CN105451841A - 一种解复用器、光模块以及光线路终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种阵列波导光栅，包括：W个输入波导、M个阵列波导、第一自由衍射区、第二自由衍射区、1个输出波导、W个监控波导组，其中，所述第x个阵列波导比第x-1个阵列波导的长度多ΔL；其中，所述M个阵列波导中的第1个至第N个相邻阵列波导组成第二阵列波导组，其余M-N个相邻阵列波导组成第一阵列波导组，所述第一阵列波导组通过所述第二自由衍射区连接所述输出波导，所述第二阵列波导通过所述第二自由衍射区连接所述W个监控波导组，所述第一阵列波导组和所述第二阵列波导组的光栅周期不同。采用一个AWG完成波长复用和监控的功能，同时将一部分能量色散到不同的监控波导里进行监控，避免采用复杂的导频技术。

Description

一种解复用器、 光模块以及光线路终端 技术领域

本发明涉及通信领域， 尤其涉及一种解复用器、 光模块光线路 终端以及无源光网络系统。

背景技术

在波分复用 （ Wavelength Division Multiplex , WDM ) 光通信系 统中， 具有等间距的多个光波长的信号会同时从多个发射机入射到 解复用器 （ Mutiplexer , Mux ) , 在 Mux 中合成一路， 再出射到光纤 中，如图 1 所示。 目前 Mux通常采用阵列波导光栅（ Array Waveguide Grating , AWG ) 器件， 其结构如图 2所示。 多波长的光信号分别由 多个输入波导输入， 经过第一自由衍射区（ Free Propagation Region , FPR ) 之后光波发散分别进入 N根阵列波导里进行传输。

在阵列波导中， 光波经过阵列波导传输后入射到第二自由衍射区 FPR , 由于阵列波导的干涉作用， 在第一 FPR 入射区不同位置输入的不 同波长的光波会进入到第二 FPR 区出口处同一个位置， 并被与该位置连 接的输出波导接收， 完成多路光信号复用的功能。

对于密集波分复用系统， 由于相邻两个波长之间的波长差很小， 通常对发射机波长漂移的容忍程度非常苛刻， 在这种情况下， 需要 对波长进行监控， 及时识别各个发射波长相对于设定波长的漂移， 并及时反馈给发射机进行修正， 以保证发射机波长误差不会超出系 统的容忍程度。

对于单路发射机来说， 波长监控通常通过在发射机内部安装一 个波长稳定性极高的滤波器来实现。 发射机发射出来的光通过一个分 束器分成两部分， 一部分被第一光探测器 （ Photo Detector, PD ) 所探测， 另一部分透过一个标准具以太龙 Etalon被第二光探测器接收。 由于标准具 具有波长相关的透射率， 因此第二 PD接收到的光功率就会随着激光器波 长变化， 从而通过监控第二 PD上的光电流， 就可以反映出激光器波长的 变化。

对于多路发射机， 为了节省成本， 通常希望可以共用一个波长监控装 置， 特别是波长监控装置里的滤波器。 现有技术采用的方案为 16个发射 机的发射光通过一个 Mux合波之后， 分出一部分光通过一个公用的标准 具和两个 PD进行波长监控。 由于多路的光信号会同时进入同一个 PD , 为了能够将不同激光器的波长监控信息区分开来， 使用了导频 (Pilot tone) 技术。 导频技术是在每一个激光器上加载一个微弱的调制信号， 不同的激 光器加载的调制信号的频率不同。 在 PD接收之后， 将这些调制信号在频 域上分离出来， 即可获得每一个激光器的波长偏移信息。 导频技术解决了 多路波长监控时的共享问题，然而导频技术需要复杂的导频加载电路和数 字处理芯片（Digital Signal Process , DSP)进行信号的加载和恢复， 成本较 高， 实现复杂， 更重要的是导频调制通常会对激光器本身加载的信号产生 一定的影响， 从而在信号接收端产生一定的灵敏度损失， 影响通信系统正 常工作。

