CN110475164A - 光分路器及单纤双向无源光网络传输系统 - Google Patents

光分路器及单纤双向无源光网络传输系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种光分路器及单纤双向无源光网络传输系统，所述光分路器包括一个或多个光分路单元，所述光分路单元包括：两个输入通道、一个输出通道以及光耦合结构；所述光耦合结构设置在所述光分路单元的耦合区；所述光耦合结构能够无损的将所述两个输入通道输入的光波耦合成一路光波；耦合成的一路光波通过所述输出通道输出。通过在光分路器中添加光耦合结构，根据本公开实施例的光分路器及单纤双向无源光网络传输系统，使得光分路器在集中耦合上行数据时，实现光功率的零损耗。

Description

光分路器及单纤双向无源光网络传输系统
技术领域
本公开涉及光通信领域，尤其涉及一种光分路器及单纤双向无源光网络传输系统。
背景技术
无源光网络(PON，Passive Optical Network)是一种采用点到多点(P2MP，Pointto Multi-Point)结构的单纤双向光接入网络。PON系统由局端的光线路终端(OLT，opticalline terminal)、光分配网络(ODN，optical distribution network)和用户侧的光网络单元(ONU，Optical Network Unit)组成，为单纤双向系统。在下行方向(OLT到ONU)，OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向(ONU到OLT)，ONU发送的信号只会达到OLT，而不会到达其他的ONU。ODN在OLT和ONU间提供光通道。
OLT位于网络侧，放在中心局端，它可以是一个L2交换机或者L3路由器，提供网络集中和接入。ONU位于用户侧，实现各种电信号的处理与维护管理，提供用户侧接口。OLT与ONU之间通过无源光分路器连接，光分路器用于分发下行数据和集中上行数据。除了终端设备，PON系统中无需电器件，因此是无源的。
PON在单根光纤上采用下行1490/上行1310nm波长组合的波分复用技术(WDM，Wavelength Division Multiplexing)，上行方向是点到点方式，下行方向是广播方式。
从OLT发出的光功率，主要损耗在光分路器和光纤传输距离，在光纤传输距离不变的情况下，分路的数量越多(即用户数越多)损耗越大。在下行广播方向可通过在OLT与光分路器之间增加光放大器的方式，来实现传送入户1024户或者更多；但上行方向，在用户侧增加光放，受限于成本等因素，并不可行，导致用户侧到网络侧的光集中耦合功率损耗无可避免，过大的光功率损耗无法达到OLT的接收光功率范围，进而导致上行方向单个OLT PON口一般只能传送32户或者64户。如何解决上行方向的传输瓶颈，即如何实现PON系统上行方向无损集中耦合光波，达到单个OLT PON可传送1024户，就成为一个重要问题。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种光分路器及单纤双向无源光网络传输系统。通过在所述光分路器中添加光耦合结构，使得光分路器在集中耦合上行数据时，实现光功率的零损耗。
根据本公开的一方面，提供了一种光分路器，其特征在于，所述光分路器包括一个或多个光分路单元，所述光分路单元包括：两个输入通道、一个输出通道以及光耦合结构；
所述光耦合结构设置在所述光分路单元的耦合区；
所述光耦合结构能够无损地将所述两个输入通道输入的光波耦合成一路光波；
耦合成的一路光波通过所述输出通道输出。
在一种可能的实现方式中，所述光耦合结构为：光电开关，所述光电开关控制两个输入通道输入的光波串行传输。
在一种可能的实现方式中，所述光电开关的开关时间为ns级。
在一种可能的实现方式中，所述光分路单元为熔融拉锥型；
所述光耦合结构为隔离层；
所述隔离层的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射。
在一种可能的实现方式中，所述光分路单元为平面波导型；
所述光耦合结构为镜面，所述镜面使得所述两个输入通道输入的光波完全被反射进入输出通道。
在一种可能的实现方式中，所述镜面为两个，两个镜面分别位于两个输入通道的交汇区域内。
在一种可能的实现方式中，在所述光分路单元为T型结构时，两个镜面的夹角为90度。
在一种可能的实现方式中，所述输出通道的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射。
在一种可能的实现方式中，所述光分路单元为熔融拉锥型；
所述光耦合结构包括凸透镜和凹透镜；
所述凸透镜位于耦合区中靠近所述两个输入通道的交汇区域内，所述凹透镜位于耦合区中靠近所述输出通道的区域内。
根据本公开的另一方面，提供了一种单纤双向无源光网络传输系统，其特征在于，包括：光线路终端OLT、光分配网络ODN和光网络单元ONU；
所述ODN包括上述任一种光分路器。
