CN101783710A - 一种兼容两种无源光网络的波分复用器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种兼容两种无源光网络的波分复用器，其中：该波分复用器为实现下一代无源光网络NG-PON与时分复用无源光网络TDM-PON兼容的波分复用器，包括外壳、在该外壳内安装的薄膜滤波器以及在该外壳上安装的遗留光线路终端端口、升级光线路终端端口和公共端口；所述薄膜滤波器用于将从遗留光线路终端端口输入的基础波段的光信号和从升级光线路终端端口输入的C+L波段的光信号复用后，将波分复用的光信号从所述公共端口输出，或者将波分复用的光信号解复用后从遗留光线路终端端口和升级光线路终端端口输出。该波分复用器实现了基础波段与C+L波段的光信号的波分复用功能，能够对已部署的TDM-PON系统提供后续网络兼容。

Description

一种兼容两种无源光网络的波分复用器

技术领域

本发明涉及光接入网通讯领域中时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)和波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术相结合的下一代无源光网络(Next Generation-Passive Optical Network，NG-PON)，尤其涉及一种用于实现下一代无源光网络(NG-PON)与时分复用无源光网络(Time Division Multiplexing-Passive Optical Network，TDM-PON)兼容的波分复用器。

背景技术

光接入网由目前的基于时分复用技术的宽带无源光网络(BroadbandPassive Optical Network，B-PON)、吉比特无源光网络(Gigabit Passive OpticalNetwork，G-PON)、以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，E-PON)等逐渐向基于时分复用与波分复用技术相结合的多波长及高速率的下一代无源光网络演化。在光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)和光网络单元(Optical Network Unit，ONU)之间通过多波长单根光纤的双向高速传输，极大提高光纤的利用率。

目前，TDM-PON上下行传输光波段分别规划为下行S波段λ_S的范围在1480nm至1500nm，上行O波段λ_O的范围在1260nm至1360nm。国际电信联盟标准组织ITU-T光接入网G.984.5标准中提及，现有时分复用无源光网络(TDM-PON)光线路终端称为遗留光线路终端(Legacy OLT)，其工作波段为基础波段λ_O+S。当时分复用无源光网络(TDM-PON)向下一代无源光网络(NG-PON)演化时，额外的业务需求将需要使用基础工作波段以外的C+L波段λ_C+L，即引入C波段(1530nm至1560nm)和L波段(1560nm至1610nm)。下一代无源光网络光线路终端称为升级光线路终端(UpgradeOLT)。

为了解决TDM-PON平滑升级或兼容下一代NG-PON系统的架构，则必须在遗留光线路终端、升级光线路终端与分光器(Splitter)之间插入三端口波分复用器(Wavelength Division Multiplexing1，WDM1，在G.984.5中规定：用于实现下一代无源光网络与时分复用无源光网络兼容的波分复用器的名称为WDM1)，使TDM-PON和NG-PON在同一个光分布网(Optical DistributionNetwork，ODN)上单纤传输不同波段的光信号，如图1所示。三端口波分复用器能够使现有TDM-PON的光分配网络能够同时传送NG-PON的光信号，实现TDM-PON向NG-PON的平滑升级。因此，国际电信联盟标准组织ITU-TG.984.5对WDM1的主要参数需求做了说明，如表1所示。

表1G.984.5-WDM1的参数

规格说明	数值
		TDM-PON差损范围(未考虑连接器)	＜0.7dB(1260-1500nm)

规格说明	数值
		NG-PON差损范围(未考虑连接器)	＜1.0dB(1524-1625nm)
隔离度-COM-OLT(1524-1625nm)	＞30dB
		隔离度-COM-UPGRADE(1480-1500nm，1260-1360nm)	＞30dB
最大光功率	+23dB
		回波损耗	＞50dB
方向性	＞50dB

其中，隔离度-COM-OLT(1524-1625nm)是指(1524-1625nm)波段串扰到OLT端口的光功率损耗要大于30dB，OLT指的是遗留光线路终端(LegacyOLT)；隔离度-COM-UPGRADE(1480-1500nm，1260-1360nm)是指(1480-1500nm，1260-1360nm)波段串扰到UPGRADE OLT端口的光功率损耗要大于30dB。

