CN103098488A - 波长可调激光器、无源光网络系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种波长可调激光器、无源光网络系统和设备。该激光器包括：部分反射镜、增益介质、光开关、至少两个滤波反射组件，所述至少两个滤波反射组件的通道中心波长各不相同；所述光开关用于控制所述增益介质输出的光信号的传输方向，以将所述光信号选择性地传输到其中一个滤波反射组件；所述滤波反射组件用于对所述光信号进行滤波处理并将其反射回所述光开关，滤波处理后的光信号依次经过所述光开关和所述增益介质传输到所述部分反射镜；所述部分反射镜用于输出部分所述滤波处理后的光信号并反射部分所述滤波处理后的光信号。

Description

波长可调激光器、无源光网络系统和设备
技术领域
本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种波长可调激光器、无源光网络系统和设备。
背景技术
光纤通信领域的核心器件之一是可调激光器，通常在时分复用(Time-Division Multiplexing，简称TDM)和波分复用(Wavelength-Division Multiplexing，简称WDM)的无源光网络(PassiveOptical Network，简称PON)系统中，光网络单元(Optical Network Unit，简称ONU)和/或光线路终端(Optical Line Termination，简称OLT)的发射机可以使用可调激光器，该激光器可以在一个波长范围内选择一个特定的波长，从而提高了PON系统的适应性和灵活性。
现有技术的分布式反馈(Distributed Feed Back，简称DFB)热调激光器包括有谐振腔、增益介质、布拉格光栅和半导体致冷器(Thermoelectric Cooler，简称TEC)，其中，谐振腔是由两块与工作介质轴线垂直且分别设置在工作介质两边的反射镜构成侧面反射的腔体，同时将布拉格光栅集成在激光器内部的增益介质中，使得波长为布拉格光栅中心波长的光从该激光器输出。随着温度的增加，布拉格光栅的中心波长会往长波长漂移，因此通过TEC控制温度的方式，使谐振腔内可以形成选模结构，从而实现波长可调的单模工作。
现有的DFB热调激光器中，布拉格光栅的材质一般采用InGaAsP，在温度需要改变10度时，才能对波长产生1nm的漂移，因此波长可调节范围受到材料的限制，当前的DFB热调激光器的可调节范围窄。
发明内容
本发明实施例提供一种波长可调激光器、无源光网络系统和设备，用以解决上述技术问题，扩大激光器输出波长的调节范围。
一方面，本发明实施例提供一种波长可调激光器，包括：部分反射镜、增益介质、光开关、至少两个滤波反射组件，所述所述至少两个滤波反射组件的通道中心波长各不相同；
所述光开关用于控制所述增益介质输出的光信号的传输方向，以将所述光信号选择性地传输到其中一个滤波反射组件；所述滤波反射组件用于对所述光信号进行滤波处理后并对其进行反射形成反射信号，所述反射信号依次经过所述光开关和所述增益介质传输到所述部分反射镜，所述部分反射镜用于输出部分反射信号并将部分反射信号反射回所述增益介质。
另一方面，本发明实施例提供一种无源光网络系统，包括：光线路终端和至少一个光网络单元，所述光线路终端通过光分配网络连接到所述至少一个光网络单元：其中，所述光线路终端和/或所述光网络单元包括如上所述的波长可调激光器。
再一方面，本发明实施例提供一种无源光网络设备，包括发射机和接收机，其中所述发射机包括波长可调激光器，所述波长可调激光器包括：部分反射镜、增益介质、光开关和至少两个滤波反射组件，所述至少两个滤波反射组件的通道中心波长各不相同；所述光开关用于控制所述增益介质输出的光信号的传输方向，以将所述光信号选择性地传输到其中一个滤波反射组件；所述滤波反射组件用于对所述光信号进行滤波处理并将其反射形成反射信号，所述反射信号经过所述光开关返回所述增益介质并经过所述增益介质传输到所述部分反射镜；所述部分反射镜用于将部分反射信号输出并将部分反射信号重新反射回所述增益介质。
