CN102598547B

CN102598547B - 操作光学组件中的激光器

Info

Publication number: CN102598547B
Application number: CN200980162416.0A
Authority: CN
Inventors: H.罗德; T.特里耶; S.斯莫洛尔茨; E.戈特瓦尔德
Original assignee: Xieon Networks SARL
Current assignee: Xiaoyang Network Co., Ltd.
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: US20120170092A1; WO2011029478A1; CN102598547A; EP2476213B1; EP2476213A1; US8824034B2

Abstract

提供了一种用于操作光学组件中的激光器的方法和设备，其中，所述激光器是所述光学组件的本地振荡器；以及其中，所述激光器的线宽被展宽。此外，提出了一种包括所述光学组件的光学通信系统。

Description

操作光学组件中的激光器

技术领域

本发明涉及一种用于操作光学组件中的激光器的方法和设备。

背景技术

无源光网络（PON）是关于光纤到户（FTTH）、光纤到商户（FTTB）和光纤到路边（FTTC）情形的有希望的方案，特别是由于其克服了传统点对点解决方案的经济限制。

PON已经标准化，并且其目前由网络服务提供商在世界范围内部署。传统PON以广播的方式分发从光线路终端（OLT）至光网络单元（ONU）的下行业务，而ONU将在时间上复用的上行数据分组发送至OLT。因此，ONU之间的通信需要通过OLT来传送（涉及电子处理，例如缓冲和/或调度，这导致延时并使网络的吞吐量降级）。

在光纤通信中，波分复用（WDM）是通过使用激光的不同波长（颜色）将多个光载波信号复用在单个光纤上以承载不同信号的技术。除了在一束光纤上实现双向通信以外，这还允许容量的倍增。

将WDM系统划分为不同波长模式：传统或者粗和密集WDM。WDC系统提供了例如约1550nm的石英光纤的第3传输窗口（C频带）中的最多16个信道。密集WDM使用相同传输窗口但具有更密集的信道间距。信道规划变化，但是典型系统可以使用100GHz间距的40个信道或50GHz间距的80个信道。一些技术有25GHz间距的能力。放大选项实现了将可使用的波长扩展至L频带，从而或多或少加倍了这些数目。

光接入网（例如，相干超密集波分复用（UDWDM）网络）被视为未来的数据接入技术。

在UDWDM概念中，潜在地将所有波长路由至每个ONU。相应波长是通过调谐ONU处的本地振荡器（LO）激光器来选择的。

因此，UDWDM系统使用具有相干接收机的可调谐LO激光器来选择大量下行波长（downstreamwavelength）之一。在系统启动时，正确的波长是未知的并且需要通过针对容许的波长进行扫描而找到。

在这种UDWDMOAN内，在ONU站点处对来自OLT的下行波长的检测可能是困难的。这可以通过在整个波长范围内处理ONU的本地振荡器的扫描而进行。由于激光器的宽与整个波长范围相比相当小，并且由于本地振荡器激光器和下行波长需要几乎相同，因此这种扫描过程需要大量的时间，在该大量的时间期间，本地振荡器以非常小的步长穿过波长范围。

相干接收机将窄带激光器用作本地振荡器。激光器的容许最大线宽取决于通信系统的容许误比特率（BER）、数据速率、以及调制格式。例如，激光器的最大线宽可以共计（小于）1MHz。

相干接收机检测DC信号（其与本地振荡器激光器的总功率和碰撞到接收机的通信波长成比例）以及AC分量。DC分量独立于本地振荡器（LO）激光器的波长与通信波长之间的频率差，并在任何进一步处理数据之前被滤除掉。AC分量出现在这样的频率下，该频率是LO激光器的频率与通信信道的频率之差。该AC分量的力度和强度与两个激光器的频谱重叠部分成比例。

当频率差足够小以处于检测电子装置的带宽内时，并且如果重叠保持足够长以组成检测系统的时间常量的相当大的部分，就可以检测AC信号。

由于这两个激光器（ONU处的LO激光器和OLT处的激光器，用于向ONU传送信息）均可以具有例如1MHz的典型线宽以及典型的通信频带（例如，C频带跨越若干THz），因此如果以线宽的步长执行扫描，则波长扫描将仅针对可能的扫描位置的百万分之一产生信号。系统将必须保持处于每个步长中足够长时间以便信号注册（register）。假定耗费一毫秒来注册重叠部分并停止扫描，那么这将导致大约1000秒的扫描时间以找到信道。如果需要评估信道中所包括的信息（例如其可用性），则该时间甚至将增加。

所期望的是，最初，稀少地使用信道规划，以便不浪费不使用的信道上的功率。因此，大多数扫描时间将根本不产生信号，但是由于扫描需要特定时间以检测信道的缺乏，因此不使用的频谱将需要与所使用的频谱几乎相同的扫描时间量。

