CN104243045A - 应用于dwdm-pon系统中的下行发射机及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，包括光梳频发生单元、带通滤波器、光环形器、第一阵列波导光栅以及多个半导体反射式光放大器；其中，光环形器的第一端通过带通滤波器连接光梳频发生单元；光环形器的第二端通过第一阵列波导光栅连接多个半导体反射式光放大器；光梳频发生单元用于产生中心波长与波长间隔可调的梳状光源；带通滤波器用于将梳状光源滤出多个波长信道；半导体反射式光放大器用于锁定波长信道并调制下行数据；第一阵列波导光栅用于将已调制的波长信道进行波分复用后输入光环形器。本发明还包括相应的系统。其中的关键是，本发明利用光梳频发生器作为光源注入，线宽窄，输出功率较大。

Description

应用于DWDM-PON系统中的下行发射机及系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体地，涉及一种应用于DWDM-PON系统中的下行发射机及系统。
背景技术
新型宽带业务正走入越来越多的行业和家庭中，如视频共享、高清晰电视、大文件云共享、大型网络游戏等的不断出现和增长，各种类型的用户均对接入网的带宽和传输能力，包括传输距离和用户数量提出了更高的要求。除了上述可预见的应用，一些全新的和不可预见的需要大量带宽的服务可能会突然出现，从而妨碍最终用户面向未来的网络。基于光纤通信的无源光网络(Passive Optical Network，PON)，因其带宽高，成本低的优势，已经被广泛地应用在接入网领域。每个无源光网络的网络基础设施可以被多个用户共享，管理运营简单，被认为是目前最有前途的实现光接入的解决方案。目前，在各种PON技术中，以太网无源光网络(EthernetPassive Optical Network，EPON)和吉比特无源光网络(Gigabit Passive OpticalNetwork，GPON)已被广泛部署在当前的宽带光纤接入网络中，用于提供包括电视、数据和语音的三网融合业务。而下一代光接入网要求提供大量的专用和对称带宽，并具有数据隐私性和升级的灵活性。因此，在不久的将来，波分复用无源光网络(Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network,WDM-PON)必将成为下一代光接入网的助推者。
WDM-PON为每个用户分配特定的波长，具有带宽大、对协议透明、保密性高、服务质量好等优点，被认为是未来大容量接入网的主流解决方案。因消费需求猛增、带宽资源有限，下一代接入网对用户数量、长距传输以及波长密集化提出了更高的要求。相比WDM-PON而言，由于更高效率地利用了有限的带宽资源和提升了C波段中的用户数量，密集波分复用无源光网络(Dense Wavelength DivisionMultiplexing Passive Optical Network，DWDM-PON)被认为是未来PON技术发展的重要方向之一。
在DWDM-PON系统的光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)中，需调制下行高速率信号，对种子光源波长精度、波长间隔、光源线宽等性能参数提出了更高的要求。同时OLT中的光源成本可由所有光网络单元(Optical Network Unit，ONU)用户共同分担，发射机产生的波长数量越多，可以提供支持的用户数量越多，从而能更好地降低系统成本。
现有的DWDM-PON下行或上行发射机中，低成本多用户共享光源注入及调制技术一般分为以下几种方案：
1、放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)光源注入法布里-珀罗激光器(Fabry-Perot Laser Diode，FP-LD)中进行数据调制。通常情况下，法布里-珀罗激光器是多模输出，但是在外注入锁定的情况下，法布里-珀罗激光器能实现准单模输出。本方案中将外注入的ASE光经过阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating，AWG)，滤波得到某些特定波长光源注入到法布里-珀罗激光器，经过锁定并调制数据后输出准单模激光，准单模输出激光的边模抑制比可达30dB。
