CN101563867B - 用于波长未知的波分复用的无源光学网络的光学线路终端和光学网络单元的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

在利用传统的下游光学信号重用方法的波分复用的无源光学网络(WDM-PON)中，存在需要提供不同的光学发射机类型以用于系统的操作、管理、替换等的库存问题。根据本发明的WDM-PON系统包括：种子光(SL)单元，用于使用至少一个种子光源来生成其波长间隔和中心波长被调整的种子光；光学线路终端(OLT)，用于从种子光单元接收波长多路复用后的种子光，将下游光学信号传送到WDM-PON的订户，并从订户接收上游光学信号；和光学网络单元(ONU)，用于从OLT接收下游光学信号，平坦化下游光学信号并利用上游数据来调制下游光学信号，从而将下游光学信号被重用于承载上游数据。可能通过充分地增加消光比来改善下游传送的质量和可靠性，并通过在半导体光学放大器中充分地平坦化输入下游光学信号来改善上游传送的质量和可靠性。

Description

用于波长未知的波分复用的无源光学网络的光学线路终端和光学网络单元的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于使反射半导体光学放大器(RSOA)或半导体光学放大器(SOA)中的已调制光学信号平坦化、以将作为结果的(resultant)光学信号重用为上游光学信号的方法，并具体地，涉及一种用于通过将其极性与输入光学信号的极性相反的信号注入到RSOA来改善该光学信号的平坦度并重用该光学信号的驱动设备，以及一种用于其的SOA结构。
本发明涉及一种在波分复用的无源光学网络(WDM-PON)中使用波长未知(wavelength-agnostic)光源的下游光学传送设备和方法、以及一种使用所述下游光学传送设备的光学线路终端(OLT)，且更具体地，涉及一种在WDM-PON中使用波长未知光源的下游光学传送设备和方法、以及一种使用所述下游光学传送设备和方法的OLT，所述下游光学传送设备和方法可通过使用多波长光源(MWLS)或宽带光源(BLS)作为波长未知光源并在OLT中使用与波长未知光源对应的光学发射机，来以低成本有效地执行WDM-PON上的OLT的管理、操作和维护/修复。本发明涉及一种用于配置密集波分复用的无源光学网络(DWDM-PON)的网络配置方法和上游/下游光学通信设备，且更具体地，涉及一种用于通过组合DWDM-PON或WDM-PON和时分多址(TDMA)技术来实现混合WDM-TDMA-PON的网络结构、以及一种在所述网络结构中使用的OLT和光学网络单元(ONU)。
这项工作受MIC/IITA的IT R&D规划[2007-S-014-01，Metro-AccessIntegrated Optical Network Technology(城域接入集成光学网络技术)]支持。
背景技术
为了使用传统的反射半导体光学放大器(RSOA)来配置波分复用的无源光学网络(WDM-PON)，已经提出了如下的方法：其中通过中心局(CO)而调制为下游数据的光学信号被传送到光学网络终端(ONT)的RSOA、并且RSOA相对于输入光学信号的功率而操作在增益饱和区，从而极大地减少当输入光学信号被重新调制到上游数据时在所述输入光学信号的电平“0”和电平“1”之间的差。
在该光学信号重用方法中，当RSOA的增益饱和发生在较低的光学功率(optical power)上时，光学链路中的光学功率预算增加，并因此，增益饱和功率需要减少到尽可能少，而需要充分地放大输入到RSOA的光学信号用于上游传送。结果，RSOA的增益需要足够大。
然而，实际上，RSOA在增益饱和区中的压缩能力有限，并因此在充分减少输入光学的消光比(ER)中存在限制。在这个情况下，当利用上游数据再次直接调制残余消光比时，残余消光比被反映到电平“1”的厚度(thickness)。当电平“1”较厚时，上游传送质量变差。如果电平“1”厚于特定厚度，则上游传送质量迅速变差。
相应地，下游光学信号的消光比可能需要减少到对于传送而言正好足够的最小。此时，由于下游光学信号的低消光比，在下游传送中可能发生功率损失(power penalty)。特别是，当配置下游链路的设备的光学波长(opticalwavelength)即使被轻微地错排(misarrange)时，也出现输入到接收机中的光学信号的消光比变得小于从发射机输出的光学信号的消光所达到的敏感性(sensitivity)，并且传送质量也迅速恶化。
最近，为应对声音/数据/广播混合服务的激励，全世界范围内正在积极进行基于波分复用(WDM)的网络的研究和开发。
使用在每个终端中指定的波长来执行WDM-PON中的中心基站和终端之间的通信。在WDM-PON中，由于专用波长用于每个终端，保证了良好的安全性，可能进行大量的通信服务，并且可以将不同的传送技术(例如，不同的数据速率、不同的帧格式等)应用到相应终端或服务。
在迄今已经提出的各种WDM-PON配置方法之中，下游光学波长重用方法通过重用下游光学波长来生成上游光学信号。这样，上游光学波长等于下游光学波长，不需要考虑基于WDM的多路复用/解多路复用单元的自由谱域(FSR：Free Spectral Range)，还可以配置多级远程节点，并且可以配置各种订户网络类型。
下文中，将详细描述使用下游光学信号重用方法的WDM-PON。
图13图示了根据传统下游光学信号重用方法的WDM-PON的配置。参考图13，WDM-PON包括光学线路终端(OLT)1300、光学线路1310、波长多路复用/解多路复用单元1320、和光学网络单元(ONU)1330。
首先，下面将描述OLT 1300的相应元件，其中OLT 130位于电话局。
如图13中所图示的OLT 1300包括协议处理单元1301、多个波长固定的光学发射机Tx#1至Tx#N 1302、波长多路复用器1303、光学循环器1304、波长解多路复用器1305和多个光学接收机1306。
如果将下游电学信号从协议处理单元1301传输到波长固定的光学发射机Tx#1至Tx#N 1302，则每个波长固定的光学发射机1302向波长多路复用器1303输出与下游电学信号对应的光学信号。
然后，波长多路复用器1303对从波长固定的光学发射机Tx#1至Tx#N 1302接收的光学信号进行彼此组合，并然后经由光学线路1310而将作为结果的信号传输到位于远程节点的波长多路复用/解多路复用单元1320。波长多路复用/解多路复用单元1320根据光学信号的波长来划分所述光学信号。波长多路复用/解多路复用单元1320在接收下游信号时操作为波长解多路复用器，并且在接收上游信号时操作为波长多路复用器。
向对应的ONU 1330传输波长多路复用/解多路复用单元1320已经根据光学信号的波长而划分的光学信号。
下文中，将详细描述每个ONU 1330的元件。这里，每个ONU 1330包括抽头耦合器1331、光学发射机1332、光学接收机1333、和协议处理单元1334。这里，光学发射机1332可以是波长未知的半导体光学放大器。
抽头组合器1331向光学接收机1333传输从波长解多路复用器1320传送的一些下游光学信号以将它们恢复为下游信号，并且将下游光学信号的剩余部分传输到光学发射机1332。
然后，如果光学发射机1332从协议处理单元1334接收上游电学信号，则光学发射机1332通过重用从抽头组合器1331接收的下游光学信号来生成上游光学信号，并向ONU 1330传送所述上游光学信号。
由于光学发射机1332使用作为波长未知光源的半导体光学放大器，所以库存(inventory)问题没有发生，并且光学发射机类型可以处理所有WDM信道。
然而，在使用传统下游光学信号重用方法的上述WDM-PON中，由于在WDM-PON上的电话局中使用的光学发射机是使用波长固定光源的波长固定类型的光学发射机(例如，输出相同光学波长的DFB-LD、波长固定外部谐振激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等)，所以需要与在电话局中可用的波长数目对应的不同类型光学发射机。根据波长进行光源的制造、安装和管理给予所有用户和提供者巨大的负担，并因此增加了系统成本。也就是说，在根据传统的下游光学信号重用方法的WDM-PON中，发生了应该为系统的操作、管理、替换等提供不同类型光学发射机的库存问题。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种驱动设备、以及适合于该驱动设备的反射半导体光学放大器(RSOA)和半导体光学放大器(SOA)结构，所述驱动设备用于通过将其极性与输入光学信号的极性相反的电流信号施加到RSOA并因此动态地调整RSOA的光学功率增益的大小、来使输入光学信号的光学功率平坦化以将输入光学信号重用为上游光学信号，而与RSOA的增益饱和无关。
本发明还提供了一种在波分复用的无源光学网络(WDM-PON)中使用波长未知光源的下游光学传送设备和方法、以及一种使用所述下游光学传送设备和方法的光学线路终端(OLT)，所述下游光学传送设备和方法可以通过使用多波长光源(MWLS)或宽带光源(BLS)作为波长未知光源并因此使用与波长未知光源对应的光学发射机、来有效地以低成本执行WDM-PON的OLT的管理、操作和维护。
本发明还提供了一种用于通过安装用于向其中输出多波长的MWLS或BLS以将从MWLS或BLS输出的连续波(CW)注入到光学波长未知半导体光学放大器(SOA)从而MWLS或BLS可以用作光学发射模块、来配置WDM-PON或者WDM-TDMA-PON中的光学波长未知OLT的方法。
与OLT的波长独立性不同，光学网络单元(ONU)的波长独立性通过以下操作来实现：将从OLT接收的一些下游光学信号传输到光电二极管(PD)使得通过电学放大器(例如，跨阻放大器(TIA)或者限幅放大器(LA))将每个下游光学信号恢复为电学信号，并将剩余部分的下游光学信号传输到半导体光学放大器(SOA)。为了将输入到半导体光学放大器的每个下游光学信号重用为上游光学信号，需要通过光学波长重用处理来擦除在下游光学信号中包括的下游数据。为此，本发明提出了前馈电流注入(FFCI：FeedForward Current Injection)方法。
技术解决方案
根据本发明的一方面，提供了一种反射半导体光学放大器(RSOA)驱动电路，包括：耦合器，用于将输入光学信号分离为第一信号和第二信号；RSOA，具有单个有源区，所述有源区从反射小面(reflective facet)反射第二信号，并向所述有源区注入具有与第二信号的极性相反的极性的信号、和用于将从反射小面反射的第二信号调制为输出光学信号的调制信号的组合信号；数据光电二极管，用于将第一信号转换为电流信号；跨阻放大器，用于从数据光电二极管接收电流信号，并将所述电流信号放大为具有与第一信号的极性相反的极性的电压信号；射频(RF)放大器，用于从跨阻放大器接收电压信号，并将所述电压信号放大为适于对第二信号的光学振幅进行平坦化的平坦化信号；RF延迟单元，用于从RF放大器接收平坦化信号，并调整该平坦化信号的输出定时，从而最大地平坦化第二信号；和信号组合器，用于组合所述平坦化信号和调制信号，并将组合的结果注入到RSOA的单个有源区。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用波长未知光源的下游光学传送设备，该下游光学传送设备使用在波分复用的无源光学网络(WDM-PON)的光学线路终端中，包括：种子光单元，用于生成多波长光学信号；波长多路复用/解多路复用单元，用于根据波长来划分多波长光学信号；光学发射机，用于响应于从外部装置接收的多个电学信号，使用从波长多路复用/解多路复用单元接收的光学信号来生成下游光学信号；和循环器，用于将多波长光学信号传送到波长多路复用/解多路复用单元，或者将从波长多路复用/解多路复用单元输出的光学信号传送到订户方，其中，波长多路复用/解多路复用单元对光学发射机所生成的多个下游光学信号进行彼此组合。
