一陣列波導光柵以及多個半導體反射式光放大器；
[0013]其中，所述光環(huán)形器的第一端通過所述帶通濾波器連接所述光梳頻發(fā)生單元；所述光環(huán)形器的第二端通過所述第一陣列波導光柵連接多個所述半導體反射式光放大器；
[0014]所述光梳頻發(fā)生單元用于產生中心波長與波長間隔可調的梳狀光源；所述帶通濾波器用于將所述梳狀光源濾出多個波長信道；所述半導體反射式光放大器用于鎖定所述波長信道并調制下行數據；所述第一陣列波導光柵用于將已調制的波長信道進行波分復用后輸入所述光環(huán)形器。
[0015]優(yōu)選地，還包括光纖放大器，所述光環(huán)形器的第三端連接所述光纖放大器。
[0016]優(yōu)選地，所述光梳頻發(fā)生單元包括光梳頻發(fā)生器、微波信號源和單模激光器；
[0017]其中，所述微波信號源和單模激光器均通過所述光梳頻發(fā)生器連接所述帶通濾波器；
[0018]所述微波源用于產生微波信號，所述單模激光器用于產生單模激光；所述光梳頻發(fā)生器用于將輸入單模激光和微波信號調制成梳狀光譜的光信號輸出。
[0019]優(yōu)選地，所述光梳頻發(fā)生器包括法布里珀羅電光調制器和溫度控制器；
[0020]所述微波信號源和單模激光器均通過所述法布里珀羅電光調制器連接所述帶通濾波器；法布里珀羅電光調制器用于將輸入單模激光和微波信號調制成梳狀光譜的光信號輸出；
[0021]溫度控制器用于維持法布里珀羅電光調制器的溫度。
[0022]優(yōu)選地，所述微波信號的射頻為12.5GHz。
[0023]根據本發(fā)明另一個方面提供的下行發(fā)射系統包括所述的下行發(fā)射機、饋入式線光纖、遠端節(jié)點以及光網絡單元；饋入式線光纖的一端連接所述下行發(fā)射機，另一端連接所述遠端節(jié)點；所述遠端節(jié)點連接所述光網絡單元；所述下行發(fā)射機用于輸出下行數據；所述遠端節(jié)點用于將所述下行數據傳輸到光網絡單元。
[0024]優(yōu)選地，所述遠端節(jié)點包括第二陣列波導光柵；所述饋入式線光纖通過所述第二陣列波導光柵連接所述光網絡單元。
[0025]優(yōu)選地，還包括分布式光纖，所述第二陣列波導光柵通過所述分布式光纖連接所述光網絡單元。
[0026]優(yōu)選地，所述光網絡單元包括光電接收設備，所述光電接收設備連接所述第二陣列波導光柵；所述光電接收設備用于解調下行數據。
[0027]與現有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0028]1、本發(fā)明利用光梳頻發(fā)生器作為光源注入，相比ASE光源而言，其線寬窄，輸出功率較大，中心波長和波長間隔可根據需要調節(jié)，輸出單模波長數量多，輸出頻率覆蓋整個C波段；
[0029]2、本發(fā)明中通道間隔12.5GHz，相比參考文獻中使用的25GHz通道間隔的DffDM-PON而言，本發(fā)明在C波段可容納超過300個波長信道，極大提高了用戶數量，提升了頻譜資源利用效率；
[0030]3、本發(fā)明的傳輸距離可達到150km，與現有ASE注入方案相比，梳狀光源由于其線寬窄，可在RSOA中鎖定出準單模激光，有利于長距離傳輸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0032]圖1為本發(fā)明所應用的DWDM-PON下行傳輸系統結構示意圖，本發(fā)明僅包括光線路終端部分；
[0033]圖2為本發(fā)明中濾出40個通道后的光梳頻發(fā)生器輸出光譜圖。
[0034]圖中:
[0035]I為光線路終端；
[0036]2為遠端節(jié)點；
[0037]3為分布式光纖；
[0038]4為光環(huán)行器；
[0039]5為摻鉺光纖放大器；
[0040]6為饋入式線光纖。

【具體實施方式】
[0041]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0042]如圖1所示，在本實施例中，根據本發(fā)明提供的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機即光線路終端I部分。本發(fā)明提供的下行發(fā)射系統還包括饋入式線光纖6、遠端節(jié)點2以及光網絡單元；饋入式線光纖6的一端連接所述光線路終端1，另一端連接所述遠端節(jié)點
