CN102349204A - 可调激光器、光模块和无源光网络系统 - Google Patents

可调激光器、光模块和无源光网络系统 Download PDF

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CN102349204A CN2011800014013A CN201180001401A CN102349204A CN 102349204 A CN102349204 A CN 102349204A CN 2011800014013 A CN2011800014013 A CN 2011800014013A CN 201180001401 A CN201180001401 A CN 201180001401A CN 102349204 A CN102349204 A CN 102349204A
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Abstract

本申请提供一种可调激光器，包括阻带滤波模块，具有多个相互间隔的阻带；增益介质，连接至所述阻带滤波模块，所述增益介质的发射光具有多个纵模，其中一个纵模与所述阻带滤波模块的阻带重叠；波长调整模块，用于在所述可调激光器进行波长调整时调节所述增益介质的发射光的纵模位置，使所述发射光的纵模偏移至与所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的另一个阻带相对准。本申请提供一种光模块和无源光网络系统。

Description

可调激光器、光模块和无源光网络系统
技术领域
本申请主要涉及光通信技术，特别地，涉及一种波长可调的激光器(即可调激光器)和光模块，并且，本申请还涉及一种采用所述可调激光器的无源光网络(Passive Optical Network，PON)系统。
背景技术
随着用户对带宽需求的不断增长，传统的铜线宽带接入系统越来越面临带宽瓶颈。与此同时，带宽容量巨大的光纤通信技术日益成熟且应用成本逐年下降，光纤接入网，比如无源光网络(Passive Optical Network，PON)，逐渐成为下一代宽带接入网的有力竞争者。目前，在众多的光纤接入网解决方案中，基于波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术的WDMPON系统由于具有较大的带宽容量、类似点对点的通信方式保证信息安全性等优点而备受关注。
由于WDM PON系统要求每个用户独享一个波长，因此无论在用户端还是在局端的光收发模块，都需要多个具有不同发射波长的激光器。若采用固定波长的激光器(即彩光激光器)，随着用户的增多，激光器类型将越来越多，此将给运营商带来极大的仓储问题。为此，目前的WDM PON系统的光发射机通常采用可调激光器来实现光源无色化，以使得所述WDM PON系统不需要为不同的波长通道分别准备特定波长的激光器，从而解决仓储问题，大大降低了运维成本和网络部署成本。
分布式反馈式(Distributed Feedback，DFB)热调激光器是一种常见的可调激光器，所述DFB热调激光器的主要结构是在DFB管芯下方设置用于控制温度的热电致冷(Thermoelectric Cooler，TEC)模块，并通过所述TEC模块调节所述DFB管芯的波长。随着温度的增加，DFB光栅的相应波长会逐渐增大，而所述DFB光栅波长直接决定所述DFB热调激光器的发射波长，从而可以通过温度调节来改变激光器的发射波长。不过，目前DFB热调激光器的DFB光栅通常采用铟镓砷磷(InGaAsP)作为材料，其波长漂移幅度一般是0.1nm/K，即温度需要改变10度，波长才会产生1纳米的改变，此极大地限制所述DFB热调激光器的波长调节范围。
发明内容
本申请提供一种具有较大波长调节范围的可调激光器和光模块；同时，本申请还提供一种采用所述可调激光器的无源光网络系统。
一种可调激光器，包括：阻带滤波模块，具有多个相互间隔的阻带；增益介质，连接至所述阻带滤波模块，所述增益介质的发射光具有多个纵模，其中一个纵模与所述阻带滤波模块的阻带重叠；波长调整模块，用于在所述可调激光器进行波长调整时调节所述增益介质的发射光的纵模位置，使所述发射光的纵模偏移至与所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的另一个阻带相对准。
一种光模块，包括发送子模块和接收子模块；所述发送子模块用于将数据信号转换成光信号并输出，所述接收子模块用于接收输入光并将其转换为相应的电信号；所述发送子模块包括激光器和激光驱动器，所述激光驱动器用于向所述激光器提供调制电流以将所述数据信号调制在所述激光器的输出光，所述激光器包括：阻带滤波模块，具有多个相互间隔的阻带；增益介质，连接至所述阻带滤波模块，所述增益介质的发射光具有多个纵模，其中一个纵模与所述阻带滤波模块的阻带重叠。
