CN102783056B - 双向光放大器和无源光网络 - Google Patents

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Abstract

一种双向光放大器(1)被配置为使下行光信号(SDS)在一个方向上通过并且使上行光信号(SUS)在相对方向上通过，并且包括：具有三个端口的第一光环行器(2)，第一光环行器的第一端口在双向光放大器的一端处限定第一连接器(8)；具有三个端口的第二光环行器(3)，第二光环行器的第一端口在双向光放大器的相对端处限定第二连接器(9)；下行单向光放大器(4)，该下行单向光放大器(4)被连接在第一光环行器的第二端口和第二光环行器的第二端口之间，以限定用于下行光信号的下行放大路径(5)；以及上行单向光放大器(6)，该上行单向光放大器(6)被连接在第一光环行器的第三端口和第二光环行器的第三端口之间，以限定用于上行光信号的上行放大路径(7)。双向光放大器(1)进一步包括波带分离器(10)，该波带分离器(10)被连接在第一光环行器(2)的第二端口和下行单向光放大器(4)的输入之间。

Description

双向光放大器和无源光网络
技术领域
本发明的一方面涉及双向光放大器。该双向光放大器可以用于使用光纤的光通信网络。例如，光通信网络可以是无源光网络PON，更具体地是混合波分复用和时分复用的无源光网络WDM-TDM PON。
背景技术
在下文中，术语“连接的”和“连接”分别意在指“光连接的”和“光连接”。
图1是图示无源光网络WDM-TDM PON的框图。无源光网络PON具有点对多点网络架构。无源光网络包括通过多个光分路器或复用器31以及光纤部分22、32连接到多个光网络单元ONU 30的光线路终端OLT 20。通常，光线路终端20包括位于服务提供商的中心局处的接收机23和发射机24，并且服务位于终端用户附近的多个光网络单元30。接收机23和发射机24通过环行器(circulator)21连接到光纤部分22。光线路终端20的发射机24向光网络单元30发送光信号。光线路终端20的接收机23接收由光网络单元30发送的光信号。使用不同波长带的这些下行信号和上行信号共享相同的光纤部分22、32。通常，由于在长光纤部分中行进的光信号的衰减，无源光网络PON进一步包括双向光放大器1。
图2是图示双向光放大器1的框图。下行光信号SDS在一个方向上通过双向光放大器1，并且上行光信号SUS在相反方向上通过双向光放大器1。双向光放大器1包括第一光环行器2以及第二光环行器3，二者都具有3个端口P1、P2、P3。第一光环行器2的第一端口P1在双向光放大器的一端限定第一连接器8。第二光环行器3的第一端口P1在双向光放大器的相对端限定第二连接器9。第一连接器8连接到光纤部 分32。第二连接器9连接到另一光纤部分22。用于下行光信号SDS的下行放大路径5被限定在第一光环行器2的第二端口P2和第二光环行器3的第二端口P2之间。下行单向光放大器4被连接在下行放大路径5中的所述端口之间。用于上行光信号SUS的上行放大路径7被限定在第一光环行器2的第三端口P3和第二光环行器3的第三端口P3之间。上行单向光放大器6被连接在用于上行光信号的上行放大路径7中的所述端口之间。通常，这样的双向光放大器包括稀土掺杂的光纤放大器DFA作为单向光放大器4、6。稀土掺杂的光纤放大器包括稀土掺杂的光纤作为用于放大光信号的增益介质。例如，稀土掺杂的光纤放大器可以是掺铒光纤放大器EDFA。
由于在每个光环行器的第二端口P2和第三端口P3之间的不完美隔离而导致的不稳定性使得图2中描绘的双向光放大器1不令人满意。在小框中描绘了不同放大阶段的下行信号SDS(实线箭头)和上行信号SUS(虚线箭头)的不完美隔离的影响。更确切地，在下行单向光放大器4的输入处再次注入上行单向光放大器6的输出功率11的一部分。类似地，在上行单向光放大器6的输入处再次注入下行单向光放大器4的输出功率12的一部分。相应的光功率在双向光放大器1的闭环中再次循环。因此，这样的双向光放大器1是不稳定的，即，双向光放大器在两个方向上的输出功率随着时间而不规律地变化。
已经提出了包括具有低输出功率的单向光放大器或者包括具有增加的隔离度的环行器的双向光放大器。然而，这些解决方案没有令人满意地防止双向光放大器输出信号的振荡。此外，具有35dB的隔离度的环行器需要单向光放大器的输出功率被限制为16dBm以便于防止振荡。因为这减小了无源光网络的范围(在OLT和ONU之间的距离)和分光比(每OLT的ONU的数目)，因此是不可接受的。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种克服了现有双向光放大器的一个或多个局限的双向光放大器
根据本发明的一个方面，提供了一种双向光放大器，该双向光放大器被配置为使下行光信号在一个方向上通过并且使上行光信号在相对方向上通过，该双向光放大器包括：
-第一光环行器，该第一光环行器具有三个端口，
-第二光环行器，该第二光环行器具有三个端口，
-下行单向光放大器，该下行单向光放大器被连接在第一光环行器的第二端口和第二光环行器的第二端口之间，以限定用于下行光信号的下行放大路径，
-上行单向光放大器，该上行单向光放大器被连接在第一光环行器的第三端口和第二光环行器的第三端口之间，以限定用于上行光信号的上行放大路径，以及
-波带分离器，该波带分离器被连接在第一光环行器的第二端口和下行单向光放大器的输入之间。
