CN104253655B - 用于twdm‑pon的波长可调的发射器和光网络单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于带宽对称的TWDM‑PON的波长可调的发射器(100)，包括：多模发射器(110)，其输出包含多个纵模的光学信号；光学环形器(120)，其具有用于接收所述多模发射器的所述光学信号的第一端口、用于输出所述光学信号的第二端口和第三端口；以及第一微环谐振器(130)，其具有用于从所述第二端口接收所述光学信号的第一输入端、用于输出所述光学信号的谐振部分的第一分量的第一输出端以及用于输出所述信号的谐振部分的第二分量的第二输出端，其中，所述第二输出端连接至所述光学环形器(120)的所述第三端口。

Description

用于TWDM-PON的波长可调的发射器和光网络单元
技术领域
本发明涉及光网络技术，更具体地，涉及用于带宽对称的TWDM-PON的波长可调的发射器和包含该波长可调的发射器的光网络单元。
背景技术
如今，混合时分和波分复用的无源光接入网络(Hybrid Time and WavelengthDivision Multiplexing Passive Optical Access Network:TWDM-PON)已经被FSAN协会在2012年4月选为用于NGPON2，即下一代无源光接入网络的主要的解决方案。归功于其独特的特性，例如高系统容量、灵活的带宽分配、改善的功率效率等特性，TWDM-PON相较于其他的候选方案来说更容易被全球性的供应商和设备提供商所接收，这也就注定了TWDM-PON将得到越来越多的应用。
传统的XG-PON系统提供了下行10Gb/s、上行2.5Gb/s的接入速率，而通常的TWDM-PON系统则使用四对的波长从而能够提供下行40Gb/s、上行10Gb/s的接入速率。然而，在这样的TWDM-PON系统中，光线路终端OLT能够由四个连续的激光器生成四个下行波长。但是，在光网络单元ONU中则需要由一个波长可调的发射器来生成四个波长中的任何一个。当前的激光器包括可调谐DFB激光器、外部注入锁定和自注入式激光器，可调谐DFB需要温度控制来调谐波长，其波长调谐范围非常小，调制速率一般小于10Gb/s，其他两种各有其他缺点，其调制速率都达不到10Gb/s或更高，这就限制了传统的光网络单元的上行速度，而这对于如今日益膨胀的数据来说显然并不是最最理想的。
发明内容
根据上述对背景技术以及存在的技术问题的理解，如果能够提供一种低成本的、高速率的波长可调的发射器以及包含这种发射器的光网络单元，将是非常有益的。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于带宽对称的TWDM-PON的波长可调的发射器，包括：
多模发射器，其输出包含多个纵模的光学信号；
光学环形器，其具有用于接收所述多模发射器的所述光学信号的第一端口、用于输出所述光学信号的第二端口、以及第三端口；以及
第一微环谐振器，其具有用于从所述第二端口接收所述光学信号的第一输入端、用于输出所述光学信号的谐振部分的第一分量的第一输出端以及用于输出所述信号的谐振部分的第二分量的第二输出端，其中，所述第二输出端连接至所述光学环形器的所述第三端口。
依据本发明的发射器能够实现波长可调，即能够从由多模发射器所发射出来的多个纵模的光学信号中选择一个纵模的光学信号，从而避免了以往针对多个纵模需要设置多个调谐以及发射元件的问题，进而降低了波长可调的发射器的制造成本以及系统结构复杂度，有利于依据本发明所述的波长可调的发射器的普及应用。
在依据本发明的一个实施例中，所述第一分量小于所述第二分量。从而使得较大部分的第二分量反馈回光学环形器从而起到抑制其他波长的光学信号的目的。
在依据本发明的一个实施例中，所述发射器还包括：