发明内容

本发明提供一种解复用器、 光模块以及光线路终端、 无源光网 络系统， 用以解决现有技术的解复用器由于采用导频技术， 成本较 高、 实现复杂、 导致接收端产生一定的灵敏度损失， 影响通信系统 正常工作的技术问题。

为达到上述目 的， 本发明采用如下技术方案：

第一方面， 一种解复用器， 包括 W个输入波导、 M个阵列波导、 第一自由衍射区、 第二自 由衍射区、 1 个输出波导、 W 个监控波导 组， 其中， 所述 M个阵列波导的长度依次递增， 所述第 X个阵列波 导比第 x- 1个阵列波导的长度值多 出 A L , 为一定值， W > 2 , M

> 2 , 2 < x < M ; 所述 W个输入波导通过所述第一自 由衍射区连接所 述 M个阵列波导的一端，所述 M个阵列波导的另一端通过所述第二 自由衍射区连接所述输出波导和 W个监控波导组， 其中， 所述 M个 阵列波导中的第 1 个至第 N个相邻阵列波导组成第二阵列波导组， 其余 M-N个相邻阵列波导组成第一阵列波导组， 所述第一阵列波导 组通过所述第二自 由衍射区连接所述输出波导， 所述第二阵列波导 通过所述第二自由衍射区连接所述 W个监控波导组， 所述第一阵列 波导组和所述第二阵列波导组的光栅周期不同， M- 1 > N > 1。

结合第一方面， 在第一种可能的实施方式中， 所述第一阵列波 导组的光栅周期满足 nd sinpi +η， Δ L=m A i , 其中， n和 n，分别表示 第一自由衍射区和所述第一阵列波导组的折射率， 表示第 i 个输 入波导与所述第一自由衍射区的中心线的夹角， m为衍射级次， 表示第 i个输入波导的波长， d为第一阵列波导组的光栅周期， M-N i M。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式， 在第二种 可能的实施方式中，所述第二阵列波导组的光栅周期满足 nd'sinPy + nd' sin a y +η' Δ L=m λ y , 其中， n和 n，分另¹ J表示第一自由衍射区和 所述第一阵列波导组的折射率， 表示第 y个输入波导与所述第一 自由衍射区的中心线的夹角， m为衍射级次， λ y表示第 y个输入波 导的波长， d，表示所述第二阵列波导组的光栅周期， a y表示第 y个 输入波导的光色散到所述第二自 由衍射区的位置的连线与所述第二 自由衍射区的中心线的夹角， 1 y N。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式， 在第三种 可能的实施方式中， 所述第二阵列波导组的周期满足 nd'sinPy + nd' sin(ay+Aa) +η' Δ L=m( λ y+Δ λ ) , 其中， η和 η，分别表示第一自由衍 射区和所述第一阵列波导组的折射率， 表示第 y个输入波导与所 述第一自由衍射区的中心线的夹角， m 为衍射级次， A y 表示第 y 个输入波导的波长， d，表示所述第二阵列波导组的光栅周期， a y表 示第 y 个输入波导的光色散到所述第二自 由衍射区的位置的连线与 所述第二自由衍射区的中心线的夹角， Δα表示 a y偏移 Δα角度时， 所述第 y个输入光波透射的中心光谱偏移 Δ λ , 1 y Ν。

结合第一方面的第三种可能的实施方式， 在第四种可能的实施 方式中， 所述 Δ λ的绝对值小于相邻两个输入波导的波长差的一半。

结合第一方面以及第一方面的任意一种可能的实施方式， 在第 五种可能的实施方式中， 所述监控波导组包括监控波导和监测光探 测器。

第二方面， 一种光模块， 包括 W个光发射机和解复用器， 所述 W 个发射机与所述解复用器相连， 所述解复用器包括第一方面或第 一方面任意一种可能的实施方式所述的解复用器。

第三方面， 一种光线路终端， 包括光模块和处理器， 所述光模 块和所述处理器通过线路连接， 所述光模块包括如第二方面所述的 光模块。

第四方面， 一种无源光网络， 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布网络连接至少一个所述光网络 单元， 所述光线路终端包括如第三方面所述的光线路终端。