发明内容

要解决的问题是克服上述劣势，且尤其是，提出一种允许在光学组件处加速扫描过程的机制。

根据独立权利要求的特征来解决该问题。其他实施例源自从属权利要求。

为了克服该问题，提供了一种用于操作光学组件中的激光器的方法，

-其中，所述激光器是所述光学组件的本地振荡器；

-其中，所述激光器的线宽被展宽。

注意，激光器的线宽可以是激光器的频谱、频率范围或波长范围。由于对于输入信号而言激光器的较小线宽不必扫描巨大波长范围，因此通过展宽激光器的波长，可以显著地加速在光学组件处接收到的波长的扫描过程。

在实施例中，利用所述激光器的展宽的线宽来扫描输入信号。

对输入信号的这种扫描可以尤其是用来确定输入信号的波长。优选地，将激光器的波长调整为输入信号的这种波长。

在另一实施例中，在检测到所述输入信号的情况下，

-所述激光器的线宽减小；

-所述激光器被锁定到所述输入信号上。

因此，当扫描过程展现出输入信号时，线宽可以再次减小（例如，不再被展宽）并且光学组件的激光器可以被锁定到输入信号上，即，将激光器的波长选择（或调整）为使得其锁定到输入信号的波长上。

因此，激光器的（先前）展宽的线宽可以用于以加速的方式确定输入信号并锁定到这种信号上。

输入信号可以是从OLT接收到的信号，且光学组件可以是ONU。

在另一实施例中，在所述激光器被锁定到所述输入信号上之前，扫描速度降低。

因此，一旦检测到信号，扫描速度就可以降低，特别地，激光器的线宽一起减小。

在下一实施例中，在所述激光器被锁定到所述输入信号上之前，对所述激光器的波长进行微调。

这种微调或微调整是可选步骤，用于将激光器的波长调整为与输入信号的波长相对应。这取决于相应激光器以及这种微调步骤是否可以有利的情形。

以下内容也是实施例：所述激光器的线宽是通过迅速对所述激光器的偏置电流进行调制（modulate）来展宽的。

根据另一实施例，所述激光器的线宽是通过对所述激光器的组件进行机械调制来展宽的。

根据实施例，所述激光器的组件是所述激光器的镜，其中，这种镜可以是经由压电致动器或微机电系统来调制的。

根据另一实施例，所述激光器的组件是机械调谐元件，尤其是所述激光器的介质滤波器（dielectricfilter）。

在另一实施例中，所述激光器的线宽是通过增大所述激光器的电流以使得所述激光器进入多模式来展宽的。

根据下一实施例，所述激光器的线宽是通过不补偿振动来展宽的。

因此，在扫描过程期间，可能不补偿振动，从而展宽激光器的线宽。

根据另一实施例，所述激光器的线宽是通过将所述激光器的电流设置在所确定的阈值以下使得所述激光器用作宽带光源来展宽的，并且其中，所述激光器的可调谐外腔尤其是由介质滤波器修改。

注意，这种所确定的阈值可以是根据针对特定激光器而确定的特性曲线来设置的。

根据另一实施例，所述光学组件是光网络单元或光线路终端。

在特定情形中，所述光学组件可以是连接至OLT的光网络单元（ONU）。OLT提供了要由ONU在所描述的扫描过程期间检测的下行信号。

上述问题还通过一种光学元件解决，所述光学元件包括：

-本地振荡器激光器；

-处理单元，其被布置为：

-尤其是在扫描过程期间展宽所述本地振荡器激光器的线宽。

注意，上述实施例以类似的方式应用于所述光学元件。

所述光学元件可以是ONU或OLT。

上述问题还通过一种光学通信系统解决，其包括至少一个这里描述的光学元件。

附图说明

在以下附图中示出并示意了本发明的实施例：

图1示出了包括本地振荡器激光器、分配器（splitters）、调制器和接收机的装置，其中，这些组件可以是ONU的一部分；

图2示出了示意情形，其中OLT经由波长滤波器连接至多个ONU；

图3示出了描绘确定本地振荡器信号的增益曲线的滤波器的基本原理的图；

图4示出了关于可以如何通过单个可调谐元件（例如滤波器）影响输入和输出信号的备选实施例；

图5示出了将LO激光器的波长调整为OLT信号的优化扫描过程的示意框图；

图6示出了示意图，其对关于如何在扫描期间展宽LO激光器的频谱的多个选项进行可视化。

具体实施方式

所提供的解决方案尤其是通过在扫描过程期间对本地振荡器激光器进行频谱展宽来解决较慢扫描速度的问题。

在未检测到信号时，将激光器的线宽尤其是展宽至可行的最大值。这显著加速了扫描速度。

当检测到信号时，激光器的线宽减小并且扫描速度降低，使得本地振荡器（LO）激光器的线宽可以达到具有较小线宽的通常扫描的过程。然而，与利用LO激光器的波长的线宽扫描频谱相比，根据该解决方案，LO激光器以快得多的方式逼近实际信道。

