CN1870469A

CN1870469A - 基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器

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Publication number: CN1870469A
Application number: CNA2006100517244A
Authority: CN
Inventors: 乐孜纯; 王潇潇; 张明; 刘恺; 全必胜
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2026-05-29
Also published as: CN1870469B

Abstract

一种基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器(OADM)，属于光纤通信网络技术领域，其中的分插滤波模块为级联结构的声光可调谐滤波器，首级声光可调谐滤波输入端连接所述的解复用器的输出端；前级声光可调谐滤波包括两个输出端，第一输出端通过下路1×2光开关连接功率衰减器及下路控制单元；第二输出端通过级联1×2光开关连接后级声光可调谐滤波，光开关连接管理控制单元；末级声光可调谐滤波的第一输出端连接所述的插入控制单元，第二输出端直接连接复用器；功率衰减器用于前级声光可调谐滤波第一输出端与后级声光可调谐滤波第一输出端的功率均衡。本发明提供一种能够抑制串扰、兼顾功率均衡的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器。

Description

基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器

(一)技术领域

本发明属于光纤通信网络技术领域，涉及一种基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器。

(二)背景技术

目前已经非常成熟的波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)和同步数字体系(SDH，Synchronous Digital Hierarchy)相结合的技术，因其具有巨大的传输带宽和数据传输透明性以及简单实用的保护技术，近几年来得到迅速发展，成为光纤通信网络建设中一种主流技术。随着越来越多的光传输系统升级为WDM系统，以及在WDM技术逐渐从骨干网向城域网和接入网渗透的过程中，人们发现WDM技术在提高传输能力的同时，还具有无可比拟的联网优势。在网络传输容量已不成问题的时候，另一个显而易见地能提高网络效率和灵活性的选择是在网络节点中使用光学分插复用器(OADM，Optical Add and DropMultiplexer)。它能在一条WDM链路中间随意上/下几个波长，而不必经过电层上的处理，从而使WDM系统更加灵活地与其它节点形成连接，执行联网功能。目前OADM已成为研发人员，以及各类通信提供商和服务商都感兴趣的研究热点。

目前已有的用于光纤通信网络中的OADM结构通常利用光开关和复用/解复用器相结合来完成对波长的分插复用(Rajiv Ramaswami，Kumar N.Sivarajan著，乐孜纯译，光网络(下卷)：组网技术分析，pp34-40)。这种结构虽然可以对任意波长进行分下和插入，但不能快速工作。其次，由于单个的光信号是由解复用器从复合光信号中解复用出来的，针对每一波长的光信号该解复用器具有带通滤波器的特性。这种带通滤波器的串联结果会导致整个系统的通带对于各个波长变得很窄。另外，当要处理的波长数目增加时，基于光开关的光学分插复用器(OADM)的结构尺寸会变得很大。

OADM的主要功能要求是选波，并对所选波长分下和插入，除上述基于光开关和复用/解复用器相结合的结构外，利用光纤光栅和声光可调谐滤波器(AOTF，Acousto-Optic Tunable Filter)也可以进行选波，但具体的器件结构和功能执行方式未见报道，特别是能够同时兼顾功率均衡、串扰抑制和针对各种ITU标准波长和非标准波长的OADM器件结构。

(三)发明内容

为了解决已有的光学分插复用器不利于抑制串扰、功率均衡性能差的不足，本发明提供一种能够抑制串扰、兼顾功率均衡的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器。

本发明解决其技术问题采用了下述技术方案：

一种基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，包括：解复用器，用于对输入的波分复用信号进行解复用，从主信号中分离出某个百分比的光信号用于在线监测；前置放大器，用于补偿复用信号的线路损耗；光功率监测模块，由管理控制单元控制，监测每个通路的中心波长、光信噪比、光功率，当检测到光通道性能恶化时它向管理系统发送告警指示信号，使管理系统完成故障定位和保护倒换；分插滤波模块，用于根据监控信道信息以波长为单位进行本地业务下路或插入；所述的分插滤波模块连接下路控制单元、插入控制单元、射频控制单元、偏振色散补偿单元、光放大单元、温度控制单元；所述的插入控制单元的输出端连接所述复用器；复用器，用于将插入控制单元加载的插入信号、分插滤波模块中直通的信号、及监控信道信息合波；功率放大器，用于对合波后的光信号进行放大输出，补偿经过整个光分插复用器引入的损耗；