根据本发明的另一方面，提供了一种波分复用的无源光学网络(WDM-PON)系统，包括：种子光生成器，用于使用至少一个种子光源来生成其波长间隔和中心波长被调整的种子光；光学线路终端(OLT)，用于从种子光生成器接收种子光，将下游光学信号传送到WDM-PON的订户，并接收从订户传送来的上游光学信号；光学网络单元(ONU)，用于传送上游光学信号，从OLT接收的下游光学信号被调制到该上游光学信号，从而下游光学信号包括上游数据。
技术效果
实际上，在其中根据下游光学信号重用方法使用增益饱和区中的振幅压缩效应来使用反射半导体光学放大器(RSOA)的、波分复用的无源光学网络中，由于增益饱和状态中的RSOA的压缩性能有限，所以当下游信号的消光比很大时，难以充分地压缩下游信号以使上游传送充分可能。为了解决所述问题，本发明通过根据输入光学信号的振幅而动态地调整注入到RSOA的电流来极大地减少输入光学信号的消光比。
相应地，还可能减少上游光学信号的电平“1”的厚度并从而减少上游传送的功率损失，从而改善传送质量。此外，由于下游光学信号的消光比可维持在比通常使用的值更高的值上，所以与其中下游光学信号的消光比不可避免地维持低的传统方法相比、可能减少下游功率损失。特别地，可能避免当用于配置下游链路的设备的光学波长即使被轻微地错排时、下游光学信号的消光比也变得小于用于光学信号传送所需要的消光比、并因此传送质量也迅速变差所达到的敏感性。
结果，可以通过充分增加下游光学信号的消光比来改善下游传送的质量和可靠性，并且也可以通过使RSOA中的已调制下游光学信号充分平坦化来改善上游传送的质量和可靠性。
如上所述，根据本发明，通过将多波长光源(MWLS)或宽带光源(BLS)插入到OLT、并因而使用波长未知半导体光学放大器来代替波长固定类型的半导体光学放大器作为用于OLT的光学发射机，可以解决OLT的库存问题。
此外，根据本发明，通过使多波长光源的输出光学波长之间的间隔小于波长多路复用/解多路复用单元的通频带宽、从而对于每个WDM信道存在多个波长，而可能解决多波长光源的波长稳定性问题并增加系统稳定性。
如上所述，根据本发明，在WDM-PON中，OLT的波长独立性是通过将来自MWLS或BLS的种子光注入到OLT并使用波长未知光学发射机用于OLT来实现的。相应地，由于OLT的单个光学传送部分可以接收并处理不同的波长，所以OLT可以使用单个光学传送部分来实现，而与所使用的基于WDM的光学波长的数目无关。
此外，为了实现ONU的波长独立性，本发明提出了一种根据输入光学信号的振幅来动态地调整要注入到RSOA的电流的方法。因此，还可能进一步减少上游光学信号的电平“1”的厚度，并因此减少上游传送的功率损失，从而改善传送质量。
此外，由于下游光学信号的消光比可以维持在比通常使用的值更高的值上，所以与其中下游光学信号的消光比不可避免地低的传统方法相比、可能减少下游功率损失，并避免了当用于配置下游链路的设备的光学波长即使被轻微地错排时、下游光学信号的消光比也变得小于用于光学信号传送所需要的消光比、并因此传送质量也迅速变差所达到的敏感性。
结果，通过促使下游光学信号的消光比充分增加，而可能改善下游传送的质量和可靠性、并使半导体光放大器中的输入下游光学信号充分平坦化，从而改善上游传送的质量和可靠性。
附图说明
图1是基于重用光学信号的反射半导体光学放大器(RSOA)的波分复用的无源光学网络(WDM-PON)的概念图；
图2是基于重用光学信号的RSOA的WDM-PON-时分复用(TDM)的概念图；
图3是用于解释利用基于RSOA的增益饱和的光学信号压缩效应进行的平坦化的视图；
图4是用于解释在RSOA中利用前馈电流注入(FFCI)使输入光学信号平坦化的现象的视图；
图5图示了根据本发明实施例、其中有源区被划分为两个区段(section)以通过动态控制前馈电流的注入而使光学振幅平坦化的结构或RSOA；
图6图示了根据本发明第一实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路；
图7图示了根据本发明第二实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路；
图8图示了根据本发明第三实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路；
图9图示了根据本发明第一实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路；
图10图示了根据本发明第二实施例、用于将前馈电流注入到包括两个有源区的RSOA的驱动电路；
图11图示了根据本发明第三实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路；
图12图示了根据本发明实施例、用以改善输入光学信号的平坦度的包括三个有源区的RSOA的结构；
图13图示了根据传统下游光学信号重用方法的WDM-PON的配置图；
图14图示了根据本发明实施例、在WDM-PON中的使用多波长光源(MWLS)模块的光学线路终端(OLT)；
图15、16和17是示出了在图14图示的结构中MWLS的输出谱、波长多路复用/解多路复用单元的通频带、和已经穿过波长多路复用/解多路复用单元的输出谱的视图；
图18图示了根据本发明实施例、在WDM-PON中的使用宽带光源(BLS)模块的OLT；
图19、20和21是示出了在图18图示的结构中BLS模块的输出谱、波长多路复用/解多路复用单元的通频带、和已经穿过波长多路复用/解多路复用单元的输出谱的视图；
图22是传统WDM-PON的配置图；
图23是传统的混合WDM-TDM-PON的配置图；
图24是用于解释根据本发明实施例、利用RSOA或SOA(半导体光学放大器)的增益饱和特性进行的输入光学波长重用现象的视图；
图25是用于解释根据本发明实施例、通过在RSOA或SOA中注入前馈电流进行的输入光学波长重用现象的视图；
图26至图29图示了根据本发明实施例、使用种子光(SL)来使OLT的光学发射机光学波长未知的WDM-PON结构；
图30至图33是用于解释根据本发明实施例、当使用MWLS作为种子光时种子光的输出谱和已经穿过WDM解多路复用器的输出谱的视图；
图34至图36图示了根据本发明实施例的MWLS模块；
图37至图39是用于解释根据本发明实施例、当使用BLS作为种子光时BLS的输出谱、WDM多路复用/解多路复用单元的通频带、和已经穿过WDM多路复用/解多路复用单元的输出谱的视图；
图40图示了根据本发明实施例、在OLT和远程节点(RN)之间的馈线(feeder)中从用于下游传送的光纤中分出用于上游传送的光纤的WDM-PON结构；
图41图示了根据本发明实施例、使用种子光以使OLT的光学发射机未知光学波长的WDM-TDMA-PON结构；
图42图示了根据本发明实施例、在OLT和RN之间的馈线路径中从用于下游传送的光纤中分出用于上游传送的光纤的WDM-TDMA-PON结构；
图43至图45图示了根据本发明实施例的基于RSOA的输入光学波长重用设备的结构；
图46至图49图示了根据本发明实施例的基于SOA的输入光学波长重用设备的结构；
图50图示了根据本发明实施例、使用限幅放大器(LA)的输出信号以将输入到RSOA的光学信号重用作传送光的、简化输入光学波长重用设备的结构；和
图51图示了根据本发明实施例、使用跨阻放大器(TIA)的输出信号以将输入到RSOA的光学信号重用作传送光的、简化输入光学波长重用设备的结构。
最佳模式
根据本发明的一方面，提供了一种反射半导体光学放大器(RSOA)驱动电路，包括：耦合器，用于将输入光学信号分离为第一信号和第二信号；RSOA，具有单个有源区，所述有源区从反射小面反射第二信号，并向所述有源区注入具有与第二信号的极性相反的极性的信号、和用于调制从反射小面反射的第二信号以生成输出光学信号的调制信号的组合信号；数据光电二极管，用于将第一信号转换为电流信号；跨阻放大器，用于从数据光电二极管接收电流信号，并将所述电流信号放大为具有与第一信号的极性相反的极性的电压信号；射频(RF)放大器，用于从跨阻放大器接收电压信号，并将所述电压信号放大为适于对第二信号的光学振幅进行平坦化的平坦化信号；RF延迟单元，用于从RF放大器接收平坦化信号，并调整该平坦化信号的输出定时，从而最大地平坦化第二信号；和信号组合器，组合所述平坦化信号和调制信号，并将组合的结果注入到RSOA的单个有源区。
此外，反射半导体光学放大器具有两个有源区，并包括：光学放大器类型半导体，包括用于反射输入光学信号的反射小面；和光学放大半导体，包括后部区和前部区，所述后部区位于所述反射小面一侧、并且向其注入具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号，所述前部区位于面对反射小面的后部区一侧的相对侧、并且从其中穿过输入光学信号并注入用于将从反射小面反射的输入光学信号调制为输出光学信号的信号。
此外，反射半导体光学放大器包括三个有源区：第一有源区，向其中注入具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号，以使输入光学信号的振幅平坦化；第二有源区，位于第一有源区的一侧，向其中注入DC电流，以光学放大穿过第一有源区的输入光学信号；和第三有源区，位于第二有源区的另一侧，向其中注入用于将穿过第二有源区的输入光学信号调制为输出光学信号的信号。
此外，RSOA是具有两个有源区的光学放大器，并包括：反射小面，用于反射输入光学信号；和包括后部区和前部区的光学放大半导体，所述后部区位于所述反射小面一侧、并且向其注入具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号，所述前部区位于后部区的另一侧、并且从其中穿过输入光学信号并向其中注入用于将从反射小面反射的输入光学信号调制为输出光学信号的信号，其中从第一LD驱动器传送来的平坦化信号被注入到所述具有两个有源区的RSOA的后部区；和其中用于将第二信号调制为输出光学信号的信号被注入到所述具有两个有源区的RSOA的前部区。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用波长未知光源的下游光学传送设备，该下游光学传送设备使用在波分复用的无源光学网络(WDM-PON)的光学线路终端中，包括：种子光(seed light)单元，用于生成多波长光学信号；波长多路复用/解多路复用单元，用于根据波长来划分多波长光学信号；光学发射机，用于响应于从外部装置接收的多个电学信号，使用从波长多路复用/解多路复用单元接收的光学信号来生成下游光学信号；和循环器，用于将多波长光学信号传送到波长多路复用/解多路复用单元，或者将从波长多路复用/解多路复用单元输出的光学信号传送到订户方，其中，波长多路复用/解多路复用单元对光学发射机所生成的多个下游光学信号进行彼此组合。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用波长未知光源的下游光学传送设备，该下游光学传送设备使用在波分复用的无源光学网络(WDM-PON)中，包括：种子光单元，用于生成宽带光学信号；波长多路复用/解多路复用单元，用于根据波长来划分所述宽带光学信号；光学发射机，用于响应于从外部装置接收的多个电学信号，使用从波长多路复用/解多路复用单元接收的光学信号来生成下游光学信号；和循环器，用于将宽带光学信号传送到波长多路复用/解多路复用单元，或者将从波长多路复用/解多路复用单元输出的光学信号传送到订户方，其中波长多路复用/解多路复用单元对光学发射机所生成的多个下游光学信号进行彼此组合。