第二微环谐振器，其以第一调制速率调制所述光学信号的谐振部分的第一分量。
以这样的实施方式能够对由第一微环谐振器所选择出的光学信号进行调制。
在依据本发明的一个实施例中，所述第一调制速率至少为10Gb/s。
由此能够达到10Gb/s甚至更高的调制速率，从而能够充分地满足下一代光网络的通信速率要求。
在依据本发明的一个实施例中，所述发射器还包括用于控制所述第二微环谐振器的第二控制装置，所述第二控制装置利用热加热或者电光效应来调节所述第二微环谐振器，从而调制具有第一波长的光学信号，其中，所述第一波长为所述第二微环谐振器的谐振波长。
以这样的方式能够实现由第二控制装置来调节温度或者电光效应的相应的参数，从而使得第二微环谐振器能够调制具有第一波长的光学信号。
在依据本发明的一个实施例中，所述多模发射器为FP-LD，其产生包含至少四种不同纵模的光学信号。
本领域的技术人员应当理解，多模发射器包括很多种，其中，FP-LD多模发射器为性价比较高的一种，即以这样的方式能够进一步降低依据本发明所述的波长可调的发射器的制造成本，进而有利于其规模化应用。
在依据本发明的一个实施例中，所述发射器还包括用于控制所述第一微环谐振器的第一控制装置，所述第一控制装置利用热加热或者电光效应来调节所述第一微环谐振器，从而从所述具有多种纵模的光学信号中选出具有第一波长的光学信号，其中，所述第一波长为所述第一微环谐振器的谐振波长。
在此，该第一控制装置的控制方式与上述的第二控制装置的控制方式相同，以这样的方式使得第一微环谐振器能够选出具有第一波长的光学信号，从而实现依据本发明所述的波长可调的功能。
在依据本发明的一个实施例中，所述多模发射器和所述第一微环谐振器的自由频谱范围分别为FSR1和FSR2，其满足以下关系：
FSR2>FSR1*FWHM/(FWHM+FSR1)或者
FSR2<FSR1*FWHM/(FWHM-FSR1)，其中，
FWHM为所述多模发射器的光谱的半峰全宽值。
以这样的方式能够确保所述第一微环谐振器只会选择出一种波长的光学信号，而不会在所述第一微环谐振器的自由频谱范围内选出多于一个光学信号，从而使得依据本发明所述的发射器能够从多模发射器中精确地选择所需波长的光学信号。
此外，本发明的第二方面还提出了一种用于带宽对称的TWDM-PON的光网络单元，所述光网络单元包括根据本发明的第一方面所述的波长可调的发射器。依据本发明所述的光网络单元ONU能够实现波长可调，即能够从由多模发射器所发射出来的多个纵模的光学信号中选择一个纵模的光学信号，从而避免了以往针对多个纵模需要设置多个调谐以及发射元件的问题，进而降低了波长可调的光网络单元的制造成本以及系统结构复杂度，有利于依据本发明所述的波长可调的光网络单元的普及应用。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1示出了依据本发明所述的波长可调的发射器的结构示意图100；
图2(a)至图2(c)示出了利用依据本发明的波长可调的发射器选择出波长为λ1的整个过程的示意图；
图2(d)至图2(f)示出了利用依据本发明的波长可调的发射器选择出波长为λ3的整个过程的示意图；
图2(g)示出了多模发射器与第一微环谐振器的自由频谱范围之间的关系；
图3(a)示出了第一微环谐振器的两个分量之间的关系的示意图；
图3(b)示出了第二微环谐振器的两个分量之间的关系的示意图；
图4(a)示出了频率调谐与温度变化之间的关系；
图4(b)示出了不同的温度变化下频率调谐的变化关系；以及
图5示出了依据本发明所述的用于带宽对称的TWDM-PON的波长可调的发射器和包含该波长可调的发射器的光网络单元的工作过程的方法流程图300。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)或步骤。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于带宽对称的TWDM-PON的波长可调的发射器100，其包括：