所述的分插滤波模块为级联结构的声光可调谐滤波器，所述的首级声光可调谐滤波输入端连接所述的解复用器的输出端；

所述的前级声光可调谐滤波包括两个输出端，第一输出端通过下路1×2光开关连接功率衰减器及所述的下路控制单元，当复用信号波长间隔较大时，所述的下路1×2光开关受所述管理控制单元控制直接接入所述的下路控制单元；第二输出端通过级联1×2光开关连接后级声光可调谐滤波，当复用信号波长间隔较大时，所述的级联1×2光开关受管理控制单元控制直接连接所述的复用器；

所述的末级声光可调谐滤波的第一输出端连接所述的下路控制单元，第二输出端直接连接所述的复用器；

所述功率衰减器用于前级声光可调谐滤波第一输出端与后级声光可调谐滤波第一输出端的功率均衡。

作为优选的一种方案：所述的下路1×2光开关包括直接与下路控制单元连接的直通端、与光学衰减器连接的衰减端，所述的光学衰减器的输出端连接下路控制单元。

作为优选的另一种方案：所述的下路控制单元包括与声光可调谐滤波器的第一输出端连接的耦合器，所述的耦合器连接分路器，所述的分路器经过用于实现每一路信号选择的声光可调谐滤波器后被用户接收；所述的插入控制单元包括第一集成半导体激光器阵列、复用器、分路耦合器、用以选择波长的声光可调谐滤波器、合路耦合器，所述的集成半导体激光器的输出端连接复用器，所述的复用器的输出端连接分路耦合器，所述的耦合器的输出端连接声光可调谐滤波器，所述的声光可调谐滤波器的输出端连接合路耦合器。

作为优选的再一种方案：在所述的插入控制单元中，所述的声光可调谐滤波器与合路耦合器之间设有光转发模块，用于提供信号的接入，将非标准的波长转换为标准波长，所述的光转发模块包括整形单元、放大单元以及定时再生单元，调制后再与其他波长合路。

进一步，所述的声光可调滤波与复用器之间设有偏振色散补偿单元，用于消除未经处理的直通信号TE与TM模式存在的传播速度间的差异。

再进一步，所述的光学分插复用器还包括保护倒换模块、用于分插滤波模块故障时替换的冗余配置模块，所述的前置放大器与分插滤波模块、复用器与功率放大模块之间均设有保护倒换模块，所述的保护倒换模块、冗余配置模块皆通过管理控制单元控制。

本发明的工作原理是：声光可调谐滤波器(AOTF)的光学分插复用器(OADM)结构，包括有以下主要的功能模块：分插滤波模块、下路控制单元、插入控制单元、射频控制单元、光功率均衡单元、色散补偿、光放大设备、网元管理单元(EMU，Element Management Unit)和光监控信道单元(OSC，Optical SupervisoryChannel)，如图1所示。模块化对应的具体设计如图2，光学分插复用器(OADM)首先对输入的WDM信号进行解复用，然后提取监控信道信息，光监测模块对输入的信号进行监测，监测的物理量包括每个通路的中心波长、光信噪比、光功率，管理控制单元对其进行控制，使之处于最佳工作状态，并输出检测结果。OADM检测到光通道性能恶化时它向管理系统发送告警指示信号，使管理系统完成故障定位和保护倒换。其余信号波长经前置放大器和色散补偿单元补偿线路损耗和色散后，则由分插控制模块根据监控信道信息以波长为单位进行本地业务下路和插入，下路和插入的灵活控制由插入控制单元、下路控制单元和射频控制单元配合实现，其它配置如偏振色散补偿、光放大、温度控制用以保证光通信对传输光信号的常规要求。在这里，波长可以透明地在OADM中直通以及分插复用，各信号波长功率均衡后，与加入的监控信号一起经复用器合波，最后被光放大设备放大输出，从而实现本地信号的全光透明分插复用。为防止因光纤断裂和OADM器件的损坏，可以设置保护倒换模块，并为OADM器件配置冗余结构。

