CN1497894A - 使用Fabry-Perot光二极管自注入锁定的密集波分复用无源光网络系统 - Google Patents

使用Fabry-Perot光二极管自注入锁定的密集波分复用无源光网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种使用Fabry－Perot激光二极管自注入锁定的密集波分复用无源光网络(DWDM－PON)系统，其输出不同波长的光信号被局部反射镜部分地反馈，使得Fabry－Perot激光二极管分别被注入锁定。依照该系统，廉价的Fabry－Perot激光二极管可以分别作为中心办公室和光网络单元(ONUs)的光源使用。相应的，与传统的光网络相比，可以使系统结构开销减少。

Description

使用Fabry-Perot光二极管自注入锁定的 密集波分复用无源光网络系统
技术领域
本申请涉及密集波分复用(WDM)-无源光网络系统，尤其是使用Fabry-Perot激光二极管自注入锁定的密集WDM-无源光网络系统，其输出的不同波长的光信号分别由局部反射镜部分反馈，于是分别注入锁定Fabry-Perot激光二极管。
背景技术
近来，对于基于光网络的网络体系的需求急剧增长。这种基于光网络的网络体系可以提供宽带多媒体服务和高速大容量的互联网服务。人们对于为了给用户提供宽带服务，应用光纤直接连接到光网络单元(ONUs)的光网络越来越感兴趣。
近来应用的最经济的光网络之一是无源光网络(PON)。PON系统的中心办公室(CO)，即服务提供者，和ONUs，即服务需求者，仅由无源光学元件构成。
在该PON中，典型地，应用主干光纤来实现中心办公室和位于邻近用户端区域的远端节点之间的连接。然而，为了使在PON系统中限定的光缆的总长度达到最短，使用分布光纤来实现远端节点和每个ONU之间的连接。
该PON系统具有许多优点，因为在PON系统中限定的光缆的总长度减至最短，并且用户分享无源光学元件，所以在方便实现PON维修的同时，可以减少其初始安装费用。由于具有这些优点，该PON系统的应用大幅增长。
尤其是，WDM-PON作为下一代光网络的突出之处在于其迎合了未来信息时代的需要。因为它可以为每个用户提供大量的信息，同时保持高安全性并且易于实现性能升级。为了应对服务范围的扩展和用户数量的增加，近来还对密集WDM-PON(DWDM-PON)进行了积极地研究，由于该WDM-PON其具有狭窄信道间隙，因此信道数量增加了，所以具有为增加的用户提供大量信息的能力。
图1是举例说明传统的DWDM-PON系统结构的示意图。如图1所示，该DWDM-PON系统的中心办公室将不同的波长分配给各个用户，于是中心办公室可以通过单独的光学通信线路同步发送数据到用户端。每个用户也可以使用分配的不同波长分别发送数据。
为了将不同的波长分配给各个用户，该DWDM-PON应配备分别适于提供不同波长的光源，使之与各个分配的波长相对应。特别是有一个问题，即为了减少相邻波长(信道)间的干扰，作为传输节点应该使用的光源，例如昂贵的反馈激光二极管，具有很窄的谱宽。
由于这种传统的DWDM-PON使用的光源具有很窄的谱宽，其还需要附加装置例如为了稳定振荡波长使用温度稳定器或电流稳定器。因此，具有太高的系统结构开销的问题。而且，因为那些光信号必须在狭窄波长间隙中发送到各个的用户，因此其还具有不同波长的光信号应该唯一的问题。
为了解决这些问题，引入了对使用商业化的、价廉的光学器件经济地构造DWDM-PON的研究，并且有一些相关的研究报告。
例如，在IEEE Photonics Technology Letter，Vol.12，no.11，pp.1067-1069，2000有一篇题目为“A low cost WDM source with an ASEinjected Fabry-Perot semiconductor laser”的研究报告。该研究报告公开了一种经济地实现光网络系统的方法，该方法分别使用ASE(放大自然发射光)和廉价的Fabry-Perot激光二极管作为中心办公室和每个ONU的光源。依照该方法，从中心办公室输出的ASE注入到ONU的Fabry-Perot激光二极管，将Fabry-Perot激光二极管的输出锁定于与ASE相同的波长上(下文中，该操作被称为“注入锁定”。)。因此，Fabry-Perot激光二极管可以作为分布反馈激光二极管，以单一的方式振荡。然而，该方法有一个缺点，即中心办公室必须配备独立的光源用来产生ASE。