本发明实施例提供的波长可调激光器包括部分反射镜、增益介质、光开关、至少两个滤波反射组件，其中滤波反射组件具有滤波和全反射作用，且至少两个滤波反射组件的中心波长各不相同。本发明的波长可调激光器采用外腔激光器的结构，即将决定该激光器输出波长的滤波片和增益介质分别独立设置，而且滤波片选用对温度不敏感的滤波片，如镀膜的玻璃片，从而滤波片可以不受增益介质产生光信号时温度的影响，或是周围环境的影响，可以比较稳定的输出光信号，从而可以较宽范围的调节波长。
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为本发明实施例一的波长可调激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例二的波长可调激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例三的无源光网络系统的示意图。
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。
图1为本发明实施例一的波长可调激光器的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的波长可调激光器具体可以用于PON系统中的OLT和/或ONU中的发射机，用以提供不同波长的光信号。以下对本实施例提供的波长可调激光器进行详细地说明。
本实施例提供的波长可调激光器包括：部分反射镜11、增益介质12、光开关13、至少两个滤波反射组件14，滤波反射组件14具有滤波和反射作用，且至少两个滤波反射组件14的通道中心波长各不相同。部分反射镜11其中一端连接到增益介质12，另一端作为波长可调激光器的光输出端。增益介质12通过光开关13进一步连接到至少两个滤波反射组件14。增益介质12产生光信号并传输到光开关13；光开关13可在外部激励(比如电流/电压控制或者温度控制)下，控制光信号的传输方向，选择性地将光信号输出到其中一个滤波反射组件14；滤波反射组件14对光信号进行滤波处理后将滤波处理后的光信号反射回光开关13，滤波处理后的光信号经过光开关13重新注入回增益介质12进行放大，再进一步传输到部分反射镜11。部分反射镜11输出部分滤波处理后的光信号并将另一部分滤波处理后的光信号反射回增益介质12进行再次放大，再通过光开关13传输到滤波反射组件14进行滤波反射，如此往返多次，光信号便在包括波长可调激光器内部形成谐振从而使得其波长最终锁定在滤波反射组件14的通道中心波长，并从波长可调激光器的光输出端输出。
当需要进行波长调整时，光开关13可根据外部激励(比如电流/电压控制或者温度控制)下将光信号切换到目标波长通道，使得来自增益介质12的光信号传输到通道中心波长与目标波长相对应的另一个滤波反射组件14，此后光信号在波长可调激光器内部形成谐振最终其波长锁定到在切换后的滤波反射组件14的通道中心波长，从而完成波长可调激光器的波长调整。
在本实施例中，滤波反射组件14可以包括相互连接的滤波片和反射镜(比如全反射镜)，其中滤波反射组件14的通道中心波长主要由滤波片的中心波长决定；在具体实现上，至少两个滤波反射组件14的滤波片可以通过波膜滤波片阵列来实现。可替代地，所述滤波反射组件14也可以为反射型滤波器件，比如光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，简称：FBG)，其可以反射预定波长的光信号，并吸收其他波长的光信号。
本实施例中的部分反射镜11可以独立设置，也可以和增益介质12组合在一起，其组合方式可以是镀膜(即部分反射镜11为在增益介质12邻近波长可调激光器的光输出端的一侧通过镀膜方式形成的半穿透半反射膜)，也可以是其它的组合方式，在此不作限制。其中，组合在一起的部分反射镜11和增益介质12可以是反射型的增益介质，比如反射型半导体光放大器(Reflective Semiconductor Optical Amplifier，简称：RSOA)。增益介质可以采用能够实现能级跃迁的物质作为增益介质的工作物质，通过光能源、热能源、电能源、化学能源等方式给增益介质提供能量，从而实现粒子数反转，进而得到光信号，在此不限增益介质的激活方式。