一种无源光网络系统，包括光线路终端和多个光网络单元，所述光线路终端通过光分配网络连接到所述多个光网络单元；其中，所述光线路终端和/或光网络单元包括如上所述的可调激光器。
本申请提供的技术方案中，可调激光器可通过调节所述增益介质的发射光的纵模位置使所述纵模偏移至与所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的阻带相对准，从而实现波长调整。由于所述增益介质的发射光具有多个相互间隔的纵模且所述阻带滤波器具有多个相互间隔的阻带，通过所述增益介质发射光的多个纵模与所述阻带滤波器的多个阻带之间的游标效应，所述可调激光器的波长调整时，所述增益介质发射光的纵模最多只需要移动不超过一个阻带间隔的范围，因此可以实现在一定的温度调节范围之内具有很大的波长调节范围。
附图说明
图1为本申请提供的可调激光器一种实施例的示意图。
图2示意性地表示图1所示的可调激光器中增益介质的输出光与FBG模块的阻带之间的关系。
图3为图1所示可调激光器中FBG模块的一种实施例的结构示意图。
图4为本申请提供的光模块一种实施例的示意图。
图5为本申请提供的可调激光器可以适用的一种无源光网络系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本申请提供的可调激光器、光收发模块以及无源光网络系统和设备进行详细描述。
为解决可调激光器的波长调节范围较小的问题，本申请首先提供一种具有FBG模块的可调激光器，所述FBG模块包括多个相互间隔的阻带，所述可调激光器利用温度调整使得增益介质的发射光的其中一个纵模移动至所述FBG模块与目标波长的相对应的阻带来实现波长可调的光激射。通过所述增益介质发射光的多个纵模与所述FBG模块的多个阻带之间的游标效应，本申请提供的可调激光器可以实现在一定的温度调节范围之内具有很大的波长调节范围，避免如现有技术需要通过较大的温度改变来实现波长调节。
请参阅图1，其为本申请提供的可调激光器一种实施例的示意图。所述可调激光器100包括增益介质110、光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)模块120和波长调整模块130。
所述增益介质110可以是以铟镓砷磷(InGaAsP)为芯层的磷化铟(InP)材料，其可用于提供具有多个相互间隔的纵模的发射光。比如，在一种实施例中，所述增益介质110的发射光的各个纵模的波长各不相同，且相邻纵模之间的波长差是相同的，即所述多个纵模是具有周期性特性的；在其他替代实施例中，所述多个纵模也可以是非周期性的。
所述FBG模块120可以通过光纤连接至所述增益介质110，其可以作为周期性阻带滤波器，具有多个相互间隔且呈周期性分布的阻带。其中，所述FBG模块120的阻带可以满足国际电信联盟(International TelecommunicationsUnion，ITU)的波长标准(ITU grid)，在具体实施例中，通过适当的设计，可以使得所述增益介质110的发射光只有一个纵模与所述FBG模块120的阻带重叠，如图2所示。如果所述增益介质110的发射光的多个纵模具有周期性特性，为保证所述发射光中只有一个纵模与所述FBG模块的阻带重叠，所述FBG模块120的阻带的周期应当与所述多个纵模的周期不同，即使得所述增益介质的发射光的纵模间距与所述FBG模块120的阻带间距具有一定的偏差。
并且，所述FBG模块120对于波长与所述阻带相重叠的光信号具有部分反射特性，也即是说，所述FBG模块120可以将所述增益介质110的发射光中具有预定波长的光信号(即，与所述FBG模块120的阻带重叠的纵模)中的至少一部分反射回所述增益介质110，并经过所述增益介质110进行受激辐射再次放大，如此往返多次，使得所述FBG模块120与所述增益介质110之间形成法布里-珀罗(Fabri-Perrot，FP)谐振腔，最终由所述谐振腔输出波长与所述阻带相对应的激射光。而由于所述增益介质110的发射光的其他纵模并不与所述FBG模块120的阻带相重叠，其他纵模无法在所述FBG模块120形成反射并返回至所述增益介质110进行注入放大，因而其他纵模无法形成激射。因此，所述可调激光器100只有一个稳定的波长发生激射，所述稳定的波长便作为所述可调激光器100的发射波长。