2；
[0043]所述遠端節(jié)點2連接所述光網絡單元；所述光線路終端I用于輸出下行數據；所述遠端節(jié)點2用于將所述下行數據傳輸到光網絡單元。
[0044]所述光線路終端I包括光梳頻發(fā)生單元、帶通濾波器、光環(huán)形器4、第一陣列波導光柵以及多個半導體反射式光放大器；
[0045]其中，所述光環(huán)形器4的第一端通過所述帶通濾波器連接所述光梳頻發(fā)生單元；所述光環(huán)形器4的第二端通過所述第一陣列波導光柵連接多個所述半導體反射式光放大器；所述光環(huán)形器4的第三端連接所述饋入式線光纖6 ；
[0046]所述光梳頻發(fā)生器用于產生中心波長與波長間隔可調的梳狀光源且輸出波長覆蓋整個C波段，在C波段可輸出超過300個波長的光，且輸出光線寬很窄，-3dB線寬僅e-2nm級。所述帶通濾波器用于將所述梳狀光源濾出多個波長信道；所述半導體反射式光放大器用于鎖定所述波長信道并調制下行數據；所述第一陣列波導光柵用于將已調制的波長信道進行波分復用后輸入所述饋入式線光纖6。
[0047]本發(fā)明提供的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機還包括光纖放大器,所述光環(huán)形器的第二端通過所述光纖放大器連接所述饋入式線光纖6。所述光纖放大器采用摻鉺光纖放大器5。所述遠端節(jié)點包括第二陣列波導光柵；所述饋入式線光纖6通過所述第二陣列波導光柵連接所述光網絡單元。本發(fā)明提供的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機還包括分布式光纖，所述第二陣列波導光柵通過所述分布式光纖連接所述光網絡單元。所述第二陣列波導光柵通過分布式光纖將下行數據傳輸到每個光網絡單元。所述光網絡單元、所述分布式光纖以及所述反射式半導體光放大器的數量都為N個，N為大于I的自然數。
[0048]所述光梳頻發(fā)生單元包括光梳頻發(fā)生器、微波信號源和單模激光器；其中，所述微波信號源和單模激光器均通過所述光梳頻發(fā)生器連接所述帶通濾波器；所述微波源用于產生微波信號，所述單模激光器用于產生單模激光；所述光梳頻發(fā)生器用于將輸入單模激光和微波信號調制成梳狀光譜的光信號輸出。所述微波信號的射頻為12.5GHz，所述單模激光波長由實際需要決定，通常在1550nm附近。
[0049]所述光梳頻發(fā)生器包括法布里珀羅電光調制器和溫度控制器；所述微波信號源和單模激光器均通過所述法布里珀羅電光調制器連接所述帶通濾波器；法布里珀羅電光調制器通過電光調制原理，將輸入單模激光和微波信號調制成梳狀光譜的光信號輸出；由于調制器溫度變化會影響輸出波長，溫度控制器用于維持法布里珀羅電光調制器的溫度，進而穩(wěn)定其輸出波長。
[0050]圖2所示為實驗中濾出40個通道后的光梳頻發(fā)生器輸出光譜，中心波長1549.6nm,由一個單模激光器輸入光源設定；波長間隔為0.1nm,由微波源輸入12.5GHz微波信號設定。光梳頻發(fā)生器中包括法布里珀羅電光調制器和溫度控制器，其輸出的中心波長由輸入的單模激光器決定，輸出的波長間隔取決于輸入的射頻信號，本發(fā)明中設定射頻為12.5GHz。這一過程需要使用一個微波源產生12.5GHz微波信號供給光梳頻發(fā)生器。光梳頻發(fā)生器產生的光可經一個帶通濾波器濾出所需要的N個波長信道，經過光線路終端的第一整列波導光柵濾出所需要的波長注入到各個通道的反射式半導體光放大器中鎖定并調制數據。所使用的調制方式為強度調制。N個通道中的已調制光經第一陣列波導光柵波分復用后，放大并輸入饋入式線光纖中進行下行數據傳輸。
[0051]所述的遠端節(jié)點包括一個和光線路終端參數相同的第二陣列波導光柵，進行波分解復用。光網絡單元包括:光電接收設備。下行光在其中進行數據解調，得到下行數據。
[0052]與現有技術相比，本實施例的優(yōu)點在于:
