CN101630976B - 无色光收发器和光通信系统 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种无色光收发器和包括该无色光收发器的光通信系统。该无色光收发器的控制单元基于从外部光源提供的外部注入光的强度来形成控制电流。耦合到所述控制单元的光源驱动单元基于所述控制电流来形成驱动电流。内部光源耦合到所述光源驱动单元，所述内部光源被配置成接收所述外部注入光和所述驱动电流并且将所述驱动电流转换成无色发送光，其中所述无色发送光的波长被所述外部注入光的波长锁定。基于通过使用光损耗计算的外部注入光的强度来控制从所述内部光源输出的光，所述光损耗根据光设备之间的距离和连接状态而变化。因此，可以使从所述无色光收发器输出的光和消光比稳定。

Description

无色光收发器和光通信系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年7月17日提交的韩国专利申请No.10-2008-69417的优先权，通过引用的方式将其整个主题合并于此。
技术领域
本发明的实施例可以总体上涉及光通信系统。更具体地，本发明的实施例可以涉及一种无色光收发器和包括该无色光收发器的光通信系统。
背景技术
在光波分复用(WDM)通信系统中，通过光纤发射和接收不同波长的光。因此，可以同时发射大量的数据并且可以增加带宽。而且，可以通过使用一个光纤而不是多个光纤来减少光线路的租用或管理成本。
在常规WDM中，针对光收发器各自的信道从光收发器输出不同的波长。而且，将不同的波长输入到波分复用器，该波分复用器配置有薄膜光滤波器或阵列波导光栅。因此，针对各个信道需要不同的光收发器。而且，出于维护和维修目的，对每个信道应当准备一个或多个备用光收发器。
标题为“A low-cost WDM source with incoherent light injectedFabry-Perot semiconductor laser diode”的韩国专利No.10-0325687和标题为“Optical signal transmitter”的美国专利公开No.2003/0007207公开了无色(或不含色)波分方案。根据该方案，利用分配到光收发器和波分复用器之间的端口的波长来确定从光收发器输出的波长。从非相干宽带光源(BLS)输出的光被导向薄膜光滤波器或阵列波导光栅，并且被注入到法布里-珀罗激光二极管(FP-LD)、半导体光放大器(SOA)或反射半导体光放大器(RSOA)(统称为FP-LD)中。来自FP-LD的输出光的波长被锁定到非相干或相干外部注入光的波长，从而获得特定波长。
在常规的光收发器中，外部注入光的强度不均匀。而且，外部注入光和从FP-LD本身输出的光可能彼此区分不开。这些问题引起在控制FP-LD中的误差。因此，难以获得从光收发器的稳定输出并且难于保持与光信号的质量有关的均匀的消光比。
附图说明
参考附图详细描述了布置和实施例，在附图中相同的附图标记指的是相同的元素，并且其中：
图1示出了根据本发明的无色光收发器的示意图；
图2示出了光通信系统中的光线路终端和光网络终端/光网络单元，其包括至少一个图1所示的无色光收发器；
图3是示出控制光线路终端的方法的流程图；以及
图4是示出控制光网络终端/光网络单元的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种无色(不含色)光收发器以及包括该无色光收发器的光通信系统，该无色光收发器可以基于用于锁定光的波长的外部注入光的强度来控制输出光。该光通信系统可以是波分复用(WDM)系统。
参考图1，无色光收发器100可以包括接收单元110和发射单元120。诸如接收单元110中的光电二极管(PD)的光/电转换单元可以接收来自通信对方(未示出)的接收光L1，并且可以将接收光L1转换成接收电流IPD。电流镜像电路112可以接收该接收电流IPD并且输出两个镜像电流IPD1和IPD2，它们可以与接收电流IPD相同。跨阻抗放大器(TIA)113可以将一个镜像电流IPD1转换成电压信号，并且可以放大该电压信号。限幅放大器114可以将来自跨阻抗放大器(TIA)113的输入电压信号与阈值电压电平相比较，并且输出差分数据信号。被表示为“+(1)”或“-(0)”的差分数据信号可以指示该电压信号大于或小于阈值电压电平。也就是说，差分数据信号可以表示接收光L1从光到电的转换数据(接收光L1的强度是否大于阈值强度)，其可以是通信对方的发送光。从限幅放大器114输出的差分数据信号可以被输入到物理层处理单元(未示出)中，该物理层处理单元可以从诸如差分数据信号的电信号中提取数据。