在一种可能的实现方式中，在上行传输方向：
所述光分路器采用时分复用技术TDM，将多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。
通过在光分路器中添加光耦合结构，根据本公开实施例的光分路器及单纤双向无源光网络传输系统，使得光分路器在集中耦合上行数据时，实现光功率的零损耗。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。
图2示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。
图3示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。
图4示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。
图5示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。
图6示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。
图7示出根据本公开一实施例的单纤双向无源光网络传输系统的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。如图1所示，该光分路器可以包括：一个或多个光分路单元，所述光分路单元包括：两个输入通道、一个输出通道以及光耦合结构；
如图1所示，光分路器包括一个光分路单元时，该光分路器是一个1:2的光分路器，在上行方向上，端口2和端口3为两个输入通道的端口，端口1为一个输出通道的端口，其中，两个输入通道交汇的区域为光耦合区。
在下行方向上，光分路单元的端口2和端口3为两个输出通道的端口，端口1为一个输入通道的端口。
所述光耦合结构设置在所述光分路单元的耦合区；
所述耦合区可以是指两个输入通道输入的光波发生耦合的区域。
所述光耦合结构能够无损地将所述两个输入通道输入的光波耦合成一路光波；
其中，两个输入通道输入的光波可以为同频率波长。两个输入通道输入的光波在耦合区耦合时，存在耦合功率损耗，设置的该光耦合结构在所述光分路单元的耦合区，只要能够实现无损耦合就可以，本公开对该光耦合结构的具体结构不作限定。
耦合成的一路光波通过所述输出通道输出。
如果光分路器仅包括一个光分路单元，上述耦合成的一路光波通过所述输出通道输出，可以直接输出到上级OLT设备。
如果光分路器包括两个光分路单元，如图1所示的1:4光分路器，该光分路器是以1:2的光波耦合方式组合构成，将光波从端口2和端口3传输到两个输入通道，光分路单元将输入的光波耦合成一路光波，耦合成的一路光波通过所述输出通道输出；
将光波从端口4和端口5传输到两个输入通道，光分路单元将输入的光波耦合成一路光波，耦合成的一路光波通过所述输出通道输出；
端口2和端口3对应的输出通道和端口4和端口5对应的输出通道可以再次作为两个输入通道，将端口2和端口3耦合成的一路光波以及端口4和端口5耦合成的一路光波再次耦合成一路光波，该再次耦合成的一路光波通过所述端口1输出到上级OLT设备。
如果光分路器包括多个光分路单元，可以根据上述两个光分路单元的1:2的光波耦合方式进行逐级组合，如图1所示的1:M光分路器，可以通过多个1:2光波耦合方式组合构成，最终实现M路光波耦合后，传送给上级OLT设备。
通过在光分路器中添加光耦合结构，根据本公开实施例的光分路器，使得光分路器在集中耦合上行数据时，实现光功率的零损耗。根据本公开实施例的光分路器可以实现无源光网络PON双向单个OLT PON口传送用户数达到1024户或以上。
图2示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。如图2所示，在一种可能的实现方式中，所述光耦合结构为：光电开关，所述光电开关控制两个输入通道输入的光波串行传输。
光电开关被设置在光分路单元的耦合区，光电开关可以通过对光信号的通断，控制两个输入通道中的一个输入通道输入的光波先传输，再控制另一个输入通道输入的光波传输，以此实现所述光电开关控制两个输入通道输入光波的串行传输。
以图2所示的为例，端口1对应的是一个输入通道，其中输入光波的波长为λ1，端口4对应的是另一个输入通道，其中输入光波的波长为λ2，光电开关可以先开通端口1对应的输入通道，断开端口4对应的输入通道，由此实现首先对λ1的光波进行传输，然后再对λ2的光波进行传输。光电开关可以持续交替的进行通断控制以支持光波的不断传输。
其中，λ1和λ2可以是同频率波长相同的光波。光分路器可以是波导型、或者熔融拉锥型，本公开对此不作限定。
对于图1中所示的1:4光分路器，其中，通过端口2传输的光波和通过端口3传输的光波进行串行传输，而通过端口2传输的光波和通过端口4传输的光波不需要串行传输。
在一种可能的实现方式中，所述光电开关的开关时间为ns级。