此标准针对WDM1仅做了功能参数需求，然而，由于WDM1对于现有TDM-PON和NG-PON波段规划中需要高的光信号工作波段隔离度，低的光网络插入损耗，实用可行性价比高的工艺实现方法等，而至今尚未有关于WDM1器件模块如何实现的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种兼容两种无源光网络的波分复用器，能够实现基础波段λ_O+S与C+L波段λ_C+L的光信号的波分复用功能，且成本低、可靠性高。

为了解决上述问题，本发明提供了一种兼容两种无源光网络的波分复用器，其中：

该波分复用器为实现下一代无源光网络与时分复用无源光网络兼容的波分复用器WDM1，包括外壳、在该外壳内安装的薄膜滤波器以及在该外壳上安装的遗留光线路终端端口、升级光线路终端端口和公共端口；

所述薄膜滤波器用于将从所述遗留光线路终端端口输入的基础波段的光信号和从所述升级光线路终端端口输入的C+L波段的光信号进行复用后，将得到的波分复用的光信号从所述公共端口输出，以及将从所述公共端口输入的波分复用的光信号解复用为所述基础波段和所述C+L波段的光信号，并将所述基础波段的光信号从所述遗留光线路终端端口输出，将所述C+L波段的光信号从所述升级光线路终端端口输出。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述薄膜滤波器是一个三端口薄膜滤波器，包括透射端口、反射端口和复用端口，在所述波分复用器WDM1内，基础波段的光信号在所述透射端口与遗留光线路终端端口之间传输，C+L波段的光信号在所述反射端口、波长阻带滤波器和升级光线路终端端口之间传输，波分复用的光信号在所述复用端口与公共端口之间传输。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述波分复用器还包括波长阻带滤波器，位于所述薄膜滤波器与所述升级光线路终端端口之间C+L波段光信号的传输路径上，用于将所述C+L波段的光信号从反射的光信号中滤出；所述薄膜滤波器用于将所述基础波段的光信号从透射的光信号中滤出。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述薄膜滤波器为一边带型薄膜滤波器，所述波长阻带滤波器为边带型或带通型波长阻带滤波器。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述C+L波段与基础波段光信号的隔离度满足所述波分复用器WDM1的隔离度要求。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述薄膜滤波器是根据堆积型多膜系模型进行膜系设计，再通过镀膜工艺制备得到的。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述外壳为一套管，所述升级光线路终端端口与所述公共端口位于所述套管的同一侧；所述遗留光线路终端端口位于所述套管的另外一侧；所述薄膜滤波器为片状，封装在所述套管内，且其靠近所述公共端口的表面所在平面与所述波分复用的光信号的传输方向具有一非90°的夹角。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述波分复用器还包括安装在所述套管内的波长阻带滤波器，该波长阻带滤波器位于所述薄膜滤波器与所述升级光线路终端端口之间所述C+L波段光信号的传输路径上，并与所述波分复用的光信号的光路间隔一距离。

进一步地，上述波分复用器还可具有以下特点：

所述薄膜滤波器靠近所述公共端口的表面所在平面与所述波分复用的光信号的传输方向的夹角为85°～90°但不包括90°，所述波长阻带滤波器靠近所述公共端口的表面所在平面与所述C+L波段的光信号的传输方向的夹角为82°～88°。

本发明提供了一种低成本、高可靠性、便于使用和系统升级的波分复用器来实现基础波段λ_O+S与C+L波段λ_C+L的光信号的波分复用功能。采用简单实用可行的技术来使现有的时分复用无源光网络的光分配网络能够同时传送下一代无源光网络，实现TDM-PON向NG-PON平滑演化，同时能够对已部署的TDM-PON系统提供后续网络兼容。

