CN111756469B - 光模块波长锁定的方法、光模块及dwdm网络 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光模块波长锁定的方法、光模块及DWDM网络。本发明的目的是提供一种光模块波长锁定的方法、光模块及DWDM网络，以低成本地实现对光模块波长的锁定。本发明的技术方案是：一种光模块波长锁定的方法，其特征在于：光模块激光器波长偏离链路中合/分波器件通道中心波长，合/分波器件可以把波长的变化转化为功率的变化；光模块与该光模块链路互通的另一光模块之间建立通信；光模块获取自身的发射光功率，以及所述另一光模块的光接收功率；光模块基于发射光功率和光接收功率计算波长漂移量Δλ和相应的温度补偿量ΔT；根据波长漂移量Δλ判断是否要进行波长补偿，需进行波长补偿时，根据温度补偿量ΔT进行补偿。本发明适用于光纤通信技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种光模块波长锁定的方法、光模块及DWDM网络。适用于光纤通信技术领域。
背景技术
随着第5代无线通信技术(5G)的商用，AR/VR、4K/8K超高清视频等应用的普及，承载5G前传的光纤接入网的带宽要求逐渐提高。为了提升光纤接入网的带宽和解决前传建设中光纤资源紧张的问题，波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术成为前传建设的改进方向。中国联通牵头起草发布的ITU-T G.698.4标准是接入型密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)组网，进一步提升光纤利用率。
在目前的密集型光波复用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)传输网络中，如果光模块的发射波长发生漂移，可能导致通道串扰，产生传输代价，在这种情况下，对激光器波长稳定度提出了很高的要求，因此需要对光模块的波长进行锁定。
波长锁定的通用原理是用一个滤波器将激光器波长的变化转化成光功率的变化，即滤波器与分束器、两个监控光电二极管(Monitor Photodiode，MPD)组成波长锁定光路，一个MPD监控未经过滤波器的发射光功率，一个MPD监控经过滤波器的发射光功率，当波长变化时，经过滤波器的发射光功率变化，此时调节激光器波长使得两个MPD监控的光功率之比复原，就实现了激光器波长的锁定。显然，若每个TOSA(Transmitter OpticalSubassembly)都封装这种复杂的波长锁定光路，成本显然非常高，不适用对成本敏感5G前传的接入型DWDM组网。
目前，波长锁定主要有以下几种降低成本的方案：
(1)专利公开号为CN 110022186 A的中国专利，提供了一种波长锁定装置及方法，在本端接收侧分光器分光之前分一小部分光进入波长锁定装置，通过波长标识检测器区分各个DWDM波长，用可调带通滤波器选择输出需要进行波长锁定的光信号，再用波长锁定器获取波长偏差信息，最后用随路信号发生器将波长补偿信息回传给远端，由远端自行补偿。但是这种方法使用了大量的额外设备，波长锁定的成本依旧很高。
(2)专利申请号为CN201910238944.5的中国专利一种波长锁定器及波长可调激光器，将分束器、滤波器、两个监测光电二极管集成在芯片上，以此实现波长锁定。但是这种片上集成波长锁定器，每个激光器都要使用，成本依然很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种光模块波长锁定的方法、光模块及DWDM网络，以低成本地实现对光模块波长的锁定。
本发明所采用的技术方案是：一种光模块波长锁定的方法，其特征在于：光模块激光器波长偏离链路中合/分波器件通道中心波长，合/分波器件可以把波长的变化转化为功率的变化；
光模块与该光模块链路互通的另一光模块之间建立通信；
