CN103580757A - 光网络单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光网络单元，包括：激光器驱动组件、波长调谐组件、波长调节组件以及可调谐光组件；其中，激光器驱动组件用于向可调谐光组件输出调制电流及偏置电流；波长调谐组件用于根据自波长调节组件接收的电阻控制信号向可调谐光组件输出波长调谐电流；波长调节组件用于根据自可调谐光组件接收的光监控电流，生成并输出调节光波波长的电阻控制信号；可调谐光组件用于根据自激光器驱动组件接收的调制电流及偏置电流，控制发射光的调制频率范围；根据自波长调谐组件接收的波长调谐电流，控制发射光波长；探测发射光，产生并输出与探测的发射光的波长对应的光监控电流。应用本发明，可以降低波分复用型无源光网络系统的复杂度及成本。

Description

光网络单元

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种光网络单元。

背景技术

光纤接入网从系统分配上分为有源光网络和无源光网络（PON，PassiveOptical Network）两类。其中，PON系统中主要包括光线路终端（OLT，Optical Line Terminal）、光网络单元（ONU，Optical Network Unit），以及由光分路器等无源器件组成光配线网络。无源光网络按信号分配方式可以分为：功率分割型无源光网络和波分复用型无源光网络（WDM PON，Wavelength Division Multiplexing PON）。其中，功率分割型无源光网络采用星型耦合器分路，光分路器通过功率分配将OLT发出的信号分配到各个ONU上，主要分为以太网无源光网络和吉比特无源光网络。在功率分割型无源光网络系统中，上下行均工作在单一波长，采用时分多址/时分复用方式进行信道带宽共享。这种在单一波长上为每个ONU分配时间片的机制，既限制了每个ONU的接入带宽，又大大浪费了光纤自身的可用带宽。

WDM PON则是将波分复用技术运用在无源光网络中，光分路器通过识别OLT发出的各种波长的信号，将不同波长的信号分配到各个ONU。在WDM-PON系统中，多个不同波长同时工作，因此最直接的方案是OLT中有多个不同波长的光源，同时，每个ONU采用不同的固定波长的单模激光器作为光源，然后，采用点对点的方式按预先设计的波长进行配置和工作，这样，每个ONU用户可以分配到与其特定波长对应的上行信道，无需与其他ONU用户共享信道，增加了用户接入带宽，利于满足用户不断增加的带宽需求。但是，由于单模激光器的波长一旦确定后就难以改变，因此，在大容量WDM PON系统中就需要若干不同波长的半导体光源，这样就需要制作若干个不同固定波长的激光器，当接入的ONU越多，需要的光源种类也越多，将存在严重的光源仓储问题，而这在ONU中尤其突出。

为缓解ONU光源仓储问题，现有提出一种改进的技术方案，将WDMPON系统中所有光源都置于OLT处，即OLT端发射的宽谱光源经光纤传输，通过波导阵列光栅（AWG，Arrayed Waveguide Grating）进行谱分割后，向每个ONU提供不同的特定波长的光信号，而每个ONU直接对各自接收的特定波长的光信号进行反射并调制，以产生上行信号。通过该技术方案，将宽谱光源发出的光经AWG分波后提供给不同的ONU作为上行光源，使得ONU无需额外使用光源，缓解了ONU光源仓储问题。

但该改进的技术方案也存在诸多不足，一方面，由于频谱分割会导致光功率损耗很大，为支持上行信号的传输，要求OLT光源输出功率必须足够大，导致OLT结构较为复杂，增加了无源光网络系统的复杂度；而且，频谱分割还会引起较大的线性串扰，需要适当地选择波分复用器和波分解复用器的通带谱宽以及信道间隔；另一方面，为了避免瑞利后向散射造成的较大干扰，需将上下行信号分离在不同的光纤里进行传输，也就是说，各ONU产生的上行信号需要通过波分复用器的其他端口复用到另一根光纤，再传输到OLT，这样，会导致光纤和波分复用器端口数量成倍增加，增加了无源光网络系统的成本。

发明内容

本发明的实施例还提供一种光网络单元，可以降低波分复用型无源光网络系统的复杂度及成本。

为达到上述目的，本发明实施例提供的一种光网络单元ONU，包括：激光器驱动组件、波长调谐组件、波长调节组件以及可调谐光组件；其中，

所述激光器驱动组件，用于根据波分复用型无源光网络WDM PON系统激光的调制频率范围，产生对应激光调制频率范围的电信号，并对产生的电信号进行幅值调制，向所述可调谐光组件输出调制电流及所述可调谐光组件发光所需的偏置电流；

所述波长调谐组件，用于根据自所述波长调节组件接收的电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向所述可调谐光组件输出对应电阻控制信号的波长调谐电流；

所述波长调节组件，用于根据自所述可调谐光组件接收的光监控电流，查询预先存储的光监控电流与光波波长的对应关系，获取与所述可调谐光组件输出的光监控电流对应的光波波长，根据获取的光波波长与预先存储的目标光波波长之间的比较结果，生成并输出调节光波波长的电阻控制信号；