本发明通过将阵列波导分为周期不同的两个组， 实现了将入射 光的能量分为两个部分， 一部分用于通过输出波导发射到光纤上， 一部分用于监测波长， 实现了采用一个阵列波导光栅完成波长复用 和波长监控的功能， 同时将一部分能量色散到不同的监控波导里进 行监控， 实现简单， 避免采用复杂的导频技术。

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简单地介绍， 显而易见地， 下面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来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可 以根据这些附图获得其他的附图。

图 1 为解复用器 Mux工作原理示意图；

图 2为阵列波导光栅 AWG结构示意图；

图 3为解复用器 Mux的结构示意图；

图 4为本发明实施例提供的一种解复用器的结构示意图； 图 5为本发明实施例提供的当采用图 4的解复用器结构时， 从 某一个输入波导入射时， 输出波导和相应的监控波导透射的光谱示 意图。

图 6为本发明实施例提供的另一种解复用器结构示意图； 图 7为本发明实施例提供的输出波导和相应的监控波导透射的 光谱示意图；

图 8为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图 9为本发明实施例提供的一种光线路终端的结构示意图； 图 10 为本发明实施例提供的一种无源光网络系统的结构示意 图。

具体实施方式

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， 所描述的实施例仅仅是本发明 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。

另外， 本文中术语 "系统" 和 "网络" 在本文中常被可互换使 用。 本文中术语 "和 /或"， 仅仅是一种描述关联对象的关联关系， 表示可以存在三种关系， 例如， A和 /或 B , 可以表示： 单独存在 A , 同时存在 A和 B , 单独存在 B这三种情况。 另外， 本文中字符 " /" , 一般表示前后关联对象是一种 "或" 的关系。

实施例一

本发明实施例提供一种解复用器， 包括： W个输入波导、 M个 阵列波导、 第一自 由衍射区、 第二自 由衍射区、 1 个输出波导、 W 个监控波导组， 其中， 所述 M个阵列波导的长度依次递增， 所述第 X个阵列波导比第 x- 1个阵列波导的长度值多出 A L , A L为一定值， W > 2 , M > 2 , 2 < X < M ; 所述 W 个输入波导通过所述第一自由衍 射区连接所述 M个阵列波导的一端，所述 M个阵列波导的另一端通 过所述第二自 由衍射区连接所述输出波导和 W个监控波导组，其中， 所述 M个阵列波导中的第 1个至第 N个相邻阵列波导组成第二阵列 波导组， 其余 M-N个相邻阵列波导组成第一阵列波导组， 所述第一 阵列波导组通过所述第二自 由衍射区连接所述输出波导， 所述第二 阵列波导通过所述第二自 由衍射区连接所述 W个监控波导组， 所述 第一阵列波导组和所述第二阵列波导组的光栅周期不同， M- 1 > N > 1„

其中，所述第一阵列波导组的光栅周期 d满足 nd sin i +η' Δ L=m λ i , 其中， n和 n，分别表示第一自由衍射区和所述第一阵列波导组 的折射率， 表示第 i 个输入波导与所述第一自由衍射区的中心线 的夹角， m为衍射级次， λ i表示第 i个输入波导的波长， d为第一 阵列波导组的光栅周期， M-N i M。

可选地， 所述第二阵列波导组的光栅周期 d，满足 nd'sinPy + nd' sin a y +η' Δ L=m λ y , 其中， n和 n，分别表示第一自 由衍射区和所 述第一阵列波导组的折射率， 表示第 y个输入波导与所述第一自 由衍射区的中心线的夹角， m为衍射级次， λ y表示第 y个输入波导 的波长， d，表示所述第二阵列波导组的光栅周期， a y表示第 y个输 入波导的光色散到所述第二自 由衍射区的位置的连线与所述第二自 由衍射区的中心线的夹角， 1 y N。