多模发射器110，其输出包含多个纵模的光学信号；
光学环形器120，其具有用于接收多模发射器110的光学信号的第一端口121、用于输出光学信号的第二端口122、以及第三端口123；以及
第一微环谐振器130，其具有用于从第二端口122接收光学信号的第一输入端131、用于输出光学信号的谐振部分的第一分量的第一输出端132以及用于输出信号的谐振部分的第二分量的第二输出端133，其中，第二输出端133连接至光学环形器的第三端口123。
依据本发明的发射器能够实现波长可调，即能够从由多模发射器所发射出来的多个纵模的光学信号中选择一个纵模的光学信号，从而避免了以往针对多个纵模需要设置多个调谐以及发射元件的问题，进而降低了波长可调的发射器的制造成本以及系统结构复杂度，有利于依据本发明的波长可调的发射器的普及应用。
在依据本发明的一个实施例中，第一分量小于第二分量。从而使得较大部分的第二分量反馈回光学环形器从而起到抑制其他波长的光学信号的目的。
在依据本发明的一个实施例中，发射器还包括：
第二微环谐振器140，其以第一调制速率调制光学信号的谐振部分的第一分量。
以这样的实施方式能够对由第一微环谐振器所选择出的光学信号进行调制。
在依据本发明的一个实施例中，第一调制速率至少为10Gb/s。
由此能够达到10Gb/s甚至更高的调制速率，从而能够充分地满足下一代光网络的通信速率要求。
在依据本发明的一个实施例中，发射器还包括用于控制第二微环谐振器的第二控制装置，第二控制装置利用热加热或者电光效应来调节第二微环谐振器，从而调制具有第一波长的光学信号，其中，第一波长为第二微环谐振器的谐振波长。
以这样的方式能够实现由第二控制装置来调节温度或者电光效应的相应的参数，从而使得第二微环谐振器能够调制具有第一波长的光学信号。
在依据本发明的一个实施例中，多模发射器为FP-LD，其产生包含至少四种不同纵模的光学信号。
本领域的技术人员应当理解，多模发射器包括很多种，其中，FP-LD多模发射器为性价比较高的一种，即以这样的方式能够进一步降低依据本发明的波长可调的发射器的制造成本，进而有利于其规模化应用。
在依据本发明的一个实施例中，发射器还包括用于控制第一微环谐振器的第一控制装置，第一控制装置利用热加热或者电光效应来调节第一微环谐振器，从而从具有多种纵模的光学信号中选出具有第一波长的光学信号，其中，第一波长为第一微环谐振器的谐振波长。
在此，该第一控制装置的控制方式与上述的第二控制装置的控制方式相同，以这样的方式使得第一微环谐振器能够选出具有第一波长的光学信号，从而实现依据本发明的波长可调的功能。
在依据本发明的一个实施例中，多模发射器和第一微环谐振器的自由频谱范围分别为FSR1和FSR2，其满足以下关系：
FSR2>FSR1*FWHM/(FWHM+FSR1)或者
FSR2<FSR1*FWHM/(FWHM-FSR1)，其中，
FWHM为多模发射器的光谱的半峰全宽值。
以这样的方式能够确保第一微环谐振器只会选择出一种波长的光学信号，而不会在第一微环谐振器的自由频谱范围内选出多于一个光学信号，从而使得依据本发明的发射器能够从多模发射器中精确地选择所需波长的光学信号。
