CN1490639A - 用于波分复用系统的自接种的法布里-珀罗激光器件 - Google Patents

Abstract

公开了一种与光传输链路连接的法布里一珀罗激光器件，它包括：一个光循环器，用于形成光波导回路并循环通过光波导回路的光，用于通过外部端口输出来自于光波导回路的光；一个光纤放大器，设置在光波导回路中，用于放大在光波导回路中循环的光；一个激光光源，激光光源与外部端口连接，并由通过外部端口输入的光自接种，并用于向外部端口输出波长锁定的光；和，第一分束器，定位在光波导回路上，用于分裂一部分循环光并向光传输链路输出分束的光。

Description

用于波分复用系统的 自接种的法布里-珀罗激光器件

技术领域

本发明涉及一种波分复用(WDM)光学传输系统，更加具体地说，本发明涉及一种用于WDM光学系统的光源。

背景技术

波分复用无源光学网络(PON)为每一个客户分配一个波长，从而可以提供高速宽带通信服务。尤其是。保证了通信的保密性，并且很容易地使所需的附加通信服务和通信容量的扩展适合于客户。此外，通过为每个新客户分配一个新的固有波长，很容易为数目增多的客户提供服务。尽管有这样一些优点，作为具有特定波长和附加波长的光源，在中央办公室(CO)需要用于稳定光源的稳定电路，并且对于每个客户站，WDMPON实施起来是昂贵的。因此需要开发出一种对于WDM PON实用的成本有效的WDM光源。已经提议使用分布式反馈激光器阵列(DFB激光器阵列)、多频率激光器(MFL)、光谱限幅光源、和具有非相干光的波长锁定的法布里-珀罗激光器等作为WDM光源。目前正在积极研究的光谱限幅(spectrum-sliced)光源，通过利用光学滤波器或波导光栅路由器(WGR)对宽带光信号进行光谱限幅(spectrum-slicing)可以提供一系列波分信道。这种类型的光源不需要波长选择和波长稳定。

还提出使用发光二极管(LED)、超荧光二极管(SLD)、法布里-珀罗激光器(FP激光器)、光纤放大器光源、和极短脉冲光源、等作为光谱限幅光源。构成具有非相干光的波长锁定的法布里-珀罗激光器，以便利用光纤或波导光栅路由器对一个宽带光信号进行光谱限幅，这个宽带光信号是从一个非相干光源如发光二极管或光纤放大器光源产生的，然后，使用波长锁定信号进行传输，波长锁定信号是通过将限幅信号输入到没有配备隔离器的法布里-珀罗激光器内而输出的。当输出大于预定值的光谱限幅信号输入到法布里-珀罗激光器，法布里-珀罗激光器只产生并输出等于输入的光谱限幅信号波长的波长。

同时，每个分布式反馈(DFB)激光器阵列和多频激光器(MFL)都需要复杂的制造过程并使用昂贵的设备，这些设备需要的光源要有准确的波长选择性和波长稳定性才能用于波分复用。虽然发光二极管(LED)和超荧光二极管(SLD)具有极宽的带宽并且很便宜，但它们只适用于上行信号，与下行信号相比，上行信号的调制速率较低，因为它们的调制带宽和输出者很低。

法布里-珀罗激光器是廉价高功率器件。但它有一个缺点，因为它的带宽窄，不可能提供许多波分信道，并且在以高速调制和发送光谱限幅信号的情况下，由于模式分割噪声引起的性能下降是很大的。