2、ASE光源注入反射式半导体光放大器(Reflective Semiconductor OpticalAmplifier，RSOA)中进行数据调制。RSOA自发辐射光谱与ASE谱相似，单模光注入后可锁定并反射放大输出。将外注入的ASE经过AWG滤出所在通道的光源，注入到RSOA中锁定及调制数据，并可将输出光放大，得到大于30dB边模抑制比的单模输出激光。所不同的是，FP-LD需要注入某些特定波长的光才能锁定，而RSOA可对其工作波段内任意波长的光源注入锁定。
上述方案均能够实现种子光源注入及数据调制，其中方案2由于RSOA集调制、放大、反射于一体且对工作波段内任意单模波长均可锁定的特点，引起很多研究人员的兴趣。相关的文献报道，针对该方案目前的研究热点主要集中在使用RSOA作为发射机主要部件，研究光源注入方法以及使波长信道更加密集化等方面。
经过现有文献检索发现，Ulysses R等人在《OFC2013,Optical FiberCommunication Conference(美国光通信会议)》(March17-21,2013)上发表了题为“Combined Self-Seeding and Carrier Remodulation Method for ReflectiveTransmitters in WDM-PON”的文章，提出利用OLT端的RSOA自发辐射，辐射光经过安置在OLT中的通道间隔为100GHz的AWG，部分辐射光耦合到法拉第旋光镜(Faraday Rotator Mirror，FRM)中，由FRM反射并返回AWG后，滤出所在通道波长的光注入此RSOA中锁定并调制数据。这种注入方法不需要其他光源，具有降低成本的优势。然而由于AWG滤出的光线宽较宽，利用其注入锁定产生的载波同样线宽较宽，不利于长距离光纤传输，文献中报告的实验传输距离是20km。
又经检索发现，Joon-Young Kim等人于2012年在《Optics Express(光学快报)》(Vol.20,Issue26,pp.B45-B51，2012)上发表了题为“DWDM-PON at25GHz channel spacing based on ASE injection seeding”的文章。该文章提出了一种上行发射机方案，该方案在OLT端使用ASE光源，下行传输到远端结点(RemoteNode，RN)，通过远端节点中的25GHz通道间隔AWG滤出所在通道波长的光注入ONU端的RSOA中锁定并调制上行数据。这种注入方法在OLT端使用ASE光源，进一步分摊了成本。25GHz间隔的DWDM-PON系统有效地增加了用户数量和节约了带宽资源。但是因其使用AWG滤出的光，线宽仍然较宽。而且下行注入光和上行传输光是同一个波长，会产生瑞利后向散射，很大程度上影响了传输距离，文中报告的最大传输距离是60km。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，使通道间隔达到12.5GHz，下行传输距离达到150km，单通道调制速率为1.25Gbps的数据，以实现更大的网络覆盖范围和尽可能降低用户使用成本。
根据本发明一个方面提供的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，其特征在于，包括光梳频发生单元、带通滤波器、光环形器、第一阵列波导光栅以及多个半导体反射式光放大器；
其中，所述光环形器的第一端通过所述带通滤波器连接所述光梳频发生单元；所述光环形器的第二端通过所述第一阵列波导光栅连接多个所述半导体反射式光放大器；
所述光梳频发生单元用于产生中心波长与波长间隔可调的梳状光源；所述带通滤波器用于将所述梳状光源滤出多个波长信道；所述半导体反射式光放大器用于锁定所述波长信道并调制下行数据；所述第一阵列波导光栅用于将已调制的波长信道进行波分复用后输入所述光环形器。
优选地，还包括光纤放大器，所述光环形器的第三端连接所述光纤放大器。
优选地，所述光梳频发生单元包括光梳频发生器、微波信号源和单模激光器；
其中，所述微波信号源和单模激光器均通过所述光梳频发生器连接所述带通滤波器；
所述微波源用于产生微波信号，所述单模激光器用于产生单模激光；所述光梳频发生器用于将输入单模激光和微波信号调制成梳状光谱的光信号输出。
优选地，所述光梳频发生器包括法布里珀罗电光调制器和温度控制器；
所述微波信号源和单模激光器均通过所述法布里珀罗电光调制器连接所述带通滤波器；法布里珀罗电光调制器用于将输入单模激光和微波信号调制成梳状光谱的光信号输出；
温度控制器用于维持法布里珀罗电光调制器的温度。
优选地，所述微波信号的射频为12.5GHz。
根据本发明另一个方面提供的下行发射系统包括所述的下行发射机、馈入式线光纤、远端节点以及光网络单元；馈入式线光纤的一端连接所述下行发射机，另一端连接所述远端节点；所述远端节点连接所述光网络单元；所述下行发射机用于输出下行数据；所述远端节点用于将所述下行数据传输到光网络单元。
