CN115473581A - Dfb阵列耦合可调光源、光纤编码解调系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DFB阵列耦合可调光源、光纤编码解调系统和方法，DFB阵列耦合可调光源包括：若干个光源单元、合波模块和光波放大模块，光源单元包括第一波导连接部和若干个通过第一波导连接部串接的DFB光源模块，用于产生不同中心波长的光波，若干个光源单元的输出端连接合波模块的输入端以用于合并光波，光波放大模块包括多个串接的SOA，各个SOA的中心波长不同，合波模块的输出端连接第一级SOA的输入端，最后一级SOA的输出端用于输出光波，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波传输产生的衰耗，不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通讯技术领域，特别涉及一种DFB阵列耦合可调光源、光纤编码解调系统和方法。
背景技术
利用DFB光源调谐进行光纤编码识别时，由于DFB光源较多，产生的多个光波在芯片中汇聚时衰耗大，光纤编码识别难度高。一种现有技术，通过半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，SOA)对光波进行放大增益，降低光波的衰耗，如图1至图2所示，不同中心波长的SOA对不同波段的光波增益程度不同，对于与SOA中心波长相近的光波增益程度更大，导致不同中心波长的光波经过SOA放大后输出的出光强差异大，不能做到输出平稳，光纤编码识别难度仍有难度。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种DFB阵列耦合可调光源、光纤编码解调系统和方法，能够解决现有的DFB光源调谐技术光波衰耗大、光波输出能量不平稳导致光纤编码识别难度高的问题。
根据本发明第一方面实施例的DFB阵列耦合可调光源，包括：若干个光源单元，所述光源单元包括第一波导连接部和若干个通过所述第一波导连接部串接的DFB光源模块，用于产生不同中心波长的光波；合波模块，若干个所述光源单元的输出端连接所述合波模块的输入端以用于合并光波；光波放大模块，所述光波放大模块包括多个串接的SOA，各个所述SOA的中心波长不同，所述合波模块的输出端连接第一级所述SOA的输入端，最后一级所述SOA的输出端用于输出光波。
根据本发明第一方面实施例的DFB阵列耦合可调光源，至少具有如下有益效果：
若干DFB光源模块通过第一波导连接部串接，若干个光源单元并联接入合波模块，构成DFB光源阵列，通过控制不同的DFB光源模块工作产生不同中心波长的光波，若干个光源模块输出的不同中心波长的光波通过合波模块进行合波后经过光波放大模块，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波在第一波导连接部和合波模块内传输产生的衰耗，光波放大模块内的若干个不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
根据本发明的一些实施例，所述DFB光源模块包括一个第一DFB光源和若干个第二DFB光源，所述第一DFB光源包括依次层叠的第一发光体层、光栅层和第二发光体层，所述第二DFB光源包括依次层叠的第一发光体层、波导层、光栅层和第二发光体层，所述第二DFB光源的所述波导层和所述光栅层通过所述第一波导连接部连接下一级所述第二DFB光源的所述波导层，所述第一DFB光源的所述光栅层通过所述第一波导连接部连接第一级所述第二DFB光源的所述波导层。
根据本发明的一些实施例，所述第一DFB光源还包括TEC层，所述TEC层设置在所述第一DFB光源的所述第二发光体层上。
根据本发明的一些实施例，所述第二DFB光源还包括TEC层，所述TEC层设置在所述第二DFB光源的所述第二发光体层上。
根据本发明的一些实施例，所述光波放大模块包括第一SOA和第二SOA，所述合波模块的输出端连接所述第一SOA的输入端，所述第一SOA的输出端连接所述第二SOA的输入端，所述第二SOA的输出端用于输出光波。
根据本发明的一些实施例，还包括第二波导连接部，所述第一SOA的输出端通过所述第二波导连接部连接所述第二SOA的输入端。
根据本发明的一些实施例，还包括基底，若干个所述光源单元、所述合波模块和所述光波放大模块皆设置在所述基底上。
根据本发明第二方面实施例的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调系统，包括：上述的DFB阵列耦合可调光源；控制模块，所述控制模块的输出端电性连接所述DFB阵列耦合可调光源的控制端以用于控制所述DFB阵列耦合可调光源发出不同中心波长的光波；环形器，所述DFB阵列耦合可调光源的输出端连接所述环形器的第一端口；带光纤编码的光纤，所述环形器的第二端口连接所述光纤的一端，所述光纤的另一端用于连接终端通信设备；光电采集模块，所述环形器的第三端口连接所述光电采集模块的输入端，所述光电采集模块的输出端电性连接所述控制模块的输入端。
根据本发明第二方面实施例的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调系统，至少具有如下有益效果：