在Electronics Letters，Vol.38，No.1，pp.43-44，2002上还有一篇题目为“Upstream traffic transmitter using injection-locked Fabry-Perotas modulator for WDM access networks”的研究报告。该研究报告公开了一种经济地实现光网络系统的方法，该方法分别使用分布反馈激光二极管和Fabry-Perot激光二极管作为中心办公室和每个ONU的光源。依照该方法，ONU接收从分布反馈激光二极管输出的光信号，将所接收光信号的一部分用于信号检测，同时将所接收光信号其余的部分用于注入锁定。然而，该方法的缺点在于使用分布反馈激光二极管作为中心办公室的光源是昂贵的。
发明内容
为了解决上述提出的问题作出本发明，本发明的目的在于提供使用Fabry-Perot激光二极管自注入锁定的DWDM-PON系统，其输出的不同波长的光信号分别由局部反射镜部分反馈，使得Fabry-Perot激光二极管被分别注入锁定。
本发明的另一个目的在于提供使用Fabry-Perot激光二极管自注入锁定的无源DWDM光网络系统，其使用廉价的Fabry-Perot激光二极管作为光源，因此系统结构开销最少。
依照本发明，提供使用Fabry-Perot激光二极管自注入锁定的密集波分复用无源光网络系统实现这些目的。该系统包括：中心办公室，用于产生不同波长的第一光信号并将其发送到远端节点，同时从远端节点处接收不同波长的第二光信号；远端节点，用于分离中心办公室发送的第一光信号的多路信号，并且发送分离后的第一光信号到各个光网络单元(ONUs)，该远端节点还合路各个ONUs发送的第二光信号，并且发送第二光信号的多路信号到中心办公室；ONUs，分别用来接收远端节点发送的第一光信号，它们还产生不同波长的第二光信号并分别将其发送到远端节点。其中，中心办公室包括第一局部反射镜，其适用于部分地馈发送到远端节点的第一光信号的多路信号，因此自注入锁定中心办公室内的多个第一发送器；其中，远端节点包括第二局部反射镜，其适用于部分反馈发送到中心办公室的第二光信号的多路信号，因此自注入锁定各个ONUs内的多个第二发送器。
附图说明
结合下面的附图详细描述后，本发明的上述目的和其它特征及优点将更加显而易见，其中：
图1是举例说明传统的DWDM-PON系统结构的示意图；
图2是举例说明依照本发明实施例的DWDM-PON系统结构的示意图；
图3是举例说明依照本发明的中心办公室的工作的示意图；
图4是举例说明依照本发明的远端节点和每个ONU的工作的示意图；
图5a和5b是依照本发明分别描述局部反射镜的反射特性的图形；和
图6是举例说明AWG型多路复用器/多路分离器的频率传输特性的图形。
具体实施方式
现在，参考附图详细描述本申请的最佳实施例。
图2是举例说明依照本发明实施例的DWDM-PON系统结构的示意图。如图2所示，DWDM-PON系统包括中心办公室(CO)100，远端节点(RN)200，和许多光网络单元(ONUs)300。
中心办公室100产生具有不同波长λ1、λ2、……λN的第一光信号，并发送该第一光信号到远端节点200。中心办公室100还接收来自远端节点200的具有不同波长λN+1、λN+2、……λ2N的第二光信号。为了完成该功能，中心办公室100包括多个第一发送器110，分别用来输出第一光信号λ1、λ2、……λN；多个第一接收器120，分别用来接收远端节点200发出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N；多个第一多路复用器/多路分离器130，分别适用于输出从相关的第一发送器110之一接收的第一光信号，并将从远端节点200发送的相关的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N之一连同部分反馈到该节点200的第一光信号一起分离，第二多路复用器/多路分离器140用来合路分别从第一多路复用器/多路分离器130输出的第一光信号λ1、λ2、……λN，并将从远端节点200发出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N连同部分反馈到该节点200的第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号一起分离，并且第一局部反射镜150用来部分地将第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号反馈给第二多路复用器/多路分离器140。