所述光电开关可以为LiNbO3波导型光电开关，该光电开关的开关时间快，可达到10ps～1ns；或者半导体光放大器(SOA，semiconductor optical amplifier)光开关，开关时间也为ns级，只要是能实现ns级的光电开关都可以，本公开对此不作限定。需要说明的是，光电开关为有源器件，因此需要增加电源。
通过在光分路单元的耦合区中设置光电开关，可以控制两个输入通道输入的光波串行传输，消除了入纤光波同时传输的耦合损耗，实现光波耦合时的零损耗。
图3示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。如图3所示，在一种可能的实现方式中，所述光分路单元可以为熔融拉锥型；
所述光耦合结构为隔离层；
所述隔离层的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射。
如图3所示，以熔融拉锥型(FBT)分路单元为Y型结构为例，可以在两个入纤光波的耦合区中设置不会被光穿透的隔离层，隔离层在光波传输方向上的长度小于等于光分路单元的耦合区在光波传输方向上的长度。其中，两个输入通道和输出通道的直径可以相同，如图3所示，d为输入通道和输出通道的直径。其中，输入通道的直径和输出通道的直径也可以不同，本公开对此不作限定。
从端口1对应的输入通道输入光波的波长为λ1，端口2对应的输入通道输入光波的波长为λ2，λ1和λ2可以是同频率波长相同的光波。端口1对应的输入通道输入的λ1光波在到达隔离层时，发生全反射，所有λ1的光波都被反射到输出通道，从端口3输出；端口2对应的输入通道输入的λ2光波在到达隔离层时，发生全反射，所有λ2的光波都被反射到输出通道，从端口3输出。通过隔离层的折射率可以使得λ1的光波和λ2的光波在隔离层上发生全反射，消除了入纤光波的传输损耗，实现光波耦合时的零损耗。
其中，对于隔离层，只要隔离层的折射率满足两个输入通道输入的光波能够全反射即可，本公开对此不作限定。
在一种可能的实现方式中，所述光分路单元可以为平面波导型；
所述光耦合结构为镜面，所述镜面使得所述两个输入通道输入的光波完全被反射进入输出通道。
在光分路单元的耦合区设置镜面，该镜面用于反射两个输入通道输入的光波，使得被反射的光波可以完全进入输出通道。
其中，镜面可以是平面的，对于镜面的尺寸，本公开对此不作限定，只要能使得两个输入通道输入的光波完全被反射进入输出通道即可。。
通过镜面的设置，可以使得两个输入通道输入的光波都被反射到输出通道，不会被反射到输入通道，消除了入纤光波的传输损耗。
图4示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。如图4所示，在一种可能的实现方式中，所述镜面可以为两个，两个镜面分别位于两个输入通道的交汇区域内。
其中，所述交汇区域可以是耦合区中的部分区域，该部分区域靠近两个输入通道。所述镜面为平面镜面，两个镜面可以形成一定角度的设置，该两个镜面可以在靠近输出通道的地方靠在一起，如图4所示。
从端口1对应的输入通道输入光波的波长为λ1，端口2对应的输入通道输入光波的波长为λ2，λ1和λ2可以是同频率波长相同的光波。端口1对应的输入通道输入的λ1光波在到达镜面上时，所有λ1的光波都被反射到输出通道，从端口3输出；端口2对应的输入通道输入的λ2光波在到达镜面上时，所有λ2的光波都被反射到输出通道，从端口3输出。
其中，两个输入通道和输出通道的直径可以相同，如图4所示，d为输入通道和输出通道的直径，所述光纤逐渐收缩，使得输出通道的直径可以和两个输入通道的直径相同，如图4所示，端口3与端口1、端口2具有相同的直径d，这样不会引起向另外端口的反射。
如图4所示，在一种可能的实现方式中，在所述光分路单元为T型结构时，两个镜面的夹角为90度。
如图4所示，在两个输入通道与输出通道的交汇区域内设置的两个镜面夹角为90度，端口1对应的输入通道输入的λ1光波在到达镜面上时，所有λ1的光波都被反射到输出通道，从端口3输出；端口2对应的输入通道输入的λ2光波在到达镜面上时，所有λ2的光波都被反射到输出通道，从端口3输出。
上述所有反射光波依然保持平行，而且反射光波的传输方向与输出通道的方向相同，更加地减少了光波的传输损耗，实现光波耦合时的零损耗。
如图5所示，在一种可能的实现方式中，所述输出通道的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射。
如图5所示，在所述光分路单元为T型结构时，两个输入通道与输出通道的交汇区域内设置的两个镜面夹角可以不为90度，端口1对应的输入通道输入的λ1光波在到达镜面上时，所有λ1的光波都被反射到输出通道，并且与输出通道的璧面的垂直面的夹角为θ1，θ1大于输出通道的全反射临界值；端口2对应的输入通道输入的λ2光波在到达镜面上时，所有λ2的光波都被反射到输出通道，并且与输出通道的璧面的垂直面的夹角为θ2，θ2大于输出通道的全反射临界值，这样，λ1光波的反射光波和λ2光波的反射光波完全从端口3输出。