优选地，所述远端节点包括第二阵列波导光栅；所述馈入式线光纤通过所述第二阵列波导光栅连接所述光网络单元。
优选地，还包括分布式光纤，所述第二阵列波导光栅通过所述分布式光纤连接所述光网络单元。
优选地，所述光网络单元包括光电接收设备，所述光电接收设备连接所述第二阵列波导光栅；所述光电接收设备用于解调下行数据。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用光梳频发生器作为光源注入，相比ASE光源而言，其线宽窄，输出功率较大，中心波长和波长间隔可根据需要调节，输出单模波长数量多，输出频率覆盖整个C波段；
2、本发明中通道间隔12.5GHz，相比参考文献中使用的25GHz通道间隔的DWDM-PON而言，本发明在C波段可容纳超过300个波长信道，极大提高了用户数量，提升了频谱资源利用效率；
3、本发明的传输距离可达到150km，与现有ASE注入方案相比，梳状光源由于其线宽窄，可在RSOA中锁定出准单模激光，有利于长距离传输。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所应用的DWDM-PON下行传输系统结构示意图,本发明仅包括光线路终端部分；
图2为本发明中滤出40个通道后的光梳频发生器输出光谱图。
图中：
1  为光线路终端；
2  为远端节点；
3  为分布式光纤；
4  为光环行器；
5  为掺铒光纤放大器；
6  为馈入式线光纤。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，在本实施例中，根据本发明提供的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机即光线路终端1部分。本发明提供的下行发射系统还包括馈入式线光纤6、远端节点2以及光网络单元；馈入式线光纤6的一端连接所述光线路终端1，另一端连接所述远端节点2；
所述远端节点2连接所述光网络单元；所述光线路终端1用于输出下行数据；所述远端节点2用于将所述下行数据传输到光网络单元。
所述光线路终端1包括光梳频发生单元、带通滤波器、光环形器4、第一阵列波导光栅以及多个半导体反射式光放大器；
其中，所述光环形器4的第一端通过所述带通滤波器连接所述光梳频发生单元；所述光环形器4的第二端通过所述第一阵列波导光栅连接多个所述半导体反射式光放大器；所述光环形器4的第三端连接所述馈入式线光纤6；
所述光梳频发生器用于产生中心波长与波长间隔可调的梳状光源且输出波长覆盖整个C波段，在C波段可输出超过300个波长的光，且输出光线宽很窄，-3dB线宽仅e-2nm级。所述带通滤波器用于将所述梳状光源滤出多个波长信道；所述半导体反射式光放大器用于锁定所述波长信道并调制下行数据；所述第一阵列波导光栅用于将已调制的波长信道进行波分复用后输入所述馈入式线光纤6。
本发明提供的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机还包括光纤放大器，所述光环形器的第二端通过所述光纤放大器连接所述馈入式线光纤6。所述光纤放大器采用掺铒光纤放大器5。所述远端节点包括第二阵列波导光栅；所述馈入式线光纤6通过所述第二阵列波导光栅连接所述光网络单元。本发明提供的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机还包括分布式光纤，所述第二阵列波导光栅通过所述分布式光纤连接所述光网络单元。所述第二阵列波导光栅通过分布式光纤将下行数据传输到每个光网络单元。所述光网络单元、所述分布式光纤以及所述反射式半导体光放大器的数量都为N个，N为大于1的自然数。
所述光梳频发生单元包括光梳频发生器、微波信号源和单模激光器；其中，所述微波信号源和单模激光器均通过所述光梳频发生器连接所述带通滤波器；所述微波源用于产生微波信号，所述单模激光器用于产生单模激光；所述光梳频发生器用于将输入单模激光和微波信号调制成梳状光谱的光信号输出。所述微波信号的射频为12.5GHz，所述单模激光波长由实际需要决定，通常在1550nm附近。
所述光梳频发生器包括法布里珀罗电光调制器和温度控制器；所述微波信号源和单模激光器均通过所述法布里珀罗电光调制器连接所述带通滤波器；法布里珀罗电光调制器通过电光调制原理，将输入单模激光和微波信号调制成梳状光谱的光信号输出；由于调制器温度变化会影响输出波长，温度控制器用于维持法布里珀罗电光调制器的温度，进而稳定其输出波长。
