CN102906949B - 外调制激光器、无源光通信设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供外调制激光器、无源光通信设备及系统，其中，外调制激光器包括激光器，所述激光器包括部分反射镜、增益介质和滤波器；所述部分反射镜、增益介质和滤波器构成所述激光器的激光振荡腔；所述滤波器，用于将所述增益介质发出的光进行滤波处理后，产生预设波长的光波；所述部分反射镜，用于将一部分所述产生的预设波长的光波透射至调制器进行外调制，将另一部分所述产生的预设波长的光波反射回所述增益介质；解决了现有的外调制激光器存在功耗大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及外调制激光器、无源光通信设备及系统。
背景技术
光纤通信技术中普遍采用10Gb/s外调制激光器(EML：ExternallyModulated Laser)，其中，电吸收调制激光器由于尺寸小、调制速度快，成为最典型的器件，是接入网下一代PON的关键器件。根据国际标准ITU-TG987.3规定，XG-PON的波长范围在1575～1580nm。电吸收调制激光器主要由两部分构成：分布反馈式(DFB：Distributed Feedback)激光器和电吸收调制器(EAM：Electra-absorption Modulator)，DFB激光器用于产生连续的激光，电吸收调制器用于把高速的电信号转化成高速的光信号。
为了确保电吸收调制激光器在国际标准组织规定的1575～1580nm范围内工作，在DFB激光器中安装有致冷器，使DFB激光器保持在固定的温度下工作，该致冷器会额外增加激光器模块的功耗。
发明内容
本发明实施例提供一种外调制激光器、无源光通信设备及系统，能够降低外调制激光器的功耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种外调制激光器，包括：
激光器，所述激光器包括部分反射镜、增益介质和滤波器；
所述部分反射镜、增益介质和滤波器构成所述激光器的激光振荡腔；
所述滤波器，用于将所述增益介质发出的光进行滤波处理后，产生预设波长的光波；
所述部分反射镜，用于将一部分所述产生的预设波长的光波透射至调制器进行外调制，将另一部分所述产生的预设波长的光波反射回所述增益介质。
在第一种可能的实现方式中，所述激光器还包括：
全反射镜，设置在所述增益介质后端，用于将从所述增益介质后端射出的光反射回所述增益介质。
基于第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述全反射镜耦合至所述增益介质形成反射型增益介质，所述部分反射镜耦合至所述滤波器形成部分反射型滤波器。
基于第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述全反射镜耦合至所述滤波器形成反射型滤波器，所述部分反射镜耦合至所述增益介质形成部分反射型增益介质。
基于第一、第二或第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述滤波器包括薄膜滤波片。
基于第一、第二、第三或第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述外调制激光器还包括：
分光器，位于所述激光器和所述调制器之间，用于将所述激光器输出的所述光波至少分为两路光波。
基于第一、第二、第三、第四或第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述外调制激光器还包括：调制器阵列，所述调制器阵列至少包括两个调制器，所述调制器阵列中包含的调制器的数量与所述分光器的输出光波的路数相同；
所述调制器阵列，用于将所述分光器输出的各路光波分别调制为对应的光信号。
基于第一、第二、第三、第四、第五或第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述外调制激光器还包括：放大器阵列，所述放大器阵列至少包括两个放大器，所述放大器阵列中包含的放大器的数量与所述分光器的输出光波的路数相同。
基于第一、第二、第三、第四、第五、第六或第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述放大器阵列位于所述分光器和所述调制器阵列之间，所述放大器阵列，用于将所述分光器输出的各路光波分别进行放大处理。
基于第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述放大器阵列位于所述调制器阵列之后，所述放大器阵列，用于将所述调制器阵列调制后的各路光信号分别进行放大处理。