[0053]1、利用光梳頻發(fā)生器作為光源注入，相比ASE光源而言，其線寬窄，輸出功率較大。中心波長和波長間隔可根據需要調節(jié)。輸出單模波長數量多，輸出頻率覆蓋整個C波段；
[0054]2、通道間隔12.5GHz，相比參考文獻中使用的25GHz通道間隔的DWDM-PON而言，本方案在C波段可容納超過300個波長信道，極大提高了用戶數量，提升了頻譜資源利用效率；
[0055]3、傳輸距離可達到150km。與現有ASE注入方案相比，梳狀光源由于其線寬窄，可在RSOA中鎖定出準單模激光，利于長距離傳輸。
[0056]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。
【權利要求】
1.一種應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，其特征在于，包括光梳頻發(fā)生單元、帶通濾波器、光環(huán)形器、第一陣列波導光柵以及多個半導體反射式光放大器； 其中，所述光環(huán)形器的第一端通過所述帶通濾波器連接所述光梳頻發(fā)生單元；所述光環(huán)形器的第二端通過所述第一陣列波導光柵連接多個所述半導體反射式光放大器； 所述光梳頻發(fā)生單元用于產生中心波長與波長間隔可調的梳狀光源；所述帶通濾波器用于將所述梳狀光源濾出多個波長信道；所述半導體反射式光放大器用于鎖定所述波長信道并調制下行數據；所述第一陣列波導光柵用于將已調制的波長信道進行波分復用后輸入所述光環(huán)形器。
2.根據權利要求1所述的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，其特征在于，還包括光纖放大器，所述光環(huán)形器的第三端連接所述光纖放大器。
3.根據權利要求1或2所述的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，其特征在于，所述光梳頻發(fā)生單元包括光梳頻發(fā)生器、微波信號源和單模激光器； 其中，所述微波信號源和單模激光器均通過所述光梳頻發(fā)生器連接所述帶通濾波器； 所述微波源用于產生微波信號，所述單模激光器用于產生單模激光；所述光梳頻發(fā)生器用于將輸入單模激光和微波信號調制成梳狀光譜的光信號輸出。
4.根據權利要求3所述的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，其特征在于，所述光梳頻發(fā)生器包括法布里珀羅電光調制器和溫度控制器； 所述微波信號源和單模激光器均通過所述法布里珀羅電光調制器連接所述帶通濾波器；法布里珀羅電光調制器用于將輸入單模激光和微波信號調制成梳狀光譜的光信號輸出； 溫度控制器用于維持法布里珀羅電光調制器的溫度。
5.根據權利要求3所述的應用于DWDM-PON系統中的下行發(fā)射機，其特征在于，所述微波信號的射頻為12.5GHz。
6.一種下行發(fā)射系統，其特征在于，包括權利要求1至5任一項所述的下行發(fā)射機、饋入式線光纖、遠端節(jié)點以及光網絡單元； 饋入式線光纖的一端連接所述下行發(fā)射機，另一端連接所述遠端節(jié)點； 所述遠端節(jié)點連接所述光網絡單元；所述下行發(fā)射機用于輸出下行數據；所述遠端節(jié)點用于將所述下行數據傳輸到光網絡單元。
7.根據權利要求6所述的下行發(fā)射系統，其特征在于，所述遠端節(jié)點包括第二陣列波導光柵；所述饋入式線光纖通過所述第二陣列波導光柵連接所述光網絡單元。
8.根據權利要求7所述的下行發(fā)射系統，其特征在于，還包括分布式光纖，所述第二陣列波導光柵通過所述分布式光纖連接所述光網絡單元。
9.根據權利要求7所述的下行發(fā)射系統，其特征在于，所述光網絡單元包括光電接收設備，所述光電接收設備連接所述第二陣列波導光柵；所述光電接收設備用于解調下行數據。
【文檔編號】H04J14/02GK104243045SQ201410457754
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2014年9月10日
【發(fā)明者】張云昊, 肖石林, 周釗, 畢美華, 胡衛(wèi)生 申請人:上海交通大學