若干DFB光源模块通过第一波导连接部串接，若干个光源单元并联接入合波模块，构成DFB光源阵列，通过控制不同的DFB光源模块工作产生不同中心波长的光波，若干个光源模块输出的不同中心波长的光波通过合波模块进行合波后经过光波放大模块，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波在第一波导连接部和合波模块内传输产生的衰耗，光波放大模块内的若干个不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
根据本发明的一些实施例，所述光电采集模块包括光电转换模块和AD采集模块，所述环形器的第三端口连接所述光电转换模块的输入端，所述光电转换模块的输出端电性连接所述AD采集模块的输入端，所述AD采集模块的输出端电性连接所述控制模块的输入端。
根据本发明第三方面实施例的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调方法，包括以下步骤：获取光纤编码信息表，所述光纤编码信息表包括光纤编码信息与光波的中心波长、反射能量和距离的映射关系；通过光源单元发出光波，同时通过光电采集模块采集光波的波长和能量并记录采集时间；根据光波的采集时间、波长和能量计算光波的中心波长、反射能量和距离；根据光纤编码信息表与光波的中心波长、反射能量和距离确定光纤编码信息。
根据本发明第三方面实施例的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调方法，至少具有如下有益效果：
若干DFB光源模块通过第一波导连接部串接，若干个光源单元并联接入合波模块，构成DFB光源阵列，通过控制不同的DFB光源模块工作产生不同中心波长的光波，若干个光源模块输出的不同中心波长的光波通过合波模块进行合波后经过光波放大模块，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波在第一波导连接部和合波模块内传输产生的衰耗，光波放大模块内的若干个不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为单个SOA增益效果示意图a；
图2为单个SOA增益效果示意图b；
图3为本发明的DFB阵列耦合可调光源的结构示意图；
图4为本发明的DFB阵列耦合可调光源的截面示意图；
图5为本发明的光波放大模块的增益效果示意图；
图6为本发明的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调系统的结构示意图；
图7为本发明的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调方法的流程图。
附图标记：
光源单元100、第一波导连接部110、第一DFB光源120、第二DFB光源130、
合波模块200、
第一SOA300、第二SOA310、
第二波导连接部400、
基底500、
控制模块600、
环形器700、
光纤800、
光电转换模块900、AD采集模块910。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面参照图1至图7描述根据本发明实施例的DFB阵列耦合可调光源、光纤编码解调系统和方法。
如图3所示，根据本发明第一方面实施例的分布式反馈激光器(DistributedFeedback Laser，DFB)阵列耦合可调光源，包括：若干个光源单元100、合波模块200和光波放大模块，光源单元100包括第一波导连接部110和若干个通过第一波导连接部110串接的DFB光源模块，用于产生不同中心波长的光波，若干个光源单元100的输出端连接合波模块200的输入端以用于合并光波，光波放大模块包括多个串接的SOA，各个SOA的中心波长不同，合波模块200的输出端连接第一级SOA的输入端，最后一级SOA的输出端用于输出光波。第一波导连接部110和合波模块200皆采用波导材料。
若干DFB光源模块通过第一波导连接部110串接，若干个光源单元100并联接入合波模块200，构成DFB光源阵列，通过控制不同的DFB光源模块工作产生不同中心波长的光波，若干个光源模块输出的不同中心波长的光波通过合波模块200进行合波后经过光波放大模块，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波在第一波导连接部110和合波模块200内传输产生的衰耗，光波放大模块内的若干个不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
如图3所示，DFB光源模块包括一个第一DFB光源120和若干个第二DFB光源130，如图4所示，第一DFB光源120包括依次层叠的第一发光体层、光栅层和第二发光体层，第二DFB光源130包括依次层叠的第一发光体层、波导层、光栅层和第二发光体层，第二DFB光源130的波导层和光栅层通过第一波导连接部110连接下一级第二DFB光源130的波导层，第一DFB光源120的光栅层通过第一波导连接部110连接第一级第二DFB光源130的波导层。第一DFB光源120通过第一发光层和第二发光层发出光波，第一发光层和第二发光层发出的光波经过光栅层横向输出至第一波导连接部110，第一DFB光源120发出的光波进入第二DFB光源130的波导层，依次横向经过若干个第一波导连接部110和若干个第二DFB光源130的波导层传输至合波模块200。第二DFB光源130通过第一发光层和第二发光层发出光波，第一发光层和第二发光层发出的光波经过光栅层横向输出至第一波导连接部110，第二DFB光源130发出的光波进入下一级第二DFB光源130的波导层，依次经过若干个第二DFB光源130的波导层传输至合波模块200。后一级第二DFB光源130的波导层厚度为前一级第二DFB光源130的光栅层和波导层的厚度之和，从而使各级第二DFB光源130的光栅层错位，各级第二DFB光源130发出的光波能横向传输至合波模块200，使得DFB光源模块产生的多个不同中心波长的光波以最小的衰耗传输至合波模块200。