极短脉冲光源是相干的光源，具有极宽的光谱带。但很难起光源的作用，这是因为它的振荡光谱的稳定性很差并且脉冲宽度不超过几个微微秒。

作为对于上述的光源的一种替换，已经引用了光谱限幅的光纤放大器光源，它对于从光纤放大器产生的经过放大的自发发射光(ASE光)进行光谱限幅。光谱限幅光源能够提供多个高功率波分信道。但是它必须使用昂贵的独立的外部调制器，如LiNbO₃调制器，才能使每个信道发送不同的数据。相比之下，具有非相干光的波长锁定的法布里-珀罗激光器能够根据数据信号直接调制法布里-珀罗激光，从而能更经济地发送数据。然而，法布里-珀罗激光器需要输入宽频带高功率的非相干光信号才能输出适合于高速长距离传输的波长锁定信号。并且，由于光纤的色散效应不可能进行长距离传输，这是因为自接种(self-seeded)的法布里-珀罗激光器信号变为具有按照模式间隔分布的多个波长的信号的缘故，其中所说的自接种的法布里-珀罗激光器信号是为了高速传输输入其带宽宽于法布里-珀罗激光器的输出信号的模式间隔的非相干光信号时输出的信号。

因此，需要一种能够解决上述的各段中所述的缺点的改进的WDM光源。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种经济的波分复用光源，它能够保证单模抑制比，并产生足以进行高速传输的输出。

按照本发明的另一个方面，提供一种与光传输链路相连的自接种法布里-珀罗激光器器件，自接种法布里-珀罗激光器器件包括：一个光循环器，用于形成光波导回路，循环在光波导回路中通过外部端口输入的光，并且通过外部端口输出来自于光波导回路的光；一个光纤放大器，位于光波导回路中用于放大在光波导回路中循环的光；一个激光光源，激光光源与外部端口连接并且由通过外部端口输入的光自接种，用于向外部端口输出波长锁定的光；和，第一分束器，位于回路上、用于分裂一部分循环光，并用于向光传输链路输出分裂的光。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点都将变得更加显而易见，其中：

图1表示按照本发明的一个优选实施例的波分复用的自接种法布里-珀罗激光器器件的结构；

图2-4表示法布里-珀罗激光器的波长锁定；

图5-8表示多种光谱，用于说明法布里-珀罗激光器件的操作；

图9表示输入波分复用器内然后进行光谱限幅的光信号的光谱；

图10表示按照本发明的第二优选实施例的波分复用的自接种法布里-珀罗激光器器件的结构；

图11表示按照本发明的第三优选实施例的波分复用的自接种法布里-珀罗激光器器件的结构。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。为简浩起见，省去了对于已知的功能和结构的详细描述，因为它将使本发明的主题十分不清楚。

图1按照本发明的一个优选实施例的波分复用的自接种法布里-珀罗激光器器件的结构。如图所示，法布里-珀罗激光器件包括：光循环器110、光纤放大器140、激光光源230、和第一分束器130，激光器件的结构能够向光传输链路260输出波分复用的光信号。

光循环器110设有第一到第三端口，输出到第三端口的光信号经过第一分束器130和光纤放大器140输入到第一端口。光信号从第三端口循环到第一端口的路径形成了光波导回路120。输入到第一端口的光信号输出到第二端口，通过第二端口输入的光信号输出到第三端口。

光纤放大器140定位在光波导回路120上，它的结构适合于放大循环的光信号。光纤放大器140包括第一到第三光隔离器170、190、220，第一和第二放大光纤180、210，泵浦光源150，第二分束器160，和带通滤波器(BPF)200。

第一和第二放大光纤180、210这两者都利用稀土元素的受激发射放大循环的光信号，放大光纤的位置要与回路120串联连接。在这个实施例中，可以使用掺铒光纤(EDF)作为第一和第二放大光纤180、210。

泵浦光源150输出具有预先设定波长的泵浦激光，用于泵浦第一和第二放大光纤180、210。在这个实施例中，可以使用激光二极管作为泵浦光源150。

第二分束器160分束出一部分泵浦光，并且连接分出的光和未分出的泵浦光分别到第一和第二放大光纤180、210。因为第二分束器160连接泵浦光到第一和第二放大光纤180、210的后端，所以第一和第二放大光纤180、210是向后(或反向)抽运的。

