CN104756423B - 用于从多色光信号生成与波长对应的电信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于根据从光纤集合提取的多色光信号生成多个电信号的方法，多色信号包括多个预定的波长，借助于预定的波长生成电信号。该方法包括：用于将提取的光信号一起分组为多色光信号波束的步骤；用于将多色信号波束分离为多个单色光信号波束的步骤；以及用于将所述多个分离的单色光信号波束变换为多个电信号的步骤。

Description

用于从多色光信号生成与波长对应的电信号的方法和装置
技术领域
本发明申请在于向电子通信服务提供(serving)副载波的无源光网络的领域，并更具体地，在于具有波分复用的无源光网络的领域。
背景技术
光分配网络(ODN)由电子通信运营商部署，以便服务区域的所有潜在客户。副载波的实际数目一般非常低于潜在值(potential)，这给予在交换机处的光学线路终端(OLT)的同一光接口上汇聚(pool)几个ODN的动机，并且这样做，以便改进OLT的光接口的填充率并由此限制运营商的投资和运营成本。
在使用分组时分复用(TDM)和波分复用(WDM)的无源光网络(PON)技术的ODN的情况下，上行链路光信号(从副载波到交换机)包括多个波长和多个时间窗。时间窗被本领域技术人员已知为“脉冲串(burst)”。当多个光纤(其每一个对应于一个ODN)到达同一OLT时，每一波长不得不从每一光纤提取，以分组到一起，并重构与由不同脉冲串组成的每一波长对应的信号。
图1图示了用于分组Nf个ODN网络的具有N个波长的系统的已知方案。典型地，WDM系统管理例如N＝64或128个波长。取决于用于每一ODN网络的副载波填充比，运营商可能想汇聚至多Nf＝4个ODN网络。该方案包括以下步骤：
●对于输入端的每一光信号OSi(i＝1到Nf)，提取和输入光信号中存在的波长一样多的单色光信号(也就是说，具有单一波长λj)，并例如使用波分解多路复用器DMXi在输出端的一样多的光纤OFi,j上插入信号，
●对于每一波长λj，耦合从波分解多路复用器DMXi导出的对应光纤OFi,j，并在例如输出端处包括光电二极管d的耦合器MCRj(j＝1到N)中插入，以便生成专用于单一波长λj的电信号ESj。
该技术所以使得可能借助于多个附加光学组件在一个OLT上汇聚多个ODN。根据该技术，来自ODN网络的上行链路信号首先经过从光纤中提取它的解多路复用器DMX，然后被划分以重新插入到N个中间光纤中，然后来自每一中间光纤的信号在最终变换为电信号之前，经过耦合器MCR，耦合器MCR提取该信号并将其与Nf–1个其他光信号组合。
信号经过这些附加光学组件和这些中间光纤是降低副载波的服务的质量(甚至可用性)的光学损耗的重要来源。这些光学损耗对于解多路复用器典型地是4dB，而对于耦合器典型地是1dB的级别。
本发明的一个目的是纠正现有技术的缺陷。
发明内容
本发明利用用于根据从光纤集合提取的多色光信号生成多个电信号的方法来改善该情况，多色光信号包括多个确定的波长，对于每一确定的波长生成电信号，该方法包括：
●将提取的光信号分组为多色光信号的波束的步骤，
●将多色信号的波束分离为单色光信号的多个波束的步骤，
●将所述多个分离的单色光信号波束变换为多个电信号的步骤。
对于在输入端处的数目为Nf的光纤，每一光纤通过数目为N的波长(例如，WDM系统的N个波长)来传输已调制的信号，该方法使得可能在输出端处生成N个电信号，而不存在任何中间组件经过输入端和输出端之间的Nf×N个附加光纤。
来自Nf个进入光纤的信号在被分离为N个波长之前首先被一起分组。由此避免根据现有技术的对于输入端处的每一光纤执行的波分解多路复用操作。取而代之，该方法将单一信号波束分离为N个波长。来自进入光纤的分组能使用具有或不具有中间光纤的波导。分离为N个波长不需要求助于中间光纤。将理解的是，现有技术的Nf×N个中间光纤根据本发明不再是必需的，或者由至多一个光纤替代。