在具体实施例中，根据波长调节范围的需要，所述FBG模块120可以是单独一个FBG，也可以是通过多个具有不同阻带的FBG相互串联而成(如图3所示)，具体的阻带数量可以与所述可调激光器100需要选择的波长数目相一致。比如，在单模裸光纤SMF-28上，连续制作m个相互串联的FBG，每个FBG分别具有n个中心波长，且不同的FBG的中心波长各不相同，从而实现m×n个波长通道。另外，所述FBG模块120可采用负温度补偿封装，以避免温度变化导致的温漂，具体地，通过负温度补偿封装可以保证所述m个相互串联的FBG在25℃到85℃的范围内的波长最大漂移不超过0.2nm，另外，所述FBG模块120的封装还可以同时采用应变隔离的方式，避免所述FBG的波长受到外界应变的影响。
另外，在一种实施例中，为进一步提高所述可调激光器100的谐振效果，所述增益介质110的前端面(邻近所述FBG模块120一侧的端面)和后端面(即远离所述FBG模块120一侧的端面)可分别设置有抗反射膜111和高反射膜112。其中，所述抗反射膜111可用于减小由所述FBG模块120反射返回的反射光在所述增益介质110前端面的反射率，从而提高从所述FBG模块120返回的反射光在所述增益介质110的注入效果；所述高反射膜112可用于降低所述增益介质110后端的出射光，从而提高所述增益介质110的受激辐射效果。
所述波长调整模块130可以为温度控制模块，其用于实现所述增益介质110的温度调节，并根据所述可调激光器100的实际波长调节需要，通过温度调节控制所述增益介质110的发射光的纵模发生偏移，使得所述发射光的纵模与所述FBG模块120的另一个阻带相对准，从而形成并输出另一个波长的激射光，实现波长调节。
具体而言，所述波长调整模块130可以包括温度控制电路132和温度调节单元133。其中，所述温度调节单元133可以设置在所述增益介质110的下方，所述温度控制电路132可连接至所述温度调节单元133。
在具体实施例中，所述温度调节单元133可以包括热电致冷(Thermoelectric Cooler，TEC)组件，其可根据所述温度控制电路132提供的温度控制信号，通过热电致冷效应调节所述增益介质110的温度，从而调节所述增益介质100的发射光的纵模位置，使得所述增益介质110的发射光的纵模偏移到所述FBG模块120中与目标波长相对应的另一个阻带相对准。
所述温度控制电路132可以用于根据具体的波长调节需要，向所述温度调节单元133提供温度控制信号，以控制所述温度调节单元133针对所述增益介质110进行相应的温度调节。
如上所述，在本实施例提供的可调激光器100中，当进行波长调节时，所述温度调节单元133仅需要通过温度调节使得所述增益介质110的发射光的其中一个纵模偏移至与所述FBG模块120中与目标波长相对应的另一个阻带相对准便可。因此，本实施例提供的可调激光器100波长调节的范围主要取决于所述FBG模块120的阻带数量和阻带之间的间距，由于所述增益介质110的发射光具有多个相互间隔的纵模，而所述FBG模块120具有多个相互间隔的阻带，在本实施例提供的可调激光器100波长调节中，所述增益介质110的发射光的纵模最多只需要移动不超过一个阻带间隔的范围，通过上述游标效应，所述可调激光器100便可以实现在一定的温度调节范围之内具有很大的波长调节范围，避免如现有技术需要通过较大的温度改变来实现波长调节。
另一方面，为实现所述可调激光器100在波长调节之后进行波长锁定，可选地，所述波长调整模块130还可以进一步包括光功率检测单元131。所述光功率检测模块131可以是监测光电二极管(Monitor Photodiode，MPD)，其设置在所述增益介质110后端，用于检测从所述增益介质110后端出射的光信号的光功率(即检测所述增益介质的后向光功率)，并将检测到的光功率成比例地转换为电流并输出给所述温度控制电路132。
应当理解，即便所述增益介质110的后端面设置有所述高反射膜112，由于高反射膜而非100％的全反射膜，因而仍会有少量的光从后端面输出，被所述光功率检测模块131检测到。所述光功率检测模块131将所述增益介质的后向光功率成比例地转换为电流，通过检测输出电流的大小，就可以得到所述增益介质110后向光功率；并且，所述光功率检测模块131接收到的后向光功率与所述增益介质110的前向发射功率通常有固定的比例关系，因此，可以利用所述光功率检测模块131接收到的后向功率来推算出所述增益介质110当前的前向发射功率，即所述增益介质110当前的输出光功率。
如果通过所述温度调节单元133在所述温度控制电路132的控制下，对所述增益介质110的温度调节可以使得所述增益介质110的其中一个纵模与所述FBG模块120中与目标波长相对应的阻带相对准时，由于产生稳定的谐振，此时所述光功率检测单元131检测到的光功率可以达到最大值，则其输出电流也同样达到最大值；如果没有对准，那么此时所述光功率检测单元131的输出电流没有达到最大值。因此，在具体实施例中，所述温度控制电路132可以通过判断所述光功率检测单元131的输出电流是否达到最大值来判断所述增益介质110的其中一个纵模是否与所述FBG的目标波长对应的阻带已经对准，并决定是否控制所述温度调节单元133停止对所述增益介质110的温度调节。