所述可调谐光组件，用于根据自所述激光器驱动组件接收的调制电流及偏置电流，控制发射光的调制频率范围；根据自所述波长调谐组件接收的波长调谐电流，控制发射光波长；探测发射光，产生并输出与探测的发射光的波长对应的光监控电流。

较佳地，所述根据获取的光波波长与预先存储的目标光波波长之间的比较结果，生成并输出调节光波波长的电阻控制信号具体为：

当所述获取的光波波长大于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示减少所述波长调谐组件自身电路的电阻值，增大所述波长调谐组件向所述可调谐光组件注入的波长调谐电流；

当所述获取的光波波长小于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示增加所述波长调谐组件自身电路的电阻值，减小所述波长调谐组件向所述可调谐光组件注入的波长调谐电流；

当所述获取的光波波长等于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示维持所述波长调谐组件自身电路的电阻值，保持所述波长调谐组件向所述可调谐光组件注入的波长调谐电流。

较佳地，所述激光器驱动组件包括：激光器驱动电路以及调制波长控制电路，其中，

所述调制波长控制电路，用于根据WDM PON系统激光的调制频率范围，产生对应激光调制频率范围的电信号；

所述激光器驱动电路，用于接收所述调制波长控制电路发出的电信号，并对接收的电信号进行幅值调制，向可调谐光组件输出调制电流及偏置电流。

较佳地，所述波长调节组件通过微控制单元MCU实现；所述电阻控制信号包括：用于粗调光波波长的第一电阻控制信号和用于精调光波波长的第二电阻控制信号。

较佳地，所述波长调谐组件包括：波长粗调谐电路以及波长精调谐电路，其中，

所述波长粗调谐电路，用于接收由所述MCU输出的第一电阻控制信号，并根据接收的第一电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向所述可调谐光组件注入第一调谐电流；

所述波长精调谐电路，用于接收由所述MCU输出的第二电阻控制信号，并根据接收的第二电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向所述可调谐光组件注入第二调谐电流。

较佳地，所述波长粗调谐电路包括：第一运算放大器、第一P型金属-氧化物-半导体MOS场效应管、第一电阻、第一电阻网络、第一NMOS场效应管、第二NMOS场效应管、第三电阻、第四电阻、第二运算放大器、第五电阻、第二PMOS场效应管、第三NMOS场效应管；其中，

第一运算放大器的同相输入端施加参考基准电压；

第一运算放大器的反相输入端分别与第一电阻的一端、第一PMOS场效应管的漏极相连，第一电阻的另一端接地；

第一运算放大器的输出端与第一PMOS场效应管的栅极相连。

第一PMOS场效应管的源极与衬底相连，与第一电阻网络的一端相连，并在源极与衬底相连的第一节点施加第一恒定电压，其中，第一电阻网络的另一端与第一NMOS场效应管的漏极相连；

第一NMOS场效应管的栅极与漏极相连，并与第二NMOS场效应管的栅极相连；

第一NMOS场效应管的源极和第二NMOS场效应管的源极均接地；

第二NMOS场效应管的漏极分别与第三电阻的一端、第四电阻的一端相连，其中，第三电阻的另一端与第五电阻的一端相连，并在第三电阻与第五电阻相连的第二节点施加第二恒定电压；第四电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端相连；

第二运算放大器的同相输入端分别与第五电阻的另一端、第二PMOS场效应管的源极相连；

第二运算放大器的输出端与第二PMOS场效应管的栅极相连；

第一电阻控制信号接入第一电阻网络，第一调谐电流从第二PMOS场效应管的漏极输出。

较佳地，所述波长粗调谐电路进一步包括：第一滤波电容以及第二滤波电容，其中，

第一滤波电容的一端与第一PMOS场效应管的源极相连，另一端接地；

第二滤波电容的一端与第二运算放大器的反相输入端相连，另一端接地。

较佳地，所述可调谐光组件包括：可调谐激光器、第一光电探测器；其中，

所述可调谐激光器，用于根据自所述激光器驱动电路接收的调制电流及偏置电流，控制发射光的调制频率范围；根据自所述波长粗调谐电路接收的第一调谐电流以及自所述波长精调谐电路接收的第二调谐电流，控制发射光波长；

所述第一光电探测器，用于探测由所述可调谐激光器输出的发射光，产生与探测的发射光的波长对应的光监控电流，并将产生的光监控电流输出至所述MCU中。

较佳地，所述可调谐激光器包括：布喇格光栅区、相位调整区以及有源区；其中，

所述有源区接收由所述激光器驱动电路输出的调制电流及偏置电流，用于根据注入的调制电流及偏置电流，产生具有与调制电流对应的调制频率范围的光频带；

所述布喇格光栅区接收所述波长粗调谐电路注入的第一调谐电流，所述相位调整区接收所述波长精调谐电路注入的第二调谐电流，用于根据光栅的波长选择性从所述有源区产生的光频带中选取所需波长作为所述可调谐激光器的发射光中心波长。