波带分离器可以是波带分路器或解交织器。
单向光放大器可以是稀土掺杂的光纤放大器或者半导体光放大器或集中式拉曼放大器。
下行光信号可以传输连续业务。上行光信号可以传输突发业务。
根据本发明的另一方面，提供了一种无源光网络，包括通过多个光分路器或复用器以及光纤部分连接到多个光网络单元的光线路终端。无源光网络还包括本发明的双向光放大器。
本发明的双向光放大器甚至在高输出功率的情况下并且在大范围的操作条件下都提供了较高的稳定性。此外，双向光放大器，特别是上行单向放大器具有改善的突发模式能力，上行信号在突发操作模式中被有效地放大。其他优点从本发明的下面的描述中将变得明显。
附图说明
本发明通过示例的方式被说明并且不限于附图，在附图中，相同的附图标记指示类似的元素：
图1是图示无源光网络WDM-TDM PON的框图；
图2是图示根据现有技术的双向光放大器的框图；
图3是图示根据本发明的双向光放大器的框图；以及
图4和图5示出了在本发明的双向光放大器中使用的波带分离器实现的示例。
具体实施方式
图3是图示本发明的双向光放大器的框图。双向光放大器1包括第一光环行器2和第二光环行器3、下行单向光放大器4、上行单向光放大器6和波带分离器10。波带分离器10被连接在第一光环行器2的第二端口P2和下行单向光放大器4的输入之间。单向光放大器4、6可以是掺铒光纤放大器EDFA。替代地，还可以是任何稀土掺杂的光纤放大器(例如，稀土是铥、镨等…)或者集中式(lumped)拉曼放大器、或半导体光放大器SOA。
可以通过在双向光放大器的一端处由第一光环行器2的第一端口P1限定的第一连接器8来将双向光放大器1连接到光纤部分32。可以通过在双向光放大器的相对端处由第二光环行器3的第一端口P1限定的第二连接器9来将双向光放大器1进一步连接到光纤部分22。
在第一光环行器2的第二端口P2、波带分离器10、下行单向光放大器4和第二光环行器3的第二端口P2之间的路径限定了用于放大下行光信号SDS的下行放大路径5。通常，下行光信号SDS传输连续业务。
在第二光环行器3的第三端口P3、上行单向光放大器6和第一光环行器2的第三端口P3之间的路径限定了用于放大上行光信号SUS的上行放大路径7。通常，上行光信号SUS传输突发业务。
由于第一环行器2的不完美的隔离，上行单向光放大器6的输出功率11的一部分被再次注入到下行放大路径5中。在小框中描绘了不同放大阶段的下行信号SDS(实线箭头)和上行信号SUS(虚线箭头)的放大和再循环的影响。波带分离器10防止了输出功率11的一部分到达下行单向光放大器4的输入。因此，其防止了光功率在下行放大路径5中再次循环。设计波带分离器10，使得考虑到将不同波长带用于传输 连续业务的下行光信号SDS以及传输突发业务的上行光信号SUS。有利地，波带分离器10拒绝与上行光信号SUS相对应的全部波长带。因此，下行单向光放大器4仅放大下行光信号SDS。下行单向光放大器4的输出功率并且因此连接器9处的双向光放大器的输出功率随着时间而变得稳定。
有利地，上行放大路径7不包括任何波带分离器。由于第二环行器3的不完美隔离而导致下行单向光放大器4的输出功率12的一部分被再次注入到上行放大路径7中。因此，上行放大路径7并且具体地上行单向光放大器6总是加载有连续光信号。由于传输突发业务的上行光信号SUS的属性，这使得能够保持上行单向光放大器6被加载，并且因此减少由于突发业务而导致的上行单向光放大器6的输入处的功率变化。
存在实现波带分离器10的各种方法，该波带分离器10有效地防止上行光信号SUS的光功率在下行放大路径5中再次循环。相对于无源光网络WDM-TDM PON的波长分配计划来选取波带分离器。
图4图示了波带分离器实现的示例。波带分离器10是波带分路器。在本示例中，下行光信号SDS被包括在波长带[λ0；λb]中，而上行光信号SUS在波长λb以上。基于波带分路器的波长λ的传输T使得仅完全或至少部分地传送具有包括在所述带[λ0；λb]中的波长的光信号。
图5图示了波带分离器实现的另一示例。波带分离器10是解交织器。在本示例中，下行光信号SDS如瓦状叠盖于上行光信号SUS中。解交织器是具有一个输入端口和两个输出端口的无源光纤器件。解交织器用于将瓦状叠盖的信号分离成奇数信道(第一输出端口)和偶数信道(第二输出端口)。解交织器的输入连接到第一环行器2的第二端口P2。第一输出端口连接到下行单向光放大器4的输入。第二输出端口(未示出)没有被连接，例如，其可以悬空。基于解交织器的波长λ的传输T使得仅由相应输出端口传递的下行光信号SDS被注入到下行单向光放大器4中。
本发明的双向光放大器可以适用于各种无源光网络PON，例如异步传输模式ATM无源光网络APON、宽带无源光网络BPON、以太网 无源光网络EPON或GEPON、千兆比特无源光网络GPON、10千兆比特以太网无源光网络10G-EPON。
附图及其此前的描述说明而不是限制本发明。
虽然附图将不同的功能实体示作不同的块，但是这并不排除其中单个实体执行若干功能、或者其中若干实体执行单个功能的实现。在这方面，附图是非常概略的。
权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在除了在权利要求中所列出的那些之外的其他元素。元素之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元素。

