CN205490555U - 低成本高速数据传输放大系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低成本高速数据传输放大系统，包括一个CFP光模块、一段传输光纤、一个设置在系统接收终端前的半导体光放大器阵列子系统；所述半导体光放大器阵列子系统包括一个输入分路器，至少一个半导体光放大器，至少一个输出分路器；CFP光模块的输出端通过传输光纤接输入分路器的输入端；输入分路器的各输出端分别接一个半导体光放大器的输入端，各半导体光放大器的输出端分别接一个输出分路器的输入端；各输出分路器的输出端分别接系统接收端的一个接收终端。本实用新型可大大降低高速传输系统成本和功耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光传输系统，尤其是一种低成本的光放大传输系统。
背景技术
基于IEEE 802.3ba标准的40Gbit/s/100Gbit/s CFP光收发模块，适应了如今数据中心日益增加的带宽需求，同时降低通信系统的成本，有效地促进传输速率升级，从而使得骨干网充满了活力。但是40G/100G CFP光模块价格都非常昂贵，通常一个10km的100G CFP光模块价格都在十几万。40km CFP光模块的价格就更加昂贵了。
O波段（1260～1340nm）高速数据传输使得一度备受冷落的半导体光放大器重新回到人们的视觉中来。目前高速数据传输大多采用这一传输波段，一是因为这一波段的光器件比较便宜，另外高速数据传输的距离都比较短，一般只有几公里到十几公里。
目前40Gbit/s/100Gbit/s系统已经逐步进入规模化商用阶段，其光接口性能完全符合高速数据传输要求，对于城域网和短距离城际网应用的高速数据传输系统，数据中心距离能达到数十公里，客户侧40Gbit/s/100Gbit/s CFP光收发模块因传输距离较短而受到限制，信号到达接收端时候由于功率较低，无法接收。这时必须增加放大器来提高接收功率。通常的解决方案就是像专利《一种采用半导体光放大器的高速数据传输系统》（CN104270200A）所提出的解决方案增加一个半导体光放大器，如图1a、图1b和图1c所示，每个传输线路均包括一个CFP光模块1、传输光纤2、一个半导体光放大器3和一个接收机（即接收终端）4；
但是半导体光放大器有一个特点，商业化半导体光放大器输出功率一般比较低（尤其是跟EDFA等其他类型的光放大器相比较），即饱和输出功率比较低，目前商业化的半导体激光器的饱和输出功率只有10dBm左右， 所以低输出功率限制了它的使用场合，另外也增加了传输系统的成本，因为输出功率低，所以正常情况下，如专利CN104270200A中的图示可见，每个线路中都要配备一个CFP光模块1、传输光纤2、一个半导体光放大器3和一个接收机4。众所周知，100G高速数据传输目前刚刚进入起步阶段，其中的光路器件都是比较昂贵的，尤其是涉及到昂贵的CFP光模块，这一块的成本是非常大的。所以用于功率放大和线路放大时候，半导体光放大器起到的放大作用还是极其有限的，而且无法实现多路共享。
半导体放大器的工艺特点限制和决定了其饱和输出光功率很难提高。所以目前市场上很难买到大功率输出的半导体光放大器。但是半导体光放大器的增益做的高一点并不是难事，因为增益可以通过加大注入电流密度来增加增益系数，还可以通过增加增益介质的长度来增加增益。一般来说，增益为20～30dB的中等增益的半导体光放大器还是比较容易得到的。换句话说，采购这种中等增益的半导体光放大器比采购小增益的半导体光放大器并不会增加成本。
发明内容
在上述应用背景和光路器件的商用成本的前提下，本实用新型提供一种低成本高速数据传输放大系统，通过在系统接收端配置一个半导体光放大器阵列子系统，根据接收终端的数目配置各个半导体光放大器的增益，这样就可以大大节省系统建设成本：在一些多用户高速数据传输系统中，既省掉一些价格昂贵的CFP光模块，也省掉了部分传输光纤，还减少了半导体光放大器的数量，而且相同的业务还可以分配到更多的用户终端。这样均摊了单用户使用成本，使得高速数据传输系统成本大大降低。本实用新型采用的技术方案是：
一种低成本高速数据传输放大系统，包括一个CFP光模块、一段传输光纤、一个设置在系统接收终端前的半导体光放大器阵列子系统；
所述半导体光放大器阵列子系统包括一个输入分路器，至少一个半导体光放大器，至少一个输出分路器；