较佳地，所述光网络单元进一步包括：热电制冷器TEC控制组件；

所述可调谐光组件进一步包括：TEC元件及热电偶；

其中，

所述可调谐激光器及所述热电偶均设置于所述TEC元件表面；所述热电偶与所述TEC控制组件的输入端相连，所述热电偶的电阻值随所述可调谐激光器的温度变化而变化；

所述TEC元件与所述TEC控制组件的输出端相连，用于根据自所述TEC控制组件接收的温度控制电压，进行吸热或放热，调节所述热电偶及所述可调谐激光器的温度；

所述TEC控制组件，用于根据所述热电偶电阻值的变化，调节输出的温度控制电压。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供的一种光网络单元ONU，使得在WDM PON系统中的每个ONU将采用可调谐激光器作为光源，通过调整向可调谐激光器注入的电流即可改变光栅周期特性，实现ONU发射光波长的可调谐；而且，通过改变每个ONU的注入电流，可以使得不同的ONU采用相同的可调谐激光器而根据不同的需求发射不同波长的上行信号，降低了无源光网络系统的复杂度，并缓解了ONU光源仓储的问题。进一步地，WDM PON系统中也只需采用单根光纤即可实现上下行信号的同时传输，降低了系统中光配线网络的成本。

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，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明实施例光网络单元第一结构示意图。

图2为本发明实施例光网络单元第二结构示意图。

图3为本发明实施例波长粗调谐电路的电路结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

现有通过在WDM PON系统中，采用不同的固定的单模激光器作为各个ONU的光源，然后采用点对点的方式与OLT进行上行信号传输，每个ONU用户可以分配到与其特定波长对应的上行信道，而无需与其他ONU用户共享信道；但这种方案在接入的ONU较多时存在严重的仓储问题。虽然可以采用改进的技术方案，将系统中的所有光源置于OLT中，将OLT发射的宽谱光源进行谱分割后，向每个ONU提供不同的特定波长的光信号，继而，每个ONU对各自接收的光信号进行反射并调制，以产生上行信号，缓解了ONU光源仓储问题，但由于频谱分割会导致光功率损耗很大，为支持上行信号的传输，要求OLT光源输出功率必须足够大，导致OLT结构较为复杂，增加了无源光网络系统的复杂度，而且，需将上下行信号分离在不同的光纤里进行传输，导致光纤和波分复用器端口数量的增加等问题，增加了系统中光配线网络的成本。

目前，固定波长的分布式反馈（DFB，Distribution Feed Back）激光器是应用最广泛、技术最成熟的半导体光源，它是在光增益有源区上形成分布式反射光栅，然后利用光栅的波长选择性获得稳定的单模工作。然而，当光栅周期确定后，DFB激光器的激射波长便难以改变了。

基于上述考虑，本发明实施例中在WDM PON系统中的每个ONU将采用可调谐激光器作为光源，通过调整向可调谐激光器注入的电流即可改变光栅周期特性，实现ONU发射光波长的可调谐；而且，通过改变每个ONU的注入电流，可以使得不同的ONU采用相同的可调谐激光器而根据不同的需求发射不同波长的上行信号，降低了无源光网络系统的复杂度，并缓解了ONU光源仓储的问题。进一步地，WDM PON系统中也只需采用单根光纤即可实现上下行信号的同时传输，降低了系统中光配线网络的成本。

图1为本发明实施例光网络单元第一结构示意图。如图1所示，光网络单元ONU包括：激光器驱动组件11、波长调谐组件12、波长调节组件13以及可调谐光组件14，其中，

激光器驱动组件11，用于根据WDM PON系统激光的调制频率范围，产生对应激光调制频率范围的电信号，并对产生的电信号进行幅值调制，向可调谐光组件14输出调制电流及可调谐光组件14发光所需的偏置电流；

本发明实施例中，根据WDM PON系统激光的调制频率范围，即工作频段。例如，本发明实施例中，在WDM PON系统中，激光的调制频率范围为C+波段，即192.2THz～193.7THz。这样，通过在该确定的调制频率范围内向可调谐光组件14注入相应的调制电流及偏置电流，使得可调谐光组件14可以发光并产生足够宽的光频带（192.2THz～193.7THz）。后续再通过波长调谐组件12对调制频率范围内的波长进行选择，选取所需波长的光波进行工作，可以使得WDM PON系统中的各ONU工作在不同的频点。

关于根据调制频率范围产生对应调制电流为公知技术，在此略去详述。

波长调谐组件12，用于根据自波长调节组件13接收的电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向可调谐光组件14输出对应电阻控制信号的波长调谐电流；

本发明实施例中，波长调谐组件12用于产生控制可调谐光组件14的发射光波长的波长调谐电流。在波长调谐组件12中，自身电路的电阻值与输出的波长调谐电流存在一定的对应关系，通过改变电路的电阻值，从而可以控制输出的波长调谐电流的大小。实际应用中，可以按照预先设置的电阻调整步长，对电路的电阻值进行调节。当然，也可以根据电阻控制信号包含的调整步长数，按照调整步长数对应的电阻值调节电路阻值。这样，在ONU中，通过波长调谐组件12对波长调谐电流的调整，改变注入可调谐光组件的波长调谐电流大小，从而使得可调谐光组件14根据波长调谐电流的控制，发射不同波长的上行光信号，无需设置波分复用器进行谱分割，从而降低了光功率损耗，简化了提供大功率所需的电路，降低了无源光网络系统的复杂度；进一步地，波长调谐组件12可以利用现有单模工作的DFB激光器中的相应电路进行改造得到，使得无源光网络系统的成本较低。