发射单元120中的配置有激光二极管(LD)121的内部光源可以将驱动电流Id转换成光信号，即，发送光L2。发送光L2的波长可以与外部注入光L3的波长相同。也就是说，LD 121可以输出无色发送光L2，它的波长被外部注入光L3的波长锁定。光源LD 121可以配置有波长锁定的法布里-珀罗激光二极管(FP-LD)、半导体光放大器(SOA)或反射半导体光放大器(RSOA)。从LD 121输出的发送光L2的一部分可以通过光纤101被发射到目的地。发送光L2的其余部分可以被输入到监测光电二极管(mPD)122中。外部注入光L3可以穿过光源LD 121，并且可以被输入到监测光电二极管(mPD)122中。
作为另一光/电转换单元，监测光电二极管(mPD)122可以将发送光L2和外部注入光L3的混合光转换成监测电流ImPD。电流镜像电路123可以接收监测电流ImPD并且输出两个监测镜像电流ImPD1和ImPD2，它们可以与监测电流ImPD相同。
光控制器124可以通过I2C接口接收关于来自通信对方的接收光L1的初始强度以及来自外部设备(未示出)的外部注入光L3的初始强度的信息。光控制器124可以接收镜像电流IPD2并且基于该镜像电流IPD2的幅度来计算接收光L1的强度。光控制器124还可以利用接收光L1的初始强度和接收光L1的计算强度之间的差来计算由于光纤(或多个光纤)引起的光损耗。进一步地，光控制器124可以通过使用关于外部注入光L3的初始强度的信息和所计算的光损耗来计算外部注入光L3的强度。光控制器124可以接收监测镜像电流ImPD1，并且基于监测镜像电流ImPD1来计算发送光L2和外部注入光L3的混合光的强度。光控制器124还可以利用混合光和外部注入光L3的强度之间的差来计算发送光L2的固有强度。进一步地，光控制器124可以基于发送光L2的固有强度来确定控制电流IC。也就是说，光控制器124可以考虑外部注入光L3的强度来确定控制电流IC。图1中的缩略词“SCL”和“SDL”分别表示“串行时钟线路”和“串行数据线路”。
波长锁定的无色光收发器100可以进一步包括提供光收发器100周围的温度的温度感测单元125。在采用温度感测单元125的情况下，光控制器124可以基于发送光L2的固有强度和温度来确定控制电流IC。
诸如激光二极管驱动器(LD驱动器)126的光源驱动单元可以接收监测镜像电流ImPD2、控制电流IC和差分数据信号。可以从物理层处理单元接收该差分数据信号。LD驱动器126可以基于监测镜像电流ImPD2、控制电流IC和差分数据信号来控制驱动电阻以确定驱动电流Id。LD驱动器126可以通过接收由混合光引起的监测镜像电流ImPD2来执行自动功率控制(APC)，并且可以利用控制电流IC来形成驱动电流Id，控制电流IC是利用从LD 121输出的光的固有强度来确定的。因此，可以使从无色光收发器100输出的光和消光比稳定。而且，可以改进光信号的质量。
根据本发明的实施例，无色光收发器可以是双向或单向设备。如图1所示，双向无色光收发器可以通过光纤101发射和接收光。在单向无色光收发器中，可以通过不同的光纤来发射和接收光。
参考图2，波长锁定的光收发器可以用于根据本发明的实施例的波分复用(WDM)光通信系统中。WDM光通信系统可以在无源光网络(PON)中被采用。然而，WDM光通信系统的应用并不限于PON。例如，WDM光通信系统还可以在骨干网络中被采用。
WDM光通信系统可以包括光线路终端(OLT)200和光网络终端(ONT)或光网络单元(ONU)(下文中简称为ONT/ONU)300。ONT/ONU 300可以位于用户的家里或密集区域。尽管图2出于简单的目的而示出将一个ONT/ONU耦合到OLT 200，但是可以将多个ONT/ONU300通过多个信道，即不同波长，耦合到OLT 200。在这样的情况下，在OLT 200中可能需要与信道，即波长，相同数目的光发射器/接收器240。ONT/ONU 300可以将光信号转换成电信号，并且反之亦然。诸如薄膜光滤波器或阵列波导光栅的波分复用设备(未示出)可以位于OLT200和ONT/ONU 300之间的远程节点(RN)处。OLT 200可以发射波长复用的光信号。波长复用的光信号可以在RN处被分割并且被发射到ONT/ONU 300。从波长锁定的无色光收发器100输出的光可以在RN处被复用并且被发射到OLT 200。ONT/ONU 300中的波长锁定的无色光收发器100可以如图1所示的被配置。