光模块获取自身的发射光功率，以及所述另一光模块的光接收功率；
光模块基于发射光功率和光接收功率计算波长漂移量Δλ和相应的温度补偿量ΔT；
根据波长漂移量Δλ判断是否要进行波长补偿，需进行波长补偿时，根据温度补偿量ΔT进行补偿。
所述光模块的波长偏移在链路合/分波器件通道中心波长的长波侧或短波侧，优选的波长偏移量是使合/分波器件的损耗相比通道中心增加3dB。
所述光模块和所述另一光模块之间进行低速调顶信号通信，从而获取该另一光模块的光接收功率。
所述低速调顶信号速率远低于高速业务速率，低速调顶信号通信是光模块自身具备的功能，无需外部设备。
所述的光模块波长锁定的方法，包括初始化阶段和实时锁定阶段，其中：
初始化阶段，包括：
光模块自动将激光器波长偏离链路中合/分波器件中心波长；
光模块获取自身的发射光功率，以及与该光模块链路互通的另一光模块的光接收功率；
基于发射光功率和光接收功率计算得到初始链路损耗和温度补偿系数；
实时锁定阶段，包括：
光模块定时获取自身的当前发射光功率，以及与该光模块链路互通的另一光模块的当前光接收功率；
基于当前发射光功率和当前光接收功率计算当前链路损耗；
根据当前链路损耗、初始链路损耗、温度补偿系数计算和波长与温度比例系数计算波长漂移量Δλ；
若Δλ超过规定的波长误差阈值，开始补偿波长误差；
根据当前链路损耗、初始链路损耗和温度补偿系数计算温度补偿量ΔT；
基于温度补偿量ΔT调节光模块的激光器温度，补偿波长误差。
所述初始化阶段，包括：
光模块自动将激光器波长偏离链路中合/分波器件中心波长；
光模块获取自身的初始发射光功率Tx_0，以及与该光模块链路互通的另一光模块的初始光接收功率Rx_0；
基于初始发射光功率Tx_0和初始光接收功率Rx_0计算得到初始链路损耗Loss_0，Loss_0＝Rx_0/Tx_0；
光模块调节自身激光器温度，升高t℃，并获取升高t℃后自身的发射光功率Tx_+t，以及与该光模块链路互通的另一光模块的光接收功率Rx_+t，计算链路损耗Loss_+t，Loss_+t＝Rx_+t/Tx_+t；
光模块调节自身激光器温度，降低t℃，并获取降低t℃后自身的发射光功率Tx_-t，以及与该光模块链路互通的另一光模块的光接收功率Rx_-t，计算链路损耗Loss_-t，Loss_-t＝Rx_-t/Tx_-t；
计算温度补偿系数k，k＝(Loss_+t-Loss_-t)/2t。
所述波长漂移量Δλ计算公式如下：
Δλ＝Kλ/Tx(Loss_current-Loss_0)/k；
其中Kλ/T为波长与温度的比例系数，Loss_current为当前链路损耗，Loss_0为初始链路损耗，k为温度补偿系数。
所述温度补偿量ΔT计算公式如下：
ΔT＝(Loss_current-Loss_0)/k；
其中Loss_current为当前链路损耗，Loss_0为初始链路损耗，k为温度补偿系数。
一种光模块，具有光发射组件TOSA、光接收组件ROSA和光模块控制单元，其特征在于：所述光模块控制单元按所述的光模块波长锁定的方法进行波长锁定。
一种DWDM网络，其特征在于：具有若干所述的光模块。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、成本较低，利用本地光模块TOSA的MPD、链路中的合/分波器件、远端光模块的ROSA构成了一个波长锁定光路，将远端光模块作为锁波光路的第二个MPD使用，利用光模块具备的低速调顶信号通信功能，回传经过合/分波器件和光纤的光功率，构成与传统锁波光路相同的锁波链路；同理远端光模块TOSA的MPD、链路中的合/分波器件、本地光模块的ROSA也构成了一个波长锁定光路。
本发明中光模块部署时就自动运行得到了温度补偿系数，用于后续的波长锁定，简化了波长锁定算法；具体的波长补偿由光模块自动进行，无需额外的设备，成本低；整套系统在原光网络系统中不增加任何设备或器件的情况下，由光模块自动实现了波长锁定。
附图说明
图1为实施例中基于低速调顶信号通信的波长锁定系统图。