所述分插滤波模块的选波功能由具有调谐速度快、调谐范围宽、多波长同时独立可调等优点的声光可调谐滤波器(AOTF)完成，其选波过程如图3所示。包含λ₁至λ₅五个波长的入射光经过一个指向耦合型模分离器，五个波的TE模和TM模分别进入上/下两个平行的光波导。满足相位匹配条件的光波长(假设为λ₅)的TE和TM模式在声光作用区完全转换，而其他波长的光波模式不转换，最后所有光波的TE和TM模式都重新结合成偏振无关的光波，从而达到满足相位匹配条件的光波(λ₅)从下面的光波导出射，其余光波(λ₁λ₂λ₃λ₄)从上面的光波导出射的效果。

所述分插滤波模块采用级联AOTF，并结合光开关和光学衰减器(ATT，Attenuator)共同构成，能够同时兼顾功率均衡和串扰抑制，具体结构如图4所示。其中抑制串扰是通过采用级联AOTF结构对波长间离来实现的。假设每一级AOTF选择波长的最小间隔为2ε，小于此值将出现串扰。而光学分插复用器(OADM)要求选择波长间隔为ε，若采用单级AOTF构架OADM则显然会有串扰出现。抑制串扰可采用本发明图4所示的结构来实现。其实现过程如下：首级AOTF下路下标为奇数的波长，次级AOTF下路下标为偶数的波长。假设要求下路的波长为λ₁λ₂λ₅λ₇，首级AOTF只需选择与波长λ₁λ₅λ₇相应的射频信号频率下载波长为λ₁λ₅λ₇的光信号，而直通其余的信号，次级AOTF选择与波长λ₂相应的射频信号，下载波长为λ₂的光信号。由于波长为λ₂的光信号与波长为λ₁λ₅λ₇的光信号分别在不同的AOTF中下载，因而每一级AOTF都满足选择波长的最小间隔2ε，两级级联后选择波长的最小间隔可以达到ε，这样既满足了OADM选择波长间隔ε的要求，又不会产生串扰。其实质是通过增加AOTF的数量来换取串扰的抑制。由于基于铌酸锂晶体的声光可调谐滤波器(AOTF)具有集成特性，可以很方便地将多级AOTF刻在一块铌酸锂晶体衬底上，级联后器件的体积仍然很小，控制依然简单。值得注意的是，在采用多级AOTF结构时，由于每一级AOTF都会引入损耗，直通信道与分插信道的光功率差别较大，因此需要进行功率均衡。如图4所示，本发明在只经过一级AOTF下路的λ₁λ₅λ₇之后设置了光学衰减器(ATT)，使其与经过两级AOTF下路的λ₂信号实现输出功率均衡。当OADM要求的下路光信号之间的最小波长间隔为2ε，则无需多级AOTF级联结构，此时只要将光开关切换到图中虚线位置，即可避免多级AOTF的功率损耗和光学衰减器的使用。

所述下路控制单元、插入控制单元如图5和图6所示，主要涉及OADM器件下路、插入和直通特定波长的功能的实现。

下路控制单元实现下路信号的接收。如图5所示，经一级或两级AOTF下路的多波长信号，被一个1×n的耦合器分路(图中示出为4路，实际分路数目由用户数决定，亦等同于AOTF射频信号源同时激发的声波信号的数量)。分路后的信号仍为复用信号，再经过AOTF滤波实现每一路信号的选择，最后被用户接收。