根据本发明的又一方面，提供了一种由波分复用的无源光学网络(WDM-PON)的光学线路终端(OLT)所使用的、使用波长未知光源的下游光学传送方法，包括：使用多波长光源来生成多波长光学信号；根据波长来划分多波长光学信号；响应于从外部装置接收的多个电学信号，使用根据波长接收并划分的每个光学信号来生成多个下游光学信号；以及对多个下游光学信号进行彼此组合，并通过光学线路将组合的结果传送到订户方。
根据本发明的又一方面，提供了一种由波分复用的无源光学网络(WDM-PON)的光学线路终端(OLT)所使用的、使用波长未知光源的下游光学传送方法，包括：使用宽带光源(BLS)来生成宽带光学信号；根据波长来划分宽带光学信号；响应于从外部装置接收的多个电学信号，使用根据波长接收并划分的每个光学信号来生成多个下游光学信号；以及对多个下游光学信号进行彼此组合，并通过光学线路将组合的结果传送到订户方。
根据本发明的又一方面，提供了一种在波分复用的无源光学网络(WDM-PON)中使用的、使用波长未知光源的光学线路终端(OTL)，包括：协议处理单元，用于对要传送到订户方的下游电学信号或者从订户方传送来的上游电学信号进行协议处理；下游光学传送单元，用于响应于从协议处理单元输出的每个下游电学信号、使用多波长光学信号或者宽带光学信号，来生成多个下游光学信号，并对所述多个下游光学信号进行彼此组合并生成WDM下游光学信号；循环器，用于通过光学线路将WDM下游光学信号传送到订户方；和上游光学接收单元，用于经由循环器而接收通过光学线路从订户方传送来的WDM上游光学信号，根据波长来划分所述WDM上游光学信号，将每个光学信号转换为电学信号，并将所述电学信号输出到协议处理单元。
本发明提供了如下的第一实施例和第二实施例的两个实施例。
第一实施例提供了一种在根据下游光学信号重用方法的波分复用的无源光学网络(WDM-PON)中的结构，其中作为波长未知光源的半导体光学放大器被用作使用多波长光源(MWLS)模块的电话局的光学发射机，并决定从MWLS模块输出的光学信号的波长间隔和波长解多路复用器(波长分离器)的通频带宽。
第二实施例提供了一种在根据下游光学信号重用方法的WDM-PON中的结构，其中作为波长未知光源的半导体光学放大器被用作使用宽带光源(BLS)模块的电话局中的光学发射机。
根据本发明，电话局中的下游光学传送设备针对WDM信道而解多路复用从MWLS模块或BLS模块输出的光学信号，并将解多路复用的结果注入到RSOA。然后，RSOA针对从协议处理器接收的每个下游电学信号来生成光学信号，在电话局中利用波长多路复用器(波长组合器)来对为每个WDM信道生成的下游光学信号进行波长多路复用，并将波长多路复用的结果传送到订户方。
根据本发明的又一方面，提供了一种波分复用的无源光学网络(WDM-PON)系统，包括：种子光生成器，用于使用至少一个种子光源来生成其波长间隔和中心波长被调整的种子光；光学线路终端(OLT)，用于从种子光生成器接收种子光，将下游光学信号传送到WDM-PON的订户，并接收从订户传送来的上游光学信号；光学网络单元(ONU)，用于传送上游光学信号，向该上游光学信号调制了从OLT接收的下游光学信号，从而下游光学信号包括上游数据。
所述WDM-PON系统还包括波长多路复用/解多路复用单元，用于根据波长来划分从OLT传送来的下游光学信号，并对从ONU传送来的上游光学信号进行波长多路复用。
所述OLT和波长多路复用/解多路复用单元通过单个光纤彼此连接。
所述种子光单元包括：至少一个种子光源，用于生成具有预定波长的种子光；光学耦合器，用于收集并重新分发所述至少一个种子光源所生成的种子光；光学放大器，用于放大从光学耦合器输出的光学信号；和光学功率分离器，用于分离放大后的光学信号，并将已分离的光学信号传送到OLT。
所述OLT包括：OLT协议处理器，用于对要传送到订户方的下游数据和从订户方传送来的上游数据执行协议处理；下游光学发射机，用于向订户方传送包括通过调制种子光而生成的下游数据的下游光学信号；和上游光学接收机，用于接收包括了订户方想要传送的上游数据的上游光学信号。
所述下游光学发射机包括：下游光学信号调制器，用于调制种子光，使得种子光包括下游数据；下游光学信号多路复用器，用于对从下游光学信号调制器传送来的下游光学信号进行多路复用；循环器，用于在从下游光学信号多路复用器传送的下游光学信号中分出种子光信号；和下游光学信号放大器，用于对从循环器传送来的下游光学信号进行放大，从而将下游光学信号传送到ONU。
所述上游光学接收机包括：上游光学信号放大器，用于放大上游光学信号以补偿上游光学信号的传送损耗；上游光学信号解多路复用器，用于根据波长来划分从上游光学信号放大器传送来的上游光学信号；和上游光学信号解调器，用于解调上游光学信号，以便提取在从上游光学信号解多路复用器传送来的上游光学信号中包括的上游数据。
所述WDM-PON系统还包括：监视光学信号发射机，用于传送监视光学信号；监视光学信号接收机，用于在监视光学信号穿过无源光学网络之后，接收监视光学信号；链路监视控制器，用于控制所述监视光学信号发射机的光学信号传送和所述监视光学信号接收机的光学信号接收，并基于监视光学信号来确定连接OLT和ONU的光纤是否被截断、和是否从ONU传送了上游光学信号；第一耦合器，用于传送监视光学信号到光纤，使得在下游方向传送监视光学；和第二耦合器，用于在监视光学信号穿过无源光学网络之后从光纤划分监视光学信号，以便从光纤接收监视光学信号。
所述监视光学信号发射机包括：第一频率转换器，用于从链路监视控制器接收监视电学信号，并使用位于远离基带的频域中的RF载波来转换监视电学信号的频率；和监视光源单元，用于使用已经转换其频率的监视电学信号来调制监视光学信号，并生成调制后的光学信号。
所述监视光源单元包括：光学开关单元，用于接收种子光，并输出具有特定波长的光学信号；和反射半导体光学放大器(RSOA)，用于使用从第一频率转换器接收的监视电学信号和从链路监视控制器接收的监视电学信号来调制从所述光学开关单元接收的光学信号。
所述监视光源单元包括：光学信号多路复用/解多路复用单元，用于接收种子光，根据波长来划分种子光，并输出光学信号；和反射半导体光学放大器(RSOA)阵列单元，用于使用从第一频率转换器接收的监视电学信号和从链路监视控制器接收的监视电学信号来调制从光学信号多路复用/解多路复用单元接收的光学信号。
所述监视光学信号接收机包括：光学信号转换器，用于在监视光学信号穿过PON之后接收监视光学信号，并将监视光学信号转换为电学信号；和第二频率转换器，用于将从光学信号转换器接收的电学信号的频率转换到基带。
所述种子光源包括：光学放大器，用于生成光学信号；光学反射单元，用于通过改变光学信号的反射率和光学衰减率来反射光学信号；光学信号多路复用/解多路复用单元，用于接收所述光学放大器所生成的光学信号，根据波长来划分光学信号，并将划分后的光学信号传送到光学反射单元；光学耦合器，用于接收所述光学反射单元所反射的光学信号，将一些光学信号功率传送到外面，并将剩余部分的光学信号功率传送到光学放大器；和循环器，用于将所述光学放大器所生成的光学信号传送到光学信号多路复用/解多路复用单元，并向光学耦合器传送所述光学反射单元反射的光学信号。
所述OLT和波长多路复用/解多路复用单元以这样的方式来彼此连接，使得通过分开的光纤而分别执行上游传送和下游传送。
所述ONU包括：ONU协议处理器，用于对要传送到订户方的下游数据和从订户方传送来的上游数据执行协议处理；上游光学发射机，用于使下游光学信号平坦化并对下游光学信号进行光学放大，从而将下游光学信号转换为上游光，将上游光调制为包括订户方想要传送的上游数据的上游光学信号，并然后传送所述上游光学信号；下游光学接收机，用于接收包括下游数据的下游光学信号，并提取下游数据；和光学耦合器，用于划分下游光学信号功率，并将划分后的下游光学信号功率传送到上游光学发射机和下游光学接收机。
所述光学发射机包括：光学耦合器，用于将下游光学信号功率分离为第一信号和第二信号，并输出第一信号和第二信号；光电二极管，用于将第一信号转换为电流信号；跨阻放大器，用于对从光电二极管传送的电流信号进行放大、并将放大后的电流信号转换为电压信号；限幅放大器，用于再放大从跨阻放大器传送来的电压信号；第一延迟单元，用于调整从限幅放大器输出的或被限幅放大器反相的电压信号的相位，从而最佳地平坦化第二信号；“与”门，用于当上游数据具有电平“1”时从其中穿过第一延迟单元的输出信号，并且当上游数据具有电平“0”时阻止第一延迟单元的输出信号从其中穿过；第二延迟单元，用于以从“与”门输出的输出信号的相位等于上游光学信号的相位的方式，来调整从“与”门输出的输出信号的相位和上游光学信号的相位；第一LD驱动器，用于将从“与”门输出的输出信号调制为已调制的信号；第二LD驱动器，用于将从第二RF延迟单元输出的输出信号调制为已调制的信号；和反射半导体光学放大器(RSOA)，用于使用从第一LD驱动器输出的已调制的信号来使第二信号平坦化，并在从反射小面反射第二信号时使用从第二LD驱动器输出的已调制的信号来将第二信号调制成上游光学信号。
所述WDM-PON系统还包括：第一循环器，用于将第二信号分发到RSOA，从RSOA接收平坦化的信号，并将平坦化的光学信号划分到外面；外部调制器，用于从第一循环器接收平坦化的信号，并使用从第二LD驱动器输出的信号来将平坦化的信号调制成上游光学信号；和第二循环器，用于从外部调制器接收上游光学信号，并在上游方向传送所述上游光学信号，其中RSOA使用从第一LD驱动器输出的信号来平坦化第二信号。
所述RSOA包括含有后部区和前部区的两个有源区，后部区用于使用从第一LD驱动器接收的信号来平坦化第二信号，而前部区用于将第二信号穿过后部区，并从反射小面反射第二信号，并使用从第二LD驱动器接收的信号来将反射的第二信号调制成上游光学信号。
所述光学发射机包括：光学耦合器，用于将下游光学信号划分为第一信号和第二信号，并输出第一信号和第二信号；光电二极管，用于将第一信号转换为电流信号；跨阻放大器，用于对从光电二极管传送的电流信号进行放大、并将放大后的电流信号转换为电压信号；限幅放大器，用于再放大从跨阻放大器传送来的电压信号；第一延迟单元，用于调整从限幅放大器输出的、或通过限幅放大器反相的电压信号的相位，从而最佳地平坦化第二信号；“与”门，用于当上游数据具有电平“1”时从其中穿过第一延迟单元的输出信号，并且当上游数据具有电平“0”时阻止第一延迟单元的输出信号从其中穿过；第二延迟单元，用于调整从“与”门输出的信号的相位和上游光学信号的相位，使得从“与”门输出的信号的相位等于上游光学信号的相位；第一LD驱动器，用于将从“与”门输出的信号转换为调制后的信号；第二LD驱动器，用于将从第二RF延迟电路输出的信号转换为调制后的信号；半导体光学放大器(SOA)，用于使用从第一LD驱动器输出的信号和从第二LD驱动器输出的信号的组合信号来使第二信号平坦化，并将平坦化的信号调制成上游光学信号；和循环器，用于划分上游光学信号，从而在上游方向传送所述上游光学信号。