波长调节组件13，用于根据自可调谐光组件14接收的光监控电流，查询预先存储的光监控电流与光波波长的对应关系，获取与可调谐光组件14输出的光监控电流对应的光波波长，根据获取的光波波长与预先存储的目标光波波长之间的比较结果，生成并输出调节光波波长的电阻控制信号；

本发明实施例中，对于WDM PON系统中的每一ONU，根据WDM PON系统的实际需要，预先为每一ONU分配上行光波波长。当然，实际应用中，还可以对为每一ONU分配的上行光波波长进行动态调整。

本发明实施例中，当获取的光波波长大于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示减少波长调谐组件12电路的电阻值，从而可以增大波长调谐组件12向可调谐光组件14注入的波长调谐电流，继而降低可调谐光组件14的发射光波长；

当获取的光波波长小于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示增加波长调谐组件12电路的电阻值，从而可以减小波长调谐组件12向可调谐光组件14注入的波长调谐电流，继而提升可调谐光组件14的发射光波长；

当获取的光波波长等于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示维持波长调谐组件12电路的电阻值，从而可以保持波长调谐组件12向可调谐光组件14注入的波长调谐电流，继而维持可调谐光组件14的发射光波长。

可调谐光组件14，用于根据自激光器驱动组件11接收的调制电流，控制发射光的调制频率范围；根据自波长调谐组件12接收的波长调谐电流，控制发射光波长；探测发射光，产生并输出与探测的发射光的波长对应的光监控电流。

本发明实施例中，在WDM PON系统中，预先为每一ONU分配的上行光波波长（发射光波长）信号之间的最小频率间隔为100GHz，波长间距为0.8nm。对应每一发射光波长，分别对应唯一的光监控电流值。因而，可以通过试验统计的方式，获取光监控电流与光波波长的对应关系，并存储至波长调节组件13中，以便于将可调谐光组件14发射的光波波长调节到目标光波波长。

图2为本发明实施例光网络单元第二结构示意图。如图2所示，激光器驱动组件11包括：激光器驱动电路101以及调制波长控制电路102，其中，

调制波长控制电路101，用于根据WDM PON系统激光的调制频率范围，产生对应激光调制频率范围的电信号；

激光器驱动电路102，用于接收调制波长控制电路101发出的电信号，并对接收的电信号进行幅值调制，向可调谐光组件14输出调制电流及偏置电流。

本发明实施例中，调制波长控制电路101由现有光网络单元常用的媒介访问控制、串行化/解串行化器等组成，为本领域技术人员所熟知的电路，在此不再详述。

本发明实施例中，激光器驱动电路102采用现有光网络单元常用的电路结构即可，为本领域技术人员所熟知的电路，在此不再详述。

本发明实施例中，波长调节组件13的功能可通过图1中的微控制单元（MCU，Micro Control Unit）103实现；

由波长调节组件13输出的电阻控制信号包括：用于粗调光波波长的第一电阻控制信号和用于精调光波波长的第二电阻控制信号。

MCU103，用于接收由可调谐光组件14输出的光监控电流，查询预先存储的光监控电流与光波波长的对应关系，获取与接收的光监控电流对应的光波波长，根据获取的光波波长与预先存储的目标光波波长，调整向波长粗调谐电路104发送第一电阻控制信号，以及向波长精调谐电路105发送第二电阻控制信号。

实际应用中，MCU103可以是单片机、微处理器、现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array）等。

较佳地，波长调谐组件12包括：波长粗调谐电路104以及波长精调谐电路105，其中，

波长粗调谐电路104，用于接收由MCU103输出的第一电阻控制信号，并根据接收的第一电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向可调谐光组件14中的可调谐激光器401注入第一调谐电流；

波长精调谐电路105，用于接收由MCU103输出的第二电阻控制信号，并根据接收的第二电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向可调谐光组件14中可调谐激光器401注入第二调谐电流。

本发明实施例中，由波长调谐组件12向可调谐光组件输出的波长调谐电流包括：由波长粗调谐电路104输出的第一调谐电流，以及由波长精调谐电路105输出的第二调谐电流。

本发明实施例中，自MCU103接收的第一和第二电阻控制信号，用于调整向可调谐光组件14中的可调谐激光器401注入的波长调谐电流大小。具体地，第一电阻控制信号改变波长粗调谐电路104中的第一电阻网络的电阻值，第二电阻控制信号改变波长精调谐电路105中的第二电阻网络的电阻值，这样，就可调整波长粗调谐电路104和波长精调谐电路105分别向可调谐激光器401注入的波长调谐电流大小。

实际应用中，波长粗调谐电路与波长精调谐电路采用相同的电路原理，其内部电路结构相同，但放大倍数不同。其中，第一电阻网络和第二电阻网络采用相同的电路原理结构，都是由多个电阻和多个MOS管串并联组成；通过MCU103输出的第一和第二电阻控制信号，控制第一和第二电阻网络中MOS管的开关状态，引起第一和第二电阻网络的阻值变化，继而改变波长粗调谐电路和波长精调谐电路的输出波长调谐电流。