若插入的波长为标准波长，插入控制单元将按照G.692规范产生标准的光波长以上传信息。如图5所示，标准光波长由集成半导体激光器(LD，Laser Diode)阵列产生，每个LD单元可以产生8个离散光谱，分别由1#～4#LD单元，产生4个波段的标准光信号，以升级扩展为32路波分复用系统。集成LD阵列的输出光信号可直接输出，但为了使输出光接口达到通用的目的，即本地上载业务不论在哪个端口都能以8路标准波长中的任意一路波长插入(只要各业务所选择的波长不发生重用)，LD单元输出的光信号首先需经过一个复用器复用为8路光复用信号，再通过1×8的耦合器均分成8路，每一路通过一个可调谐滤波器AOTF以选择任意一个波长。为满足同时上载4路信号的需要，各本地业务经过调制后，通过1个4×1的合波器合波，再与AOTF的直通信号一起上传到传输线上。若需升级为32路的系统，只需配置不同波段的四个光发射模块，再通过4×1的合波器合波后，与AOTF的直通信号上传到传输线上。

根据目前业务IP化和传输全光化的发展趋势，将OADM设备设计成既能支持SDH接口，又能支持千兆位以太网接口的开放式单元，兼容任何满足ITU-T所建议的WDM光接口要求的信号，则需要经过波长转换处理。此时插入控制单元需配置光转发模块(OTU，Opticai Transponder Unit)，它的主要作用就是提供信号的接入，将非标准的波长转换为标准波长。对于不同的客户，在OTU的客户端上应提供不同的带宽接入能力，为了有效的利用波长，它还应具备一定的复用能力。一般来说，对信号进行整形、放大并提取时钟的OTU称3R OTU，特别适用于接入业务皆为SDH信号的情况，因此对于上层结构为SDH的网络，我们采用了3R OTU。而不对信号提取时钟的OTU称2R OTU，对信号的比特速率是透明的，适用于数据业务。

图6所示为本发明引入OTU后的插入控制单元结构，能够对各种ITU标准波长和非标准波长实现分插复用功能。利用光电二极管PIN或者雪崩光电二级管APD将SDH信号或来自其他OADM及OXC节点的非标准信号接收下来，经过整形、放大和再定时后，变换成符合要求的ITU标准光信号发送出去。需要注意的是，对于插入波长端的OTU，其接收端是来自客户的信号，要求它的光参数要符合客户端设备相应的业务接口标准。比如客户端是SDH设备，接入的是SDH信号，那么要求OTU接收端应符合G.957要求的光接口规范；而对于接入GE信号，就要求符合IEEE802.3规范。同时要求对STM-N信号结构的SDH、ATM或IP POS(IPover SDH)业务应具有再生段开销B1和J0字节的监视功能。对于过载的信号可以利用衰耗器，将信号功率调整到上路OTU的最佳接收位置。

本发明的有益效果主要表现在：在完成光学分插复用器(OADM)基本的按需下路、插入和直通波长的功能基础之上，特别是：1、采用级联AOTF，并结合光开关和光学衰减器(ATT)共同构架分插滤波模块，因此能够同时兼顾功率均衡和串扰抑制；2、在插入控制模块中引入光转发模块(OTU)，能够针对各种ITU标准波长和非标准波长进行分下、插入和直通功能。

(四)附图说明

图1是本发明基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光学分插复用器(OADM)系统结构示意图。

图2是本发明基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光学分插复用器(OADM)具体结构示意图。

图3是不依赖偏振的AOTF结构及其选波过程示意图。

图4是抑制串扰结构示意图。

图5是基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光学分插复用器(OADM)的下路、插入控制系统示意图。

图6是加入OTU后的插入控制单元示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1、图2、图3、图4、图5，图6，一种基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，包括：解复用器，用于对输入的波分复用信号进行解复用，从主信号中分离出某个百分比的光信号用于在线监测；

前置放大器，用于补偿复用信号的线路损耗；光功率监测模块，由管理控制单元控制，当OADM监测每个通路的中心波长、光信噪比、光功率，当检测到光通道性能恶化时它向管理系统发送告警指示信号，使管理系统完成故障定位和保护倒换；分插滤波模块，用于根据监控信道信息以波长为单位进行本地业务下路或插入；所述的分插滤波模块连接下路控制单元、插入控制单元、射频控制单元、偏振色散补偿单元、光放大单元、温度控制单元；所述的插入控制单元的输出端连接所述复用器；复用器，用于将插入控制单元加载的插入信号、分插滤波模块中直通的信号、及监控信道信息合波；功率放大器，用于对合波后的光信号进行放大输出，补偿经过整个光分插复用器引入的损耗；