所述WDM-PON系统还包括：外部调制器，用于接收通过SOA平坦化的第二信号，并使用从第二LD驱动器输出的信号将第二信号调制成上游光学信号，其中SOA使用从第一LD驱动器输出的信号来平坦化第二信号。
所述SOA包括含有前部区和后部区的两个有源区，前部区用于使用从第一LD驱动器输出的信号来平坦化第二信号，而后部区用于使用从第二LD驱动器输出的信号来将通过前部区平坦化的第二信号调制成上游光学信号。
SOA包括三个有源区，所述三个有源区含有：前部区，用于使用从第一LD驱动器输出的信号来平坦化第二信号；中间区，用于对通过前部区平坦化的第二信号进行光学放大；和后部区，用于将通过中间区光学放大的第二信号调制成上游光学信号。
所述光学发射机包括：光学耦合器，用于将下游光学信号功率划分为第一信号和第二信号，并输出第一信号和第二信号；光电二极管，用于将第一信号转换为电流信号；跨阻放大器，用于对从光电二极管传送的电流信号进行放大、并将放大后的电流信号转换为电压信号；限幅放大器，用于再放大跨阻放大器所传送来的电压信号；延迟单元，用于调整从限幅放大器输出的或通过限幅放大器反相的电压信号的相位，从而最佳地平坦化第二信号；RF放大器，用于调整延迟单元所传送的信号，从而最佳地平坦化第二信号的大小；LD驱动器，用于将上游数据信号转换为已调制的信号；RSOA，用于使用从RF放大器输出的信号来使第二信号平坦化，并在从反射小面反射第二信号时使用从LD驱动器输出的信号来将平坦化的第二信号调制成上游光学信号。
所述延迟单元调整从跨阻放大器输出的或通过限幅放大器反相的电压信号的相位，而没有穿过限幅放大器，从而最佳地平坦化第二信号。
具体实施方式
下文中，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。
图1是基于重用光学信号的反射半导体光学放大器(RSOA)的波分复用的无源光学网络(WDM-PON)的概念图。参考图1，WDM-PON包括中心局(CO)101、光纤线路102、远程节点(RN)103、和多个光学网络终端(ONT)104。
中心局101包括用于传送下游数据的光源单元、用于接收上游数据的接收机、和用于对光学波长进行多路复用/解多路复用的光学多路复用/解多路复用单元(MUX/DMUX)。
远程节点103包括光学多路复用/解多路复用单元(MUX/DMUX)，该MUX/DMUX包括单个阵列波导光栅(AWG)或薄膜滤波器(TFF)。如果多路复用的下游光学信号被接收到远程节点RN 103的光学多路复用/解多路复用单元，则下游光学信号被根据它们的波长来划分，并通过光纤线路而传送到ONT 104。
每个ONT 104包括RSOA、光学接收机和耦合器。所述元件可以单独地排列、或者可以集成到单个衬底中。耦合器考虑下游光学功率的光学功率预算和增益饱和，而将通过光纤线路接收的下游光学信号的下游光学功率分发到RSOA和光学接收机。所述光学接收机接收对应的下游光学信号Di(其中，i＝1～N)，并且RSOA将对应的输入下游光学信号Di重新调制为上游光学信号Ui(其中，i＝1～N)，并(经由远程控制器103？)将已重新调制的上游光学信号Ui传送到中心局101。
上游光学信号Ui通过远程节点103的光学多路复用/解多路复用单元进行多路复用，并然后通过光纤线路102传送到中心局101。输入到中心局101的上游光学信号Ui通过中心局101中的光学多路复用/解多路复用单元进行解多路复用，并然后被传送到每个信道(或者每个波长)的光学接收机。光学接收机最终接收上游光学信号UN。
图2是基于重用光学信号的RSOA的WDM-PON-时分复用(TDM)系统的概念图。参考图2，WDM-PON-TDM系统包括中心局(CO)201、光纤线路202、远程节点(RN)203、和多个光学网络终端(ONT)204，其中远程节点203包括分离器205。元件201至204具有与图1图示的元件101至104相同的任务和功能。
考虑整个光学链路的功率预算和用于输入功率的RSOA的增益饱和来确定分离器205的分离比率1∶M。如果光学多路复用/解多路复用单元收到下游光学信号，则光学多路复用/解多路复用单元根据波长来划分下游光学信号，并且通过分离器205将每个下游光学信号根据它的波长传送到M个订户。也就是说，如果波长多路复用比率是1∶N，则可供给的订户的总数极大地增加到N×M。通过耦合器将传送通过分离器205和光纤线路202的每个下游光学信号输入到RSOA和光学接收机。输入到RSOA的下游光学信号被重新调制到上游光学信号，并且光学接收机恢复下游光学信号。输入到光学接收机的下游光学信号包括要向多个订户传送并已经使用时分方法进行多路复用的信息，并且光学接收机仅仅从所述信息中提取它的相关信息。上游光学信号以上游光学信号不与从剩余的(M-1)个订户传送的上游光学信号冲突这样的方式，在它的分配的时隙期间通过RSOA而传送到中心局201，-。从RSOA输出并使用TDM传送通过最多M个订户信道的上游光学信号通过远程节点203的分离器205来组合，然后通过光学多路复用/解多路复用单元来进行波长多路复用，并然后根据波长输入到中心局201的光学接收机。这里，光学接收机是突发模式的光学接收机，并需要具有足够的动态范围来补偿与分离器205连接的M个订户的上游光学信号之间的光学功率差异。
图3是用于解释利用基于RSOA的增益饱和的光学信号压缩效应进行的平坦化的视图。当将下游光学信号输入到增益被饱和的区时(也就是说，当输入光学功率大于增益被饱和处的光学功率时)，由于增益已经在电平“1”上饱和所以增益在电平“1”上没有充分起作用，而增益在电平“0”上相对大地起作用。结果，下游光学信号的电平“1”和电平“0”之间的差异ΔPin被减少到ΔPout，即ΔPin＞ΔPout。该现象被称为振幅挤压效应。然而，没有被完美地挤压的下游光学信号具有残留振幅ΔPout，并且如果在这个状态中直接将下游光学信号调制到上游数据，则上游光学信号的电平“1”变得更厚，即ΔPin→ΔP1。当电平“1”更厚时，上游传送的质量变得更差。特别地，如果电平“1”的厚度大于特定值，则上游传送的质量迅速变差，并相应地功率损失迅速增加。因此，需要大大减小下游光学信号的消光比。然而，如果下游光学信号的消光比小，则当构建下游链路的设备的光学波长即使被轻微错排时，消光比也迅速减少，并且传送质量也迅速变差。
图4图示了通过动态控制前馈电流的注入使光学信号平坦化。在输入光学信号的电平“1”时间段期间，如果与输入光学信号的电平“0”时间段中相比来减少电流注入量，即，如果I1＜I0，则增益减少。相应地，可以减少输入光学信号的电平“1”和电平“0”之间的功率差异。因此，可以以低输入光学功率进行平坦化，而与RSOA的光学增益饱和特性无关，并因此增加了光学链路的光学功率预算。此外，可以将下游光学信号的消光比相对地调高，从而可以减少下游传送的功率损失。此外，可以缓和其中即使当构建下游链路的设备的光学波长被轻微错排时、消光比也迅速降低并且传送质量也迅速变差的现象。另外，通过减少上游光学信号的电平“1”的厚度来改善上游传送的质量。
图5图示了根据本发明实施例、其中有源区被划分为两个区段以通过动态控制前馈电流的注入而使光学振幅平坦化的结构或RSOA。参考图5，RSOA包括前部区502(区段2)、后部区501(区段1)、和必要时可包括的模斑转换(SCC)区503。
用于调制上游光学信号的电流被注入到前部区502。前部区502接收输入光学信号的调制属性(property)，并将具有与输入光学信号的极性相反的极性的电流提供给后部区501。后部区501的载流子密度和光学功率增益根据所注入的电流来改变，从而增益在输入光学信号的电平“1”处减少，并在电平“0”处增加。相应地，可均匀地极大减少输入光学信号的消光比。
图6图示了根据本发明实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路。参考图6，驱动电路包括光学耦合器601、数据光电二极管(dPD)602、跨阻放大器(TIA)603、限幅放大器(LA)604、第一RF延迟605、第二RF延迟608、“与”(AND)门606、第一LD驱动器(LDDI)607、第二LD驱动器(LDD II)609、信号组合器610、RSOA 600、和光学延迟线611。
以将下游光学信号的一部分输入到RSOA 600，并将下游光学信号的另一部分输入到dPD 602这样的方式，通过光学耦合器601分离从电话局传送的下游光学信号。输入到dPD 602的下游光学信号被转换为电流信号并输出，并且然后通过跨阻放大器603放大以转换为电压信号。跨阻放大器603将所述电压信号传输到限幅放大器604。限幅放大器604重新放大电压信号。
限幅放大器604的输出端子之一连接到下游数据信号处理器，而另一个输出端子连接到RF延迟605。RF延迟605的输出信号被传输到“与”门605。
其间，一些输入上游数据信号被输入到“与”门606。“与”门606在所接收的上游数据信号具有电平“1”时从其中穿过第一RF延迟605的输出信号，并且在所接收的上游信号具有电平“0”时防止所述RF延迟605的输出信号穿过其中。“与”门606的输出信号通过第一LD驱动器607转换为电流信号，并然后输出。
输入上游数据信号的剩余部分通过第二LD驱动器609转换为电流信号，并且与偏置电流组合，并然后输出。用于供应前馈电流的第一LD驱动器607的输出信号和用于供应上游数据电流的LDD 609的输出信号通过信号组合器610来彼此组合，并然后被注入到RSOA 600中。
为了最佳地平坦化输入到RSOA的光学信号，通过第一RF延迟605将前馈信号的相位和输入到RSOA 600的下游光学信号的相位调整到最佳状态，而通过第二RF延迟608将输入到“与”门的上游信号的相位和输入到RSOA 600的上游信号的相位调整到最佳状态。其间，光学延迟线611起作用以补偿RF延迟I605的电延迟。
图7图示了根据本发明第二实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路。参考图7，除了将RF放大器712添加到RF延迟705的前面并省略了“与”门606、以便调整从限幅放大器704输出的信号的大小从而可以获得最佳平坦度之外，驱动电路的结构与图6中图示的驱动电路的结构相同。
RF延迟705的输出信号在信号组合器710中与LD驱动器709的输出信号组合，并然后被输入到RSOA 700，以便将其调制为上游数据。相应地，RSOA 700的电流输入具有如下的格式：与已调制的下游光学信号的强度成反比的前馈电流与LD驱动器709的输出电流重叠。
图8图示了根据本发明第三实施例、用于将前馈电流注入到包括单个有源区的RSOA的驱动电路。参考图8，除了位于限幅放大器704前面的跨阻放大器703的输出信号之一被用作前馈电流信号之外，驱动电路的结构与图7中图示的驱动电路的结构相同。
图9图示了根据本发明第一实施例、用于将前馈电流注入到包括两个有源区的RSOA的驱动电路。除了图6中的RSOA 600具有单个有源区、而图8的RSOA具有后部区和前部区两个有源区之外，图9图示的驱动电路的结构与图6中图示的驱动电路的结构相同，其中后部区位于反射小面一侧，并接收具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号，而前部区位于面对反射小面的后部区一侧的相对侧，将输入光学信号传递到后部区，并将从反射小面反射的输入光学信号调制为输出光学信号。