可选地， 所述第二阵列波导组的周期满足 nd'sinPy + nd' sin(ay+Aa) +η' Δ L=m( λ y+Δ λ ) , 其中， η和 η，分别表示第一自由衍 射区和所述第一阵列波导组的折射率， 表示第 y个输入波导与所 述第一自由衍射区的中心线的夹角， m 为衍射级次， A y 表示第 y 个输入波导的波长， d，表示所述第二阵列波导组的光栅周期， a y表 示第 y 个输入波导的光色散到所述第二自 由衍射区的位置的连线与 所述第二自由衍射区的中心线的夹角， Δα表示 a y偏移 Δα角度时， 所述第 y个输入光波透射的中心光谱偏移 Δ λ , 1 y Ν。

其中， 所述 Δ λ的绝对值小于相邻两个输入波导的波长差的一 半。

所述监控波导组包括监控波导和监测光探测器。

下面以 W=4、 M=5、 N=2 为例， 对本发明实施例进一步详细介 绍。

图 3 是典型的采用 AWG 的解复用器 Mux结构示意图。 如图 3 所示， 多波长的光信号由输入波导输入， 经过第一自 由衍射区 FPR 之后光波发散分别进入 N根阵列波导里进行传输， 在阵列波导中， 阵列波导的长度依次增加， 并且任意相邻的两根阵列波导的长度差 为定值， 可以标记为 AL , 光波经过阵列波导传输后入射到第二 FPR , 由于阵列波导的干涉作用， 不同波长的光波会进入到第二 FPR区左 侧不同的位置， 并被相应的输出波导接收， 完成解复用的功能。

在 AWG 中， 两个 FPR结构一致， 都是由上下边界由两个半径 为 2 倍关系的相切的圓的圓弧构成， 小圓称为罗兰圓， 大圓称为光 栅圓， 阵列波导入口和出口分别排列在光栅圓上， 输入波导和输出 波导与 FPR的入口则依次排列在罗兰圓上。 在 FPR区， 作一条连接 两圓切点和光栅圓圓心的连线， 称为中心线。 通常在仅有一个输出 波导时， 输出波导与中心线平行， 且入口位于光栅圓圓心。 设第 i 根输入波导与第一 FPR 对应的中心线的夹角为 , 输出波导和第 二 FPR对应中心线夹角为 a , 则 艮据 AWG原理， 可得到波长 λ与 角度 β的关系：

nd sin i + nd sina +η' Δ L=m i (公式 1 ) 其中， n和 n， 分别是 FPR区和阵列波导的折射率。 m为衍射级次。 d为相邻两根阵列波导在 FPR入口处的间距， 也称为阵列波导光栅的 周期。 通常取 α =0 , 则可得到：

nd sin i +n，AL=m i (公式 2)

由公式 2可知， AWG可以将不同波长的光信号复用到第二 FPR同 一个位置并与之连接的输出波导接收从而完成复用的功能。

图 4示出了本发明实施例提供的解复用器 Mux的结构示意图。 如图 4 所示， 在本发明实施例中， 阵列波导的长度依次增加， 并且 任意相邻的两根阵列波导的长度差为定值 AL, 阵列波导被分为两部 分， 分别称为第一阵列波导组和第二阵列波导组， 比如， 将第一个 至第三个阵列波导划分为第一阵列波导组， 第四个和第五个阵列波 导划分为第二阵列波导组， 第一个阵列波导至第五个阵列波导的长 度依次递减， 递减值为定值， 标记为 AL。 值得说明的是， 所述第一阵 列波导组和所述第二阵列波导组中包含的阵列波导的数目是可调的，两个 阵列波导组包含的波导数目的划分决定了输入光的能量的划分。假设第一 阵列波导组的光栅周期为 d, 第二阵列波导组的光栅周期为 d，。 由公式 1 可以得出两部分阵列波导组所满足的方程：

nd sin i +η，Δ =ηιλί (公式 3)

nd' sin i + nd' sinai +η，Δ =ηιλί (公式 4)