带通滤波器200设置在第一和第二放大光纤180、210之间，带通滤波器200的带宽等于循环的光信号的带宽，因此消除了由带宽引起的放大的自发发射噪声(ASE噪声)。在消除了自发发射噪声(ASE噪声)之后，第二放大光纤210再次放大光信号因而允许光信号输出增加。

第一到第三光隔离器170、190、220每一个都允许循环的光信号通过，同时堵塞任何反方向传播的光。这些光隔离器分别定位在第一分束器130和第一放大光纤180之间、第一放大光纤180和带通滤波器200之间、第二放大光纤210和光循环器110之间。

激光光源230连接到光循环器110的第二端口，由通过第二端口输入的光信号自接种，并且向第二端口输出具有自接种波长的波长锁定光信号。激光光源230包括多个法布里-珀罗激光器250。

为了便于理解本发明，在紧密关注激光光源230的结构之前，结合图2-4说明法布里-珀罗激光器250的特征。

图2-4表示法布里-珀罗激光器250波长锁定特征。图2表示波长锁定之前的法布里-珀罗激光器250的光谱。与输出单个波长的分布式反馈激光器不同，法布里-珀罗激光器输出多个波长，并且具有约为1个波长的恒定的波长间隔。要注意的是，波长间隔取决于激光二极管的谐振波长和它的制造材料的增益特性。

图3表示要输入到法布里-珀罗激光器250的外部光信号的光谱，图4表示由外部光信号锁定波长的法布里-珀罗激光器250的光谱。如图所示，只放大和输出等于外部光信号波长的法布里-珀罗激光器250的波长(即，锁定的波长)，而不等于外部光信号波长的法布里-珀罗激光器的其它波长都被抑制。具有如图4所示的相同输出特性的法布里-珀罗激光器250称之为“波长锁定的法布里-珀罗激光器“。放大输出的波长和抑制输出的波长之间的强度差称之为“边模抑制比“(SMSR)。边模抑制比增加的越多，传输性能下降越多，这是因为在法布里-珀罗激光器250中发生了模分割噪声以及光纤的色散效应的缘故。因此，通过直接调制法布里-珀罗激光器250，就可以实现经济、高速、长距离的数据传输。

返回到图1，激光光源230包括1×N个波分复用器240和N个法布里-珀罗激光器250。波分复用器240连接到光循环器110的第二端口，并且包括一个定位在其一侧的多路复用端口和定位在其另一侧的N个多路分解端口。在操作中，波分复用器240多路分解输入到多路复用端口的光信号，并且向多路分解端口输出多路分解的信号。在此之后，波分复用器240光谱限幅输入到多路分解端口的光信号、多路复用它们、并通过多路复用端口输出多路转换的信号。要注意的是，可以使用波导光栅路由器作为波分复用器240。

每个法布里-珀罗激光器250都连接到对应的多路分解端口，然后通过经多路分解端口输入的多路分解的光信号进行自接种，这样就可提供具有接种的波长的光信号输出。

第一分束器130定位在回路120上，分束一部分从光循环器110的第三端口输出的经过多路复用的光信号，然后向光传输链路260输出分束的光信号。

现在，图5-8表示各种光谱，用于说明法布里-珀罗激光器件的操作。

如早些时候曾经说明过的，具有从法布里-珀罗激光器250输出的多个波长的光信号输入到多路分解端口，进行光谱限幅、复用，然后输出。当从法布里-珀罗激光器250输出的光信号之间的波长间隔小于波分复用器240的信道间隔时，从波分复用器240产生的经过光谱限幅的光信号的光谱如图5所示。在图5中，虚线表示的光谱320表示波分复用器240的通频带。通过波分复用器240的多路复用端口输出的经过多路复用的光信号的光谱如图6所示，这个光信号经过光循环器110和第一分束器130后输入到光纤放大器140。随后，光信号经过第一光隔离器170并输入到第一放大光纤180。由第一放大光纤180放大的光信号的光谱如图7所示。经过放大的光信号送到第二光隔离器190并输入到带通滤波器200。要注意的是，带通滤波器200的作用不仅是消除ASE噪声，而且还要抑制光信号的色散效应。