远端节点200分离中心办公室100发出的第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号，并且发送分离后的第一光信号λN+1、λN+2、……λ2N到各个ONUs300。远端节点200还合路从每个ONUs 300发出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N，并将第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N的合路信号发送到中心办公室100。为了完成该功能，远端节点200包括：第三多路复用器/多路分离器210，用来将从中心办公室100发送的第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号分离，同时将从每个ONUs 300发出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N连同第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N的部分多路信号一起合路；和第二局部反射镜220，用于部分反馈从第三多路复用器/多路分离器210输出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N的多路信号到第三多路复用器/多路分离器210。
各个ONUs 300接收从远端节点200发出的第一光信号λ1、λ2、……λN。ONUs 300还产生具有不同波长λN+1、λN+2、……λ2N的第二光信号并分别将其发送到远端节点200。为了完成该功能，每个ONUs 300包括：多个第二发送器310，用来发送各自的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N；多个第二接收器320，分别用来接收从远端节点200发出的第一光信号λ1、λ2、……λN；多个第四多路复用器/多路分离器330，分别适用于输出从相关的第二发送器310之一接收的第二光信号，同时将从远端节点200发出的相关的第一光信号λ1、λ2、……λN之一连同部分反馈到该节点200的第二光信号一起分离。
在实施例中，从中心办公室发出的第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号部分反馈到中心办公室100的每个第一发送器110。还有，从每个ONUs300发出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N分别被部份反馈到ONUs 300的第二发送器320。
现在依照本发明的实施例，结合前述从中心办公室100到ONUs 300的信号通路描述DWDM-PON系统的工作。当中心办公室100合路第一光信号λ1、λ2、……λN并将第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号发送到远端节点200，远端节点200分离该多路信号，并且将分离后的第一光信号λ1、λ2、……λN输出到各个ONUs 300。这样，ONUs 300分别接收分离的第一光信号λ1、λ2、……λN。
同时，DWDM-PON系统可以相反方式工作，使反向信号从每个ONU 300传输到中心办公室100。
图3是举例说明依照本发明的中心办公室的工作的示意图。参照图3来详细描述中心办公室的工作。例如当波长为λ1的不连贯窄带光注入Fabry-Perot激光二极管作为相应的第一发送器110之一的光源，具有许多振荡方式的Fabry-Perot激光二极管，以和注入光波长相应的方式振荡，同时将其它的振荡方式禁止。相应的，Fabry-Perot激光二极管的输出波长被锁定为注入光波长。(这种现象叫做“注入锁定”)。以这种方式，中心办公室的第一发送器110产生对应于其特定振荡方式的分别具有不同的特定波长λ1、λ2、……λN的第一光信号，并且分别发送生成的第一光信号λ1、λ2、……λN到相关的第一多路复用器/多路分离器130。
第一多路复用器/多路分离器130分别把从相关的第一发送器110接收的第一光信号λ1、λ2、……λN输出到第二多路复用器/多路分离器140，该第二多路复用器/多路分离器140按顺序合路第一光信号λ1、λ2、……λN并将第一光信号λ1、λ2、……λN的合路信号输出。
第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号被第一局部反射镜150部分反馈。依照第一局部反射镜150的反馈操作，第一光信号λ1、λ2、……λN被部分反馈，于是它们被重新发送到第二多路复用器/多路分离器140，并因此发送到每个第一多路复用器/多路分离器130。例如，第二多路复用器/多路分离器140分离反馈的第一光信号λ1、λ2、……λN的多路信号，然后将分离后的第一光信号λ1、λ2、……λN发送到每个第一多路复用器/多路分离器130。每个第一多路复用器/多路分离器130将具有相关波长，例如波长λ1的第一光信号注入到相关的第一发送器110。因此，第一发送器110由第一光信号λ1的反馈部分锁定。