由公式 3 , 4可知， 从第一 FPR进入到第一阵列波导组的光会通过 AWG的作用复用到输出波导中， 而进入到第二阵列波导组的光， 由 于光栅周期的变化， 无法进入到输出波导中， 而是会分别色散到第 二 FPR区 4个不同的位置， 如图 4所示， 位置由其连线与中心线的夹角 (^表示。 其中， 在该 4个不同的位置上连接由四个监控波导组， 每个 监控波导组包括监控波导和监测光探测器 （ Monitor Photo Detector , MPD ) 。 所述监控波导组用来进行波长监控。 因此， 该 AWG可以在 将一部分能量复用的同时， 将另一部分能量在空间上分离开来， 在 相应的位置上连接监控波导和 MPD , 就可以用这部分能量进行波长 监控。 两部分能量的比例可以通过两个阵列波导数目来控制。

图 5示出了采用图 4的 AWG结构时，从某一个输入波导入射时， 输出波导和相应的监控波导透射的光谱示意图。 如图 5 所示， 当波 长对准输出波导光谱的峰顶时， 相应的也会对准监控波导的峰顶， 从而可以通过监控波导出射的光功率来判断波长与目标波长偏离的 情况。

本发明通过将阵列波导分为周期不同的两个组， 实现了将入射 光的能量分为两个部分， 一部分能量用于通过输出波导发射到光纤 上， 一部分能量用于监测波长， 实现了采用一个阵列波导光栅完成 波长复用和波长监控的功能， 同时将一部分能量色散到不同的监控 波导里进行监控， 避免采用复杂的导频技术。

实施例二

图 6示出了本发明提供了另一种采用 AWG的解复用器的实施方 式结构示意图， 与第一个实施方式不同的是， 本实施方式中， 监控 波导组的位置偏离由公式 4决定的目标波长对应的角度 ai, 而是位于 αί+Δα , 则其透射的中心光语会相应的偏移 Δλ。

nd'sin i + nd' sin(ai+Aa) +η' Δ L=m( λ i+Δ λ ) (5) 图 7 为本发明实施方式输出波导和相应的监控波导透射的光谱示意 图， 如图 7所示， 此时监控波导光谱中心不再对准目标波长， 而是有一个 偏移， 其优点在于， 在这种情况下， 波长的偏离值与监控波导透射出来的 光能量是单调的函数，从而可以直接通过光能量的大小来判断波长偏离的 大小和方向。

本发明实施例采用同一个 AWG 完成波长复用和监控的功能， 在 完成复用的同时， 将一部分能量色散到不同的监控波导里进行监控， 避免采用现有的导频技术， 实现方案更简单。 实施例三

图 8为本发明实施例提供的一种光模块 80 , 包括多个发射机 81 和解复用器 82 , 多个发射机 81连接到解复用器 82 , 发射机 8 1发射 的光波进入解复用器 82的输入波导， 进而进入解复用器进行处理， 解复用器 82用于将多个发射机发射的光分为两部分， 一部分光通过 光纤发送到光分布网络， 一部分光通过监控波导组接收， 用于判断 波长是否与目标波长发生偏移， 其中所述的解复用器 82 包括如实施 例一或实施例二所述的解复用器。

实施例四

图 9为本发明实施例提供的一种光线路终端 90 , 包括光模块 91 和处理器 92 , 所述处理器 92与所述光模块 91相连， 所述处理器 92 用于处理数据， 并将数据发送到光模块 91 ; 所述光模块 91用于将数 据转换为光信号， 并将光信号一部分发射到光分配网络， 一部分通 过监控波导组接收， 用于监测波长是否发生偏移， 其中， 所述光模 块如实施例三所述的光模块。

实施例五

图 10 为本发明实施例提供的一种无源光网络 PON 系统， 包括 光线路终端和光网络单元， 光线路终端通过光分配网络连接至少一 个光网络单元， 其中， 光线路终端包括如实施例四所述的光线路终 端。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围 并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围 之内。 因此， 本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1. 权 利 要 求 书