该方法所以使得可能使用N个波长将数目为Nf的光分配网络ODN沿着上行链路方向(从订户到交换机)连接到同一线路终端装备项OLT，由此避免由于中间光纤中的光学信号的插入/提取导致的损耗。
在出现将隔离WDM系统或隔离WDM-TDM系统组合在一起的需求之前、与向它们应用的公共实践相反的运行，该方法反转波长的分离和一起分组的操作。
结果，现有技术导致本领域技术人员执行该方法的在从输入端处的每一光纤获得每一波长的操作之后、分组到一起的操作。特别地，已知光学耦合器(例如，来自Huawei1的“GPON MCBOX”的MCR模块或来自Neophotonics2的耦合器“MCR G-PON SFP OLT”)能够每次仅处理单一波长，这使得首先将来自每一光纤的光学信号解多路复用为多个波长成为必要。所以没有已知装置按照该顺序或任何其他顺序来组合多模多路复用的功能(分组步骤)、处理波长的功能(分离步骤)以及源自不同单模光纤的TDM和WDM信号的光电子接收的功能(变换步骤)。
根据本发明的一个方面，该分离步骤包括使得所述多色信号的波束经过按照级联配置布置的具有多层处理的多个玻璃板的步骤，玻璃板过滤所确定的波长之一并反射其他波长，以形成单色光信号的波束。
具有多层处理技术的玻璃板(专用于一个波长的薄膜镀膜(thin film coating)滤镜)提供展示低损耗的优点：例如当对于具有8个波长的系统按照级联配置布置8个板时，每个板1dB的级别。当波长之间的间距大于20nm时，该技术特别合适。
根据本发明的一个方面，该分离步骤包括：根据它们的波长特定的多个衍射角在发射单色光信号的波束的光栅滤镜中反射多色信号的波束的步骤。
该光栅滤镜技术提供展示低损耗的优点：例如对于具有8个波长的系统，4dB的级别。当波长之间的间距为0.8nm的级别时，该技术特别合适。
根据本发明的一个方面，该分组步骤包括：在多模波导中叠加所提取的光信号的步骤。
通过在单模或多模光纤的输出端处、在提取波长之前叠加光信号，可能使用单一多模波导，这允许通过集成光学组件执行随后处理操作，限制光学损耗，因为这使得可能限制光所经过的屈光度的数目。
根据本发明的一个方面，该分组步骤包括在空闲空间中加宽由光学器件所获得的波束的步骤。
对多色光信号的波束进行再定维度可能使得该波束适应分离的尺寸，同时使用空闲空间中的光学组件，例如准直透镜。空闲空间中组件的使用使得可能无需重大技术努力来生产装置，所以允许至少对于少量装置降低成本。
根据本发明的一个方面，该变换步骤包括在空闲空间中聚焦由光学器件所获得的波束的步骤。
对多色光信号的波束进行再定维度可能使得该波束适应用于变换的光电二极管的尺寸，同时使用空闲空间中的光学组件，例如聚焦透镜。空闲空间中组件的使用使得可能无需重大技术努力来生产装置，所以允许至少对于少量装置降低成本。
根据本发明的一个方面，所述分组和分离步骤由集成光学组件执行，并且该分离步骤包括使得所述多色信号的波束经过按照级联配置布置的具有多层处理的多个玻璃板的步骤，玻璃板偏转所确定的波长之一以形成单色光信号的波束，并过滤其他波长。
当实现该方法的所有组件是集成光学组件时，实现在损耗最小化方面的最大效率。该方面还使得可能将光束的维度保持最小尺寸，这避免不得不重新聚焦该波束，以使得其适合该变换步骤。
刚刚已描述的该方法的不同方面能彼此独立或彼此组合实现。
本发明还涉及一种用于根据从光纤集合提取的多色光信号生成多个电信号的装置，多色光信号包括多个确定的波长，对于每一确定的波长生成电信号，该装置包括：
●用于将提取的光信号分组为多色光信号的波束的模块，
●用于将多色信号的波束分离为单色光信号的多个波束的模块，
●用于将所述多个分离的单色光信号波束变换为多个电信号的模块。