图2为实施例中获取温度补偿系数的过程示意图。
图3为实施例中波长锁定方法的工作流程图。
具体实施方式
本实施例提供一种DWDM网络，多个光模块部署在DWDM网络中，本地光模块与远端光模块实现配对互通，任意一对链路互通的光模块之间进行低速调顶信号通信。
本例中光模块具有光发射组件TOSA、光接收组件ROSA和光模块控制单元，光模块控制单元按以下光模块波长锁定的方法进行波长锁定，该光模块波长锁定的方法分为初始化阶段和实时锁定阶段：
激光器的原始波长对准合分波器件的通道中心波长，激光器的波长偏移可以在合/分波通道中心波长的长波侧或短波侧。本地光模块自动将激光波长偏离合/分波器件的通道中心，激光器的波长变化时，合/分波器件会将这种波长变化转化成链路损耗Loss的变化。本地光模块的波长远离通道中心时，合/分波器件对光信号的损耗增加，远端光模块模块接收到的光功率减小；本地光模块的波长靠近通道中心时，合/分波器件对光信号的损耗减小，远端光模块模块接收到的光功率增加。
初始化阶段，包括：
本地光模块自动将激光波长偏离合/分波器件的通道中心；
本地光模块向远端光模块发送获取接收光功率Rx_0的命令，远端光模块通过低速调顶信号将接收光功率Rx_0反馈给本地光模块，本地光模块收到Rx_0后，结合自身发射光功率Tx_0，计算工作波长处的初始链路损耗Loss_0＝Rx_0/Tx_0，并将初始链路损耗Loss_0存储在本地光模块中；
本地光模块调节激光器温控，升高0.1℃，改变激光器波长，本地光模块向远端光模块发送获取接收光功率Rx_+0.1的命令，远端光模块通过低速调顶信号将Rx_+0.1反馈给本地光模块，本地光模块收到Rx_+0.1后，结合自身当前发射光功率Tx_+0.1，计算链路损耗Loss_+0.1＝Rx_+0.1/Tx_+0.1；
本地光模块调节激光器温控，降低0.1℃，改变激光器波长，本地光模块向远端光模块发送获取接收光功率Rx_-0.1的命令，远端光模块通过低速调顶信号将Rx_-0.1反馈给本地光模块，本地光模块收到Rx_-0.1后，结合当前发射光功率Tx_-0.1，计算链路损耗Loss_-0.1＝Rx_-0.1/Tx_-0.1；
计算温度补偿系数k＝(Loss_+0.1-Loss_-0.1)/0.2，并将温度补偿系数k存储在本地光模块中；
本地光模块初始化阶段结束。
实时锁定阶段，包括：
本地光模块定时发起波长锁定流程；
本地光模块通过低速调顶信号向远端光模块发送读远端光模块当前接收光功率Rx_current的命令，远端光模块通过低速调顶信号向本地光模块回传Rx_current；
本地光模块收到远端光模块回传的Rx_current，结合自身当前发射光功率Tx_current，计算得到当前链路损耗Loss_current＝Rx_current/Tx_current；
本地光模块计算波长漂移量Δλ＝0.1nm/℃x(Loss_current-Loss_0)/k；
若Δλ超过规定的波长误差阈值，开始补偿波长误差，若未超过则不补偿；
计算温度补偿量ΔT＝(Loss_current-Loss_0)/k；
本地光模块调节激光器温控温度至T_new＝T_current-ΔT，T_current为当前激光器温控温度；
本次波长锁定结束，进入下一次波长锁定的定时阶段。
本实施例中中波长漂移不很大时，使用温度补偿系数计算得到的补偿量，可以一次性补偿波长漂移量；在波长漂移很大时，使用温度补偿系数计算得到的补偿量，不能一次性补偿波长漂移量，但多次补偿后，就可以完全补偿漂移量。
远端光模块的波长锁定流程与本地光模块完全一致，跟随本地光模块实现波长锁定。在本地光模块的初始化阶段结束后，通过低速调顶信号告知远端光模块开始它的初始化阶段，流程与本地光模块完全一致。在本地光模块的每次波长锁定结束后，通过低速调顶信号告知远端光模块开始它的波长锁定阶段，流程与本地光模块完全一致。本地光模块和远端光模块是相对而言的，也可以是本地光模块跟随远端光模块实现自动波长锁定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种光模块波长锁定的方法，其特征在于：