图2示出了如何从FP-LD多模发射器发射出的四种不同的光学信号中选择出一种波长的光学信号的原理图，这四种不同波长的光学信号的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4，在图2中所示出的示例中图2(a)示出了间隔200GHz的FP-LD的输出光谱，而图2(b)则示出了间隔为212GHz的第一微环谐振器的传输光谱，之所以要这样设置FP-LD和第一微环谐振器的光谱，是因为要在FP-LD的输出光谱中仅仅选出一种波长的光学信号，例如图2(c)所示出的选出了波长为λ1的光学信号，图2(d)至图2(f)示出了选出波长为λ3的光学信号的过程，与图2(a)至图2(c)相似，图2(g)示出了如上所述的自由光谱范围关系，即FSR2>FSR1*FWHM/(FWHM+FSR1)或者FSR2<FSR1*FWHM/(FWHM-FSR1)，其中，FWHM为多模发射器的光谱的半峰全宽值。
如下将继续参照图1描述第一微环谐振器和第二微环谐振器的工作原理。用于控制第一微环谐振器的第一控制装置(图中未示出)将利用热加热或者电光效应来调节第一微环谐振器，从而从具有多种纵模的光学信号中选出具有第一波长的光学信号，具体过程如图2所示，其中，第一波长为第一微环谐振器的谐振波长。该谐振部分的第一分量经过端口132进入第二微环谐振器来处理，而另一分量即第二分量将经过端口133又重新经过光学环形器120进入FP-LD多模发射器110，随后进一步抑制其他波长的光学信号，如此循环，最后在端口132将形成具有稳定的强度的具有所要选定的波长的光学信号。通常来说，第一分量将不大于第二分量，从而有利于抑制其他波长的信号，以便得到稳定的输出信号。第二微环谐振器140在得到由第一微环谐振器所输出的具有所选定的波长的光学信号后将对其进行调制，调制好的信号将经由端口143发射出去。第二微环谐振器也与之关联地设置有第二控制装置，第二控制装置利用热加热或者电光效应来调节第二微环谐振器，从而调制具有第一波长的光学信号，其中，第一波长为第二微环谐振器的谐振波长。例如，在此第一分量为20％，而第二分量为80％，其中，功率分量的比例可以通过改变第一个微环的耦合系数来实现。领域的技术人员应当理解，这里的比例仅仅为示例性的，而非限制性的。
图3(a)示出了第一微环谐振器的两个分量之间的关系的示意图。从图中可以看出实线表示的为第二分量，而虚线则表示的是第一分量，从图中可以看出，实线和虚线是相互互补的，第一分量和第二分量之和即为整个光学信号。在非谐振频率处，第一分量几乎为100％，而第二分量几乎为0％。而在谐振频率处，第一分量大概为20％，而第二分量则为约20％。其中，功率分量的比例可以通过改变第一个微环的耦合系数来实现。
图3(b)示出了第二微环谐振器的两个分量之间的关系的示意图。与图3(a)不同的是，在谐振频率处，几乎全部的光学信号均通过第二微环谐振器输出，而在非谐振频率处则几乎全部的光学信号均未输出，即整个发射器100的输出信号为零。
图4(a)示出了频率调谐与温度变化之间的关系。从图中可以看出，频率调谐几乎与温度变化是线性的，能够便较为有利于谐振频率的控制。由图中可以看出，波长灵敏度约为10.8GHz/℃。由此可知大约20℃的温度变化便能实现整个FSR的扫描。图4(b)进一步示出了不同的温度变化下频率调谐的变化关系。从图中可以看出，约每5℃的温度变化实现整个FSR上的1/4的频率调谐。由此，能够方便地实现如图2(a)至图2(f)所示的频率调节。在此，使用第一和第二微环谐振器，由于其周期性的谐振频率，使得在波长调谐时，假定通过温度调节来实现，由波长λ1调节到波长λ4，并不需要连续改变温度，调节谐振波长到波长λ4，这样温度需要大范围调节或4FSR，而在依据本发明所述的方法中，只需要在一个自由光谱范围FSR内进行调节，温度调谐范围要求小，因此调谐速度也比较快，这也是在图2(b)中的圈所要示出的目的。