本实施例中的增益介质产生的光信号传输到光开关13后，光开关13可以采用电光效应或是热光效应的方式根据需要来改变光信号的传输方向，从而传输到对应的滤波反射组件14，在此不限制光开关的实现方式。
本实施例中的滤波反射组件14至少有两个，分别对应光开关13不同的输出端口，也就是说，光开关13的输出端口的数量与对应的滤波片的数量相同，从而决定了该波长可调节激光器可以调节的波长数量。滤波反射组件14对光信号可以进行滤波处理后反射光信号，其中，滤波功能的实现可以采用对温度不敏感的滤波型器件。也就是说，每个滤波反射组件14的结构可以基本相同，区别在于可以通过的波长不同。可替代地，不同的滤波反射组件14也可以采用不同的结构，比如在一种实施例中，其中一个或一部分滤波反射组件14可以采用滤波片加反射镜的结构，而另一个或另一部分滤波反射组件14采用反射型滤波器件。
其中，光开关13、连接增益介质与光开关13的波导(以下简称第一波导)和连接光开关13与至少两个滤波反射组件14的波导(以下简称第二波导)可以设置在平面光波导(Planar Lighwave Circuit，简称：PLC)芯片中，也可以将光开关13、第一波导和第二波导分别独立设置，即光开关13设置成独立的器件，光开关13与增益介质连接的第一波导和光开关13与滤波反射组件14的波导可以分别用光纤实现。在本实施例中对此不作限制。
在该波长可调激光器中，通过控制增益介质的输入电流，从而产生光信号并通过连接增益介质与光开关13的第一波导传输到光开关13，光开关13通过上述实现方法改变该光信号方向，也就是说光开关13可以根据不同的需要，改变光信号的方向与对应的滤波反射组件14的方向一致，接着，该光信号通过连接光开关13与滤波反射组件14的第二波导传输到滤波反射组件14，从而与滤波反射组件14中滤波片的通带对应的光信号输出，经过滤波反射组件14中的反射镜反射，再依次通过滤波反射组件14的滤波片、第二波导、光开关13和第一波导和增益介质，传输到部分反射镜11，部分反射镜11输出部分滤波处理后的光信号并反射部分滤波处理后的光信号，还有部分光信号在部分反射镜11和滤波反射组件14组成的光学共振腔之间来回反射，其中该光学共振腔可以使增益介质连续的产生的光信号，并不断给信号放大同时可以限制激光输出的方向。
本发明实施例提供的波长可调激光器包括部分反射镜、增益介质、光开关、至少两个滤波反射组件，其中滤波反射组件具有滤波和全反射作用，且至少两个滤波反射组件的通道中心波长各不相同。本发明的波长可调激光器采用外腔激光器的结构，即将决定该激光器输出波长的滤波片和增益介质分别独立设置，而且滤波片选用对温度不敏感的滤波片，如镀膜的玻璃片，从而滤波片可以不受增益介质产生光信号时温度的影响，或是周围环境的影响，可以比较稳定的输出光信号，从而可以较宽范围的调节波长。
图2为本发明实施例二的波长可调激光器的结构示意图。如图1和图2所示，本发明实施例提供的波长可调激光器的光开关13设置在PLC芯片中。
PLC芯片中还包括：连接增益介质12与光开关13的第一波导22和连接光开关13与至少两个滤波反射组件的第二波导23，其中至少两个滤波反射组件第二波导23的末端对准。
具体来说，该PLC芯片，可以由SiO2、聚合物、液晶、Si或者InP的任一一种构成。波长可调激光器中的PLC芯片的材料，可以根据光开关13的具体实现方法来选择。比如，采用热光控制的方式进行光开关13，则该PLC的材料可以由机聚合物构成；如果采用电光控制的方式进行光开关13，则该PLC的材料可以由液晶构成。在具体实现上，可以在PLC芯片上设置光开关13，也可以在PLC芯片上同时设置与光开关13相连的第一波导22和第二波导23。