因此，随着LO激光器的线宽逼近下行波长的线宽，两个激光器信号的重叠部分增大（由于线变窄）并且信号的强度增大。当达到目标线宽时，可以执行微调整，如果这被视为必要的话。因此，信道锁定到下行波长上。

图5包括对上述步骤进行可视化的示意框图。在步骤501中，在扫描过程期间展宽LO激光器频谱（线宽）。在步骤502中，使用展宽的LO激光器信号来扫描OLT信号。在检测到信号（参见步骤503）的情况下，分支到步骤504。否则，继续步骤502的扫描。在所述步骤504中，LO激光器的频谱（线宽）减小且扫描速度降低。可选地，可以对LO激光器波长进行微调整，以锁定到下行OLT信号的波长上。

存在允许展宽激光器的频谱的各个备选方案。这些备选方案可以尤其是描述如下。可以单独地或者彼此组合地使用这些备选方案。还在图6中对这些备选方案进行可视化。

（1）通过迅速对激光器偏置电流进行调制来对LO激光器的频率进行调制（参见框601）。这特别适用于所有固态激光器，并具有可以利用现有电子组件（激光器驱动器）的优势；因此，不需要附加部分。

（2）可以通过机械调制来实现激光器的频谱的展宽（参见框602）。例如，可以通过对在扩展腔激光器上使用的激光器的镜进行调制来对激光器的长度进行调制。这可以是经由附着至腔镜之一的压电致动器或微机电系统（MEMS）来实现的。

该概念允许较大地增大线宽，并且在调谐激光器的情况下特别有用，并且已由这种机械致动器实现。

（3）此外，可以通过机械调谐元件（例如介质滤波器）的振荡来实现激光器的频谱的展宽（参见框图603）。该方法允许激光器的波长的线宽的较大变化。

如果该调谐机制允许快速改变，则该方法不需要提供附加部分。然而，可有用的是，提供快速移动摇摆单元，以高效地展宽激光器的频谱。

（4）可以增大激光器的电流，使得激光器的激光器二极管进入多模式（参见框604）。该方案还具有提高展宽信号的功率的优势。

（5）可以通过在扫描过程期间不补偿振动来展宽激光器的线宽（参见框605）。

该方案具有容易实现和成本收益相当高的优势。振动可以随扫描速度而增大，使得减速可以自动减小线宽。

（6）加速的扫描过程可以包括两个部分：

（a）在ONU制造时，或者每当接通ONU时，测量ONU的激光器的特性曲线（在考虑到驱动电流的情况下的光输出功率）一次。测量设备（例如，功率检测二极管）部署有ONU，并且可以通过软件来设置激光器电流，使得特性曲线的测量仅需要某一件软件且不需要附加硬件。此外，可以快速执行对特性曲线的这种测量。基于该测量，可以确定激光器的阈值电流。

（b）该阈值电流信息用于加速的扫描：将激光器电流设置为该阈值电流以下一点（例如，某百分比）。因此，激光器用作宽带光源，但通过可调谐外腔来修改其频谱（参见框606），这是由介质滤波器和这种介质滤波器的调谐角实现的（参见图3和图4以及其以下描述）。因此，激光器发出窄光谱，但不发射激光。该窄光谱在频谱上比激光线显著更宽，并可以用于快速扫描。如果通过增大接收强度来检测OLT波长，则ONU激光器电流增大至阈值以上，并且在激光器线宽减小的情况下的详细扫描可以开始。

出于实现目的，可有利的是，通过后置放大器来提高阈值下（sub-threshold）激光器的输出功率。对这种后置放大器的需要取决于系统的特性。在一些ONU可调谐激光器实现中，可以包括这种放大器以将充足的光功率提供给后续光级；因此，所提出的概念可以高效地利用该放大器而无需任何附加硬件。因此，有利地，可以在没有附加硬件工作量的情况下快速扫描较大波长范围。

还有利的是，该方案以可靠的方式检测任何OLT波长。在不展宽频谱的情况下，可以忽略OLT波长，这是由于在详细的单向扫描期间ONU激光器的模式非连续性。如果ONU知道OLT波长可在特定波长窗口中得到，则其可以在常规详细扫描未找到它的情况下采取附加措施。例如，其可以沿相反方向进行扫描以克服滞后效应，或者其可以利用稍微修改的激光器电流进行扫描。