   1、 一种解复用器， 其特征在于， 包括： W个输入波导、 M个阵 列波导、 第一自由衍射区、 第二自由衍射区、 输出波导、 W个监控波 导组， 其中， 所述 M 个阵列波导的长度依次递增， 所述第 X个阵列 波导与第 x-1个阵列波导的长度差 AL为定值； 所述 W个输入波导通 过所述第一自由衍射区连接所述 M个阵列波导的一端， 所述 M个阵 列波导的另一端通过所述第二自由衍射区连接所述输出波导和 W 个 监控波导组， 其中， 所述 M个阵列波导中的第 1 个至第 N个相邻阵 列波导组成第二阵列波导组， 其余 M-N 个相邻阵列波导组成第一阵 列波导组， 所述第一阵列波导组通过所述第二自由衍射区连接所述输 出波导， 所述第二阵列波导通过所述第二自由衍射区连接所述 W 个 监控波导组， 所述第一阵列波导组和所述第二阵列波导组的光栅周期 不同， 其中， W> 2, M > 2, 2 < X < M , M-1 > N> 1。

   2、 根据权利要求 1 所述的解复用器， 其特征在于， 所述第一阵 列波导组的光栅周期 d满足 nd sin i +n，AL=mA i,

   其中， d为第一阵列波导组的光栅周期， n和 n，分别表示第一自 由衍射区和所述第一阵列波导组的折射率， 表示第 i个输入波导与 所述第一自由衍射区的中心线的夹角， m 为衍射级次， 表示第 i 个输入波导的波长， M-N i M。

   3、 根据权利要求 1 或 2 所述的解复用器， 其特征在于， 所述第 二阵列波导组的光栅周期 d，满足 nd'sin y + nd' sina y +η' Δ L=m λ y, 其中， d，表示所述第二阵列波导组的光栅周期， n和 n，分别表示 第一自由衍射区和所述第一阵列波导组的折射率，Py表示第 y个输入 波导与所述第一自由衍射区的中心线的夹角， m为衍射级次， A y表 示第 y个输入波导的波长， a y表示第 y个输入波导的光色散到所述 第二自 由衍射区的位置的连线与所述第二自 由衍射区的中心线的夹 角， 1 y N。 4、 根据权利要求 1 或 2 所述的解复用器， 其特征在于， 所述第 二阵歹' J波导组的周期满足 nd'sin y + nd' sin(ay+Aa) +η' Δ L=m( λ y+Δ λ ) , 其中， η和 η，分别表示第一自由衍射区和所述第一阵列波导组的 折射率，βγ表示第 y个输入波导与所述第一自由衍射区的中心线的夹 角， m为衍射级次， λ y表示第 y个输入波导的波长， d，表示所述第 二阵列波导组的光栅周期， a y表示第 y个输入波导的光色散到所述 第二自 由衍射区的位置的连线与所述第二自 由衍射区的中心线的夹 角， Δα表示 a y偏移 Δα角度时， 所述第 y个输入光波透射的中心光 语偏移 Δ λ , 1 y Ν。

   5、 根据权利要求 4 所述的解复用器， 其特征在于， 所述 Δ λ的 绝对值小于相邻两个输入波导的波长差的一半。

   6、 根据权利要求 1〜5 任意一项所述的解复用器， 其特征在于， 所述监控波导组包括监控波导和监测光探测器。

   7、 一种光模块， 包括多个光发射机和解复用器， 所述多个光发 射机与所述解复用器相连， 所述多个光发射机， 用于发射多路光波至 所述解复用器， 其特征在于， 所述解复用器包括如权利要求 1〜6任意 一项权利要求所述的解复用器。

   8、 一种光线路终端， 包括光模块和处理器， 所述光模块和所述 处理器通过线路连接， 所述处理器用于处理数据， 发送数据至所述光 模块， 其特征在于， 所述光模块包括如权利要求 7所述的光模块。

   9、 一种无源光网络， 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布网络连接至少一个所述光网络单元， 其特 征在于， 所述光线路终端包括如权利要求 8所述的光线路终端。