传送到带通滤波器200的光信号的光谱如图8所示。再次放大通过带通滤波器200并输入到第二放大光纤210的光信号。经过再次放大的、高功率的、多路复用的光信号送到光循环器110，然后将其输入到波分复用器240以备多路分解。将每个经过多路分解的高功率光信号输入到法布里-珀罗激光器250，由此产生波长锁定。波长锁定的光信号重复上述的顺序，并将一部分经过多路复用的、波长锁定的、光信号经过第一分束器130引向传输链路260以备传输。因此可以看出，不像现有技术那样需要昂贵外部调制器，因为法布里-珀罗激光器250直接调制了高速数据信号。

AA图9表示的是如以上所述的输入到波分复用器240然后进行光谱限幅的光信号的光谱。如图所示，当从法布里-珀罗激光器250输出的光信号的带宽大于波分复用器240的自由光谱区(FSR)时，要输入到波分复用器240然后再进行光谱限幅的光信号的光谱存在各种波长，各波长的间隔是波分复用器240的自由光谱区。在一般情况下，如果这种光信号传送到光纤放大器140而后再次输入到法布里-珀罗激光器250，则从法布里-珀罗激光器250要输出用各种波长接种的光信号。这里，在宽波长带中传播的光谱将在光纤传输中引起色散效应，因而降低了接收器的灵敏度。于是，高速、长距离的数据传输是不可能的。然而，带通滤波器200将法布里-珀罗激光器250的光谱带限制在不超过波分复用器240的一个自由光谱区，因此使每个经过光谱限幅的光信号都只在一个波长之内。这样，高速、长距离的数据传输就是可能的了。

优选地，如以上所述的法布里-珀罗激光器件进一步还配备有一个偏振控制器(PC)，因此有可能提高自接种的效率。

图10和图11分别表示按照本发明的第二和第三优选实施例的波分自接种的法布里-珀罗激光器件。第二和第三实施例的结构和操作与以上针对图1描述的基本相同，只是自接种的法布里-珀罗激光器件配有偏振控制器570、770。这里省去了对于与以前描述过的类似元件的讨论以避免冗长，因为已经参照图1对它们进行过描述。

现在参照附图10，偏振控制器570定位在光循环器410和波分复用器540之间，并且控制在光循环器410和波分复用器540之间前进的这个经过多路复用的光信号的偏振，以增加自接种效率，由此有可能输出对于较低光功率的输入信号具有较高的边模抑制比的波长锁定的光信号。

类似地，参照附图11，偏振控制器770定位在波分复用器740的每个多路分解端口和每个法布里-珀罗激光器750之间，并且控制在多路分解端口和法布里-珀罗激光器之间前进的这个经过多路分解的光信号的偏振，以增加自接种的效率，由此输出对于较低光功率的输入信号具有较高的边模抑制比的波长锁定的光信号。

如以上所述，按照本发明的波分复用的、自接种的法布里-珀罗激光器件不仅使用了廉价的法布里-珀罗激光器，而且有可能根据要传输的高速数据信号直接调制，不需要昂贵的外部调制器。

此外，因为按照本发明的波分复用的、自接种的法布里-珀罗激光器件输出的多路复用的光信号的波带等于波分复用器的波带，所以在使用波导光栅路由器作为波分复用器的情况下，有可能通过控制波导光栅路由器的温度因而调节波长带的方法，来控制要引导到传输链路的波分复用的光信号的波长带。因此，按照本发明的法布里-珀罗激光器不需要温度控制或波长选择。