图1示出了包括本地振荡器激光器101、分配器103、105和106、调制器104以及接收机102的装置。这些组件可以是ONU111的一部分。光学滤波器108可以连接至OLT（未示出）。

经由调制器104来对在本地振荡器激光器101处生成的信号进行调制，以产生经由光学滤波器108而传送的上行数据信号109。将经由光纤108输入的光信号馈送至接收机102。此外，经由分配器103和105将在本地振荡器激光器101处生成的信号馈送至接收机102。因此，本地振荡器激光器101用于调制目的以将信号从ONU111传输至OLT，并用于与输入的接收信号110有关的接收目的。对于后一种目的，需要将本地振荡器激光器101的波长调整为输入信号的波长。这里描述的方案允许加速的扫描过程，以在较短时间段内检测到输入信号的锁定。

图2示出了示意情形，其中OLT201经由滤波器202（例如，波长滤波器或AWG）连接至多个ONU203、204。将从OLT201至ONU203、204的方向称作下行链路或下行方向，而将从ONU203、204至OLT201的相反方向称作上行链路或上行方向。

图3示出了光学增益元件306（例如，激光活性介质）经由波导305和透镜304将光信号提供给滤波器303，尤其是，滤波器303是角度可调谐介质滤波器。所述滤波器303和包括镜307a的光学增益元件306的组合构成可调谐激光器308，即，可以经由所述滤波器303来调整可调谐激光器308。另一个镜307b位于滤波器303与可调谐激光器308的输出之间。

将可调谐激光器308的输出传送至分配器312，分配器312进一步将其导向至调制器311和另一分配器309。

因此，通过调制器311来对来自本地振荡器308的信号进行调制，并将该信号馈送至循环器302，循环器302经由波导301来传送调制后的信号。

另一方面，经由波导301将数据信号传送至循环器302，循环器302将数据信号馈送至分配器309，在分配器309处，将其与来自可调谐激光器308的信号进行组合。将该组合信号导向至本地接收机310，以用于进一步处理的目的。

还有利的是，可以使用集成光子电路，从而增进接收机灵敏度。

图3所示的布置可以提供有光网络组件，例如提供有OLT或ONU。

图4示出了关于可以如何通过单个可调谐元件（例如滤波器）影响输入和输出信号的示例布置。

光学增益元件401包括半导体光放大器（SOA）405，经由该SOA405，将信号传送至滤波器403，并通过镜（或反射器）404将该信号反射回到光学增益元件401。因此，滤波器403可以用于调整激光器的波长。光学增益元件401包括镜402，镜402用于反射来自滤波器403的输入信号，以由调制器409调制并提供为输出信号“信号出”407。

注意，光学增益元件可以是包括抗反射涂层的激光器二极管。

此外，可以经由滤波器403将输入信号（数据信号，“信号入”410）馈送至光电二极管408。

缩写列表

AC交流电

DC直流电

LO本地振荡器

OAN光接入网

OLT光线路终端

ONU光网络单元

UDWDM超密集WDM

WDM波分复用

Claims

1.一种用于操作光学组件中的激光器的方法，

-其中，所述激光器是所述光学组件的相干接收机的本地振荡器；

-其中，所述激光器的线宽被展宽；并且

其中，扫描输入信号，以便利用所述激光器的展宽的线宽。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在检测到所述输入信号的情况下，

-所述激光器的线宽减小；

-所述激光器被锁定到所述输入信号上。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述激光器被锁定到所述输入信号上之前，扫描速度降低。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，在所述激光器被锁定到所述输入信号上之前，对所述激光器的波长进行微调。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述激光器的线宽是通过迅速对所述激光器的偏置电流进行调制来展宽的。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述激光器的线宽是通过对所述激光器的组件进行机械调制来展宽的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述激光器的组件是所述激光器的镜，其中，这种镜能够经由压电致动器或微机电系统而调制。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述激光器的组件是机械调谐元件。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述激光器的组件是激光器的介质滤波器。

10.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述激光器的线宽是通过增大所述激光器的电流以使得所述激光器进入多模式来展宽的。

11.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述激光器的线宽是通过不补偿振动来展宽的。

12.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述激光器的线宽是通过将所述激光器的电流设置在所确定的阈值以下使得所述激光器用作宽带光源来展宽的，并且其中，所述激光器的频谱通过调谐介质滤波器的调谐角被修改。

13.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述光学组件是光网络单元或光线路终端。

14.一种光学元件，包括：

-相干接收机的本地振荡器激光器；

-处理单元，其被布置为：

-在对于输入信号的扫描过程期间展宽所述本地振荡器激光器的线宽。

15.一种光学通信系统，包括至少一个根据权利要求14所述的光学元件。