本发明实施例中，波长粗调谐电路的放大倍数大于波长精调谐电路的放大倍数，波长粗调谐电路104用于对可调谐光组件14中的可调谐激光器401的发射光波长进行粗调，波长精调谐电路105用于对可调谐光组件14中的可调谐激光器401的发射光波长进行精调，这样，可以精准控制每个ONU光模块发射特定波长的上行光信号。

实际应用中，波长粗调谐电路104根据接收的第一电阻控制信号所产生的第一调谐电流的最大值为50mA，精度为10uA；波长精调谐电路105根据接收的第二电阻控制信号所产生的第二调谐电流的最大值为2mA，精度为0.5uA。

可调谐光组件14包括：可调谐激光器401、第一光电探测器402；其中，

可调谐激光器401，用于根据自激光器驱动电路102接收的调制电流及偏置电流，控制发射光的调制频率范围；根据自波长粗调谐电路104接收的第一调谐电流以及自波长精调谐电路105接收的第二调谐电流，控制发射光波长；

本发明实施例中，接收的调制电流及偏置电流，用于控制可调谐激光器401发光并产生具有与调制电流对应的调制频率范围的光频带；

接收的第一和第二调谐电流，用于从可调谐激光器401产生的光频带中进行选择，选取所需波长作为可调谐激光器401的发射的上行光信号的中心波长；其中，第一调谐电流进行粗选，第二调谐电流进行精选。

本发明实施例中，可调谐激光器401采用三电极结构的分布布喇格反射器（DBR，Distributed Bragg Reflector）激光器。

实际应用中，可调谐激光器401也可以采用四电极结构的采样DBR激光器或其他多电极结构的可调谐半导体激光器，同时采用对应的波长调谐组件。

具体地，可调谐激光器401包括：布喇格光栅区、相位调整区以及有源区；其中，

有源区接收由激光器驱动电路102输出的调制电流及偏置电路，用于根据注入的调制电流及偏置电流，将有源区内电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去，实现粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，使得可调谐激光器401能够产生具有与调制电流对应的调制频率范围的光频带。

本发明实施例中，有源区能够在较宽的波长范围内产生光增益。具体地，增益的波长范围随注入电流的增加而展宽。当电流达到一定值时，能获得极宽的增益谱，这为波长调谐提供了必要条件。

实际应用中，有源区注入的电流与输出光功率呈线性关系，因此可以通过控制激光器驱动电路输出的调制电流即可对可调谐激光器的输出光强进行直接调制，而无须使用电吸收或马赫曾德调制器等进行外部调制，降低了WDM PON系统的复杂度及成本。

布喇格光栅区接收波长粗调谐电路104注入的第一调谐电流，相位调整区接收波长精调谐电路105注入的第二调谐电流，用于根据光栅的波长选择性从可调谐激光器401的有源区产生的光频带中选取所需波长作为可调谐激光器401的发射光中心波长。

本发明实施例中，通过波长粗调谐电路104和波长精调谐电路105调整向可调谐激光器401注入的第一和第二波长调谐电流，使可调谐激光器401内载流子浓度发生变化，引起布拉格光栅区的光栅有效折射率的变化，继而影响光栅周期，使得对可调谐激光器401可发射的发射光光频带进行选择，发射所需波长的光信号，也就是说，ONU光模块可以通过改变注入电流动态调整其工作频点。

关于可调谐激光器中的有源区如何根据注入电流产生发射光光频带，布喇格光栅区及相位调整区如何从发射光光频带中选取所需波长的光波为本领域技术人员所公知的技术，在此不再详述。

本发明实施例中，可调谐激光器401发射光波长位于C+波段，由不同可调谐激光器401发射的上行光波波长信号之间的最小频率间隔为100GHz，波长间距为0.8nm，如表1所示。

表1C+波段激光

编号	激光频率（THz）	激光波长（nm）
			1	192.2	1559.79
2	192.3	1558.98
			3	192.4	1558.17
4	192.5	1557.36
			5	192.6	1556.55
6	192.7	1555.75
			7	192.8	1554.94
8	192.9	1554.13
			9	193	1553.33
10	193.1	1552.52
			11	193.2	1551.72
12	193.3	1550.92
			13	193.4	1550.12
14	193.5	1549.32
			15	193.6	1548.51
16	193.7	1547.72

可替换地，ONU可以采用其他不同光栅结构的可调谐激光器，来实现其他波段的波长调谐。

第一光电探测器402，用于探测由可调谐激光器401输出的发射光，产生与探测的发射光的波长对应的光监控电流，将产生的光监控电流输出至MCU103中；

本发明实施例中，第一光电探测器402产生的光监控电流反馈至MCU103中，通过MCU103调整向波长粗调谐电路104输出的第一电阻控制信号，向波长精调谐电路105输出的第二电阻控制信号，继而改变可调谐激光器401的注入电流，这样，可以保证可调谐激光器401发射的光波波长调节至目标光波波长。