基于第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八或第九种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，所述放大器阵列耦合至所述调制器阵列。
基于第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，所述激光器、所述分光器、所述放大器阵列和所述调制器阵列之间光纤连接。
基于第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，所述激光器、所述分光器、所述放大器阵列和所述调制器阵列之间平面光波导连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种无源光通信设备，包括：上述外调制激光器。
所述光纤通信设备包括光线路终端或光网络单元。
第三方面，本发明实施例提供了一种无源光网络系统，包括：位于中心控制站的光线路终端和位于用户侧的多个光网络单元，所述光线路终端和所述光网络单元进行光纤通信；
所述光线路终端包括上述外调制激光器；
所述光网络单元包括上述外调制激光器。
本实施例的外调制激光器采用对温度不敏感的滤波器，将增益介质发出的光经过滤波后产生预设波长的光波的技术手段，能够实现光信号的稳定输出，不需要安装致冷器，减小了外调制激光器的功耗，降低了硬件成本，解决了现有的外调制激光器存在功耗大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的外调制激光器中激光器的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的外调制激光器的结构示意图；
图3为图2所示外调制激光器的一种具体实现的结构示意图；
图4为图2所示外调制激光器的又一种具体实现的结构示意图；
图5为图2所示外调制激光器的又一种具体实现的结构示意图；
图6为图2所示外调制激光器的又一种具体实现的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的电吸收调制激光器主要由DFB激光器和电吸收调制器构成，DFB激光器用于产生连续的激光，电吸收调制器用于把高速的电信号转化成高速的光信号。
其中，DFB激光器中的DFB光栅决定DFB激光器产生的激光的波长。DFB光栅容易受到温度的影响，温度调谐系数约为：0.08nm/K，即温度变化1度，波长改变0.08nm。一般工业用激光器要求在-40～85度范围内均可工作，如果没有温度控制，那么DFB激光器的波长将会出现10nm左右的变化，远远超出了10G PON的标准要求。为了确保电吸收调制激光器在国际标准组织规定的1575～1580nm范围内工作，在DFB激光器中安装有致冷器，使DFB激光器保持在固定的温度下工作，该致冷器会额外增加激光器模块的功耗。
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种方法，能够降低外调制激光器的功耗。
本发明提供的外调制激光器包括激光器和调制器，激光器用于产生预设波长的光波，调制器用于将电信号转化成光信号。为了降低外调制激光器的功耗，对激光器进行了改进，即本发明的激光器采用对温度不敏感的滤波器来取代原EML中的DFB光栅，使激光器的波长对外界温度的变化不敏感，从而不需要在激光器中安装额外的致冷器，降低外调制激光器的功耗。
图1为本发明一实施例提供的外调制激光器中激光器的结构示意图，包括：全反射镜111、增益介质112、部分反射镜113、滤波器114；
全反射镜111、增益介质112、部分反射镜113、滤波器114构成激光器的激光振荡腔。
以下对激光器的工作原理进行说明。增益介质112发出的光，经过滤波器114过滤之后，只有与滤波器114的通带匹配的光可以通过，而通带以外的光都被衰减掉了，从而可以产生预设波长的光波。通过滤波器114后的光传输到部分反射镜，其中，一部分光透过部分反射镜113后输出，另一部分光被部分反射镜113反射回去，并且重新注入回增益介质112，经过增益介质112的放大，将注入的光传输到全反射镜111，经过全反射镜111反射回来，再次注入到增益介质112，再经过一次增益放大后传输到滤波器114。上述过程可以认为完成一次完整的振荡，根据增益介质的工作原理，经过多次完整振荡之后，与滤波器通带对应波长的光会不断得到加强，当增强到一定程度，增益介质的增益饱和，最终会达到一个稳定工作的平衡状态。
需要说明的是，滤波器114的通带可以根据实际需要的光波的波长进行具体设置。
需要说明的是，本实施例的激光器的工作波长主要是滤波器114决定的，无需任何波长校准和稳定机制，因此，本实施例的激光器简单易用，成本较低。