例如，所述温度控制电路132可以预设有电流理论最大值，在根据波长调节需要将所述增益介质110的发射光的纵模调整到与目标波长相对应的阻带附近之后，当所述光功率检测单元131的输出电流达到所述理论最大值时，所述温度控制电路132便可控制所述温度调节单元133停止温度调节，此时便可以将所述可调激光器100的发射波长锁定在所述目标波长。
基于上述可调激光器100，本申请还进一步提供一种采用所述可调激光器100的光模块。请参阅图4，其为本申请提供的光模块一种实施例的结构示意图。所述光模块200包括发送子模块210和接收子模块220。所述发送子模块210用于将数据信号转换成光信号并进行发送，在具体实施例中，所述发送子模块210可包括激光驱动器(Laser Diode Device，LDD)211和激光器(Laser Diode，LD)212。其中，所述激光器212可以为本申请提供的可调激光器100，其具体结构和工作过程可参见上述实施例的描述。所述激光驱动器211用于向所述激光器212提供调制电流，以将所述数据信号调制在所述激光器212的输出光，从而实现数据发送。所述接收子模块220用于接收来自外部设备的输入光，并进行光电转换形成相应的电信号。
本发明实施例还进一步提供一种无源光网络系统，所述无源光网络系统可以是如图5所示的波分复用无源光网络(WDM PON)系统。所述WDM PON系统800包括位于局端(Central Office，CO)的光线路终端810和位于用户侧的多个光网络单元820，其中所述光线路终端810通过光分配网络(OpticalDistribution Network，ODN)830连接到所述多个光网络单元820。所述光分配网络830可以包括主干光纤831、波分复用/解复用器832和多个分支光纤833，其中，所述主干光纤831连接到所述光线路终端810，并通过所述波分复用/解复用器832连接到所述多个分支光纤833，所述多个分支光纤833分别连接到所述光网络单元820。其中，所述波分复用/解复用器832可以为设置在远端节点(Remote Node，RN)的阵列波导光栅(Array Waveguide Grating，AWG)，即远端AWG(RN-AWG)。
所述光线路终端810包括有多个局端光模块811，所述多个第一光模块(即局端光模块)811通过位于局端的另一个波分复用/解复用器812，比如局端AWG耦合到所述主干光纤831。每个光网络单元820分别包括一个第二光模块(即用户侧光模块)821。所述第二光模块821与所述第一光模块811之间一一对应，且每一对第一光模块811和第二光模块821分别采用不同的通信波长进行类似点对点的通信。
其中，所述第一光模块811和所述第二光模块812可分别采用上述实施例提供的光模块200，具体而言，所述第一光模块811和所述第二光模块812分别采用激光器作为光源，且所述激光器可以为本申请上述实施例提供的可调激光器100，其具体结构和工作过程可参见上述实施例的描述。
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披露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种可调激光器，其特征在于，包括：
阻带滤波模块，具有多个相互间隔的阻带；
增益介质，连接至所述阻带滤波模块，所述增益介质的发射光具有多个纵模，其中一个纵模与所述阻带滤波模块的阻带重叠；
波长调整模块，用于在所述可调激光器进行波长调整时调节所述增益介质的发射光的纵模位置，使所述发射光的纵模偏移至与所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的另一个阻带相对准。
2.如权利要求1所述的可调激光器，其特征在于，所述阻带滤波模块为周期性阻带滤波模块，其具有多个相互间隔且呈周期性分布的阻带。
3.如权利要求2所述的可调激光器，其特征在于，所述周期性阻带滤波模块的多个阻带满足国际电信联盟ITU的波长标准。
4.如权利要求2所述的可调激光器，其特征在于，所述周期性阻带滤波模块的多个阻带之间的间距与所述增益介质的发射光的多个纵模之间的间距不同。
4、如权利要求3所述的可调激光器，其特征在于，所述增益介质的发射光的多个纵模具有周期性特性，且相邻纵模之间的波长差相同。