附图说明

图1为本发明实施例波分复用器的外部接口的结构示意图；

图2a和图2b为本发明实施例的波分复用器双通道透射膜系设计仿真图；

图3是本发明实施例带通型波长阻带滤波器WBF膜系设计仿真图；

图4是本发明实施例波分复用器上/下行方向的工作原理示意图；

图5是本发明实施例波分复用器的封装制备示意图；

图6是本发明实施例波分复用器实现NG-PON兼容G-PON网络结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

当单纤的TDM-PON向NG-PON演化时，将引入C波段(1530nm至1560nm)和L波段(1560nm至1610nm)。为了实现单纤的TDM-PON向NG-PON的平滑演化，其关键问题之一是需要在光线路终端和分光器之间插入一个低成本、高可靠性、便于使用和系统升级的三端口波分复用器，实现基础波段λ_O+S与C+L波段λ_C+L的光信号的波分复用功能。

此波分复用器作为不同波长的光信号的接入点，能够满足表1所示的WDM 1的参数以及以下要求：

1.使NG-PON的波分复用的光信号与现有TDM-PON的光信号在现有的光分配网上实现波分复用的功能；

2.基础波段λ_O+S的光信号和C+L波段λ_C+L的光信号之间需要高隔离度；

3.具有低插入损耗；

4.能够利用现有的滤波器工艺技术制造，且必须低价格；

5.TDM-PON升级到NG-PON时不中断任何业务。

在NG-PON同时兼容TDM-PON的网络系统架构中，中心机房(CentralOffice)放置遗留光线路终端与升级光线路终端，所述三端口波分复用器的外部接口如图1所示，包括遗留光线路终端端口，升级光线路终端端口和公共端口(COM)：

在下行方向，基础波段λ_O+S的光信号输入到遗留光线路终端端口，C+L波段λ_C+L的光信号输入到升级光线路终端端口，该波分复用器将输入的基础波段λ_O+S的光信号与C+L波段λ_C+L的光信号复用后从公共端口输出，使两个波段的光信号在单根光纤中传输，然后通过分光器等光器件最终传送到各个ONU设备；在上行方向，波分复用的两个波段的光信号利用同一光纤从三端口波分复用器的公共端口输入，实现解复用后将其中的基础波段λ_O+S和C+L波段λ_C+L的光信号分别送至遗留光线路终端端口与升级光线路终端端口。

目前用于波分复用器的滤波器制备工艺技术主要包括三种：薄膜滤波器(Thin Film Filter，TFF)、阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)以及光纤布拉格光栅。其中阵列波导光栅与光纤布拉格光栅适合使用于密集波分复用系统的窄带滤波，而薄膜滤波器(TFF)(也称为薄膜滤波片)适用于宽带滤波且制作工艺较成熟。由于基础波段总带宽为240nm(下行S波段λ_S的范围在1480nm至1500nm，上行O波段λ_O的范围在1260nm至1360nm)，C+L波段的总带宽为80nm(C波段在1530nm至1560nm和L波段在1560nm至1610nm)，基础波段λ_O+S和C+L波段λ_C+L之间的波段间隔大约为30nm，此外基础波段λ_O+S和C+L波段λ_C+L的带宽比较大，而两个波段之间的波段间隔比较小。因WDM1的制备工艺和电信网络应用的需求以及成本等因素，上述WDM1可采用薄膜滤波片和一个波长阻带滤波器(WavelengthBlocking Filter，WBF)组装而成。薄膜滤波片也是三端口的，包括透射端口、反射端口和复用端口。其中，薄膜滤波片可采用边带型或带通型，较佳为边带型；波长阻带滤波器可以是边带型或带通型。本实施例采用边带型薄膜滤波片和带通型波长阻带滤波器，其中，薄膜滤波片的带宽允许基础波段λ_TDM-PON的光信号通过，WBF的带宽允许C+L波段λ_NG-PON的光信号通过，且C+L波段λ_NG-PON与基础波段λ_TDM-PON光信号的隔离度应满足标准中的规定，请参见表1及关于隔离度的说明。