CFP光模块的输出端通过传输光纤接输入分路器的输入端；输入分路器的各输出端分别接一个半导体光放大器的输入端，各半导体光放大器的输出端分别接一个输出分路器的输入端；各输出分路器的输出端分别接系统接收端的一个接收终端。
进一步地，所述半导体光放大器包括输入光分路器、输入隔离器、半导体光放大器件、输出隔离器、输出光分路器、输入光检测器、输出光检测器和主控制器；
输入光分路器的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器接半导体光放大器件的输入端，次路输出端通过输入光检测器接主控制器；
半导体光放大器件的输出端通过输出隔离器接输出光分路器的输入端；输出光分路器的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器接主控制器；
主控制器接半导体光放大器件的控制端；主控制器监测半导体光放大器输入端和输出端的光信号，对半导体光放大器件进行反馈控制。
本实用新型的优点在于：针对高速数据传输场合，其传输距离并不远，传输损耗并不大，本实用新型提出的半导体光放大器阵列子系统解决方案可以大大节省发射端的CFP光模块数量和传输光纤数量和半导体光放大器数量，同时还可以增加接收端的用户数量，这样均摊了单用户使用成本，使得高速传输系统成本大大降低。该方案同时节省了线路的总损耗和每一路的平均损耗，符合国家经济发展提出的节能减排的指导思想。
附图说明
图1为现有技术中高速数据传输系统第一种传输线路示意图。
图2为现有技术中高速数据传输系统第二种传输线路示意图。
图3为现有技术中高速数据传输系统第三种传输线路示意图。
图4为现有技术实现16个终端用户接收的高速数据传输方案示意图。
图5为低增益半导体光放大器的增益谱示意图。
图6为中等增益半导体光放大器的增益谱示意图。
图7为本实用新型实施例中高速数据传输放大系统结构示意图。
图8为本实用新型的半导体光放大器内部结构图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
在一般的高速数据传输中，如果选用O波段 CFP 光模块，配合使用的放大器通常要选用半导体光放大器。半导体光放大器一般是按照固定增益设计的。其增益谱如图5和图6所示。一般半导体光放大器有一个推荐电流值，在该驱动电流下，半导体光放大器工作在最佳工作状态。图5和图6分别给出两个半导体光放大器的增益和饱和输出功率属性。图5中是一个增益为12dB,饱和输出功率为11dBm的半导体光放大器。图6中是一个增益为22dB，饱和输出功率为11dBm的半导体光放大器。
图1给出专利申请CN104270200A中所描述的一种半导体光放大器在40G/100G高速传输中的应用案例。图1中描述的是高速信号经过光纤传输后，信号功率下降，在接收机前增加一个增益为G1的半导体光放大器放大后到接收机。在这种方案中，要实现40km的数据传输，光纤损耗一般达到14dB(1310nm波长光纤损耗为0.35dB/km)。到接收端的信号一般达到-10dBm，如果CFP光模块是4*25Gb/s的系统，每一路的入纤功率只有-16dBm。无法达到接收机的最小灵敏度要求；所以接收端必须需要配置一个增益为G1的半导体光放大器（图1中,G1=12dB，饱和输出功率11dBm），使得进入接收机的信号可以达到接收要求。
图4给出在16路用户的情况下高速数据传输案例。如果按照上述专利申请中常规方案，就需要在发送端配置16个CFP光模块,16段传输光纤，16个增益为G1的半导体光放大器，才能实现16个用户的高速数据传输。
本实用新型提出的低成本高速数据传输放大系统，包括一个CFP光模块1、一段传输光纤2、一个半导体光放大器阵列子系统3；半导体光放大器阵列子系统3设置在系统接收端的接收终端4前；
半导体光放大器阵列子系统3包括一个分光比为1:N的输入分路器31，N个半导体光放大器32，N个分光比为1:M的输出分路器33；N，M通常是偶数；也就是说输入分路器31和输出分路器33可以是根据实际使用要求而配置的1:2, 1:4,1:8,1:16等等的分路器；
图7中，CFP TX1代表CFP光模块1（CFP光模块1是一个光收发模块），DMUX1IN代表输入分路器31，G2,1至G2,4代表四个半导体光放大器32，DMUX1OUT至DMUX4OUT代表四个输出分路器33；CFP光模块1的输出端通过传输光纤2接输入分路器31的输入端；输入分路器31的各输出端分别接一个半导体光放大器32的输入端，各半导体光放大器32的输出端分别接一个输出分路器33的输入端；各输出分路器33的输出端分别接系统接收端的一个接收终端4。图7中的接收终端4有16个，分别是RX1,1----RX4,4；