在本发明的一个可选实施方式中，滤波器114包括但不限于薄膜滤波片，需要说明的是，本实施例的滤波器的功能可以采用任何温度不敏感的滤波模块实现。
在本发明的一个可选实施方式中，全反射镜111和增益介质112可以耦合在一起形成反射型的增益介质，例如，反射型半导体光放大器(ReflectiveSemiconductor Optical Amplifier，RSOA)。可选的，部分反射镜113和滤波器114可以耦合在一起形成反射型的滤波器，例如，部分反射的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)。
在本发明的一个可选实施方式中，全反射镜111和滤波器114可以耦合在一起形成反射型的滤波器，部分反射镜113和增益介质112可以耦合在一起形成部分反射型的增益介质。
本实施例的外调制激光器采用对温度不敏感的滤波器，将增益介质发出的光经过滤波后产生预设波长的光波的技术手段，能够实现光信号的稳定输出，不需要安装致冷器，减小了外调制激光器的功耗，降低了硬件成本，解决了现有的外调制激光器存在的功耗大的问题。
图2为本发明另一实施例提供的外调制激光器的结构示意图，在图1所示激光器基础上的进一步扩展，本实施例的外调制激光器包括：激光器11、调制器阵列12、分光器13。
其中，激光器11为图1实施例所述的激光器，激光器11的组成以及工作原理参考图1所示实施例的详细描述。
在本发明的一个可选实施方式中，分光器13位于激光器11和调制器阵列12之间，用于将激光器11输出的光波至少分为两路光波。需要说明的是，本实施例中，可以根据实际所需的输出光功率的大小，确定需要输出的光波路数。
分光器13包括但不限于多模干涉器(multi-mode interferometer，MMI)，例如，分光器13还可以采用级联的Y分支器。
在本发明的一个可选实施方式中，调制器阵列12至少包括两个调制器，调制器阵列中包含的调制器的数量与分光器13的输出光波的路数相同；其中，调制器阵列12，用于将分光器13输出的各路光波分别调制为对应的光信号。
调制器阵列12中的调制器可以是电吸收调制器(Electra-absorptionModulator，EAM)，也可以是MZ干涉型调制器，本发明对此不作限定。
在本发明的一个可选实施方式中，本实施例的外调制激光器还包括：放大器阵列14，本实施例的放大器包括但不限于半导体光放大器。
放大器阵列14至少包括两个放大器，用于对各路光波进行放大处理，满足特定的输出光功率的要求，放大器阵列14中包含的放大器的数量与分光器13的输出光波的路数相同。
需要说明的是，本实施例的放大器的增益可以随着外部温度的变化进行动态调节，从而补偿温度变化对激光器的影响。
在本发明的一个可选实施方式中，放大器阵列14位于分光器13和调制器阵列12之间，具体用于将分光器13输出的各路光波分别进行放大处理；
在本发明的一个可选实施方式中，放大器阵列14位于调制器阵列12之后，具体用于将调制器阵列12调制后的各路光信号分别进行放大处理。
上述放大器阵列可以耦合至调制器阵列，也可以单独分开。
在本发明的一个可选实施方式中，激光器11、调制阵列12、分光器13、放大器阵列14之间可以通过光纤连接之外，还可以通过平面光波导(Planarlightwave circuit，PLC)方式连接，例如，将激光器11、调制阵列12、分光器13、放大器阵列14集成耦合到PLC芯片中，PLC芯片包括但不限于二氧化硅SiO2、聚合物Polymer和硅Si。
本实施例的外调制激光器采用分光器将激光器输出的光波分为多路光波，实现多路光波的输出，进一步地，本实施例采用放大器阵列，分别对每路光波进行放大处理，从而实现对每路光波进行单独的功率控制。
同时，本实施例采用PLC技术，对外调制激光器中各器件进行集成封装，降低了制作成本，减小了外调制激光器的尺寸，有利于同一线卡中支持更多的端口。
图3为图2所示外调制激光器的一种具体实现的结构示意图，如图3所示，具体包括：半导体光放大器RSOA、反射型滤波片、分光器、多模干涉器MMI、光放大器SOA阵列和调制器(Modulator，MOD)阵列；
其中，半导体光放大器RSOA由全反射镜和增益介质组成，反射型滤波片由全反射镜和1577nm的薄膜滤波片组成，半导体光放大器RSOA和反射型滤波片组成激光器的激光振荡腔。
激光器输出的光，通过分光器引出，进入多模干涉器MMI，分成多路光波，例如分成4路光波，各路光波分别经过光放大器SOA阵列和调制器MOD阵列的放大和调制后，分4路光信号输出。
在本发明的一个可选实施方式中，调制器MOD包括但不限于电吸收调制器或MZ干涉型调制器，如果调制器MOD采用MZ干涉型调制器，且PLC芯片采用硅Si，MZ干涉型调制器可以直接制作在PLC芯片中，而无需再混合集成。