本发明最终涉及一种光学线路终端接收模块，该模块包括刚刚已描述的用于生成多个电信号的装置。
附图说明
在阅读作为单一图示非限制性示例给出的本发明的具体实施例的以下描述、以及附图时，本发明的其他优点和特征将变得更清楚地显而易见，其中：
图1呈现根据现有技术的用于耦合具有多个波长的光纤的系统的示范配置，
图2呈现根据本发明第一实施例的用于根据从光纤集合中提取的多色光信号生成多个电信号的方法的示范实现，
图3呈现根据本发明第二实施例的相同方法的示范实现，
图4呈现根据本发明一个方面的用于根据从光纤集合中提取的多色光信号生成多个电信号的装置的示范结构，
图5呈现根据本发明一个方面的用于将光信号一起分组为多色光信号的波束的模块的实施例，
图6呈现根据本发明一个方面的用于将光信号一起分组为多色光信号的波束的模块的另一实施例，
图7呈现根据本发明一个方面的用于将多色信号的波束分离为单色光信号的多个波束的模块的实施例，
图8呈现根据本发明一个方面的用于将单色光信号的多个波束变换为多个电信号的模块的实施例。
具体实施方式
在其后的描述中，在具有单模或多模光纤的、具有时分复用(TDM)和波分复用(WDM)的无源光网络(PON)的情况下，呈现本发明的多个实施例，但是本发明也应用到允许汇聚或冗余(redundancy)的WDM传送系统的保护方案。
前面已描述了呈现根据现有技术的用于耦合具有多个波长的光纤的系统的示范配置的图1。
在用于根据从光纤集合中提取的光信号生成多个电信号的方法的以下示范实现中，为了图示目的，要汇聚的ODN网络的数目、以及所以输入端的多色光信号的数目的值被设置为3，并且WDM系统的波长的数目的值被设置为4(λ1,λ2,λ3,λ4)。
图2呈现根据本发明第一实施例的用于根据从光纤集合中提取的多色光信号生成多个电信号的方法的示范实现。
在步骤E1，例如使用用于每一多色光信号OS1、OS2和OS3的准直透镜来加宽每一信号以实现给定尺寸，并且适当(duly)加宽的光信号被布置和一起分组在预定尺寸的波束中。
在步骤E2，多色信号的波束经过第一光学滤镜组以分离波长λ1的光与该波束的剩余光，已对于滤镜预定该波束的尺寸。该滤镜是例如具有专用于波长λ1的多层处理的玻璃板，允许该波长经过，并反射其他波长。
在步骤E3，例如对于来自信号OSi的每一光线使用聚焦透镜，来聚焦包括在波长λ1处过滤的光的所分离的单色波束，以降低其尺寸。
在步骤E4，聚焦波束通过投射在光电二极管的敏感表面上而被变换为电信号ES1。
在步骤E5，在步骤E2反射的波束经过第二光学滤镜组，以分离波长λ2的光与该波束的剩余光。该滤镜是例如具有专用于波长λ2的多层处理的玻璃板，允许该波长经过，并反射其他波长。
在步骤E6，例如对于来自信号OSi的每一光线使用聚焦透镜，来聚焦包括在波长λ2处过滤的光的所分离的单色波束，以降低其尺寸。
在步骤E7，聚焦波束通过投射在光电二极管的敏感表面上而被变换为电信号ES2。
在步骤E8，在步骤E5反射的波束经过第三光学滤镜组，以分离波长λ3的光与该波束的剩余光。该滤镜是例如具有专用于波长λ3的多层处理的玻璃板，允许该波长经过，并反射其他波长。
在步骤E9，例如对于来自信号OSi的每一光线使用聚焦透镜，来聚焦包括在波长λ3处过滤的光的所分离的单色波束，以降低其尺寸。
在步骤E10，聚焦波束通过投射在光电二极管的敏感表面上而被变换为电信号ES3。
在步骤E11，在步骤E8反射的波束经过第四光学滤镜组，以分离波长λ4的光与该波束的剩余光。该滤镜是例如具有专用于波长λ4的多层处理的玻璃板，允许该波长经过，并反射其他波长。
在步骤E12，例如对于来自信号OSi的每一光线使用聚焦透镜，来聚焦包括在波长λ4处过滤的光的所分离的单色波束，以降低其尺寸。
在步骤E13，聚焦波束通过投射在光电二极管的敏感表面上而被变换为电信号ES4。