参考图2和3，OLT 200中的光源210可以输出非相干或相干光，该非相干或相干光已穿过了薄膜光滤波器或阵列波导光栅。光源210可以输出发射到ONT/ONU 300的外部注入光。因此，光源210可以是ONT/ONU 300中的光收发器100的外部光源。光强度测量单元220可以测量从光源210输出的光以及从ONT/ONU 300的光收发器100发射的接收光的强度。光发射器/接收器240可以将从光源210输出的外部注入光上的波长锁定的光信号发射到ONT/ONU 300中的光收发器100。光发射器/接收器240还可以将关于外部注入光的强度的信息以及复用的光信号发射到光网络单元，并且接收无色光。复用的光信号可以是通过RN的光收发器100的接收信号。
OLT控制单元230可以通过将所测量的光的强度与从光源210输出的预先设置的光的强度相比较来确定光源是否正常操作(在S401)。当光输出异常时，OLT控制单元230可以发出警报以通知在光源210中产生了错误，并且停止处理(在S406)。当光源输出正常时，OLT控制单元230可以确定OLT 200中的光发射器/接收器240是否正常操作，并且可以确定从ONT/ONU 300发射的光信号在光发射器/接收器240处是否被正常检测(在S402)。如果没有正常检测到光信号，则该过程可以从步骤S401重新开始。如果在光发射器/接收器240处检测到光信号，则光强度测量单元240可以测量针对各个信道从光源210输出的光的强度(S403)，并且可以测量从针对各个信道的光发射器/接收器240输出的光的强度(S404)。OLT控制单元230可以形成关于操作、支配和管理(OAM)的信息，该OAM信息可以包括关于从光源210输出的光以及从针对各个信道的光收发器输出的光的强度的信息。OAM信息连同数据一起可以通过光纤301被发射到ONT/ONU 300(S405)。
关于从光源210输出的光的强度的信息可以包括关于针对每个信道的外部注入光的强度的信息。关于从针对每个信道的光发射器/接收器240输出的光的强度的信息可以包括光发射器/接收器240的接收光的初始强度。可以重复执行从S401至S405的步骤以检查OLT 200中的光源210是否正常操作，检查光信号在OLT 200和ONT/ONU 300之间是否正常地被传送，并且重复提供OAM信息，该OAM信息包括关于从光源210输出的光的强度以及从光收发器240输出的光的强度的信息。OAM信息可以被转换成光信号，并且通过光纤301从OLT 200发射到ONT/ONU300。
参考图2至4，ONT/ONU 300中的光收发器100可以接收由OLT 200中的光源210生成的非相干或相干光输出，作为用于锁定波长的外部注入光。而且，光收发器100可以接收从OLT 200发射的光作为接收光。ONT/ONU 300中的光收发器100可以设置初始驱动值，即，驱动电流Id，以便驱动激光二极管LD 121(S501)。光收发器100还可以确定从光发射器/接收器240发射的光信号是否被正常接收和检测以及在OLT控制单元230中形成的OAM信息是否被正常接收(S502)。
如果从OLT 200发射的光信号被正常检测并且OAM信息被正常接收，则光收发器100可以从通过I2C接口从OLT 200发射的OAM信息中提取从针对每个信道的光发射器/接收器240输出的光的强度(S503)。光收发器100可以通过使用从OLT 200中的光发射器/接收器240输出的光的强度和接收光的强度之间的差来计算在光纤中引起的光损耗(由光纤引起的损耗＝从OLT中的光发射器/接收器输出的光的强度-接收光的强度)(S504)。
OLT 200中的每个信道的光发射器/接收器240可以发射光(光信号)，如图1所示该光在光收发器处被接收作为接收光L1。光收发器100可以通过使用从光源输出的光的强度和由光纤引起的光损耗之间的差来计算输入到光收发器100中的光(外部注入光)的强度(S505)。光收发器100还可以通过从内部源输出的光和外部注入光的混合光的强度减去外部注入光的强度来计算从诸如图1所示的LD 121的内部光源输出的光的固有强度(S506)。光收发器100可以基于从LD 121输出的光的固有强度来确定输入到LD驱动器124中的控制电流IC。在采用温度感测单元125的情况下，光收发器100可以基于从LD 121输出的光的固有强度以及光收发器100周围的温度来确定控制电流IC。