TDM-PON的基础波段λ_TDM-PON的光信号通过三端口薄膜滤波片的透射端口复用/解复用，而NG-PON的C+L波段λ_NG-PON的光信号通过三端口薄膜滤波片的反射端口复用/解复用。如图2a和图2b所示为本发明实施例的薄膜滤波片双通道透射膜系设计仿真图，在本实施例中，薄膜滤波片采用堆积型多膜系设计，其中横坐标表示波长，纵坐标表示透射率，图2a的透射率用百分比表示，图2b中用-dB表示。图3所示为本实施例带通型波长阻带滤波器WBF膜系设计仿真图。

如图4和图5所示，在下行复用方向，TDM-PON的下行波长λ_D-TDM-PON的光信号通过遗留光线路终端端口8输入到边带型薄膜滤波片(Thin FilmFilter)4的透射端口2，为了满足高隔离度的网络应用需求并考虑到现有工艺、成本等因素，NG-PON的下行波长λ_D-NG-PON的光信号需由升级光线路终端端口9输入，先经过一个带通型波长阻带滤波器WBF 5再输入到TFF 4的反射端口10，然后与从透射端口2输入的下行波长λ_D-TDM-PON复用，最终由边带型薄膜滤波片4的复用端口1经三端口波分复用器的公共端口7输出，通过下行方向的光纤发送。

在上行解复用方向，通过光纤接收的TDM-PON的上行波长λ_U-TDM-PON的光信号和NG-PON的上行波长λ_U-NG-PON的光信号通过WDM1的公共端口COM 7输入，TDM-PON的上行波长λ_U-TDM-PON的光信号和NG-PON的上行波长λ_U-NG-PON的光信号通过边带型薄膜型滤波片4解复用分别由波分复用器的遗留光线路终端端口8和升级光线路终端的端口9输出，为了满足高隔离度的网络应用需求，从升级光线路终端端口8输出的NG-PON的上行波长λ_U-NG-PON的光信号需要再通过波分复用器的WBF 5最终解复用输出。

采用上述三端口波分复用器，可以通过基于薄膜滤波器的三端口波分复用器来实现基础波段λ_O+S和C+L波段λ_C+L的波分复用/解复用功能。由于薄膜滤波器的制作工艺难度与滤波器的通带宽度、隔离度等要求成正比，而跟保护带宽间隔等成反比，因此为了满足一定的高隔离度需求，首先在本发明中使用增加带通型波长阻带滤波器来增强反射方向的隔离度，间接降低了薄膜滤波器反射方向的隔离度的要求从而降低薄膜滤波器的工艺制备难度，这能够使薄膜滤波器的镀膜层数较低，加工难度降低。

随着镀膜工艺的改进和膜系设计的优化以及成本的降低，也可直接采用薄膜滤波器实现上述的复用/解复用功能需求，即利用薄膜滤波器制成宽通带高隔离度的三端口波分复用器，实现基础波段λ_O+S和C+L波段λ_C+L的波分复用/解复用功能及高隔离度的要求，而不需要通过增加波长阻带滤波器实现。

基于边带型薄膜滤波器的波分复用器的封装方法如下：

根据系统对基于薄膜滤波器的波分复用器复用/解复用功能的需要，分析WDM1中薄膜滤波器功能参数的需求、实现及工艺封装方法等。例如，本发明中可遵照国际电信联盟标准组织ITU-T光接入网G.984.5标准中对此WDM1的参数规定。为了实现如图4所示的基础波段λ_O+S和C+L波段λ_C+L之间的复用/解复用，考虑工艺实现的可行性，选用TFF薄膜滤波片的透射端口实现其基础波段复用/解复用及反射端口实现C+L波段的复用/解复用。根据现有工艺实现的可行性、可靠性和低成本性，在满足WDM1低差损的前提下，为了提高其反射端口的高隔离度，需要引入波长阻带滤波器WBF，以满足标准中隔离度大于30dB的要求；