在本发明的一个可选实施方式中，光放大器SOA阵列和调制器MOD阵列可以耦合在一起，也可以单独分开。
需要说明的是，上述外调制激光器中的各器件均集成封装在PLC芯片上。其中，半导体光放大器RSOA可以通过倒装芯片Flip chip与PLC芯片的无源波导通过倏逝波上下耦合，或者通过端面耦合Butt coupling进行边缘耦合对准。1577nm的薄膜滤波片可以直接贴在PLC芯片的边缘，与输出波导垂直，或者也可以通过在1577nm的薄膜滤波片与PLC芯片之间加透镜，提高耦合效率。
本实施例的外调制激光器采用对温度不敏感的1577nm的薄膜滤波片，将增益介质发出的光经过滤波后产生1577nm波长的光波，经过分光器后分为多路光波输出到放大器阵列和调制器阵列，对每路光波分别进行放大和调制处理，从而实现对每路光波进行单独的功率控制和光功率的输出。
本实施例的外调制激光器不需要安装额外的致冷器，减小了外调制激光器的功耗，即使在温度环境变化很大的情况下，本实施例的外调制激光器也能实现波长和功率稳定的输出，提高了外调制激光器的工作性能的稳定性。
同时，本实施例采用PLC技术，对外调制激光器中各器件进行集成封装，降低了制作成本，简化封装环节，减小了外调制激光器的尺寸，有利于同一线卡中支持更多的端口。
图4为图2所示外调制激光器的又一种具体实现的结构示意图，如图4所示，具体包括：半导体光放大器RSOA、反射型滤波片、多模干涉器MMI、光放大器SOA阵列和调制器MOD阵列；
其中，半导体光放大器RSOA由部分反射镜和增益介质组成，反射型滤波片由全反射镜和1577nm的薄膜滤波片组成，反射型滤波片和RSOA直接对准，半导体光放大器RSOA和反射型滤波片组成激光器的激光振荡腔。
半导体光放大器RSOA中的增益介质发出的光经过1577nm的薄膜滤波片滤波后产生波长为1577nm的光波，经过反射型滤波片中的全反射镜全部反射回增益介质，一部分光波透过RSOA中的部分反射镜输出到多模干涉器MMI，分成多路光波，例如分成4路光波，各路光波经过光放大器SOA阵列和调制器MOD阵列的放大和调制后，分4路光信号输出。
在本发明的一个可选实施方式中，光放大器SOA阵列和调制器MOD阵列可以耦合在一起，也可以分开。
需要说明的是，上述器件均集成封装在PLC芯片上。
图5为图2所示外调制激光器的又一种具体实现的结构示意图，如图5所示，具体包括：RSOA阵列、反射型滤波片和调制器MOD阵列。
其中，RSOA阵列至少包括两个RSOA，每个RSOA由部分反射镜和增益介质组成，反射型滤波片由全反射镜和1577nm的薄膜滤波片组成，反射型滤波片和RSOA阵列直接对准，RSOA阵列和反射型滤波片组成激光器，需要说明的是，为了满足多路光波的输出，反射型滤波片由大面积的全反射镜和大面积的1577nm的薄膜滤波片组成。
RSOA阵列中每一个RSOA中的增益介质发出的光经过1577nm的薄膜滤波片滤波后产生波长为1577nm的光波，经过反射型滤波片中的全反射镜全部反射回增益介质，一部分光波透过RSOA中的部分反射镜输出从而形成多路光波的输出，经过调制器MOD阵列调制后，分多路光信号输出。
需要说明的是，上述无源波导的器件均集成封装在PLC芯片上。
图6为图2所示外调制激光器的又一种具体实现的结构示意图，如图6所示，具体包括：布拉格光栅、RSOA阵列和调制器MOD阵列。
需要说明的是，布拉格光栅的通带可以根据实际需要的光波的波长进行具体设置，本实施例的PLC芯片为二氧化硅SiO2，布拉格光栅可以直接制作在PLC芯片中。
在本发明的一个可选实施方式中，RSOA阵列至少包括两个RSOA，每个RSOA由部分反射镜和增益介质组成，RSOA阵列位于布拉格光栅和调制器MOD阵列之间，布拉格光栅为反射型的布拉格光栅，由全反射镜和布拉格光栅组成。
RSOA阵列中每一个RSOA中的增益介质发出的光经过1577nm的布拉格光栅后产生波长为1577nm的光波，经过与布拉格光栅耦合在一起的全反射镜后，全部反射回增益介质，一部分光波透过RSOA中的部分反射镜输出，从而形成多路光波的输出，经过调制器MOD阵列调制后，分多路光信号输出。
在本发明的一个可选实施方式中，RSOA阵列至少包括两个RSOA，RSOA由全反射镜和增益介质组成，布拉格光栅位于RSOA阵列和调制器MOD阵列之间。
RSOA阵列中每一个RSOA中的增益介质发出的光经过1577nm的布拉格光栅后产生波长为1577nm的光波输出，从而形成多路光波的输出，各路光波经过调制器MOD阵列调制后，分多路光信号输出。
需要说明的是，上述器件均集成封装在PLC芯片上。
上述本实施例的外调制激光器采用对温度不敏感的1577nm的滤波器，将增益介质发出的光经过滤波后产生1577nm波长的光波，经过分光、放大、调制处理后形成稳定的多路光功率的输出。