在本方案中，发射端只需要1个CFP光模块,1段传输光纤，接收端由16个半导体光放大器更换为一个半导体光放大器阵列子系统3。该子系统的构成为：1个1：4的输入分光器31，4个增益为G2的半导体光放大器32， 4个1：4的输出分光器33。在这个案例中，半导体光放大器32的增益G2可以配置为22dB，或者其他类似中高增益,饱和输出功率为11dBm（图6）。这样就可以实现图4所示的16路接收终端的高速数据传输。
比较图4和图7的实施案例，本实用新型采用了4个中等增益的半导体光放大器，但是节省了15个CFP光模块，15段传输光纤等价格昂贵的设备，而且节省了12个半导体光放大器。也就是用4个G2增益的半导体光放大器代替了16个G1增益的半导体光放大器。该方案只是增加了5个1：4分光器，而通常这种无源的分光器价格都比较低廉。
所述半导体光放大器32如图8所示，包括输入光分路器321、输入隔离器322、半导体光放大器件323、输出隔离器324、输出光分路器325、输入光检测器326、输出光检测器327和主控制器328；
输入光分路器321的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器322接半导体光放大器件323的输入端，次路输出端通过输入光检测器326接主控制器328；半导体光放大器件323的输出端通过输出隔离器324接输出光分路器325的输入端；输出光分路器325的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器327接主控制器328；主控制器328接半导体光放大器件323的控制端；主控制器328监测半导体光放大器32输入端和输出端的光信号，对半导体光放大器件323进行反馈控制。
实施过程中，半导体光放大器32都需要工作在线性区。
本方案在节省成本的同时，又是一个低功耗方案。不仅节省了发送端CFP光模块的数量，减小发送端功率损耗。同时节省了接收端的半导体光放大器的数量。也降低了接收端的功率损耗。自然传输系统总功耗大大下降。
上述实施方案中作为与传统结构的对比选用了相同增益的半导体光放大器G2。但是在实际实施过程中，并不需要每路半导体光放大器配置相同增益，可根据输出接收终端的的接收功率范围选择最佳增益的半导体光放大器。
以上所述仅为本实用新型的一个具体实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种低成本高速数据传输放大系统，其特征在于，包括一个CFP光模块(1)、一段传输光纤(2)、一个设置在系统接收终端(4)前的半导体光放大器阵列子系统(3)；
所述半导体光放大器阵列子系统(3)包括一个输入分路器(31)，至少一个半导体光放大器(32)，至少一个输出分路器(33)；
CFP光模块(1)的输出端通过传输光纤(2)接输入分路器(31)的输入端；输入分路器(31)的各输出端分别接一个半导体光放大器(32)的输入端，各半导体光放大器(32)的输出端分别接一个输出分路器33的输入端；各输出分路器33的输出端分别接系统接收端的一个接收终端(4)。
2.如权利要求1所述的低成本高速数据传输放大系统，其特征在于：
所述半导体光放大器(32)包括输入光分路器(321)、输入隔离器(322)、半导体光放大器件(323)、输出隔离器(324)、输出光分路器(325)、输入光检测器(326)、输出光检测器(327)和主控制器(328)；
输入光分路器(321)的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器(322)接半导体光放大器件(323)的输入端，次路输出端通过输入光检测器(326)接主控制器(328)；
半导体光放大器件(323)的输出端通过输出隔离器(324)接输出光分路器(325)的输入端；输出光分路器(325)的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器(327)接主控制器(328)；
主控制器(328)接半导体光放大器件(323)的控制端；
主控制器(328)监测半导体光放大器(32)输入端和输出端的光信号，对半导体光放大器件(323)进行反馈控制。
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