图5示出了依据本发明所述的用于带宽对称的TWDM-PON的波长可调的发射器和包含该波长可调的发射器的光网络单元的工作过程的方法流程图。从图中可以看出，该流程图开始于步骤510，然后接下来首先在步骤511中将由FP-LD生成多纵模的光学信号并且将其送入光学循环器；在步骤512中，在图1中的第一微环谐振器130的谐振波长将与所要选出的一个目标纵模的光学信号对齐并且将其选出；在步骤513中，利用第一微环谐振器130过滤并且反射目标纵模的光学信号，其中，该第一微环谐振器130相较于FP-LD具有不同的自由光谱范围；在步骤514中，由第一微环谐振器130所选择的谐振波长的光学信号被通过光学循环器120反馈回FP-LD，以便抑制其他波长的光学信号；在步骤515中，在FP-LD和第一微环谐振器之间形成增益腔，并且在谐振波长上形成稳定的信号；接下里在步骤516中，在步骤515中所形成的稳定的光学信号将被传输至第二微环谐振器140；在此接下来的步骤517中判断波长是否需要调谐，如果不需要将在步骤518中上行的数据以高的调制速率和带宽对称的TWDM-PON应用在第二微环谐振器，然后该方法在步骤520中结束；相反，如果需要调谐波长，那么在步骤519中将调节第二微环谐振器的谐振波长至所需的上行波长，然后再进入步骤518，如前所述，在此不再赘述。
此外，本发明的第二方面还提出了一种用于带宽对称的TWDM-PON的光网络单元，光网络单元包括根据本发明的第一方面的波长可调的发射器。依据本发明的光网络单元ONU能够实现波长可调，即能够从由多模发射器所发射出来的多个纵模的光学信号中选择一个纵模的光学信号，从而避免了以往针对多个纵模需要设置多个调谐以及发射元件的问题，进而降低了波长可调的光网络单元的制造成本以及系统结构复杂度，有利于依据本发明的波长可调的光网络单元的普及应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种用于带宽对称的TWDM-PON的波长可调的发射器(100)，包括：
多模发射器(110)，其输出包含多个纵模的光学信号；
光学环形器(120)，其具有用于接收所述多模发射器的所述光学信号的第一端口、用于输出所述光学信号的第二端口、以及第三端口；以及
第一微环谐振器(130)，其具有用于从所述第二端口接收所述光学信号的第一输入端、用于输出所述光学信号的谐振部分的第一分量的第一输出端以及用于输出所述光学信号的谐振部分的第二分量的第二输出端，其中，所述第二输出端连接至所述光学环形器(120)的所述第三端口；以及
用于控制所述第一微环谐振器(130)的第一控制装置，所述第一控制装置利用热加热或者电光效应来调节所述第一微环谐振器(130)，从而从所述具有多种纵模的光学信号中选出具有第一波长的光学信号，其中所述第一波长为所述第一微环谐振器(130)的谐振波长。
2.根据权利要求1所述的发射器，其中，所述第一分量小于所述第二分量。
3.根据权利要求1所述的发射器，其中，所述发射器还包括：
第二微环谐振器(140)，其以第一调制速率调制所述光学信号的谐振部分的第一分量；以及
用于控制所述第二微环谐振器(140)的第二控制装置，所述第二控制装置利用热加热或者电光效应来调节所述第二微环谐振器(140)，从而调制具有第一波长的光学信号，其中，所述第一波长为所述第二微环谐振器(140)的谐振波长。
4.根据权利要求3所述的发射器，其中，所述第一调制速率至少为10Gb/s。
5.根据权利要求1所述的发射器，其中，所述多模发射器为FP-LD，其产生包含至少四种不同纵模的光学信号。
6.根据权利要求1所述的发射器，其中，所述多模发射器和所述第一微环谐振器的自由频谱范围分别为FSR1和FSR2，其满足以下关系：
FSR2>FSR1*FWHM/(FWHM+FSR1)或者
FSR2<FSR1*FWHM/(FWHM-FSR1)，其中，
FWHM为所述多模发射器的光谱的半峰全宽值。
7.一种用于带宽对称的TWDM-PON的光网络单元，其特征在于，所述光网络单元包括根据权利要求1至6中任一项所述的波长可调的发射器。
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