如图4所示，第一DFB光源120还包括半导体制冷器(Thermo Electric Cooler，TEC)层，TEC层设置在第一DFB光源120的第二发光体层上。TEC层对第一DFB光源120进行散热，保障第一DFB光源120的性能。
如图4所示，第二DFB光源130还包括TEC层，TEC层设置在第二DFB光源130的第二发光体层上。TEC层对第二DFB光源130进行散热，保障第二DFB光源130的性能。
如图3所示，光波放大模块包括第一SOA300和第二SOA310，合波模块200的输出端连接第一SOA300的输入端，第一SOA300的输出端连接第二SOA310的输入端，第二SOA310的输出端用于输出光波。第一SOA300和第二SOA310对光波进行放大，降低光波在第一波导连接部110和合波模块200内传输产生的衰耗。如图5所示，第一SOA300和第二SOA310的中心波长不同，能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。需要说明的是，光波放大模块还能根据应用场景增加或减少SOA的数量。
如图3所示，还包括第二波导连接部400，第一SOA300的输出端通过第二波导连接部400连接第二SOA310的输入端。
如图4所示，还包括基底500，若干个光源单元100、合波模块200和光波放大模块皆设置在基底500上，实现集成化，降低了成本。基底500为硅基底。
如图6所示，根据本发明第二方面实施例的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调系统，包括：上述的DFB阵列耦合可调光源、控制模块600、环形器700、带光纤编码的光纤800和光电采集模块，控制模块600的输出端电性连接DFB阵列耦合可调光源的控制端以用于控制DFB阵列耦合可调光源发出不同中心波长的光波，DFB阵列耦合可调光源的输出端连接环形器700的第一端口，环形器700的第二端口连接光纤800的一端，光纤800的另一端用于连接终端通信设备，环形器700的第三端口连接光电采集模块的输入端，光电采集模块的输出端电性连接控制模块600的输入端。
DFB阵列耦合可调光源的若干DFB光源模块通过第一波导连接部110串接，若干个光源单元100并联接入合波模块200，构成DFB光源阵列，通过控制不同的DFB光源模块工作产生不同中心波长的光波，若干个光源模块输出的不同中心波长的光波通过合波模块200进行合波后经过光波放大模块，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波在第一波导连接部110和合波模块200内传输产生的衰耗，光波放大模块内的若干个不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
控制模块600获取光纤编码信息表，光纤编码信息表包括光纤编码信息与光波的中心波长、反射能量和距离的映射关系，控制模块600控制光源单元100发出不同中心波长的光波，同时通过光电采集模块采集光波的波长和能量并记录采集时间，控制模块600根据光波的采集时间、波长和能量计算光波的中心波长、反射能量和距离，控制模块600根据光纤编码信息表与光波的中心波长、反射能量和距离确定光纤编码信息。
如图6所示，光电采集模块包括光电转换模块900和AD采集模块910，环形器700的第三端口连接光电转换模块900的输入端，光电转换模块900的输出端电性连接AD采集模块910的输入端，AD采集模块910的输出端电性连接控制模块600的输入端。光电转换模块900将光信号转换为电信号输出给AD采集模块910，AD采集模块910采集电信号并传输给控制模块600，由控制模块600解析出数据信息。光电转换模块900为雪崩光电二极管(AvalanchePhoto diode，APD)，APD还有信号增益作用，能对光波进行放大。
如图7所示，根据本发明第三方面实施例的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调方法，
包括以下步骤：
S100、获取光纤编码信息表，光纤编码信息表包括光纤编码信息与光波的中心波长、反射能量和距离的映射关系；
S200、通过光源单元100发出光波，同时通过光电采集模块采集光波的波长和能量并记录采集时间；
S300、根据光波的采集时间、波长和能量计算光波的中心波长、反射能量和距离，具体方法为：以采集时间为X坐标、光波的波长为Y坐标、光波的能量为Z坐标形成三维数据组，相同采集时间的光波数据为同一光纤编码反射，根据能量差异计算出光波的中心波长和反射能量，根据采集时间计算出距离；
S400、根据光纤编码信息表与光波的中心波长、反射能量和距离确定光纤编码信息。