另一方面，第二多路复用器/多路分离器140接收第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N并将接收到的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N发送到第一接收器120。第二多路复用器/多路分离器140是AWG型的，因此它可以以同步的方式复合/分离第一光信号λ1、λ2、……λN和第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N。
图4是举例说明依照本发明的远端节点和每个ONU的工作的示意图。例如当波长为λN+1的不连贯窄带光注入Fabry-Perot激光二极管作为相应的包含各自的ONUs 300的第二发送器310之一的光源，具有许多振荡方式的Fabry-Perot激光二极管，以和注入光波长相应的方式振荡，同时将其它的振荡方式禁止。相应的，Fabry-Perot激光二极管的输出波长被锁定为注入光波长。(这种现象叫做“注入锁定”)。以这种方式，ONUs 300的第二发送器310产生对应于其特定振荡方式的分别具有不同的特定波长λN+1、λN+2、……λ2N的第二光信号，并且分别发送生成的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N到相关的第四多路复用器/多路分离器330。
第四多路复用器/多路分离器330将发送到其上的各个第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N输出。然后，输出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N被发送到远端节点200的第三多路复用器/多路分离器210。第三多路复用器/多路分离器210合路第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N，并将第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N的多路信号输出。
第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N的多路信号由第二局部反射镜220部分地反馈。依照第二局部反射镜220的反馈操作，第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N被部分反馈，于是它们被重新发送到第三多路复用器/多路分离器210，并因此发送到每个第四多路复用器/多路分离器330。例如，第三多路复用器/多路分离器210分离反馈的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N的多路信号，然后将分离后的第二光信号发送到每个第四多路复用器/多路分离器330。每个第四多路复用器/多路分离器330将具有相关波长，例如波长λN+1的第二光信号注入到相关的第二发送器310。因此，第二发送器310由第二光信号λN+1的反馈部分锁定。
另一方面，第三多路复用器/多路分离器210接收第一光信号λ1、λ2、……λN并将接收到的第一光信号λ1、λ2、……λN发送到第二接收器320。第三多路复用器/多路分离器210是AWG型的，因此它可以以同步的方式复合/分离第一光信号λ1、λ2、……λN和第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N。
图5a和5b是依照本发明分别描述第一和第二局部反射镜150和220的反射特性的图形。第一和第二局部反射镜150和220具有波段选择特性。即每个局部反射镜部分地反射特定波段的光信号，同时发送其它波段的光信号。
图5a是描述第一局部反射镜150的反射特性的图形。第一局部反射镜150部分反馈从中心办公室100输出的第一光信号λ1、λ2、……λN，同时发送从各个ONUs 300输出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N。