实际应用中，第一光电探测器402可以是采用本领域技术人员所公知的光电探测二极管。

较佳地，本发明实施例中，可调谐光组件14还可以进一步包括：第二光电探测器403以及跨阻放大器404；其中，

第二光电探测器403，用于接收由光线路终端OLT发送的下行光信号，并根据接收的下行光信号产生相应的电信号；

跨阻放大器404，用于接收第二光电探测器403输出的电信号，并将接收的电信号进行低噪声差分放大输出。

实际应用中，第二光电探测器403的光敏面受下行光信号照射时，由于p-n结处于反向偏置，光生载流子在电场的作用下产生漂移，在外电路产生电流电信号；第二光电探测器403产生的电信号将通过跨阻放大器404放大输出，这样就实现了光信号转换成电信号以及将电信号进行初步放大的功能。关于跨阻放大器的内部结构采用光模块中常用结构即可，为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再详细介绍。

可替换地，第二光电探测器及跨阻放大器可以由PIN光电二极管（PINPhotoelectric Diode）构成。

较佳地，本发明实施例中，ONU进一步还可以包括：热电制冷器（TEC，Thermoelectric Cooler）控制组件15；

可调谐光组件14还包括：TEC元件405及热电偶406；

其中，

可调谐激光器401及热电偶406均设置于TEC元件405表面；热电偶406与TEC控制组件15的输入端相连，热电偶406的电阻值随可调谐激光器401的温度变化而变化；

TEC元件405与TEC控制组件15的输出端相连，用于根据自TEC控制组件15接收的温度控制电压，进行吸热或放热。

较佳地，TEC控制组件15，用于根据热电偶406阻值的变化，调节输出至TEC元件405的温度控制电压，使TEC元件405进行放热或吸热，进而，调节设置于TEC元件405表面的热电偶406及可调谐激光器401的温度。

本发明实施例中，热电偶的阻值与热电偶的温度存在一定的对应关系，通过改变热电偶的的温度，从而控制热电偶的阻值。

本发明实施例中，在不同环境温度下，TEC控制组件15控制可调谐激光器401的温度，保持谐波波长的稳定性，当可调谐激光器401的温度高于设定值，则给可调谐激光器401降温；当可调谐激光器401的温度低于设定值，则给可调谐激光器401升温。

具体地，在可调谐光组件14的外部可以设置一个与热电偶406串联的电阻，并在热电偶406与该串联电阻上加载一个稳定的电压；这样，TEC控制组件15通过监测与热电偶406串联的电阻上的电压，可以获取到热电偶406的阻值，进而监测到当前热电偶406以及可调谐激光器401的温度。

当可调谐激光器401的监测温度高于或低于设定值时，TEC控制组件15通过调整向TEC元件405发送的温度控制电压的大小、正负来调节可调谐激光器401的温度。这样，能够保持可调谐激光器401温度的稳定，进而，保证可调谐激光器401发射光的中心波长、谱宽、发射光功率以及消光比等性能的稳定，并相对减小ONU的上行光信号的频率间隔，增加ONU的上行带宽。

关于TEC控制组件15采用光模块常用电路即可，关于TEC控制组件15如何调节激光器温度为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

较佳地，本发明实施例中，ONU进一步还可以包括：限幅放大电路16，用于将自可调谐光组件14中的跨阻放大器404接收的电信号转换为数字电信号，并将转换的数字电信号输出。本发明实施例中，限幅放大电路16采用本领域技术人员所公知的现有电路结构，在此不再赘述。

由上述可见，本发明实施例提供的ONU，通过调整由波长粗调谐电路104发送的第一调谐电流以及由波长精调谐电路105发送的第二调谐电流，使得可调谐激光器401发射与第一和第二调谐电流对应波长的上行光信号，这样，不同ONU可以采用相同的可调谐激光器401，而只需通过改变注入电流即可发射不同波长的光信号，缓解了ONU光源仓储的问题，降低了波分复用型无源光网络系统的复杂度。而且不同的ONU发射的不同波长的光信号可以通过与各自波长对应的信道进行上行传输，而无需与其他ONU复用同一上行通道，提高了ONU的上行带宽，而且可以与下行信号共用同一根光纤，可以降低系统中光配线网络的成本。

图3为本发明实施例波长粗调谐电路的电路结构示意图。如图3所示，波长粗调谐电路包括：第一运算放大器Q1、第一P型金属-氧化物-半导体（MOS，Metal-Oxide-Semiconductor）场效应管T1、第一电阻R1、第一电阻网络R2、第一NMOS场效应管T2、第二NMOS场效应管T3、第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器Q2、第五电阻R5、第二PMOS场效应管T4、第三NMOS场效应管T5；其中，

第一运算放大器Q1的同相输入端“＋”施加参考基准电压；

第一运算放大器Q1的反相输入端“－”分别与第一电阻R1的一端、第一PMOS场效应管T1的漏极“d”相连，第一电阻R1的另一端接地；

第一运算放大器Q1的输出端与第一PMOS场效应管T1的栅极“g”相连。

第一PMOS场效应管T1的源极“s”与衬底“b”相连，与第一电阻网络R2的一端相连，并在源极与衬底相连的第一节点施加第一恒定电压2.5V，其中，第一电阻网络R2的另一端与第一NMOS场效应管T2的漏极相连；