图10图示了根据本发明第二实施例、用于将前馈电流注入到包括两个有源区的RSOA的驱动电路。图10中图示的驱动电路的结构与图7中图示的驱动电路的结构类似。
图11是根据本发明第三实施例、用于将前馈电流注入到包括两个有源区的RSOA的驱动电路。图11中图示的驱动电路的结构与图8中图示的驱动电路的结构类似。
图12是用于解释根据本发明实施例、用以改善输入光学信号的平坦度的包括三个有源区的RSOA的视图。参考图12，SOA包括前部区1210、中间区1220、后部区1230以及SSC区1240。
SOA具有包括三个有源区的结构：前部区1210，向其输入了下游光学信号；中间区1220，用于放大下游光学信号；和后部区1230，用于将下游光学信号调制为输出光学信号。用于调制上游光学信号的电流被注入到后部区1230。中间区1220接收DC电流和输入光学信号的调制特性，并向前部区1210注入它们连同与用于调制的电流的极性相反的极性的电流。
前部区1210的载流子密度和光学功率增益取决于注入的电流。如果输入光学信号具有电平“1”，则前部区1210降低增益，并且如果输入光学信号具有电平“0”，则前部区1210增加增益。相应地，可明显地减少输入光学信号的消光比。
SSC区1240可用于增加在光纤线路和SOA之间的组合效应。
图14是根据本发明实施例、在WDM-PON中的使用多波长光源(MWLS)1401的光学线路终端(OLT)1300的框图。OLT 1300使用MWLS1401生成下游光学信号。
如图14中所示，OLT 1300包括协议处理器1301、下游光学传送单元1400、光学循环器1304、和上游光接收单元1410。下面将描述相应的元件。
首先，协议处理器1301处理要传送到订户方的下游电学信号、或者已经从订户方传送来的上游电学信号，并执行与图13中图示的协议处理器相同的功能。
如图14所图示的，下游光学传送单元1400包括多波长光源(MWLS)1401、光学循环器1402、波长多路复用/解多路复用单元1403和多个光学发射机1404。
图14中图示的OLT 1300通过将MWLS 1401和光学循环器1402添加到图13中图示的OLT 1300、并使用波长未知的半导体放大器作为光学发射机1404来实现。也就是说，光学发射机1404是与ONU 1330的光学发射机1332中相同的波长未知的半导体光学放大器，代替了图13中图示的波长固定类型的光学发射机1302。
波长多路复用/解多路复用单元1403在通过光学循环器1402从MWLS1401收到多波长光学信号时、操作为与波长分离器对应的波长解多路复用器，并且在从光学发射机1404收到多波长光学信号(对(ok)？)时、操作为波长多路复用器。图8中图示的波长多路复用/解多路复用单元1403也以相同的方式操作。
下面将参考图14至17来描述OLT 1300的操作。
如果从MWS模块1401输出多波长光学信号，则光学循环器1402将多波长光学信号传输到波长多路复用/解多路复用单元1403。
然后，波长多路复用/解多路复用单元1403用作波长分离器，如图16所图示的。也就是说，波长多路复用/解多路复用单元1403根据波长来划分多波长光学信号，并将每个光学信号输出到对应的光学发射机1404(参见图17)。
然后，如果每个光学发射机1404从协议处理器1301接收到下游电学信号，则光学发射机1404使用下游电学信号来生成下游光学信号并输出该下游光学信号。
波长多路复用/解多路复用单元1403对从相应光学发射机1404输出的下游光学信号进行彼此组合，并生成WDM下游光学信号。也就是说，波长多路复用/解多路复用单元1403用作波长多路复用器。
通过与分支单元对应的光学循环器1402或者1304向ONU方传送已经以这个方式组合的WDM下游光学信号。
下面，将参考图15、16和17来详细描述如上所述的用于在OLT中传送下游光学信号的方法。
其间，OLT 1300的上游光接收单元1410包括波长解多路复用器1305和多个光学接收机PD#1至PD#N 1306。上游光接收单元1410根据波长来划分通过光学循环器1304接收的(从ONU方传送来的)WDM上游光学信号，并将每个光学信号转换为电学信号，并输出作为结果的电学信号到协议处理器1301。即，上面已经参考图13描述了上游光接收单元1410的功能。
此外，ONU 1330也具有与上面在图13中描述的功能相同的功能，并因此将省略其详细描述。
图15、16和17是用于解释在图14图示的OLT 1300中的MWLS 1401的输出谱、波长多路复用/解多路复用单元1403的通频带、和已经穿过波长多路复用/解多路复用单元1403的输出谱的视图。
即，图15图示了MWLS 1401的输出谱(多波长光学信号的谱)，图16图示了与波长分离器对应的波长多路复用/解多路复用单元1403的通频带，而图17图示了穿过用作波长划分器的波长多路复用/解多路复用单元1403的特定信道的输出谱。
从MWLS模块1401输出的光谱被输出为具有多个波长，并且所述波长的输出光学功率是统一的，其中每个波长的输出光学功率在5dBm内。
当可用信道的数目是N并且信道间隔是ΔλWDM 1501时，从MWLS模块1401输出的多波长光学信号的带宽范围BWMWS 1500满足公式1。即，公式1表示N×ΔλWDM与MWLS 1401的输出光学信号的带宽范围BWMWS之间的关系。
BWMWS≤N×ΔλWDM
其间，如图16所图示的，波长多路复用/解多路复用单元1403的WDM信道通频带宽Δλpassband 1602与MWLS 1401的输出波长间隔ΔλMWS 1501之间的关系满足公式2。
ΔλMWS≥Δλpassband
当满足公式1和2时，在MWLS 1401的输出光学信号穿过波长多路复用/解多路复用单元1403之后，在图17中示出了作为结果的谱。
已经穿过波长多路复用/解多路复用单元1403的谱包括：在波长多路复用/解多路复用单元1403的信道通频带宽Δλpassband 1701中存在的MWLS 1401的输出波长。即，图17图示了在波长多路复用/解多路复用单元1403的信道通频带宽Δλpassband 1701中存在MWLS模块1401的三个输出波长的情况。
当在上面的条件下在WDM信道中存在几个波长时，由于在传送距离远时、光纤线路的发散性引起下游光学信号的失真，所以可能在WDM信道中出现功率损失。因此，当波长多路复用/解多路复用单元1403具有200GHz的波长间隔时，优选地满足接下来的公式3。
Δλpassband≤1.2nm
在诸如公式3的通频带宽范围内可存在至少一个光学波长。这里，在通频带宽范围内优选地存在两个或更多个光学波长。
MWLS 1401可配置为各种结构。例如，MWLS 1401可以是包括掺铒光纤环式激光器、半导体环式激光器、DFB-LB阵列、和波长多路复用器的结构。
图18图示了根据本发明实施例、在WDM-PON中的使用BLS的OLT的框图。
如图18所示，OLT 1300包括协议处理器1301、下游光学传送单元1800、光学循环器1304和上游光学接收单元1810，其中除了下游光学传送单元1800之外的元件与图14中图示的对应元件相同。
这里，如图18所图示的，下游光学传送单元1800包括宽带光源(BLS)1801、光学循环器1802、波长多路复用/解多路复用单元1803、和多个光学发射机1804。这里，每个光学发射机1804可以是波长未知的半导体光学放大器。
总之，图18中图示的OLT 1300和图14中图示的OLT 1300之间的主要差异在于用BLS 1801替代MWLS 1401。图18图示的OLT 1300的剩余结构基本上与图14中图示的OLT 1300的结构相同，并因此将省略其详细描述。
图19、20和21是用于解释在图18图示的OLT 1300中BLS模块1801的输出谱、波长多路复用/解多路复用单元1803的通频带宽、和已经穿过波长多路复用/解多路复用单元1803的输出谱的视图。
即，图19表示BLS 1801的输出谱(宽带光信号的谱)，图20表示用作波长分离器的波长多路复用/解多路复用单元1803的通频带宽，和图21表示已经穿过用作波长划分器的波长多路复用/解多路复用单元1803的特定信道的输出谱。
如图19所图示的，当WDM-PON的可用信道的数目是N并且信道间隔是ΔλWDM 2001时，BLS模块1801的输出带宽BWBLS 1900必须满足公式4。
BWBLS≥N×ΔλWDM
当满足公式4时，在图21中示出了在BLS 1801的输出光学信号已经穿过波长多路复用/解多路复用单元1803之后生成的谱，其中用“2101”表示信道通频带宽Δλpassband。
如图20所图示的，通过波长多路复用/解多路复用单元1803的信道通频带宽Δλpassband 2002来确定已经穿过波长分离器的光学信号的带宽。在长距离传送的情况下，必须满足公式3，以便减少由光纤线路的发散性导致的损失。
BLS 1801可配置为各种结构。例如，BLS 1801包括半导体超辐射(superluminescent)LED(SLD)、掺铒光纤放大器放大的自发发射(ASE)光源、半导体光学放大器、ASE光源等。
图22是图示了传统WDM-PON的配置图。参考图22，WDM-PON包括OLT、RN和ONU。
OLT包括多个接收机Rx、多个发射机Tx、用于对多个光学波长进行多路复用的WDM多路复用器(MUX)、和用于对多个光学波长进行解多路复用的WDM解多路复用器(DeMUX)。
RN包括：WDM多路复用器(MUX)，用于对从ONU接收的多个光学波长进行多路复用；和WDM解多路复用器(DeMUX)，用于对从OLT接收的多个光学波长进行解多路复用。
ONU包括：多个接收机Rx，用于接收下游光学信号；多个发射机Tx，用于传送上游光学信号；和光学耦合器，用于划分从RN接收的光学信号，并将一些光学信号发送到接收机Rx，而将其余部分的光学信号发送到发射机Tx。
图23是图示了传统的WDM-TDM-PON的配置图。参考图23，象WDM-PON一样，WDM-TDM-PON包括OLT、RN、和ONU。
象WDM-PON一样，OLT包括多个接收机Rx、多个发射机Tx、用于对多个光学波长进行多路复用的WDM多路复用器(MUX)、和用于对多个光学波长进行解多路复用的WDM解多路复用器(DeMUX)。
WDM-TDM-PON和WDM-PON之间的差别在于在WDM-TDM-PON中使用突发模式接收机，这是因为从ONU接收的上游光学分组通过应用TDMA方法而具有了突发特性。
RN还包括：WDM多路复用器(MUX)，用于对从ONU接收的多个光学波长进行多路复用；WDM解多路复用器(DeMUX)，用于对从OLT接收的多个光学波长进行解多路复用；和光学功率分离器，用于允许多个订户共享光学波长。
象WDM-PON中一样，ONU包括：多个接收机Rx，用于接收下游光学信号；多个发射机Tx，用于传送上游光学信号；和光学耦合器，用于划分从RN接收的光学信号，并将一些光学信号发送到接收机Rx，而将其余部分的光学信号发送到发射机Tx。
WDM-TDM-PON和WDM-PON之间的差别在于在WDM-TDM-PON中使用突发模式发射机，这是因为ONU仅仅在预定时间期间可传送光学信号。
图24是用于解释根据本发明实施例、利用RSOA或SOA的增益饱和特性进行的输入光学波长重用现象的视图。