而且，在按照本发明的波分复用的、自接种的法布里-珀罗激光器件中，只放大从每个法布里-珀罗激光器输出的光信号中经过选择的波长的光信号，并且在自接种中使用它。然后，只有这种类型的光信号的一部分引向传输链路，而剩余的光信号则在回路中继续重复放大和自接种的步骤。这样，光纤放大器在饱和状态下工作。因此，由于产生了高功率的波长锁定的光信号，所以本发明的教导能够保证边模抑制比和足以进行高速数据传输的输出，同时还使用了廉价的法布里-珀罗激光器，它在光纤和激光器件之间具有较低的耦合率。

虽然参照本发明的某些优选实施例表示并说明了本发明，但本领域的普通技术人员都明白，在不偏离由所附的权利要求书确定的本发明的构思和范围的条件下还可以作出许多在形式和细节上的变化。

Claims (13)

1.一种向光传输链路提供波分复用的光信号的法布里-珀罗激光器件，包括：

一个光循环器，具有多个端口，用于输出在光波导回路中循环的光；

至少一个光纤放大器，设置在光波导回路中，用于放大在光波导回路中循环的光；

一个激光光源，激光光源经多个端口之一耦合到光循环器，以接收在光波导回路中循环的光，用于向光循环器输出波长锁定的光；和，

第一分束器，经过多个端口之一耦合到光循环器，用于分裂一部分从循环器向光传输链路输出的光。

2.根据权利要求1所述的法布里-珀罗激光器，其中的激光光源包括；波分复用器，用于多路分解经多个端口之一从光循环器接收的光；和

多个法布里-珀罗激光器，用于接收多路分解的光并向波分复用器输出具有自接种波长的波长锁定的光信号，以便多路复用返回到光循环器的光。

3.根据权利要求2所述的法布里-珀罗激光器，其中在来自于多个法布里-珀罗激光器的光信号之间的波长间隔基本上小于波分复用器的信道间隔。

4.根据权利要求2所述的法布里-珀罗激光器，其中波分复用器包括波导光栅路由器。

5.根据权利要求1所述的法布里-珀罗激光器，其中光纤放大器包括；

在光波导回路中串联连接的第一和第二放大光纤，利用稀土元素的受激发射放大循环光；

泵浦光源，向第一和第二放大光纤输出具有预先设定的波长的泵浦光；和

第二分束器，用于分别向第一和第二放大光纤分束泵浦光。

6.根据权利要求5所述的法布里-珀罗激光器，其中第一和第二放大光纤包括掺铒光纤。

7.根据权利要求5所述的法布里-珀罗激光器，其中泵浦光源包括激光二极管。

8.根据权利要求5所述的法布里-珀罗激光器，其中第二分束器分束泵浦光，使第一和第二放大光纤由泵浦光源反向泵浦。

9.根据权利要求5所述的法布里-珀罗激光器，其中光纤放大器进一步包括：耦合在第一分束器和第一放大光纤之间的第一光隔离器，耦合在第一和第二放大光纤之间的第二光隔离器，和耦合在第二放大光纤和光循环器之间的第三光隔离器，用于使循环光沿前进方向通过，同时抑制沿相反方向前进的光。

10.根据权利要求5所述的法布里-珀罗激光器，进一步包括带通滤波器，带通滤波器的带宽与循环光相等，带通滤波器定位在第一和第二放大光纤之间，用于消除来源于循环光的放大的自发发射噪声。

11.根据权利要求10所述的法布里-珀罗激光器，其中带通滤波器还可以抑制来自于循环光的色散效应。

12.根据权利要求2所述的法布里-珀罗激光器，进一步包括偏振控制器，它耦合在光循环器和波分复用器之间，用于控制在光循环器和波分复用器之间前进的经过多路复用的光信号的偏振。

13.根据权利要求2所述的法布里-珀罗激光器，进一步包括多个偏振控制器，它们耦合在波分复用器和多个法布里-珀罗激光器之间，用于控制由波分复用器多路分解的光的偏振。

Images