第一NMOS场效应管T2的栅极与漏极相连，并与第二NMOS场效应管T3的栅极相连；

第一NMOS场效应管T2的源极和第二NMOS场效应管T3的源极均接地；

第二NMOS场效应管T2的漏极分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端相连，其中，第三电阻R3的另一端与第五电阻R5的一端相连，并在第三电阻R3与第五电阻R5相连的第二节点施加第二恒定电压VDD；第四电阻R4的另一端与第二运算放大器Q2的反相输入端“－”相连；

第二运算放大器Q2的同相输入端“＋”分别与第五电阻R5的另一端、第二PMOS场效应管T4的源极相连；

第二运算放大器Q2的输出端与第二PMOS场效应管T4的栅极相连；

第一电阻控制信号接入第一电阻网络R2，第一调谐电流从第二PMOS场效应管T4的漏极输出。

较佳地，本发明实施例中，波长粗调谐电路进一步还可以包括：第一滤波电容C1、第二滤波电容C2；其中，

第一滤波电容C1的一端与第一PMOS场效应管T1的源极相连，另一端接地；

第二滤波电容C2的一端与第二运算放大器Q2的反相输入端“－”相连，另一端接地。

本发明实施例中，栅极可以表示为“g”，源极可以表示为“s”，漏极可以表示为“d”，衬底可以表示为“b”。

较佳地，本发明实施例中，波长粗调谐电路进一步还可以包括：第三NMOS场效应管T5，第三NMOS场效应管T5的漏极与第二PMOS场效应管T4的漏极相连，第三NMOS场效应管T5的源极接地，第三NMOS场效应管T5的栅极接复位开关的一端，复位开关的另一端接地。当复位开关开启时，即第三NMOS场效应管T5的栅极接地时，将第二PMOS场效应管T4的漏极输出的第一调谐电流置零，波长粗调谐电路向可调谐激光器注入的电流为0。关于复位开关可以采用现有光模块中常用的电路即可，为本领域技术人员所公知的技术，在此不再详述。

本发明实施例中，第一电阻网络R2是由多个电阻及多个MOS场效应管串并联组成的无源电阻器件，可通过第一电阻控制信号控制第一电阻网络R2中所包含的MOS场效应管的开关状态来调节第一电阻网络R2的电阻值。

本发明实施例中，第一NMOS场效应管T2与第二NMOS场效应管T3将第一电阻网络R2的电流镜像到第三电阻R3及第四电阻R4的输入端，经第二运算放大器Q2及第二PMOS场效应管进行电流放大输出。

本发明实施例中，第一电阻网络R2与波长粗调谐电路的输出电流成反比关系，即当第一电阻网络R2的电阻值增大，则由第二PMOS场效应管T4的漏极输出的第一调谐电流减小。

本发明实施例中，波长精调谐电路的电路原理与波长粗调谐电路的电路原理相同，通过改变第四电阻R4的电阻值即可实现波长粗调谐电路与波长精调谐电路的切换。具体地，通过改变第四电阻R4的电阻值，改变了由第二运算放大器Q2及第二PMOS场效应管构成的二级放大电路对由第二NMOS场效应管的漏极输出的电流的放大倍数，即改变了波长粗调谐电路或波长精调谐电路输出的电流的精度。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光网络单元ONU，其特征在于，包括：激光器驱动组件、波长调谐组件、波长调节组件以及可调谐光组件；其中，

所述激光器驱动组件，用于根据波分复用型无源光网络WDM PON系统激光的调制频率范围，产生对应激光调制频率范围的电信号，并对产生的电信号进行幅值调制，向所述可调谐光组件输出调制电流及所述可调谐光组件发光所需的偏置电流；

所述波长调谐组件，用于根据自所述波长调节组件接收的电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向所述可调谐光组件输出对应电阻控制信号的波长调谐电流；

所述波长调节组件，用于根据自所述可调谐光组件接收的光监控电流，查询预先存储的光监控电流与光波波长的对应关系，获取与所述可调谐光组件输出的光监控电流对应的光波波长，根据获取的光波波长与预先存储的目标光波波长之间的比较结果，生成并输出调节光波波长的电阻控制信号；

所述可调谐光组件，用于根据自所述激光器驱动组件接收的调制电流及偏置电流，控制发射光的调制频率范围；根据自所述波长调谐组件接收的波长调谐电流，控制发射光波长；探测发射光，产生并输出与探测的发射光的波长对应的光监控电流。

2.根据权利要求1所述的光网络单元，其特征在于，所述根据获取的光波波长与预先存储的目标光波波长之间的比较结果，生成并输出调节光波波长的电阻控制信号具体为：

当所述获取的光波波长大于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示减少所述波长调谐组件自身电路的电阻值，增大所述波长调谐组件向所述可调谐光组件注入的波长调谐电流；

当所述获取的光波波长小于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示增加所述波长调谐组件自身电路的电阻值，减小所述波长调谐组件向所述可调谐光组件注入的波长调谐电流；