根据对薄膜滤波器功能参数的需求，可根据堆积型多膜系模型进行膜系设计，再通过镀膜工艺制备相应的薄膜滤波器，也可以采用其他任何可以达到性能要求的膜系设计和工艺制备方法。

如图5所示，波分复用器包括一外壳即本实施例中的套管6、遗留光线路终端端口8、升级光线路终端端口9、公共端口7、薄膜滤波器4和波长阻带滤波器5，薄膜滤波器4安装在套管6内，是一个三端口边带型薄膜滤波器，包括透射端口2、反射端口10和复用端口1；其中，

升级光线路终端端口9与公共端口7位于套管6的同一侧，遗留光线路终端端口8位于套管6的另外一侧，薄膜滤波器4封装在套管6内，靠近遗留光线路终端端口8处，波长阻带滤波器WBF 5也封装在套管6内，位于所述升级光线路终端端口9与薄膜滤波器4之间。

在波分复用器WDM1内，基础波段的光信号在透射端口2与遗留光线路终端端口8之间传输，C+L波段的光信号在反射端口10、波长阻带滤波器5和升级光线路终端端口9之间传输，波分复用的光信号(即包含基础波段、C+L波段的光信号)在复用端口1与公共端口7之间传输。

在图5中，遗留光线路终端端口8、升级光线路终端端口9、公共端口7、薄膜滤波器4和带通滤波片5的位置满足：薄膜滤波器4的轴向与通过公共端口7输入的波分复用的光信号的光路不在同一直线上，且该薄膜滤波器靠近公共端口的表面所在平面与波分复用的光信号的传输方向(图中为套管的轴向)的夹角为85°～90°(不包括90°，文中存在两个夹角时均以锐角来表示)，以保证波分复用的光信号的反射信号，即C+L波段的光信号与入射的波分复用的光信号不在一条直线，且该C+L波段的光信号应穿过波长阻带滤波器5，波长阻带滤波器靠近公共端口的表面所在平面与C+L波段的光信号的传输方向的夹角为82°～88°，该角度可以调节，只要能够使C+L波段的光信号能够与升级光线路终端端口9的光纤对准即可。波分复用的光信号通过薄膜滤波器4透射得到的基础波段的光信号从遗留光线路终端端口8输出。

下面结合附图来具体描述本发明的应用示例。在示例一中，基于薄膜滤波器的波分复用器的实施方法如下：

对所制备的薄膜滤波器，可选用常规的管状封装方法依照图5所示封装。其中，选用40mm×Φ5.5mm尺寸的陶瓷封装套管6，薄膜滤波片4从垂直方向(即套管的径向)逆时针旋转约1.8°左右(顺时针旋转也是可以的，相应调整WBF位置即可)，管中的WBF 5制备为1.4mm×1.4mm×0.7mm规格尺寸，其距离公共COM端口入射光纤轴线垂直距离约250μm，且WBF 5从垂直方向逆时针旋转约8°，即波长阻带滤波器轴向与C+L波段的光信号的夹角为85.6°，使光信号更好地耦合到光纤中。

对波分复用器中各部分光路进行对准调教。

通过对波分复用器进行测试，完全满足国际电信联盟组织ITU-T G.984.5对WDM1的参数需求。

下面以G-PON网络为例，描述利用本实施例的波分复用器实现NG-PON兼容TDM-PON网络结构示意图，如图4所示。

所述NG-PON兼容G-PON网络结构包括目前基于基础波段λ_O+S的G-PON系统网络架构与基于C+L波段λ_C+L的下一代NG-PON系统网络架构，其中G-PON系统网络架构包括G-PON OLT、WDM1、分光器和G-PON ONU；下一代NG-PON系统网络架构包括NG-PON OLT、WDM1、分光器和NG-PONONU，其中，实现TDM-PON到NG-PON的平滑升级需引入WDM1，通过复用/解复用实现网络的兼容。

对于G-PON系统，在下行方向，中心波长为1490nm±10nm的下行波长的光信号从G-PON OLT侧由Tx光模块发射经滤光片Filter 1再由WDM1的透射端口输入，然后由WDM1的公共端口复用输出经过分光器送至G-PONONU，最后由与之匹配的G-PON ONU中滤波片Filter 3滤出终被Rx接收；上行方向同理；