Claims (9)

1.一种双向光放大器(1)，所述双向光放大器(1)被配置为使下行光信号(SDS)在一个方向上通过，并且使上行光信号(SUS)在相对方向上通过，所述双向光放大器包括：
-第一光环行器(2)，所述第一光环行器(2)具有三个端口；
-第二光环行器(3)，所述第二光环行器(3)具有三个端口；
-下行单向光放大器(4)，所述下行单向光放大器(4)被连接在所述第一光环行器(2)的第二端口(P2)和所述第二光环行器(3)的第二端口(P2)之间，以限定用于所述下行光信号(SDS)的下行放大路径(5)；以及
-上行单向光放大器(6)，所述上行单向光放大器(6)被连接在所述第一光环行器(2)的第三端口(P3)和所述第二光环行器(3)的第三端口(P3)之间，以限定用于所述上行光信号(SUS)的上行放大路径(7)，
其中所述双向光放大器(1)进一步在所述下行放大路径(5)上包括用于拒绝与所述上行光信号相对应的全部波长带的波带分离器(10)，而所述上行放大路径(7)不包括任何波带分离器，所述波带分离器(10)被连接在所述第一光环行器(2)的所述第二端口(P2)和所述下行单向光放大器(4)的输入之间。
2.根据权利要求1所述的双向光放大器，其中所述波带分离器(10)是波带分路器。
3.根据权利要求1所述的双向光放大器，其中所述波带分离器(10)是解交织器。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的双向光放大器，其中所述单向光放大器(4、6)中的任何一个是稀土掺杂的光纤放大器。
5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的双向光放大器，其中所述单向光放大器(4、6)中的任何一个是半导体光放大器。
6.根据权利要求1至3中的任何一项所述的双向光放大器，其中所述单向光放大器(4、6)中的任何一个是集中式拉曼放大器。
7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的双向光放大器，其中所述下行光信号(SDS)传输连续业务。
8.根据权利要求1至3中的任何一项所述的双向光放大器，其中所述上行光信号(SUS)传输突发业务。
9.一种无源光网络包括：光线路终端(20)，所述光线路终端(20)通过多个光分路器或复用器(31)和光纤部分(22、32)连接到多个光网络单元(30)，其中所述无源光网络进一步包括根据权利要求1-8中的任何一项所述的双向光放大器。
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