当所述获取的光波波长等于目标光波波长时，输出的电阻控制信号表示维持所述波长调谐组件自身电路的电阻值，保持所述波长调谐组件向所述可调谐光组件注入的波长调谐电流。

3.根据权利要求2所述的光网络单元，其特征在于，所述激光器驱动组件包括：激光器驱动电路以及调制波长控制电路，其中，

所述调制波长控制电路，用于根据WDM PON系统激光的调制频率范围，产生对应激光调制频率范围的电信号；

所述激光器驱动电路，用于接收所述调制波长控制电路发出的电信号，并对接收的电信号进行幅值调制，向可调谐光组件输出调制电流及偏置电流。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光网络单元，其特征在于，所述波长调节组件通过微控制单元MCU实现；所述电阻控制信号包括：用于粗调光波波长的第一电阻控制信号和用于精调光波波长的第二电阻控制信号。

5.根据权利要求4所述的光网络单元，其特征在于，所述波长调谐组件包括：波长粗调谐电路以及波长精调谐电路，其中，

所述波长粗调谐电路，用于接收由所述MCU输出的第一电阻控制信号，并根据接收的第一电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向所述可调谐光组件注入第一调谐电流；

所述波长精调谐电路，用于接收由所述MCU输出的第二电阻控制信号，并根据接收的第二电阻控制信号，调节自身电路的电阻值，向所述可调谐光组件注入第二调谐电流。

6.根据权利要求5所述的光网络单元，其特征在于，所述波长粗调谐电路包括：第一运算放大器、第一P型金属-氧化物-半导体MOS场效应管、第一电阻、第一电阻网络、第一NMOS场效应管、第二NMOS场效应管、第三电阻、第四电阻、第二运算放大器、第五电阻、第二PMOS场效应管、第三NMOS场效应管；其中，

第一运算放大器的同相输入端施加参考基准电压；

第一运算放大器的反相输入端分别与第一电阻的一端、第一PMOS场效应管的漏极相连，第一电阻的另一端接地；

第一运算放大器的输出端与第一PMOS场效应管的栅极相连。

第一PMOS场效应管的源极与衬底相连，与第一电阻网络的一端相连，并在源极与衬底相连的第一节点施加第一恒定电压，其中，第一电阻网络的另一端与第一NMOS场效应管的漏极相连；

第一NMOS场效应管的栅极与漏极相连，并与第二NMOS场效应管的栅极相连；

第一NMOS场效应管的源极和第二NMOS场效应管的源极均接地；

第二NMOS场效应管的漏极分别与第三电阻的一端、第四电阻的一端相连，其中，第三电阻的另一端与第五电阻的一端相连，并在第三电阻与第五电阻相连的第二节点施加第二恒定电压；第四电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端相连；

第二运算放大器的同相输入端分别与第五电阻的另一端、第二PMOS场效应管的源极相连；

第二运算放大器的输出端与第二PMOS场效应管的栅极相连；

第一电阻控制信号接入第一电阻网络，第一调谐电流从第二PMOS场效应管的漏极输出。

7.根据权利要求6所述的光网络单元，其特征在于，所述波长粗调谐电路进一步包括：第一滤波电容以及第二滤波电容，其中，

第一滤波电容的一端与第一PMOS场效应管的源极相连，另一端接地；

第二滤波电容的一端与第二运算放大器的反相输入端相连，另一端接地。

8.根据权利要求5所述的光网络单元，其特征在于，所述可调谐光组件包括：可调谐激光器、第一光电探测器；其中，

所述可调谐激光器，用于根据自所述激光器驱动电路接收的调制电流及偏置电流，控制发射光的调制频率范围；根据自所述波长粗调谐电路接收的第一调谐电流以及自所述波长精调谐电路接收的第二调谐电流，控制发射光波长；

所述第一光电探测器，用于探测由所述可调谐激光器输出的发射光，产生与探测的发射光的波长对应的光监控电流，并将产生的光监控电流输出至所述MCU中。

9.根据权利要求8所述的光网络单元，其特征在于，所述可调谐激光器包括：布喇格光栅区、相位调整区以及有源区；其中，

所述有源区接收由所述激光器驱动电路输出的调制电流及偏置电流，用于根据注入的调制电流及偏置电流，产生具有与调制电流对应的调制频率范围的光频带；

所述布喇格光栅区接收所述波长粗调谐电路注入的第一调谐电流，所述相位调整区接收所述波长精调谐电路注入的第二调谐电流，用于根据光栅的波长选择性从所述有源区产生的光频带中选取所需波长作为所述可调谐激光器的发射光中心波长。

10.根据权利要求8所述的光网络单元，其特征在于，

所述光网络单元进一步包括：热电制冷器TEC控制组件；

所述可调谐光组件进一步包括：TEC元件及热电偶；

其中，

所述可调谐激光器及所述热电偶均设置于所述TEC元件表面；所述热电偶与所述TEC控制组件的输入端相连，所述热电偶的电阻值随所述可调谐激光器的温度变化而变化；

所述TEC元件与所述TEC控制组件的输出端相连，用于根据自所述TEC控制组件接收的温度控制电压，进行吸热或放热，调节所述热电偶及所述可调谐激光器的温度；

所述TEC控制组件，用于根据所述热电偶电阻值的变化，调节输出的温度控制电压。

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