如果下游光学信号被输入到增益饱和区(即，如果输入光学信号的功率大于(R)SOA的增益饱和处的光学功率)，则下游光学信号的电平“1”在增益饱和状态中不能有效地接收增益，而下游光学信号的电平“0”接收相对大的增益，下游光学信号的电平“1”和电平“0”之间的差ΔPin(消光)减少到ΔPout。
即，ΔPin＞ΔPout。这个现象被称为振幅挤压效应。然而，由于当在这个状态中直接将光学信号调制到上游数据时、还没有完全压缩的光学信号已经具有预定的值ΔPout，所以ΔPout被反映到已调制光学信号的电平“1”的厚度ΔP1。电平“1”的厚度ΔP1变得越厚，则上游传送的质量变得越低。具体地，如果电平“1”的厚度超过预定厚度，则上游传送的质量急剧恶化，并且功率损失增加。相应地，为了避免这个问题，必须显著地降低下游光学信号的消光比。
其间，当下游光学信号的消光比低时，出现了当来自用于构建下游链路的设备的光学波长即使轻微错排时、消光比也急剧减少并从而传送质量迅速恶化所达到的敏感性，并相应地下游传送的可靠性也恶化。
图25是用于解释根据本发明实施例、通过R(SOA)中的前馈电流的输入光学波长重用现象的视图。
与输入光学信号具有电平“0”时相比，当输入光学信号具有电平“1”时，在电平“1”的时间段期间通过减少注入的电流量来减少增益。相应地，输入光学信号的电平“1”和电平“0”之间的功率差(ER)可被平坦化。
相应地，由于即使在没有增益饱和发生处的低输入光学功率上也可以重用输入光学波长，所以光学链路的光学功率预算增加，可以将下游光学信号的消光比调整到相对高的值，并因此可以减少下游传送的功率损失。此外，可能缓解当来自用于构建下游链路的设备的光学波长即使轻微错排时、消光比也急剧减少并从而传送质量也迅速恶化的现象。通过减少电平“1”的厚度，可以改善上游传送的质量。
图26至图29是用于解释根据本发明实施例、使用种子光(SL)来使OLT 1610的光学发射机光学波长未知的WDM-PON结构的视图。
图26图示了使用光学波长重用方法的WDM-PON结构，所述光学波长重用方法用于通过使用种子光来传送上游数据以便实现光学波长未知的OLT 2610、并重用下游光学信号作为上游光以便实现光学波长未知的ONU2620。
通过单个光纤线路连接OLT 2610和RN 2630之间的馈线路径。参考图26，WDM-PON结构包括OLT 2610、种子光传送单元2600、RN 2630、和ONU 2620。
OLT 2610包括OLT协议处理器2615、多个下游光学传送功能单元、多个上游光接收单元、用于将上游和下游光学信号彼此划分开的循环器2619、和种子光传送单元2600。下面将描述相应的元件。
首先，OLT协议处理器2615对要传送到订户方的下游电学信号和要从订户方传送来的上游电学信号执行协议处理功能。
每个下游光学传送功能单元包括多个下游光学传送模块2612、WDM多路复用器(MUX)2611、用于划分来自下游光学信号的种子光的循环器2616和下游光学信号放大器2617。
每个上游光学接收功能单元包括多个光学接收模块2613、WDM解多路复用器(DeMUX)2614、和上游光学放大器2618。
下面将描述OLT 2610的操作。
通过循环器2616将从种子光传送单元2600传送来的种子光输入到WDM多路复用器(MUX)2611。在WDM多路复用器2611中，根据波长来划分种子光，并且每个已划分的种子光被输入到对应的发射机2612。发射机2612包括光学未知光学单元。
输入到光学未知光学单元的种子光被放大并调制到从协议处理器2615接收的下游数据，并然后从发射机2612输出。从发射机2612输出的光学信号包含下游数据并被输入到WDM多路复用器2611。
从多个发射机2612输出的光学信号通过WDM MUX 2611进行波长多路复用，穿过循环器2616以从下游光学信号中分出种子光，并通过光学放大器2617来适当地放大，并然后通过循环器2619输入到馈线光纤线路以将上游光学信号和下游光学信号分开。
其间，从ONU 2620传送来的上游光学信号被通过光学循环器2619输入到光接收功能单元，通过光学放大器2618进行放大，在WDM解多路复用器2614中根据波长来进行划分，并然后输入到对应的接收机2613。
接收机2613将光学信号转换为电学信号，从电学信号恢复电学数据，并然后将所恢复的数据输出到OLT协议处理器2615。
其间，OLT 2610包括：L-Tx 2660，用于传送用于监视的光学信号，以截取(truncate)光纤线路或确定发射机2622的操作状态；L-Rx 2670，用于接收用于监视的光学信号；和链路监视控制(LMC)单元2680，用于控制用于监视的光学信号的接收和传送，并向OLT协议处理器2615传送根据用于监视的光学信号获得的信息，或者接收并处理来自OLT协议处理器2615的控制信号。
此外，OLT 2610包括WDM耦合器2640和2650，用于通过光纤线路在下游方向传送用于监视的光学信号，或者从光纤接收用于监视的光学信号。
种子光传送单元2600包括：多个种子光2601；n×m(n和m是自然数)个光学组合器2602，用于收集并分发多个种子光；光学放大器2603，用于放大从n×m个光学组合器2602输出的光；和光学分离器2604，用于将种子光分发到多个OLT 2610。
下面将描述种子光传送单元2600的操作。
多个SL 2601在波长间隔和中心波长方面可具有不同的波长计划。如果当种子光具有相同的波长间隔时、种子光的开始波长彼此不同，则可通过使用耦合器2602耦合多个SL 2601来获得具有更窄波长间隔的种子光。所述方法被称为波长交织。
穿过耦合器2602的种子光通过光学放大器2603被放大，使得它们具有合适的光学功率，并然后被输入到1×n分离器2604。1×n分离器2604根据n个光功率(light power)分离种子光，并将每个种子光输出到对应的OLT2610。
RN 2630包括WDM多路复用/解多路复用单元(MUX/DeMUX)2631。WDM多路复用/解多路复用单元2631在接收下游信号时操作为WDM解多路复用器从而根据波长来划分下游信号，而在接收上游信号时操作为WDM多路复用器从而对光学波长进行多路复用并传输到OLT 2610。
ONU 2620包括光学组合器2621、光学发射机2622、光学接收机2623和ONU协议处理单元2624。
下面将描述ONU 2620的操作。
光学组合器2621划分从WDM解多路复用器2630传输来的下游光学信号的功率，从而将下游光学信号的一些功率传输到光学接收机2623以将它们恢复为下游数据，并将下游光学信号的功率的剩余部分注入到光学发射机2622。
注入到光学发射机2622的下游光学信号通过平坦化和光学放大而被转换为可重用作上游光的信号，并依次利用从ONU协议处理单元2624传送的并包含上游数据的电学信号将所重用的光转换为上游光学信号，并然后从光学发射机2622输出。由于ONU 2620的光学发射机2622可通过使用RSOA或SOA来使用在预定波带中包括的光学波长而不考虑它们的波长，所以相同类型的光学发射机2622可接收所有的WDM信道。
图27示出了在OLT 2610中包括的L-Tx 2660、L-Rx 2670、和LMC 2680的详细结构，以便确定OLT 2610和ONU 2620之间的光纤截取或者ONU2620的光学发射机2622的操作状态。
LMC 2680从OLT协议处理单元2615接收关于光学链路状态监视的控制信号。
这里，例如，LMC 2680将用于控制可调谐LD(TLD)2662的信号传送到TLD 2662，并将当被包含在用于监视光学链路状态的光中时要发送的电学信号(下文中，称为用于监视的电学信号)传送到FUC 2661，如图27中图示的，从而周期性地传送具有不同波长的光。
如图27中图示的，FUC 2661将所接收的电学信号上变频为距数据接收/传送波段(下文中，称为基带fB)充分远的RF载波fLM，并然后将上变频后的信号发送到TLD 2662。
TLD 2662根据LMC 2680接收的波长指定信号来在对应的波长上调制上变频后的信号，并在下游方向通过WDM组合器2640来传送作为结果的信号。
已经通过WDM组合器2640注入到光纤线路的用于监视的光学信号穿过馈线光纤线路和RN 2630，并然后输入到ONU 2620。输入到ONU 2620的用于监视的光学信号的一些光学功率被输入到光学发射机2622，并经历放大和波长重用处理，并然后在上游方向再次传送。
在上游方向传送的用于监视的光学信号通过光学耦合器2650而被传送到PD 2671，并然后转换为电学信号。PD 2671的输出信号在FDC 2671中被下变频为基带，并然后传送到LMC 2680。
传送到ONU 2620的用于监视的光学信号的剩余部分被传送到光学接收机2623。然而，由于低通滤波器(LPF)通常包括在在接收机2623中包括的TIA中，并且LPF仅从其中通过所接收的信号的基带、并去除距基带足够远的诸如用于监视的电学信号之类的信号，所以用于监视的电学信号对下游数据的恢复没有影响。
其间，例如，当没有收到与所有波长对应的用于监视的信号时，可以检测在馈线光纤路径中发生了光纤截取的情况。此外，例如，当在分布式网络路径中发生光纤截取时，没有收到与截取的光纤对应的用于监视的光学信号。
此外，其间，通过使用高灵敏度PD 2671，可以感测通过光纤的截取而在截取的表面上反射的光，光学发射机2622在ONU 2620处于关电状态时吸收所有已接收的光，并因此可以彼此区分ONU 2620的关电状态和光纤的截取状态。
此外，其间，由于LMC 2680具有光学时域反射计功能，所以LMC 2680可以准确地检测截取光纤的位置。
此外，例如，在WDM-TDM-PON的情况下，由于RN 2630包括分离器2633，所以光学波长由多个ONU 2620共享。在这个情况下，通常，OLT 2610难以检测分布式网络路径中的光纤的截取。
然而，在这个情况下，根据本发明，通过利用由OLT MAC层为ONU分发的上游传送时间信息，来传送特定ONU在为该ONU分配的时间段期间接收的光学波长，并在对应的时间段期间接收从ONU返回的光学信号，可以检测分布式网络路径中的光纤的截取，并因此在从OLT 2610到特定ONU 2620的整个路径上可以确定光纤的截取。
其间，用于监视的光学信号的一些功率穿过WDM耦合器2650，并传送到光学接收机2613以用于数据接收。由于在接收机2613中安装的跨阻放大器(TIA)一般包括LPF，所以接收机2613仅从其中通过所接收的信号的基带，并去除距基带足够远的诸如用于监视的电学信号之类的信号。因此，用于监视的电学信号对上游数据的恢复没有影响。
图28示出了根据本发明另一实施例、在OLT 2610中包括的L-Tx 2660、L-Rx、和LMC 2680的详细结构，以便确定OLT 2610和ONU 2620之间的光纤截取或者ONU 2620的发射机2622的操作状态。
除了图27中图示的结构利用TLD 2662作为L-Tx 2660、而图28中图示的结构利用RSOA 2663、1×n光学开关(OSW)2664和WDM多路复用器2665作为L-Tx 2660之外，图28中图示的结构与图27中图示的结构类似。
通过循环器2666而将种子光从SL模块2600发送到WDM多路复用器2665。WDM多路复用器2665根据波长来划分种子光，并将每个光传输到光学开关2664。
光学开关2664在LMC 2680的控制下将特定的光学波长传输到RSOA2663。RSOA 2663放大并反射光，并然后通过从FUC 2661注入的电流来调制作为结果的光。