在该第一实施例的有利变型中，用未图示的两个步骤E1a和E1b来替代步骤E1，并且用未图示的步骤E3b、E6b、E9b和E12b分别替代步骤E3、E6、E9和E12，而步骤E2、E4、E5、E7、E8、E10、E11和E13、以及这些步骤的顺序保持相同。
在步骤E1a，多色光信号OS1、OS2和OS3叠加在多模波导(例如，多模光纤)中。
在步骤E1b，例如使用单一准直透镜(而不是在步骤E1的情况下的三个准直透镜)，来加宽从多模波导提取的叠加信号，以实现确定的尺寸。
类似地，由于该叠加已创建了单一光线，所以在随后步骤E3b、E6b、E9b和E12b的每一个中，该变型使得可能仅使用单一聚焦透镜代替四个聚焦透镜。
图3呈现根据本发明第二实施例的用于根据从光纤集合中提取的多色光信号生成多个电信号的方法的示范实现。
在与步骤E1类似的步骤F1，例如使用用于每一多色光信号OS1、OS2和OS3的准直透镜来加宽每一信号以实现给定尺寸，并且适当加宽的光信号被布置和一起分组在预定尺寸的多色波束中。
在步骤F2，多色信号的波束由光学滤镜组反射以将波长λ1、λ2、λ3和λ4的每一个的光分离为和单色光信号一样多的波束，已对于滤镜预定该多色波束的尺寸。该滤镜是例如取决于它们的波长根据入射角来反射单色波束的光栅滤镜。
在与步骤E3类似的步骤F3，例如对于来自信号OSi的每一光线使用聚焦透镜，来聚焦包括在波长λ1处过滤的光的所分离的单色波束，以降低其尺寸。
在与步骤E4类似的步骤F4，聚焦波束通过投射在光电二极管的敏感表面上而被变换为电信号ES1。
与步骤F3和F4并行地执行步骤F5和F6、F7和F8、以及F9和F10，它们是相同的，除了将它们分别施加到波长λ2、λ3和λ4的分离的波束，并分别生成电信号ES2、ES3和ES4。
在该第二实施例的有利变型中，步骤F1由未图示的步骤F1a和F1b替代，并且步骤F3、F5、F7和F9由未图示的步骤F3b、F5b、F7b和F9b分别替代，而步骤F2、F4、F6、F8和F10以及这些步骤的顺序保持相同。
在步骤F1a，多色光信号OS1、OS2和OS3叠加在多模波导(例如，多模光纤)中。
在步骤F1b，例如使用单一准直透镜(而不是在步骤F1的情况下的三个准直透镜)，来加宽从多模波导提取的叠加信号，以实现确定的尺寸。
类似地，由于该叠加已创建了单一光线，所以在随后步骤F3b、F5b、F7b和F9b的每一个中，该变型使得可能仅使用单一聚焦透镜代替四个聚焦透镜。
根据未图示的本发明的第三实施例，多色光信号OS1、OS2和OS3(不管从单模还是多模光纤获得)叠加在多模波导中，然后多模波导经受使用集成光学组件的波长过滤处理，而不经过在刚描述的前两个实施例中使用的空闲空间中的光学组件。该第三实施例呈现以下优点，即，避免与空闲空间中的波束通过相关联的信号损耗。
例如，适当叠加和引导的多色波束经过按照级联配置布置的具有多层处理的四个玻璃板，将波长λ1、λ2、λ3和λ4的光分别偏转到四个光电二极管的敏感表面，以分别生成电信号ES1、ES2、ES3和ES4。
该集成光学装置主要基于AWG(阵列波导光栅)技术。该方案集成引导、衍射、光学相位修改和干涉功能。
与图4相关，现在呈现了根据本发明一个方面的用于根据从光纤集合中提取的光信号生成多个电信号的装置的示范结构。
用于生成多个电信号的装置100实现上述用于生成多个电信号的方法。
这样的装置100能合并在光学线路终端装备项的接收模块中。该装置100还能实现在与光学线路终端装备项不同的装备项中、在专用于或不专用于从光分配网络接收信号的网络的装备项中。
例如，该装置100包括以下模块：
·分组模块110，适于将光信号OSi(i＝1到Nf)一起分组为光束OB，
·分离模块120，适于将光束OB分离为单色光信号mOSj(j＝1到N)，每一光信号对应于确定的波长，