对于NG-PON系统，在下行方向，L波段的下行波长的光信号从NG-PONOLT侧由Tx光模块发射经滤波片Filter 2再输入至WDM1反射端口复用，最终由其公共端口输出经分光器送至NG-PON ONU，然后由与之匹配的NG-PON ONU中的滤波片Filter 4滤出被Rx接收。其上行方向同理，此处不在赘述。

因此，对于G-PON网络的布局以及现有G-PON网络的平滑升级，在极大地节约了现有ODN网络资源的情况下，必须引入WDM1通过复用/解复用功能实现两者的兼容。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种兼容两种无源光网络的波分复用器，其特征在于：

该波分复用器为实现下一代无源光网络与时分复用无源光网络兼容的波分复用器WDM1，包括外壳、在该外壳内安装的薄膜滤波器以及在该外壳上安装的遗留光线路终端端口、升级光线路终端端口和公共端口；

所述薄膜滤波器用于将从所述遗留光线路终端端口输入的基础波段的光信号和从所述升级光线路终端端口输入的C+L波段的光信号进行复用后，将得到的波分复用的光信号从所述公共端口输出，以及将从所述公共端口输入的波分复用的光信号解复用为所述基础波段和所述C+L波段的光信号，并将所述基础波段的光信号从所述遗留光线路终端端口输出，将所述C+L波段的光信号从所述升级光线路终端端口输出。

2.如权利要求1所述的波分复用器，其特征在于：

所述薄膜滤波器是一个三端口薄膜滤波器，包括透射端口、反射端口和复用端口，在所述波分复用器WDM1内，基础波段的光信号在所述透射端口与遗留光线路终端端口之间传输，C+L波段的光信号在所述反射端口、波长阻带滤波器和升级光线路终端端口之间传输，波分复用的光信号在所述复用端口与公共端口之间传输。

3.如权利要求1或2所述的波分复用器，其特征在于：

所述波分复用器还包括波长阻带滤波器，位于所述薄膜滤波器与所述升级光线路终端端口之间C+L波段光信号的传输路径上，用于将所述C+L波段的光信号从反射的光信号中滤出；所述薄膜滤波器用于将所述基础波段的光信号从透射的光信号中滤出。

4.如权利要求3所述的波分复用器，其特征在于：

所述薄膜滤波器为一边带型薄膜滤波器，所述波长阻带滤波器为边带型或带通型波长阻带滤波器。

5.如权利要求1所述的波分复用器，其特征在于：

所述C+L波段与基础波段光信号的隔离度满足所述波分复用器WDM1的隔离度要求。

6.如权利要求1或2或4所述的波分复用器，其特征在于：

所述薄膜滤波器是根据堆积型多膜系模型进行膜系设计，再通过镀膜工艺制备得到的。

7.如权利要求1或2或4所述的波分复用器，其特征在于：

所述外壳为一套管，所述升级光线路终端端口与所述公共端口位于所述套管的同一侧；所述遗留光线路终端端口位于所述套管的另外一侧；所述薄膜滤波器为片状，封装在所述套管内，且其靠近所述公共端口的表面所在平面与所述波分复用的光信号的传输方向具有一非90°的夹角。

8.如权利要求7所述的波分复用器，其特征在于：

所述波分复用器还包括安装在所述套管内的波长阻带滤波器，该波长阻带滤波器位于所述薄膜滤波器与所述升级光线路终端端口之间所述C+L波段光信号的传输路径上，并与所述波分复用的光信号的光路间隔一距离。

9.如权利要求8所述的波分复用器，其特征在于：

所述薄膜滤波器靠近所述公共端口的表面所在平面与所述波分复用的光信号的传输方向的夹角为85°～90°但不包括90°，所述波长阻带滤波器靠近所述公共端口的表面所在平面与所述C+L波段的光信号的传输方向的夹角为82°～88°。

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