已调制的光通过光学开关2664、WDM多路复用器2665、循环器2666和WDM耦合器2640而注入到下游光纤线路。
图28图示的结构和图27图示的结构之间的另一差别在于在图28图示的结构中、从发射机2612输出的光的波长确切地等于从L-Tx 2660输出的光的波长，并因此与图27中图示的其中两个光源的光学波长差异不统一的结构相比，可容易地处理光学波长之间的拍频(beating)现象。
图29示出了根据本发明另一实施例、在OLT 2610中包括的L-Tx 2660、L-Rx 2670、和LMC 2680的详细结构，以便确定OLT 2610和ONU 2620之间的光纤截取或者ONU 2620的发射机2622的操作状态。
除了图29中图示的结构利用TLD 2662作为L-Tx 2660、而图29图示的结构利用RSOA 2663和WDM多路复用器2665作为L-Tx 2660之外，图29中图示的结构与图27中图示的结构类似。
通过循环器2666而将种子光从SL模块2600输入到WDM多路复用器2665。WDM多路复用器2665根据波长来划分种子光，并将每个光传输到RSOA阵列2663。
RSOA阵列2663在LMC 2680的控制下，放大并反射光，并然后利用从FUC 2661注入的电流来调制作为结果的光。
已调制的光通过WDM多路复用器2665、循环器2666和WDM耦合器2640而注入到下游光纤线路。如图28中所图示的，由于从L-Tx 2612输出的光的波长确切地等于从L-Tx 2660输出的光的波长，所以与图27中图示的其中两个光源的光波长(light wavelength)之间的差异不统一的结构相比，图28中图示的结构可以容易地处理光波长之间的拍频现象。
图30至图33是图示了根据本发明实施例、当使用MWLS作为种子光时SL的输出谱和已经穿过WDM解多路复用器的谱的视图。
图30示出了当使用MWLS作为种子光2601时，从种子光2601输出的光谱、WDM多路复用器2611的通频带(参见图29)、和已经穿过WDM多路复用器2611的谱。
如图30和31所图示的，从每个MWLS输出的光学谱包括多个波长。在图30和31中，每个MWLS具有相同的波长ΔλWDM，但是它们的中心波长以交织格式而排列。
相应地，如果用耦合器组合两个MWLS，则两个MWLS的光学波长具有交织的形式，并因此输出谱的波长间隔减少到它的原始波长间隔的一半。
相应地，如果其光学波长更窄地排列的输出光穿过具有图32中图示的通频带格式的WDM多路复用器2611，则输出光将具有图33中图示的谱。
用于确定通信信道的WDM MUX 2611的每个通频带包括三个光学波长。
这样，当在单个WDM信道中存在几个波长时，如果传送距离远，则由于光纤的发散性而使下游光学信号失真并且可以生成功率损失。相应地，必须根据传送距离来适当地考虑在WDM多路复用器的通频带中包括的种子光的波长间隔和种子光的波长数目。
图34至图36图示了根据本发明实施例的用于实现MWLS的三个实施例。
其中如图34所图示的单模激光器(SML)阵列3401和WDM多路复用器3410个别地彼此组合的诸如DFB-LD的结构、和其中多模激光器(MML)阵列3502和WDM多路复用器3410个别地彼此组合的诸如法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光器二极管(FP-LD)的结构都是可能的。
如图35所图示的，可以将半反射镜(halfmirror)3511添加到WDM多路复用器3410的输出端子以便改善输出光的特性。
图36图示的结构包括光学反射单元3603、WDM多路复用器3410、光学放大器3607、循环器3605、和1×2耦合器3606。
在这个实施例中，反射镜可用作光学反射单元3603，并且可通过改变反射比或者光学衰减比来调整种子光输出光学波长之间的光学功率差异。
此外，可以使用诸如RSOA的有源元件作为光学反射单元3603。在这个情况下，由于每个RSOA的输出光被调制到电学信号，所以可以从SL 2601输出多个已调制的光学信号。
光学放大器3607可以是光纤光学放大器或者半导体光学放大器。
下面将描述图36中图示的MWLS 2601的操作。
光学放大器3607所生成的光被输入到循环器3605和WDM MUX 3410。根据光学波长来划分输入到WDM多路复用器3401的光，并输出到光学反射单元3603。光通过光学反射单元3603来反射，并然后再次输入到WDM多路复用器3410。
从WDM多路复用器3410输出的光通过循环器3605而输入到1×2光学耦合器3606。输入到光学耦合器3606的一些光学功率被输出到MWLS2601外，而剩余部分的光学功率被再次输入到光学放大器3607。
相应地，“光学放大器3607-循环器3605-WDM多路复用器3410-光学反射单元3603-WDM多路复用器3410-循环器3605-光学组合器3606-光学放大器3607”形成了闭环。
光学放大器3607所生成的光在光穿过闭环时被转换为具有激光发射(lasing)特性或者与激光发射特性类似的特性的光，并然后输出到MWLS2601外。
图37至图39是图示了根据本发明实施例、当使用BLS作为种子光时BLS的输出谱、WDM多路复用/解多路复用单元(MUX/DeMUX)的通频带、和已经穿过WDM多路复用/解多路复用单元的输出谱的视图。
图37图示了BLS的输出谱，图38图示了WDM多路复用器(MUX)的通频带，以及图39图示了已经穿过WDM多路复用器的特定信道的输出谱。
由于WDM多路复用器的输出带宽取决于WDM多路复用器的通频带，所以在长距离传送的情况下必须考虑由于光纤的发散性导致的功率损失、来确定传送距离和WDM多路复用器的通频带。可以以各种形式实现BLS。
例如，BLS可以使用半导体超辐射LED(SLD)、掺铒光纤放大器放大的自发辐射(ASE)光源、半导体光学放大器ASE光源等来实现。
图40图示了根据本发明实施例、在OLT 2610和RN 2630之间的馈线路径中从用于下游传送的光纤中分出用于上游传送的光纤的WDM-PON结构。
除了在OLT 2610和RN 2630之间的馈线路径中、上游传送和下游传送分别通过不同的光纤来执行之外，图40中图示的WDM-PON结构与图26中图示的结构相同。
为此，在RN 2630中包括了用于将在OLT 2610中包括的上游光学信号和下游光学信号彼此划分开的循环器312(图26中的2619)。图40中图示的剩余元件与图26中图示的对应元件相同。
由于图40中图示的结构通过分开的光纤来执行上游和下游传送，所以图40中图示的结构相对地能抵抗在馈线路径中生成的各种光学信号的反射。相应地，图40中图示的结构对于光学信号反射在传送距离方面具有更少的限制，并因此适合于长距离传送。
图41图示了根据本发明实施例、使用种子光以使OLT的光学传送未知光学波长的WDM-TDMA-PON结构。
图41图示了使用光学波长重用方法的WDM-TDM-PON结构，其中使用种子光以便实现光学波长未知的OLT，将下游光学信号重用作上游光，并传送上游数据以便实现光学波长未知的ONU。
通过单个光纤线路来连接OLT和RN之间的馈线路径。
对光学波长未知的WDM-TDMA-PON包括OLT 2610、种子光传送单元2600、RN 2630和多个ONU 2620。
除了由于上游光学信号通过利用TDMA方法而具有突发模式特性、所以上游光接收单元可以接收突发模式光学分组之外，OLT 2610具有与图26中图示的OLT相同的结构。
上面已经参考图26描述了种子光传送单元2600的结构。
RN 2630包括WDM多路复用/解多路复用单元(MUX/DeMUX)2631和1×n光学功率分离器2633。输入到RN 2630的下游信号2630在WDM多路复用/解多路复用单元2631中根据光学波长来被划分，并且将每个波长输入到1×n光学功率分离器2633。1×n光学功率分离器2633将所述波长的光学功率划分为1/n，并将所划分的光学功率输出到多个ONU 2620。
从ONU 2610传送的、具有相同波长的上游光学信号通过光学功率分离器2633来组合，并然后输入到WDM多路复用/解多路复用单元(MUX/DeMUX)2631。在WDM多路复用/解多路复用单元2631中，对具有不同光学波长的光学信号进行波长多路复用，并输出到OLT 2610。
除了由于传送相同波长的ONU必须仅仅在给定的特定时隙处传送光学信号、所以上游信号具有突发模式特性之外，每个ONU 2620的结构与图26中图示的对应结构中相同。相应地，光学发射机2622可能必须传送突发模式。
图42图示了根据本发明实施例、在OLT 2610和RN 2630之间的馈线路径中从用于下游传送的光纤中分出用于上游传送的光纤的WDM-TDMA-PON结构。
除了在OLT 2610和RN 2630之间的馈线路径中从用于下游传送的光纤中分出用于上游传送的光纤之外，图42图示的结构与图41图示的结构相同。
为此，在RN 2630中包括了用于将在OLT 2610中包括的上游和下游光学信号彼此划分开的循环器2632(图26中为2619)。
由于用于上游传送的光纤被从用于下游传送的光纤中分开，所以图42图示的结构相对地能抵抗在馈线路径中生成的各种光学信号的反射。
图43至图45图示了根据本发明实施例的基于RSOA的输入光学波长重用设备的结构。
参考图43，基于RSOA的输入光学波长重用设备包括光学耦合器4301、PD 4321、跨阻放大器(TIA)4322、限幅放大器(LA)4323、反相器4341、第一RF延迟4342、“与”门4343、第一激光器驱动器(LDD1)4344、第二激光器驱动器(LDD2)4333、电学信号组合器4351、RSOA 4310和光学延迟4302。
光学耦合器4301以这样的方式来划分从电话局接收的下游光学信号，即，一些下游光学信号被输入到RSOA 4310，而剩余部分的下游光学信号被输入到PD 4321。输入到PD 4321的下游光学信号被转换为电流信号，并然后输出到跨阻放大器4322。电学信号通过跨阻放大器4322进行放大，转换为电压信号，并然后传输到限幅放大器4323。限幅放大器4323重新放大所接收的电压信号。
限幅放大器4323的一些输出信号被输出到下游数据信号处理器4324，而剩余部分的输出信号通过反相器4341进行极性反相，并然后输入到第一RF延迟4342。这里，如果限幅放大器4323具有用于使信号极性反相并输出该信号的输出端子，则直接将输出信号传输到第一RF延迟4342，而没有穿过反相器4341。
将第一RF延迟4342的输出信号输入到“与”门4343。
相应地，下游信号的一些功率被输入到“与”门4343的输入端子，而上游信号的一些功率被输入到“与”门4343的其它输入端子。
因此，下游信号在上游信号具有电平“1”时穿过“与”门4343，并且在上游信号具有电平“0”时不能穿过“与”门4343。“与”门4343的输出信号通过第一LDD 4344转换为调制信号，并然后输出。
上游信号的功率的剩余部分通过第二RF延迟4332而输入到第二LDD4333，通过第二LDD 4333转换为调制信号，并然后连同偏置电流一起输出。第一LDD 4344的输出信号和第二LDD 4333的输出信号通过组合器4351来组合，并然后注入到RSOA 4313。
通过光学耦合器4301划分的一些下游光学信号被输入到RSOA 4310的前部小面(facet)4311上，通过RSOA 4310的后部小面4312来反射，并然后再次传送通过前部小面4311。