本发明实施例提供的波长可调激光器采用外腔激光器的结构，滤波片可以不受增益介质产生光信号时温度的影响，或是周围环境的影响，可以比较稳定的输出光信号，从而可以较宽范围的调节波长。将第一波导、第二波导和光开关设置在PLC芯片成本较低而且工艺成熟，例如多晶(Polymer)材料或者液晶工艺等已经很成熟，制作成本极低，而且这两种材料折射率均与光纤匹配，可无源对准，极易封装。
可选的，在本发明实施例中，增益介质12可以采用倒贴方式或边缘耦合方式集成在PLC芯片上。
增益介质12可以采用倒贴方式集成在PLC芯片，具体可以将增益介质12放置在PLC芯片上，使增益介质12的波导与光开关13的波导对准。增益介质12还可以采用边缘耦合的方式集成在PLC芯片，具体是将增益介质12的波导与光线进入PLC边缘的波导对准。
在本发明实施例中，部分反射镜11可以采用镀膜的方式设置在PLC芯片的一个端面上。
在本发明实施例中，PLC芯片中还可以包括：连接部分反射镜11与增益介质的第三波导21。
在本发明实施例中，部分反射镜11可以设置在增益介质12的端面上，也可以采用镀膜的方式将部分反射镜设置在PLC芯片的端面，并与第三波导21的末端对准。
优选的，本发明实施例的波长可调激光器还包括：与滤波反射组件14数量相同的透镜，每个透镜设置在第二波导23与一个滤波反射组件14之间。
具体的，滤波反射组件14也可以包括全反射镜、滤波片和透镜，具体来说，可以在第二波导23与滤波反射组件14之间设置透镜，从而聚焦光线到全反射镜上，减小光信号的损耗。
进一步的，本发明实施例的该波长可调激光器中的每个滤波反射组件14可以包括：反射型滤波片；
或者，每个滤波反射组件14包括：滤波片和全反射镜。
具体来说，滤波反射组件14可以包括全反射镜和滤波片，并且可以分别独立设置，其中全反射镜可以设置为单独的全反射镜面，也可以设置成全反射镜和反射型滤波片组合，滤波片的类型可以根据该激光器需要输出的波长决定。滤波片可以由波膜滤波片阵列构成，也可以由波导阵列光栅构成。
本发明实施例还提供一种光发射机，可以包括上述实施例中的任一波长可调激光器，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图3为本发明实施例三的无源光网络系统的示意图。如图3所示，本发明实施例提供一种无源光网络系统包括：OLT31和多个ONU33，OLT31通过光分配网络32(Optical Distribution Network，简称ODN)以点到多点的方式连接到所述多个ONU33，其中，OLT31和/或ONU33分别包括用于发射数据信号等光信号的发射机311，发射机311包括上述实施例的任一项的波长可调激光器。
具体来说，在PON系统中包括OLT31、ODN32和ONU33，其中，ODN32一般分为三个部分：无源光分路器(Splitter)322、主干光纤321、和分支光纤323。ODN32为无源分光器件，可以将OLT31的下行数据传输到各个ONU33，同时将多个ONU33的上行数据汇总传输到OLT31；ONU33为PON系统提供用户侧接口，OLT31包括多个发射机311和多个接收机312，其中，OLT31的多个发射机311分别发出不同的波长，经过合波器313进入主干光纤321，再通过任一ONU33中的设置在接收机333前的可调滤波器332，接收机333接收多个波长的一个。在上行方向可以采用时分复用传输，多个ONU33的发射机311分别发射不同波长的波长。在OLT31和ONU33中的WDM314是用来把上下行波长汇聚或者分离的滤波器。
其中，在OLT31和ONU33中的多个发射机311可以采用上述实施例中的激光器来实现，其具体结构和工作过程上述实施例类似，此处不再赘述。
需要说明的是：对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例堆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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (15)