由于上述本实施例的外调制激光器不需要安装额外的致冷器，减小了外调制激光器的功耗，解决了现有的外调制激光器存在功耗大的问题，即使在温度环境变化很大的情况下，本实施例的外调制激光器也能实现稳定的光功率的输出，提高了外调制激光器的工作性能的稳定性。
同时，上述实施例均采用PLC技术，对外调制激光器中各器件进行集成封装，降低了制作成本，减小了外调制激光器的尺寸，有利于同一线卡中支持更多的端口。
基于上述实施例提供的外调制激光器，本发明另一实施例提供了一种无源光通信设备，该无源光通信设备包括但不限于光线路终端或光网络单元，光线路终端包括上述实施例提供的外调制激光器，光网络单元包括上述实施例提供的外调制激光器。
基于上述实施例提供的外调制激光器，本发明另一实施例提供了一种无源光网络系统，该系统包括位于中心控制站的光线路终端和位于用户侧的多个光网络单元，其中，光线路终端和光网络单元之间进行无源光网络通信，光线路终端包括用于提供数据调制发射功能的外调制激光器，该外调制激光器为上述实施例提供的外调制激光器；光网络单元包括用于提供数据调制发射功能的外调制激光器，该外调制激光器为上述实施例提供的外调制激光器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种外调制激光器，其特征在于，包括：激光器，所述激光器包括部分反射镜、增益介质和滤波器；
所述部分反射镜、增益介质和滤波器构成所述激光器的激光振荡腔；
所述滤波器，用于将所述增益介质发出的光进行滤波处理后，产生预设波长的光波；
所述部分反射镜，用于将一部分所述产生的预设波长的光波透射至调制器进行外调制，将另一部分所述产生的预设波长的光波反射回所述增益介质；
其中，所述部分反射镜与所述增益介质组成光放大器RSOA，至少两个所述RSOA组成RSOA阵列，所述RSOA阵列中每一个RSOA中的增益介质用于产生多路光波。
2.根据权利要求1所述的外调制激光器，其特征在于，所述激光器还包括：
全反射镜，设置在所述增益介质后端，用于将从所述增益介质后端射出的光反射回所述增益介质。
3.根据权利要求2所述的外调制激光器，其特征在于，所述全反射镜耦合至所述增益介质形成反射型增益介质，所述部分反射镜耦合至所述滤波器形成部分反射型滤波器。
4.根据权利要求2所述的外调制激光器，其特征在于，所述全反射镜耦合至所述滤波器形成反射型滤波器，所述部分反射镜耦合至所述增益介质形成部分反射型增益介质。
5.根据权利要求1所述的外调制激光器，其特征在于，所述滤波器包括薄膜滤波片。
6.根据权利要求1-5任一项所述的外调制激光器，其特征在于，还包括：
分光器，位于所述激光器和所述调制器之间，用于将所述激光器输出的所述光波至少分为两路光波。
7.根据权利要求6所述的外调制激光器，其特征在于，还包括：调制器阵列，所述调制器阵列至少包括两个调制器，所述调制器阵列中包含的调制器的数量与所述分光器的输出光波的路数相同；
所述调制器阵列，用于将所述分光器输出的各路光波分别调制为对应的光信号。
8.根据权利要求7所述的外调制激光器，其特征在于，还包括：放大器阵列，所述放大器阵列至少包括两个放大器，所述放大器阵列中包含的放大器的数量与所述分光器的输出光波的路数相同。
9.根据权利要求8所述的外调制激光器，其特征在于，所述放大器阵列位于所述分光器和所述调制器阵列之间，所述放大器阵列，用于将所述分光器输出的各路光波分别进行放大处理。
10.根据权利要求8所述的外调制激光器，其特征在于，所述放大器阵列位于所述调制器阵列之后，所述放大器阵列，用于将所述调制器阵列调制后的各路光信号分别进行放大处理。
11.根据权利要求8所述的外调制激光器，其特征在于，所述放大器阵列耦合至所述调制器阵列。
12.根据权利要求8所述的外调制激光器，其特征在于，所述激光器、所述分光器、所述放大器阵列和所述调制器阵列之间光纤连接。
13.根据权利要求8所述的外调制激光器，其特征在于，所述激光器、所述分光器、所述放大器阵列和所述调制器阵列之间平面光波导连接。
14.一种无源光通信设备，其特征在于，包括：如权利要求1-8中任一项所述的外调制激光器。
15.根据权利要求14所述的无源光通信设备，其特征在于，所述无源光通信设备包括光线路终端或光网络单元。
16.一种无源光网络系统，其特征在于，包括：位于中心控制站的光线路终端和位于用户侧的多个光网络单元，所述光线路终端和所述光网络单元进行光纤通信；
所述光线路终端包括用于提供数据调制发射功能的外调制激光器，所述外调制激光器为权利要求1-13中任一项所述的外调制激光器。
17.根据权利要求16所述的无源光网络系统，其特征在于，所述光网络单元包括用于提供数据调制发射功能的外调制激光器，所述外调制激光器为权利要求1-13中任一项所述的外调制激光器。
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