5.如权利要求1至4中任一项所述的可调激光器，其特征在于，所述周期性滤波模块为光纤布拉格光栅模块，其包括至少一个光纤布拉格光栅。
6.如权利要求5所述的可调激光器，其特征在于，所述光纤布拉格光栅模块包括相互串联的多个光纤布拉格光栅，每个光纤布拉格光栅具有多个中心波长，且不同的光纤布拉格光栅的中心波长各不相同。
7.如权利要求1所述的可调激光器，其特征在于，在所述增益介质的发射光的其中一个纵模与所述阻带滤波模块的阻带重叠时，所述阻带滤波模块与所述增益介质之间形成法布里-珀罗谐振腔，其中所述阻带滤波模块将波长与所述阻带相对应的光信号中的一部分反射回所述增益介质进行受激辐射，以使所述法布里-珀罗谐振腔输出波长与所述阻带相对应的激射光。
8.如权利要求1所述的可调激光器，其特征在于，所述波长调整模块为温度控制模块，所述温度控制模块在所述可调激光器进行波长调整时通过调节所述增益介质的温度使得所述增益介质的发射光的纵模发生偏移。
9.如权利要求8所述的可调激光器，其特征在于，所述温度控制模块包括温度控制电路和温度调节单元，所述温度控制电路根据所述根据波长调节需要向所述温度调节单元提供温度控制信号，所述温度调节单元根据所述温度控制信号调节所述增益介质的温度，以将所述增益介质的发射光的纵模偏移至所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的阻带相对准。
10.如权利要求9所述的可调激光器，其特征在于，所述温度调节单元包括热电致冷TEC组件。
11.如权利要求9所述的可调激光器，其特征在于，所述温度控制模块还包括光功率检测单元，所述光功率检测单元用于检测所述增益介质的后向光功率，且所述温度控制电路还用于在所述光功率检测单元检测到的后向光功率最大时控制所述温度调节单元停止温度调整，以将所述增益介质的发射光的波长锁定在所述目标波长。
12.一种光模块，其特征在于，包括发送子模块和接收子模块；
所述发送子模块用于将数据信号转换成光信号并输出，所述接收子模块用于接收输入光并将其转换为相应的电信号；
所述发送子模块包括激光器和激光驱动器，所述激光驱动器用于向所述激光器提供调制电流以将所述数据信号调制在所述激光器的输出光，所述激光器包括：
阻带滤波模块，具有多个相互间隔的阻带；
增益介质，连接至所述阻带滤波模块，所述增益介质的发射光具有多个纵模，其中一个纵模与所述阻带滤波模块的阻带重叠。
13.如权利要求12所述的光模块，其特征在于，所述阻带滤波模块为周期性阻带滤波模块，其具有多个相互间隔且呈周期性分布的阻带。
14.如权利要求13所述的光模块，其特征在于，所述周期性阻带滤波模块的多个阻带之间的间距与所述增益介质的发射光的多个纵模之间的间距不同。
15.如权利要求12至14中任一项所述的光模块，其特征在于，所述周期性滤波模块为光纤布拉格光栅模块，其包括至少一个光纤布拉格光栅。
16.如权利要求15所述的光模块，其特征在于，所述光纤布拉格光栅模块包括相互串联的多个光纤布拉格光栅，每个光纤布拉格光栅具有多个中心波长，且不同的光纤布拉格光栅的中心波长各不相同。
17.如权利要求12所述的光模块，其特征在于，所述激光器还包括：
波长调整模块，用于在所述可调激光器进行波长调整时调节所述增益介质的发射光的纵模位置，使所述发射光的纵模偏移至与所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的另一个阻带相对准。
18.如权利要求17所述的光模块，其特征在于，所述波长调整模块为温度控制模块，所述温度控制模块在所述可调激光器进行波长调整时通过调节所述增益介质的温度使得所述增益介质的发射光的纵模发生偏移。
19.如权利要求18所述的光模块，其特征在于，所述温度控制模块包括温度控制电路和温度调节单元，所述温度控制电路根据所述根据波长调节需要向所述温度调节单元提供温度控制信号，所述温度调节单元根据所述温度控制信号调节所述增益介质的温度，以将所述增益介质的发射光的纵模偏移至所述阻带滤波模块中与目标波长相对应的阻带相对准。
20.如权利要求19所述的光模块，其特征在于，所述温度控制模块还包括光功率检测单元，所述光功率检测单元用于检测所述增益介质的后向光功率，且所述温度控制电路还用于在所述光功率检测单元检测到的后向光功率最大时控制所述温度调节单元停止温度调整，以将所述增益介质的发射光的波长锁定在所述目标波长。
21.一种无源光网络系统，其特征在于，包括：光线路终端和多个光网络单元，所述光线路终端通过光分配网络连接到所述多个光网络单元；其中，所述光线路终端和/或光网络单元包括如权利要求1至11中任一项所述的可调激光器。
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