图2所示为实验中滤出40个通道后的光梳频发生器输出光谱，中心波长1549.6nm，由一个单模激光器输入光源设定；波长间隔为0.1nm，由微波源输入12.5GHz微波信号设定。光梳频发生器中包括法布里珀罗电光调制器和温度控制器，其输出的中心波长由输入的单模激光器决定，输出的波长间隔取决于输入的射频信号，本发明中设定射频为12.5GHz。这一过程需要使用一个微波源产生12.5GHz微波信号供给光梳频发生器。光梳频发生器产生的光可经一个带通滤波器滤出所需要的N个波长信道，经过光线路终端的第一整列波导光栅滤出所需要的波长注入到各个通道的反射式半导体光放大器中锁定并调制数据。所使用的调制方式为强度调制。N个通道中的已调制光经第一阵列波导光栅波分复用后，放大并输入馈入式线光纤中进行下行数据传输。
所述的远端节点包括一个和光线路终端参数相同的第二阵列波导光栅，进行波分解复用。光网络单元包括：光电接收设备。下行光在其中进行数据解调，得到下行数据。
与现有技术相比，本实施例的优点在于：
1、利用光梳频发生器作为光源注入，相比ASE光源而言，其线宽窄，输出功率较大。中心波长和波长间隔可根据需要调节。输出单模波长数量多，输出频率覆盖整个C波段；
2、通道间隔12.5GHz，相比参考文献中使用的25GHz通道间隔的DWDM-PON而言，本方案在C波段可容纳超过300个波长信道，极大提高了用户数量，提升了频谱资源利用效率；
3、传输距离可达到150km。与现有ASE注入方案相比，梳状光源由于其线宽窄，可在RSOA中锁定出准单模激光，利于长距离传输。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，其特征在于，包括光梳频发生单元、带通滤波器、光环形器、第一阵列波导光栅以及多个半导体反射式光放大器；
其中，所述光环形器的第一端通过所述带通滤波器连接所述光梳频发生单元；所述光环形器的第二端通过所述第一阵列波导光栅连接多个所述半导体反射式光放大器；
所述光梳频发生单元用于产生中心波长与波长间隔可调的梳状光源；所述带通滤波器用于将所述梳状光源滤出多个波长信道；所述半导体反射式光放大器用于锁定所述波长信道并调制下行数据；所述第一阵列波导光栅用于将已调制的波长信道进行波分复用后输入所述光环形器。
2.根据权利要求1所述的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，其特征在于，还包括光纤放大器，所述光环形器的第三端连接所述光纤放大器。
3.根据权利要求1或2所述的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，其特征在于，所述光梳频发生单元包括光梳频发生器、微波信号源和单模激光器；
其中，所述微波信号源和单模激光器均通过所述光梳频发生器连接所述带通滤波器；
所述微波源用于产生微波信号，所述单模激光器用于产生单模激光；所述光梳频发生器用于将输入单模激光和微波信号调制成梳状光谱的光信号输出。
4.根据权利要求3所述的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，其特征在于，所述光梳频发生器包括法布里珀罗电光调制器和温度控制器；
所述微波信号源和单模激光器均通过所述法布里珀罗电光调制器连接所述带通滤波器；法布里珀罗电光调制器用于将输入单模激光和微波信号调制成梳状光谱的光信号输出；
温度控制器用于维持法布里珀罗电光调制器的温度。
5.根据权利要求3所述的应用于DWDM-PON系统中的下行发射机，其特征在于，所述微波信号的射频为12.5GHz。
6.一种下行发射系统，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的下行发射机、馈入式线光纤、远端节点以及光网络单元；
馈入式线光纤的一端连接所述下行发射机，另一端连接所述远端节点；
所述远端节点连接所述光网络单元；所述下行发射机用于输出下行数据；所述远端节点用于将所述下行数据传输到光网络单元。
7.根据权利要求6所述的下行发射系统，其特征在于，所述远端节点包括第二阵列波导光栅；所述馈入式线光纤通过所述第二阵列波导光栅连接所述光网络单元。
8.根据权利要求7所述的下行发射系统，其特征在于，还包括分布式光纤，所述第二阵列波导光栅通过所述分布式光纤连接所述光网络单元。
9.根据权利要求7所述的下行发射系统，其特征在于，所述光网络单元包括光电接收设备，所述光电接收设备连接所述第二阵列波导光栅；所述光电接收设备用于解调下行数据。
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