光收发器100可以基于从外部输入的差分数据信号和控制电流IC来确定驱动电流Id(S507)。在步骤S507之后，ONT/ONU控制单元310可以从步骤S502重复这些处理。
在步骤S502，如果确定从OLT 200中的光发射器/接收器240发射的光信号没有被正常接收或检测或者OAM信息没有被正常接收，则ONT/ONU控制单元310可以发出关于光信号的损耗的警报并且操作定时器(S508)。ONT/ONU控制单元310可以确定预定时间是否已经到期(S509)。如果时间已经到期，则ONT/ONU控制单元310可以从步骤S502重复这些处理。
在本发明的实施例中，可以基于外部注入光的强度和光纤损耗来控制从激光二极管输出的光，光纤损耗根据光设备之间的距离和连接状态而变化。因此，可以使从无色光收发器输出的光和消光比稳定。
根据本发明的实施例，一种无色光收发器包括：控制单元，该控制单元被配置成基于从外部光源提供的外部注入光的强度来形成控制电流；耦合到控制单元的光源驱动单元，该光源驱动单元被配置成基于控制电流来形成驱动电流；以及耦合到光源驱动单元的内部光源，该内部光源被配置成接收外部注入光和驱动电流并且将驱动电流转换成无色发送光，其中无色发送光的波长被外部注入光的波长锁定。
根据本发明的另一实施例，一种光通信系统包括：光线路终端，该光线路终端被配置成发射外部注入光和波长复用的光信号；耦合到光线路终端的至少一个光网络终端，其中光网络包括无色光收发器，该无色光收发器被配置成接收外部注入光并且输出无色发送光；以及耦合到光线路终端和光网络终端的波分复用设备，该波分复用设备被配置成分割波长复用的光信号，将分割的光信号发射到光网络终端，复用无色发送光，并且将所述复用的无色发送光发射到光线路终端。无色光收发器可以包括控制单元，该控制单元被配置成基于从光线路终端提供的外部注入光的强度来形成控制电流；耦合到控制单元的光源驱动单元，该光源驱动单元被配置成基于控制电流来形成驱动电流；以及耦合到光源驱动单元的内部光源，该内部光源被配置成接收外部注入光以及驱动电流并且将驱动电流转换成无色发送光，其中无色发送光的波长被外部注入光的波长锁定。
尽管已经参考本发明的多个说明性实施例描述了实施例，但是应当理解，本领域的技术人员可以设计出落入本公开的原理的范围内的很多其他修改和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内在主题组合布置的组件部分和/或布置中，很多变化和修改是可能的。除了在组件部分和/或布置中的变化和修改之外，替代使用对本领域技术人员也将是显而易见的。

Claims (13)

1.一种无色光收发器，包括：
控制单元，所述控制单元被配置成基于从外部光源提供的外部注入光的强度来形成控制电流；
耦合到所述控制单元的光源驱动单元，所述光源驱动单元被配置成基于所述控制电流来形成驱动电流；以及
耦合到所述光源驱动单元的内部光源，所述内部光源被配置成接收所述外部注入光和所述驱动电流，并且将所述驱动电流转换成无色发送光，其中所述无色发送光的波长被所述外部注入光的波长锁定，
其中，所述无色光收发器进一步包括第一光/电转换单元，所述第一光/电转换单元被配置成接收来自外部通信设备的光并且将该光转换成接收电流，
其中，所述控制单元进一步被配置以执行以下步骤：
接收关于来自所述外部通信设备的接收光的初始强度以及所述外部注入光的初始强度的信息；
基于所述接收电流来计算所述接收光的强度；
基于所述接收光的初始强度和所计算的强度之间的差来估计光损耗；
基于所述外部注入光的初始强度和所述光损耗来确定所述外部注入光的强度。
2.根据权利要求1所述的无色光收发器，进一步包括第二光/电转换单元，所述第二光/电转换单元被配置成接收所述外部注入光和所述发送光的混合光并且将所述混合光转换成监测电流，
其中，所述控制单元进一步被配置成执行以下步骤：
基于所述监测电流来计算所述混合光的强度；
通过从所述混合光的强度减去所述外部注入光的强度来计算所述发送光的固有强度；以及
基于所述发送光的固有强度来形成所述控制电流。
3.根据权利要求2所述的无色光收发器，其中，所述第一光/电转换单元是光电二极管，所述内部光源是激光二极管，以及所述第二光/电转换单元是监测光电二极管。
4.根据权利要求3所述的无色光收发器，其中，所述内部光源选自由以下各项组成的组：波长锁定的法布里-珀罗激光二极管(FP-LD)、半导体光放大器(SOA)和反射半导体光放大器(RSOA)。