根据本实施例的光分路器，所述输出通道的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射，使得反射光波能够完全通过输出通道的端口3进行传输，减少了光波的传输损耗，实现光波耦合时的零损耗。
图6示出根据本公开一实施例的光分路器的结构示意图。如图6所示，在一种可能的实现方式中，所述光分路单元为熔融拉锥型；
所述光耦合结构包括凸透镜和凹透镜；
所述凸透镜位于耦合区中靠近所述两个输入通道的交汇区域内，所述凹透镜位于耦合区中靠近所述输出通道的区域内。
如图6所示，从端口1对应的输入通道输入光波的波长可以为λ1，端口2对应的输入通道输入光波的波长可以为λ2，λ1和λ2可以是同频率波长相同的光波。端口1对应的输入通道输入的λ1光波和端口2对应的输入通道输入的λ2光波通过凸透镜汇聚，汇聚后的光波通过凹透镜发生折射，输出到输出通道中的光波为平行的λ1光波和λ2光波，平行的λ1光波和λ2光波可以从端口3输出。
其中，两个输入通道和输出通道的直径可以相同，如图6所示，d为输入通道和输出通道的直径。
图7示出根据本公开一实施例的单纤双向无源光网络传输系统的示意图。如图7所示，包括：光线路终端OLT、光分配网络ODN和光网络单元ONU；
所述ODN包括上述任一种光分路器。
其中，OLT位于网络侧，ONU位于用户侧，在上行传输方向，光分路器可以对接收到的两路相同波长的光波进行耦合；耦合后将光波向上级OLT设备传送。如果光分路器包括n个光分路单元，可以形成1：M(M＝2n,n>1)光分路器，通过多个1:2光波耦合方式组合构成，最终实现M路光波耦合后，传送给上级OLT设备，如图7所示。
需要说明的是，所述上述任一种光分路器也可以应用于双纤无源光网络传输系统中。
通过在光分路器中添加光耦合结构，根据本公开实施例的单纤双向无源光网络传输系统，使得光分路器在集中耦合上行数据时，实现光功率的零损耗。
在一种可能的方式中，在上行传输方向：
所述光分路器采用时分复用技术(TDM，Time Division Multiplexing)，将多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。
所述光分路器在进行下行数据分发时，可以使用上述任一种光分路器，也可以使用传统PON传输系统的光分路器，在下行传输方向：
光分路器可以对接收到的数据光波进行两路分光；
将分光后的两路光波传给2个ONU；
如果光分路器包括n个光分路单元，可以形成1：M(M＝2n，n>1)分光器，通过多次1:2分光方式组合构成，实现M路分光，传送给M个ONU，参见图1，此时，端口1对应输入通道，端口2至M对应输出通道。其中，下行方向传输数据可以采用广播的方式传输给所有的ONU。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (11)

1.一种光分路器，其特征在于，所述光分路器包括一个或多个光分路单元，所述光分路单元包括：两个输入通道、一个输出通道以及光耦合结构；
所述光耦合结构设置在所述光分路单元的耦合区；
所述光耦合结构能够无损地将所述两个输入通道输入的光波耦合成一路光波；
耦合成的一路光波通过所述输出通道输出。
2.根据权利要求1所述的光分路器，其特征在于，所述光耦合结构为：光电开关，所述光电开关控制两个输入通道输入的光波串行传输。
3.根据权利要求2所述的光分路器，其特征在于，
所述光电开关的开关时间为ns级。
4.根据权利要求1所述的光分路器，其特征在于，
所述光分路单元为熔融拉锥型；
所述光耦合结构为隔离层；
所述隔离层的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射。
5.根据权利要求1所述的光分路器，其特征在于，
所述光分路单元为平面波导型；
所述光耦合结构为镜面，所述镜面使得所述两个输入通道输入的光波完全被反射进入输出通道。
6.根据权利要求5所述的光分路器，其特征在于，
所述镜面为两个，两个镜面分别位于两个输入通道的交汇区域内。
7.根据权利要求6所述的光分路器，其特征在于，
在所述光分路单元为T型结构时，两个镜面的夹角为90度。
8.根据权利要求6所述的光分路器，其特征在于，
所述输出通道的折射率满足所述两个输入通道输入的光波能够全反射。
9.根据权利要求1所述的光分路器，其特征在于，
所述光分路单元为熔融拉锥型；
所述光耦合结构包括凸透镜和凹透镜；
所述凸透镜位于耦合区中靠近所述两个输入通道的交汇区域内，所述凹透镜位于耦合区中靠近所述输出通道的区域内。
10.一种单纤双向无源光网络传输系统，其特征在于，包括：光线路终端OLT、光分配网络ODN和光网络单元ONU；
所述ODN包括：如权利要求1-9所述的光分路器。
11.根据权利要求10所述的单纤双向无源光网络传输系统，其特征在于，在上行传输方向：
所述光分路器采用时分复用技术TDM，将多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。
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