光模块激光器波长偏离链路中合/分波器件通道中心波长，合/分波器件把波长的变化转化为功率的变化；
光模块与该光模块链路互通的另一光模块之间建立通信；
光模块获取自身的发射光功率，以及所述另一光模块的光接收功率；
光模块基于发射光功率和光接收功率计算波长漂移量Δλ和相应的温度补偿量ΔT；
根据波长漂移量Δλ判断是否要进行波长补偿，需进行波长补偿时，根据温度补偿量ΔT进行补偿。
2.根据权利要求1所述的光模块波长锁定的方法，其特征在于：所述光模块的波长偏移在链路合/分波器件通道中心波长的长波侧或短波侧，其中波长偏移量是使合/分波器件的损耗相比通道中心增加3dB。
3.根据权利要求1所述的光模块波长锁定的方法，其特征在于：所述光模块和所述另一光模块之间进行低速调顶信号通信，从而获取该另一光模块的光接收功率。
4.根据权利要求1所 述的光模块波长锁定的方法，其特征在于：低速调顶信号速率远低于高速业务速率，低速调顶信号通信是光模块自身具备的功能，无需外部设备。
5.根据权利要求1或3所述的光模块波长锁定的方法，其特征在于，包括初始化阶段和实时锁定阶段，其中：
初始化阶段，包括：
光模块自动偏移激光器波长；
光模块获取自身的发射光功率，以及与该光模块链路互通的另一光模块的光接收功率；
基于发射光功率和光接收功率计算得到初始链路损耗和温度补偿系数；
实时锁定阶段，包括：
光模块定时获取自身的当前发射光功率，以及与该光模块链路互通的另一光模块的当前光接收功率；
基于当前发射光功率和当前光接收功率计算当前链路损耗；
根据当前链路损耗、初始链路损耗、温度补偿系数计算和波长与温度比例系数计算波长漂移量Δλ；
若Δλ超过规定的波长误差阈值，开始补偿波长误差；
根据当前链路损耗、初始链路损耗和温度补偿系数计算温度补偿量ΔT；
基于温度补偿量ΔT调节光模块的激光器温度，补偿波长误差。
6.根据权利要求5所述的光模块波长锁定的方法，其特征在于，所述初始化阶段，包括：
光模块初始化自动将激光器波长偏离链路中心波长；
获取自身的初始发射光功率Tx_0，以及与该光模块链路互通的另一光模块的初始光接收功率Rx_0；
基于初始发射光功率Tx_0和初始光接收功率Rx_0计算得到初始链路损耗Loss_0，Loss_0＝Rx_0/Tx_0；
光模块调节自身激光器温度，升高t℃，并获取升高t℃后自身的发射光功率Tx_+t，以及与该光模块链路互通的另一光模块的光接收功率Rx_+t，计算链路损耗Loss_+t，Loss_+t＝Rx_+t/Tx_+t；
光模块调节自身激光器温度，降低t℃，并获取降低t℃后自身的发射光功率Tx_-t，以及与该光模块链路互通的另一光模块的光接收功率Rx_-t，计算链路损耗Loss_-t，Loss_-t＝Rx_-t/Tx_-t；
计算温度补偿系数k，k＝(Loss_+t-Loss_-t)/2t。
7.根据权利要求6所述的光模块波长锁定的方法，其特征在于：所述波长漂移量Δλ计算公式如下：
Δλ＝Kλ/Tx(Loss_current-Loss_0)/k；
其中Kλ/T为波长与温度的比例系数，Loss_current为当前链路损耗，Loss_0为初始链路损耗，k为温度补偿系数。
8.根据权利要求6所述的光模块波长锁定的方法，其特征在于：所述温度补偿量ΔT计算公式如下：
ΔT＝(Loss_current-Loss_0)/k；
其中Loss_current为当前链路损耗，Loss_0为初始链路损耗，k为温度补偿系数。
9.一种光模块，具有光发射组件TOSA、光接收组件ROSA和光模块控制单元，其特征在于：所述光模块控制单元按权利要求1～8任意一项所述的光模块波长锁定的方法进行波长锁定。
10.一种DWDM网络，其特征在于：具有若干权利要求9所述的光模块。
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