所述的分插滤波模块为级联结构的声光可调谐滤波器，所述的首级声光可调谐滤波输入端连接所述的解复用器的输出端；所述的前级声光可调谐滤波包括两个输出端，第一输出端通过下路1×2光开关连接功率衰减器及所述的下路控制单元，当复用信号波长间隔较大时，所述的下路1×2光开关受所述管理控制单元控制直接接入所述的下路控制单元；第二输出端通过级联1×2光开关连接后级声光可调谐滤波，当复用信号波长间隔较大时，所述的级联1×2光开关受管理控制单元控制直接连接所述的复用器；所述的末级声光可调谐滤波的第一输出端连接所述的下路控制单元，第二输出端直接连接所述的复用器；

所述的下路1×2光开关包括直接与下路控制单元连接的直通端、与光学衰减器连接的衰减端，所述的光学衰减器的输出端连接下路控制单元。

所述的下路控制单元包括与声光可调谐滤波器的第一输出端连接的耦合器，所述的耦合器连接分路器，所述的分路器经过用于实现每一路信号选择的声光可调谐滤波器后被用户接收；插入控制单元包括第一集成半导体激光器阵列、复用器、分路耦合器、用以选择波长的声光可调谐滤波器、合路耦合器，所述的集成半导体激光器的输出端连接复用器，所述的复用器的输出端连接分路耦合器，所述的耦合器的输出端连接声光可调谐滤波器，所述的声光可调谐滤波器的输出端连接合路耦合器；

在所述的插入控制单元中，所述的声光可调谐滤波器与合路耦合器之间设有光转发模块，用于提供信号的接入，将非标准的波长转换为标准波长，所述的光转发模块包括整形单元、放大单元以及定时再生单元，调制后再与其他波长合路。

声光可调滤波与复用器之间设有偏振色散补偿单元，光学分插复用器还包括保护倒换模块、冗余配置模块，所述的前置放大器与分插滤波模块、复用器与功率放大模块之间均设有保护倒换模块，所述的冗余配置模块用于分插滤波模块故障时的替换，两者皆通过网元管理控制单元控制。

假设输入的信号为λ₁...λ₃₂的32路波分复用光信号，需要下路λ₁λ₂λ₅λ₇信号、插入λ₁λ₂λ₅λ₇信号，其他信号直通。本发明光学分插复用器(OADM)首先对输入的32路信号进行解复用，然后提取监控信道信息，其余信号波长经前置放大器补偿线路损耗后，则由分插滤波模块3根据监控信道信息以波长为单位进行本地业务下路/插入，下路/插入的灵活控制由插入控制单元、下路控制单元和射频控制单元配合实现。假设光学分插复用器(OADM)要求选择波长间隔为ε，即32路信号的信道间隔为ε，而AOTF选择波长的最小间隔为2ε，小于此值则将出现串扰。第一级AOTF下路下标为奇数的波长，即射频控制单元选择与波长λ₁λ₅λ₇相应的射频信号频率下载波长为λ₁λ₅λ₇的光信号，而直通其余的信号。设置于第一级AOTF之后的1×2光开关打在图3中实线位置处，因此λ₂λ₃λ₄λ₆λ₈...λ₃₂还将经过第二级AOTF，第二级AOTF选择与波长λ₂相应的射频信号，下载波长为λ₂的光信号。由于波长为λ₂的光信号与波长为λ₁λ₅λ₇的光信号分别在不同的AOTF中下载，因而每一级AOTF都满足选择波长的最小间隔2ε，两级级联后选择波长的最小间隔可以达到ε，这样既满足了OADM选择波长间隔ε的要求，又不会产生串扰。只经过一级AOTF下路的λ₁λ₅λ₇信号分别经过光学衰减器(ATT)进行功率衰减，使其与经过两级AOTF下路的λ₂信号实现输出功率均衡。