DFB阵列耦合可调光源的若干DFB光源模块通过第一波导连接部110串接，若干个光源单元100并联接入合波模块200，构成DFB光源阵列，通过控制不同的DFB光源模块工作产生不同中心波长的光波，若干个光源模块输出的不同中心波长的光波通过合波模块200进行合波后经过光波放大模块，光波放大模块对光波进行放大再输出，降低光波在第一波导连接部110和合波模块200内传输产生的衰耗，光波放大模块内的若干个不同中心波长的SOA能对不同波段的光波进行放大，使得不同波段的光波均得到相近程度放大，从而减少了不同波段的光波之间的能量差，输出的光波能量平稳，降低了光纤编码识别难度。
控制模块600获取光纤编码信息表，光纤编码信息表包括光纤编码信息与光波的中心波长、反射能量和距离的映射关系，控制模块600控制光源单元100发出不同中心波长的光波，同时通过光电采集模块采集光波的波长和能量并记录采集时间，控制模块600根据光波的采集时间、波长和能量计算光波的中心波长、反射能量和距离，控制模块600根据光纤编码信息表与光波的中心波长、反射能量和距离确定光纤编码信息，实现光纤编码解码功能。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.DFB阵列耦合可调光源，其特征在于，包括：
若干个光源单元(100)，所述光源单元(100)包括第一波导连接部(110)和若干个通过所述第一波导连接部(110)串接的DFB光源模块，用于产生不同中心波长的光波；
合波模块(200)，若干个所述光源单元(100)的输出端连接所述合波模块(200)的输入端以用于合并光波；
光波放大模块，所述光波放大模块包括多个串接的SOA，各个所述SOA的中心波长不同，所述合波模块(200)的输出端连接第一级所述SOA的输入端，最后一级所述SOA的输出端用于输出光波。
2.根据权利要求1所述的DFB阵列耦合可调光源，其特征在于：所述DFB光源模块包括一个第一DFB光源(120)和若干个第二DFB光源(130)，所述第一DFB光源(120)包括依次层叠的第一发光体层、光栅层和第二发光体层，所述第二DFB光源(130)包括依次层叠的第一发光体层、波导层、光栅层和第二发光体层，所述第二DFB光源(130)的所述波导层和所述光栅层通过所述第一波导连接部(110)连接下一级所述第二DFB光源(130)的所述波导层，所述第一DFB光源(120)的所述光栅层通过所述第一波导连接部(110)连接第一级所述第二DFB光源(130)的所述波导层。
3.根据权利要求2所述的DFB阵列耦合可调光源，其特征在于：所述第一DFB光源(120)还包括TEC层，所述TEC层设置在所述第一DFB光源(120)的所述第二发光体层上。
4.根据权利要求2所述的DFB阵列耦合可调光源，其特征在于：所述第二DFB光源(130)还包括TEC层，所述TEC层设置在所述第二DFB光源(130)的所述第二发光体层上。
5.根据权利要求1所述的DFB阵列耦合可调光源，其特征在于：所述光波放大模块包括第一SOA(300)和第二SOA(310)，所述合波模块(200)的输出端连接所述第一SOA(300)的输入端，所述第一SOA(300)的输出端连接所述第二SOA(310)的输入端，所述第二SOA(310)的输出端用于输出光波。
6.根据权利要求5所述的DFB阵列耦合可调光源，其特征在于：还包括第二波导连接部(400)，所述第一SOA(300)的输出端通过所述第二波导连接部(400)连接所述第二SOA(310)的输入端。
7.根据权利要求1所述的DFB阵列耦合可调光源，其特征在于：还包括基底(500)，若干个所述光源单元(100)、所述合波模块(200)和所述光波放大模块皆设置在所述基底(500)上。
8.DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调系统，其特征在于，包括：
权利要求1至7任意一项所述的DFB阵列耦合可调光源；
控制模块(600)，所述控制模块(600)的输出端电性连接所述DFB阵列耦合可调光源的控制端以用于控制所述DFB阵列耦合可调光源发出不同中心波长的光波；
环形器(700)，所述DFB阵列耦合可调光源的输出端连接所述环形器(700)的第一端口；
带光纤编码的光纤(800)，所述环形器(700)的第二端口连接所述光纤(800)的一端，所述光纤(800)的另一端用于连接终端通信设备；
光电采集模块，所述环形器(700)的第三端口连接所述光电采集模块的输入端，所述光电采集模块的输出端电性连接所述控制模块(600)的输入端。
9.根据权利要求8所述的DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调系统，其特征在于：所述光电采集模块包括光电转换模块(900)和AD采集模块(910)，所述环形器(700)的第三端口连接所述光电转换模块(900)的输入端，所述光电转换模块(900)的输出端电性连接所述AD采集模块(910)的输入端，所述AD采集模块(910)的输出端电性连接所述控制模块(600)的输入端。
10.DFB阵列耦合可调光源光纤编码解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取光纤编码信息表，所述光纤编码信息表包括光纤编码信息与光波的中心波长、反射能量和距离的映射关系；
通过光源单元(100)发出光波，同时通过光电采集模块采集光波的波长和能量并记录采集时间；
根据光波的采集时间、波长和能量计算光波的中心波长、反射能量和距离；
根据光纤编码信息表与光波的中心波长、反射能量和距离确定光纤编码信息。
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