·变换模块130，适于将光信号mOSj变换为一样多的电信号ESj。
图5呈现分组模块110的实施例。在该实施例中，该模块110包括例如以下单元：
·准直单元c，适于使用准直透镜来加宽来自光纤的每一光信号OSi，
·分组单元111，适于将加宽的光信号一起分组为光束(OB)。
图6呈现分组模块110的另一实施例。在该实施例中，该模块110包括例如以下单元：
·分组单元112，适于将来自光纤的光信号OSi一起分组为光束OB，
·准直单元c，适于使用准直透镜来加宽光束OB。
图7呈现分离模块120的实施例。在该实施例中，该模块120包括例如按照级联配置布置的分离单元120-j(j＝1到N)，每一分离单元适于从进入信号分离确定的波长λj，以形成单色信号mOSj。
图8呈现变换模块130的实施例。在该实施例中，该模块130包括例如光电二极管单元d，适于将进入光信号mOSj(j＝1到N)变换为电信号ESj。
在该实施例的变型中，该变换模块130进一步包括聚焦单元f，适于使得进入光信号mOSj变窄，以便使得它们适应光电二极管单元d的接收表面。
结合图4到8描述的模块和单元能够是硬件模块或单元。
刚才已呈现的本发明的示范实施例仅是能设想的实施例中的一些。它们示出本发明使得可能，当副载波的实际数目小于每一网络上计划的容量时，在单一中央装备项OLT中汇聚来自多个WDM光分配网络的上行链路方向的管理，而不依靠作为信号损耗的重要来源的中间光学处理操作或转移。

Claims (9)

1.一种用于根据从光纤集合提取的多色光信号生成多个电信号的方法，多色光信号包括多个确定的波长，对于每一确定的波长生成电信号，其特征在于该方法包括：
●使用空闲空间中的光学组件来加宽从所述光纤集合提取的每一多色光信号、以形成加宽的多色光信号的步骤，
●将所加宽的多色光信号分组为波束的步骤，
●将所述波束分离为单色光信号的多个波束的步骤，
●将所述多个分离的单色光信号的波束变换为多个电信号的步骤。
2.根据权利要求1的用于生成多个电信号的方法，其特征在于该分离步骤包括使得所述波束经过按照级联配置布置的具有多层处理的多个玻璃板的步骤，玻璃板过滤所确定的波长之一并反射其他波长，以形成单色光信号的波束。
3.根据权利要求1的用于生成多个电信号的方法，其特征在于该分离步骤包括：根据所述多个确定的波长特定的多个衍射角、在发射单色光信号的波束的光栅滤镜中反射所述波束的步骤。
4.根据权利要求2或3的用于生成多个电信号的方法，其特征在于该分组步骤包括：在多模波导中叠加所提取的光信号的步骤。
5.根据权利要求2或3的用于生成多个电信号的方法，其特征在于所述空闲空间中的光学组件包括准直透镜。
6.根据权利要求2或3的用于生成多个电信号的方法，其特征在于该变换步骤包括聚焦由所述空闲空间中的光学组件所获得的多色光信号的波束的步骤。
7.根据权利要求1的用于生成多个电信号的方法，其特征在于所述分组和分离步骤由集成光学组件执行，并且其特征在于该分离步骤包括使得所述多色信号的波束经过按照级联配置布置的具有多层处理的多个玻璃板的步骤，玻璃板偏转所确定的波长之一以形成单色光信号的波束，并过滤其他波长。
8.一种用于根据从光纤集合提取的多色光信号生成多个电信号的装置，多色光信号包括多个确定的波长，对于每一确定的波长生成电信号，其特征在于该装置包括：
●空闲空间中的光学组件，其加宽从所述光纤集合提取的每一多色光信号，以形成加宽的多色光信号，
●用于将所加宽的多色光信号分组为波束的模块，
●用于将所述波束分离为单色光信号的多个波束的模块，
●用于将所述多个分离的单色光信号的波束变换为多个电信号的模块。
9.一种光学线路终端接收模块，其特征在于该模块包括根据权利要求8的用于生成多个电信号的装置。
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