为了最佳地重用输入到RSOA 4310的下游光学信号的光学波长，最终从第一LDD 4344输出的在前注入电流的相位和输入到RSOA 4310的下游光学信号的相位必须最佳地匹配。两个相位的匹配通过光学延迟4302和第一RF延迟4342来执行。
其间，由于上游光学信号的一些功率通过“与”门4343和第一LDD 4344而输入到组合器4351，而上游光学信号的剩余部分功率通过第二LDD 4333输入到组合器4351，所以两个信号的相位彼此不同。第二RF延迟4332起作用以匹配两个信号的相位。
图44中图示的结构与图43中图示的结构相同。在用于在RSOA中将下游信号直接调制为上游数据的方法中，由于RSOA的特性而导致难以将信号调制为其大小超过2.5Gbps的数据。
为了将信号调制为其大小超过2.5Gbps的数据，利用外部调制器(EM)4305来调制RSOA的输出光。
因此，还包括用于将RSOA 4310的输出信号传送到EM 4305的循环器4304和用于将EM 4305的输出信号传送到网络的循环器4303。图44中图示的结构与图43中图示的结构之间的差别在于第一LDD 4344的输出信号被输入到RSOA 4310而第二LDD 4333的输出信号被输入到EM 4305。
因此，RSOA 4310使用FFCI对输入光学信号执行输入光学波长重用和放大。EM 4305来执行上游数据的光调制。
除了RSOA 4310的有源区被划分为两个区段之外，图45中图示的结构与图43中图示的结构相同。
将从第二LDD 4333接收的上游数据电流信号连同偏置电流一起注入到两个区段RSOA 4310的前部区段4313a，并且将从第一LDD 4344接收的用于FFCI的电流信号输入到RSOA 4310的两个区段中的后部区段4313b。
图46至图49图示了根据本发明实施例的基于SOA的输入光学波长重用设备的结构。
除了使用SOA 4315来代替RSOA 4310之外，图46中图示的结构基本上与图43中图示的结构相同。
为了将SOA 4315的输出信号传送到网络，添加了循环器4303。与图22不同，下游光学信号通过SOA 4315的前部区段4311来输入，经历平坦化、光学放大、和利用上游信号进行调制，并然后被输出到SOA 4315的后部区段4312。
除了第一LDD 4344的输出信号被注入到SOA 4315而第二LDD 4333的输出信号被注入到EM 4305之外，图47中图示的结构基本上与图46中图示的结构类似。相应地，SOA 4315使用FFCI来对输入光学信号执行平坦化和放大，并通过EM 4305执行上游数据的光调制。
除了SOA 4315的有源区被划分为两个区段之外，图48中图示的结构基本上与图46中图示的结构类似。
第一LDD 4344的输出信号被注入到SOA 4315的前部区段4313a，而第二LDD 4334的输出信号被注入到SOA 4315的后部区段4313b。在SOA 4315的前部区段4313a中，输入光学信号通过FFCI经历平坦化和放大，并且在SOA 4315的后部区段4313b中，执行上游数据的光调制。
除了SOA 4315的有源区被划分为三个区段之外，图49中图示的结构基本上与图46中图示的结构类似。
第一LDD 4344的输出信号被注入到SOA 4315的前部区段4313a，而第二LDD 4333的输出信号被注入到SOA 4315的后部区段4313b。
相应地，SOA 4315的前部区段4313a利用FFCI使输入光学信号平坦化，SOA 4315的中间区段4313c对光学信号进行放大，并且SOA 4315的后部区段4313b利用上游数据对作为结果的光学信号执行光调制。
图50图示了根据本发明实施例、使用LA输出来将接收到RSOA的光学信号重用作传送光的、简化输入光学波长重用设备的结构。
参考图50，下面将描述使用LA 4323的输出信号来将接收到RSOA的光学信号重用作传送光的简化输入光学波长重用方法。
限幅放大器4323的一些输出信号通过反相器4341而进行极性反相，穿过RF延迟4342，并然后利用RF放大器(AMP)4345放大到适当的大小。
其间，上游数据信号通过LDD 4333转换为电流信号，并然后连同偏置电流一起输出。RF放大器4345的输出信号和LDD 4333的输出信号通过组合器4315进行组合，并注入到RSOA 4310。
如果LA4323包括用于对信号的极性进行反相的端子，则该端子的输出信号按照原状地进行使用，而不穿过反相器4341。
图51图示了根据本发明实施例、使用跨阻放大器(TIA)输出来将接收到RSOA的光学信号重用作传送光的、简化输入光学波长重用设备的结构。
跨阻放大器4322的一些输出信号通过反相器4341而进行极性反相，穿过RF延迟4342，并利用RF放大器4345放大到适当的大小。
其间，上游数据信号在LDD 4333中转换为电流信号，并然后连同偏置电流一起输出。RF AMP 4345的输出信号和LDD 4333的输出信号通过组合器4315进行组合，并注入到RSOA 4310。
如果TIA 4322包括用于对信号的极性进行反相的端子，则该端子的输出信号按照原状地进行使用，而不穿过反相器4341。
尽管已经参考本发明的示范实施例而具体示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而不脱离由接下来的权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种具有单个有源区的反射半导体光学放大器RSOA，所述RSOA包括：
反射小面，用于反射输入光学信号；和
光学放大半导体，位于所述反射小面一侧，用于接收具有与输入光学信号的极性相反的极性的第一信号、和用于调制从反射小面反射的输入光学信号以生成输出光学信号的第二信号的组合。
2.一种具有两个有源区的反射半导体光学放大器RSOA，所述RSOA包括：
反射小面，用于反射输入光学信号；和
光学放大半导体的后部区，位于所述反射小面一侧，并且向该后部区注入具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号；以及
光学放大半导体的前部区，位于面对反射小面的后部区一侧的相对侧，并且从该前部区中穿过输入光学信号和用于调制从反射小面反射的平坦化光学信号以生成输出光学信号的信号。
3.一种具有三个有源区的半导体光学放大器SOA，所述SOA包括：
第一有源区，用于接收具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号，并使输入光学信号的振幅平坦化；
第二有源区，位于第一有源区的一侧，用于接收DC电流、并放大已穿过第一有源区的输入光学信号；和
第三有源区，位于第二有源区的另一侧，用于接收对已穿过第二有源区的平坦化输入光学信号进行调制以生成输出光学信号的信号。
4.根据权利要求3的半导体光学放大器，还包括模斑转换(SSC)区，被添加在第一有源区和第三有源区中的每一个的另一侧。
5.一种用于反射半导体光学放大器(RSOA)的驱动设备，所述设备包括：
耦合器，用于将输入光学信号分离为第一光学信号和第二光学信号；
RSOA，具有单个有源区，所述有源区从反射小面反射第二光学信号，并向所述有源区注入具有与第二光学信号的极性相反的极性的信号、和用于调制从反射小面反射的第二光学信号以生成输出光学信号的信号的组合；
光电二极管，用于将第一光学信号转换为电流信号；
跨阻放大器，用于对从光电二极管传送的电流信号进行放大、并将该电流信号转换为电压信号；
限幅放大器，用于再放大从跨阻放大器传送来的电压信号；
第一RF延迟电路，用于以使输入到RSOA的输入光学信号的强度最佳平坦化的方式来调整从限幅放大器输出的信号的相位和到达RSOA的输入光学信号的相位；
“与”门，用于当上游信号具有电平“1”时从该“与”门中穿过第一RF延迟电路的输出信号，并且当上游信号具有电平“0”时阻止第一RF延迟电路的输出信号从该“与”门中穿过；
第二RF延迟电路，用于最佳地调整输入到“与”门的上游信号的相位和传送通过第二RF延迟电路的上游信号的相位；
光学延迟线，用于对通过第一RF延迟电路的电学延迟进行光学补偿；
第一LD驱动器，用于将“与”门的输出信号转换为电流信号；
第二LD驱动器，用于将第二RF延迟电路的输出信号转换为电流信号；和
信号组合器，用于组合来自第一LD驱动器的电流信号和来自第二LD驱动器的电流信号，并将组合后的信号注入到RSOA。
6.一种用于反射半导体光学放大器(RSOA)的驱动设备，所述设备包括：
耦合器，用于将输入光学信号分离为第一光学信号和第二光学信号；
RSOA，具有单个有源区，所述有源区从反射小面反射第二光学信号，并向所述有源区注入具有与第二光学信号的极性相反的极性的信号、和用于调制从反射小面反射的第二光学信号以生成输出光学信号的信号的组合；
光电二极管，用于将第一光学信号转换为电流信号；
跨阻放大器，用于对从光电二极管传送的电流信号进行放大、并将该电流信号转换为电压信号；
限幅放大器，用于再放大从跨阻放大器传送的电压信号、并向RF放大器传送具有与第一光学信号的极性相反的极性的再放大后的电压信号；
RF放大器，用于将从跨阻放大器传送的并且具有与第一光学信号的极性相反的极性的电压信号放大为平坦化信号，所述平坦化信号具有适合于使第二光学信号的光学振幅平坦化的电平；
RF延迟电路，用于延迟从RF放大器传送的平坦化信号的输出时间，从而使第二光学信号被最佳地平坦化；
光学延迟线，用于对通过RF延迟电路的电学延迟进行光学补偿；
LD驱动器，用于将上游信号转换为电流信号；和
信号组合器，用于组合从RF延迟电路传送的平坦化信号和用于调制第二光学信号以生成输出光学信号的信号，并将组合后的信号注入到RSOA的单个有源区。
7.一种用于反射半导体光学放大器(RSOA)的驱动设备，所述设备包括：
耦合器，用于将输入光学信号分离为第一光学信号和第二光学信号；
RSOA，是具有两个有源区的光学放大器，并且包括：反射小面，用于反射输入光学信号；和光学放大半导体的后部区，位于所述反射小面一侧、并且向该后部区注入具有与输入光学信号的极性相反的极性的信号；以及前部区，位于后部区的另一侧、并且从该前部区中穿过输入光学信号和用于调制从反射小面反射的输入光学信号以生成输出光学信号的信号；
光电二极管，用于将第一光学信号转换为电流信号；
跨阻放大器，用于对从光电二极管传送的电流信号进行放大、并将该电流信号转换为电压信号；
限幅放大器，用于再放大从跨阻放大器传送来的电压信号；
第一RF延迟电路，用于以使输入到RSOA的输入光学信号的强度最佳平坦化的方式来调整从限幅放大器输出的信号的相位和到达RSOA的输入光学信号的相位；
“与”门，用于当上游信号具有电平“1”时从该“与”门中穿过第一RF延迟电路的输出信号，并且当上游信号具有电平“0”时阻止第一RF延迟电路的输出信号从该“与”门中穿过；
第二RF延迟电路，用于最佳地调整输入到“与”门的上游信号的相位和传送通过第二RF延迟电路的上游信号的相位；
光学延迟线，用于对通过第一RF延迟电路的电学延迟进行光学补偿；
第一LD驱动器，用于将“与”门的输出信号转换为电流信号；和
第二LD驱动器，用于将第二RF延迟电路的输出信号转换为电流信号，
其中从第一LD驱动器传送来的平坦化信号被注入到所述具有两个有源区的RSOA的后部区；和
其中用于调制第二光学信号以生成输出光学信号的信号被注入到所述具有两个有源区的RSOA的前部区。
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