经第一级和第二级AOTF下路的多波长信号，被一个1×4的耦合器分路。分路后的信号仍为复用信号，再经过AOTF滤波器分别滤出λ₁λ₂λ₅λ₇信号，实现单个波长信号的选择，最后送往客户端接口，被用户接收。若插入的λ₁λ₂λ₇波长为标准波长，插入控制单元将按照G.692规范产生标准的光波长以上传信息。标准光波长由集成半导体激光器(LD)阵列1#产生，产生的光信号首先经过一个复用器复用为4路光复用信号，再通过1×4的耦合器均分成4路，每一路通过一个可调谐滤波器AOTF以选择任意一个波长，按要求分别选出λ₁λ₂λ₅λ₇信号，通过1个4×1的合波器合波，再与AOTF的直通信号一起上传到传输线上。

若用户上传的信号为ITU非标准信号，则先将用户上传的4路信号经过一个复用器复用为4路光复用信号，再通过1×4的耦合器均分成4路，每一路通过一个可调谐滤波器AOTF以选择任意一个波长，按要求分别选出λ₁λ₂λ₅λ₇信号，然后让这4路信号中的ITU非标准信号经过OTU，转换成ITU标准信号，再通过1个4×1的合波器合波，与AOTF的直通信号一起上传到传输线上。传输线上的各信号波长再通过功率控制模块进行功率均衡，然后与加入的监控信号一起经复用器合波，最后被光放大设备放大输出，从而实现本地信号的全光透明分插复用。

Claims

1、一种基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，包括：解复用器，用于对输入的波分复用信号进行解复用，从主信号中分离出某个百分比的光信号用于在线监测；

前置放大器，用于补偿复用信号的线路损耗；

光功率监测模块，由管理控制单元控制，监测每个通路的中心波长、光信噪比、光功率，当检测到光通道性能恶化时它向管理系统发送告警指示信号，使管理系统完成故障定位和保护倒换；

分插滤波模块，用于根据监控信道信息以波长为单位进行本地业务下路或插入；

所述的分插滤波模块连接下路控制单元、插入控制单元、射频控制单元、偏振色散补偿单元、光放大单元、温度控制单元；

所述的插入控制单元的输出端连接所述复用器；

复用器，用于将插入控制单元加载的插入信号、分插滤波模块中直通的信号、及

监控信道信息合波；

功率放大器，用于对合波后的光信号进行放大输出，补偿经过整个光分插复用器引入的损耗；

其特征在于：

2、如权利要求1所述的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，其特征在于：所述的下路1×2光开关包括直接与下路控制单元连接的直通端、与光学衰减器连接的衰减端，所述的光学衰减器的输出端连接下路控制单元。

3、如权利要求1或2所述的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，其特征在于：所述的下路控制单元包括与声光可调谐滤波器的第一输出端连接的耦合器，所述的耦合器连接分路器，所述的分路器经过用于实现每一路信号选择的声光可调谐滤波器后被用户接收；

所述的插入控制单元包括第一集成半导体激光器阵列、复用器、分路耦合器、用以选择波长的声光可调谐滤波器、合路耦合器，所述的集成半导体激光器的输出端连接复用器，所述的复用器的输出端连接分路耦合器，所述的耦合器的输出端连接声光可调谐滤波器，所述的声光可调谐滤波器的输出端连接合路耦合器。

4、如权利要求3所述的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，其特征在于：在所述的插入控制单元中，所述的声光可调谐滤波器与合路耦合器之间设有光转发模块，用于提供信号的接入，将非标准的波长转换为标准波长，所述的光转发模块包括整形单元、放大单元以及定时再生单元，调制后再与其他波长合路。

5、如权利要求4所述的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，其特征在于：所述的声光可调滤波与复用器之间设有偏振色散补偿单元，用于消除未经处理的直通信号TE与TM模式存在的传播速度间的差异。

6、如权利要求5所述的基于声光可调谐滤波器的光学分插复用器，其特征在于：所述的光学分插复用器还包括保护倒换模块、用于分插滤波模块故障时替换的冗余配置模块，所述的前置放大器与分插滤波模块、复用器与功率放大模块之间均设有保护倒换模块，所述的保护倒换模块、冗余配置模块皆通过管理控制单元控制。