图5b是描述第二局部反射镜220的反射特性的图形。第二局部反射镜220以与第一局部反射镜150的工作方式相反的工作方式工作。即第二局部反射镜220部分反馈从各个ONUs 300输出的第二光信号λN+1、λN+2、……λ2N，同时发送从中心办公室100输出的第一光信号λ1、λ2、……λN。
图6是举例说明AWG型多路复用器/多路分离器的频率传输特性的图形。如图6所示，AWG型多路复用器/多路分离器具有周期性的频率特性。在所举实例中，可以通过分配λ1、λ2、……λN作为多路复用器/多路分离器的第一波段，同时分配λN+1、λN+2、……λ2N作为多路复用器/多路分离器的第三波段，使发生在多路复用器/多路分离器间的波长干扰最小化。
同时，依照本发明，向前和向后的光信号具有不同的波段。相应地，可以简便地分离不同频率的光信号。在所举实施例中，1530至1562nm的C-波段作为前向波段使用，而1570至1605nm的L-波段作为后向波段使用。这些波段可以依其使用情况选择性变化。
尽管本发明的最佳实施例作为示例性目的公开，那些熟知本领域的人员可以对其作出多种修改，在不偏离本发明权利要求公开的范围内，可以对其进行增加或替代。
上述描述表明，依照本发明，不同波长的光信号被局部反射镜部分地反馈，使得每个Fabry-Perot激光二极管的输出波长被注入锁定。相应的，可以在DWDM-PON系统中应用Fabry-Perot激光二极管是有益的。
使用廉价的Fabry-Perot激光二极管分别作为中心办公室和ONUs的光源，与传统的光网络相比，还可以使系统结构开销减少。

Claims (8)

1.一种使用Fabry-Perot激光二极管自注入锁定的密集波分复用无源光网络系统，该系统包括：
中心办公室，用于产生不同波长的第一光信号，并将该第一光信号发送到远端节点，同时从远端节点接收不同波长的第二光信号；
远端节点，用于分离从中心办公室发送的第一光信号的多路信号，并将分离后的第一光信号发送到各个光纤网络单元(ONUs)，该远端节点还合路从各个ONUs发送的第二光信号，并将第二光信号的多路信号发送到中心办公室；和
ONUs，分别用于接收从遥控节点发出的第一光信号，该ONUs还产生不同波长的第二光信号，并将第二光信号分别发送到远端节点，
其中中心办公室包括第一局部反射镜，其适于部分地反馈发送到远端节点的第一光信号的多路信号，从而自注入锁定中心办公室内的多个第一发送器，和
其中远端节点包括第二局部反射镜，其适于部分地反馈发送到中心办公室的第二光信号的多路信号，从而自注入锁定各个ONUs内的多个第二发送器。
2.如权利要求1所述的密集波分复用无源光网络系统，其中中心办公室包括：
多个第一发送器，分别用于输出不同波长的第一光信号；
多个第一接收器，分别用于接收从远端节点发送的第二光信号；
多个第一多路复用器/多路分离器，其适于输出从相关的第一发送器之一接收到的第一光信号，并将从远端节点发送的相关的第二光信号之一与部分反馈到该节点的第一光信号一起分离；
第二多路复用器/多路分离器，用于合路分别从第一多路复用器/多路分离器输出的第一光信号，并将从远端节点发送的第二光信号的多路信号与部分反馈到该节点的第一光信号的多路信号一起分离；和
第一局部反射镜，用于将从第二多路复用器/多路分离器输出的第一光信号的多路信号部分反馈到第二多路复用器/多路分离器。
3.如权利要求2所述的密集波分复用无源光网络系统，其中第二多路复用器/多路分离器是AWG型多路复用器/多路分离器。
4.如权利要求2所述的密集波分复用无源光网络系统，其中第一发送器被第一光信号的反馈部分注入锁定。
5.如权利要求1所述的密集波分复用无源光网络系统，其中远端节点包括：
第三多路复用器/多路分离器，用于分离从中心办公室发出的第一光信号的多路信号，并合路从各个ONUs发出的第二光信号与第二光信号的多路信号的一部分；和
第二局部反射镜，用于将从第三多路复用器/多路分离器输出的第二光信号的多路信号部分反馈到第三多路复用器/多路分离器。
6.如权利要求5所述的密集波分复用无源光网络系统，其中第三多路复用器/多路分离器是AWG型多路复用器/多路分离器。
7.如权利要求1所述的密集波分复用无源光网络系统，其中各个ONUs包括：
多个第二发送器，分别用于发送第二光信号；
多个第二接收器，分别用于接收从远端节点发送的第一光信号；
多个第四多路复用器/多路分离器，其适于输出从相关的第二发送器之一接收到的第二光信号，并将从远端节点发送的相关的第一光信号之一与部分反馈到该节点的第二光信号一起分离。
8.如权利要求7所述的密集波分复用无源光网络系统，其中第二发送器被第二光信号的反馈部分注入锁定。
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