5.根据权利要求3所述的无色光收发器，进一步包括：
第一镜像电流电路，所述第一镜像电流电路被配置成接收所述接收电流并且输出与所述接收电流相同的第一和第二镜像电流；
跨阻抗放大器，所述跨阻抗放大器被配置成将所述第一镜像电流转换成电压信号并且放大所述电压信号；以及
限幅放大器，所述限幅放大器被配置成将所述电压信号与阈值电压电平相比较并且输出差分数据信号。
6.根据权利要求5所述的无色光收发器，进一步包括：
第二镜像电流电路，所述第二镜像电流电路被配置成接收所述监测电流并且输出与所述监测电流相同的第三和第四镜像电流，并且
所述光源驱动单元进一步被配置成基于所述第四镜像电流和所述发送光以及所述控制电流的幅度来形成所述驱动电流。
7.根据权利要求6所述的无色光收发器，进一步包括：
温度感测单元，所述温度感测单元被配置成测量所述无色光收发器周围的温度，并且
所述控制单元进一步被配置成基于所述外部注入光的强度和所测量的温度来确定所述控制电流。
8.一种光通信系统，包括：
光线路终端，所述光线路终端被配置成发射外部注入光和波长复用的光信号；
耦合到所述光线路终端的至少一个光网络终端，其中所述光网络终端包括无色光收发器，所述无色光收发器被配置成接收所述外部注入光并且输出无色发送光；以及
耦合到所述光线路终端和所述光网络终端的波分复用设备，所述波分复用设备被配置成分割所述波长复用的光信号，将分割的光信号发射到所述光网络终端，复用所述无色发送光，并且将所述复用的无色发送光发射到所述光线路终端，
其中，所述无色光收发器包括：
控制单元，所述控制单元被配置成基于从所述光线路终端提供的外部注入光的强度来形成控制电流；
耦合到所述控制单元的光源驱动单元，所述光源驱动单元被配置成基于所述控制电流来形成驱动电流；以及
耦合到所述光源驱动单元的内部光源，所述内部光源被配置成接收所述外部注入光和所述驱动电流，并且将所述驱动电流转换成无色发送光，其中所述无色发送光的波长被所述外部注入光的波长锁定，并且
其中，所述光收发器进一步包括第一光/电转换单元，所述第一光/电转换单元被配置成接收来自外部通信设备的光并且将该光转换成接收电流，
其中，所述控制单元进一步被配置成执行以下步骤：
接收关于来自所述外部通信设备的接收光的初始强度以及所述外部注入光的初始强度的信息；
基于所述接收电流来计算所述接收光的强度；
基于所述接收光的所述初始强度和所计算的强度之间的差来估计光损耗；以及
基于所述外部注入光的初始强度和所述光损耗来确定所述外部注入光的强度。
9.根据权利要求8所述的光通信系统，其中，所述光收发器进一步包括第二光/电转换单元，所述第二光/电转换单元被配置成接收所述外部注入光和所述发送光的混合光，并且将所述混合光转换成监测电流，并且
其中，所述控制单元进一步被配置成执行以下步骤：
基于所述监测电流来计算所述混合光的强度；
通过从所述混合光的强度中减去所述外部注入光的强度来计算所述发送光的固有强度；以及
基于所述发送光的固有强度来形成所述控制电流。
10.根据权利要求9所述的光通信系统，其中，所述第一光/电转换单元是光电二极管，所述内部光源是激光二极管，以及所述第二光/电转换单元是监测光电二极管。
11.根据权利要求9所述的光通信系统，其中，所述光收发器进一步包括：
第一镜像电流电路，所述第一镜像电流电路被配置成接收所述接收电流并且输出与所述接收电流相同的第一和第二镜像电流；
跨阻抗放大器，所述跨阻抗放大器被配置成将所述第一镜像电流转换成电压信号并且放大所述电压信号；以及
限幅放大器，所述限幅放大器被配置成将所述电压信号与阈值电压电平相比较并且输出差分数据信号。
12.根据权利要求11所述的无色光收发器，其中，所述光收发器进一步包括：
第二镜像电流电路，所述第二镜像电流电路被配置成接收所述监测电流并且输出与所述监测电流相同的第三和第四镜像电流，并且
所述光源驱动单元进一步被配置成基于所述第四镜像电流和所述发送光以及所述控制电流的幅度来形成所述驱动电流。
13.根据权利要求12所述的无色光收发器，其中，所述光收发器进一步包括：
温度感测单元，所述温度感测单元被配置成测量所述无色光收发器周围的温度，并且
所述控制单元进一步被配置成基于所述外部注入光的强度和所测量的温度来确定所述控制电流。
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