1.一种波长可调激光器，其特征在于，包括：部分反射镜、增益介质、光开关、至少两个滤波反射组件，所述至少两个滤波反射组件的通道中心波长各不相同；
所述光开关用于控制所述增益介质输出的光信号的传输方向，以将所述光信号选择性地传输到其中一个滤波反射组件；
所述滤波反射组件用于对所述光信号进行滤波处理并对其进行发射形成反射信号，所述反射信号依次经过所述光开关和所述增益介质传输到所述部分反射镜；
所述部分反射镜用于输出部分反射信号并将部分反射信号反射回所述增益介质。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，
所述光开关设置在平面光波导PLC芯片内部；
所述PLC芯片中还包括：连接所述增益介质与所述光开关的第一波导和连接所述光开关与所述至少两个滤波反射组件的第二波导。
3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，
所述增益介质采用倒贴方式或边缘耦合方式集成在所述PLC芯片。
4.根据权利要求2或3所述的激光器，其特征在于，
所述部分反射镜采用镀膜方式设置在所述PLC芯片的端面；
所述PLC芯片中还包括：连接所述部分反射镜与所述增益介质的第三波导。
5.根据权利要求2或3所述的激光器，其特征在于，
所述部分反射镜设置在所述增益介质的端面。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的激光器，其特征在于，还包括：与所述滤波反射组件数量相同的透镜；
所述透镜设置在所述第二波导与一个所述滤波反射组件之间。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的激光器，其特征在于，
所述滤波反射组件包括：反射型滤波片；
或者，所述滤波反射组件包括：滤波片和全反射镜。
8.一种无源光网络系统，其特征在于，包括：光线路终端和光网络单元，所述光线路终端通过光分配网络连接到所述光网络单元：其中，所述光线路终端和/或所述光网络单元包括权利要求1-7任一项所述的波长可调激光器。
9.一种无源光网络设备，其特征在于，包括发射机和接收机，其中所述发射机包括波长可调激光器，所述波长可调激光器包括：部分反射镜、增益介质、光开关和至少两个滤波反射组件，所述至少两个滤波反射组件的通道中心波长各不相同；
所述光开关用于控制所述增益介质输出的光信号的传输方向，以将所述光信号选择性地传输到其中一个滤波反射组件；
所述滤波反射组件用于对所述光信号进行滤波处理并将其反射形成反射信号，所述反射信号经过所述光开关返回所述增益介质并经过所述增益介质传输到所述部分反射镜；
所述部分反射镜用于将部分反射信号输出并将部分反射信号重新反射回所述增益介质。
10.根据权利要求9所述的无源光网络设备，其特征在于，
所述光开关设置在平面光波导PLC芯片内部；
所述PLC芯片中还包括：连接所述增益介质与所述光开关的第一波导和连接所述光开关与所述至少两个滤波反射组件的第二波导。
11.根据权利要求10所述的无源光网络设备，其特征在于，
所述增益介质采用倒贴方式或边缘耦合方式集成在所述PLC芯片。
12.根据权利要求10或11所述的无源光网络设备，其特征在于，
所述部分反射镜采用镀膜方式设置在所述PLC芯片的端面；
所述PLC芯片中还包括：连接所述部分反射镜与所述增益介质的第三波导。
13.根据权利要求10或11所述的无源光网络设备，其特征在于，
所述部分反射镜设置在所述增益介质的端面。
14.根据权利要求9-13中任意一项所述的无源光网络设备，其特征在于，还包括：与所述滤波反射组件数量相同的透镜；
所述透镜设置在所述第二波导与一个所述滤波反射组件之间。
15.根据权利要求9-14中任意一项所述的无源光网络设备，其特征在于，
所述滤波反射组件包括：反射型滤波片；
或者，所述滤波反射组件包括：滤波片和全反射镜。
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