TWI587651B - 二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路 - Google Patents

Description

二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路

本發明是有關於一種二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，特別是以二階注入鎖模技術雷射發射機為頭端光源，搭配負色散光纖和時脈及資料回復電路達成快速高資料量傳輸。

隨著網路通訊的日漸普及，光纖網路也需要更加普及。被動式光纖網路具有安全、維護成本低、可塑性高三大特色，在實際應用上，高速資料量傳輸為被動式光纖網路的首要設計考量，垂直共振腔面射型雷射在1.55-μm單模情況下，因為其線寬非常窄的同調光源，現今被發展為高速資料量傳輸的發射機。鑒於單一雷射的頻率響應約10GHz，對於日益增長的資料傳輸不敷使用，而技術成熟的一階注入鎖模雷射雖然增加了頻率響應，不過也達到頻寬上的瓶頸。

然而直調雷射會產生嚴重的啁啾效應，限制了傳輸距離，在啁啾效應與色散交互作用下使得訊號失真。

鑑於先前技術所述，本發明的目的在於提供一種二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路。

為達上述目的，本發明提供一種二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，包含：一分散式回饋雷射；一第一光循環器，第一端光耦接於分散式回饋雷射；一第一垂直共振腔面射型雷射，光耦接於光環型器之第二端，藉由分散式回饋雷射產生一階注入；一第一極化控制器，光耦接於第一光環型器之第二端及第一垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態；一第二光循環器，光耦接於第一光環型器之第三端；一第二垂直共振腔面射型雷射，光耦接於第二光環型器之第二端，產生二階注入；一第二極化控制器，光耦接於第二光環型器之第二端及第二垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更可以包含一高頻寬光檢測器以及一誤碼率分析儀，第二光環型器之第三端光耦接於高頻寬光檢測器，高頻寬光檢測器電連接誤碼率分析儀。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更可以包含一負色散光纖，降低光色散所造成的失真現象，以及一可調式光衰減器，光耦接於第二光循環器之第三端及高頻寬光檢測器之間。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更可以包含一低雜訊放大器，用以降低訊號失真，電連接於 高頻寬光檢測器及誤碼率分析儀之間。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更可以包含一時脈及資料回復電路電連接於低雜訊放大器及誤碼率分析儀之間，修復所接收到的資料。

另外，在本發明還提供一種二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，包含：二分散式回饋雷射；二第一光循環器，各該光循環器第一端光耦接於各該分散式回饋雷射；二第一垂直共振腔面射型雷射，各該垂直共振腔面射型雷射分別光耦接於各該光循環器之第二端，產生一階注入；二第一極化控制器，各該光耦接於第一光環型器之第二端及第一垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態；二第二光循環器，分別光耦接於各該第一光環型器之第三端口；二第二垂直共振腔面射型雷射，光耦接於各該第二光環型器之第二端，產生二階注入；二第二極化控制器，各該光耦接於第二光環型器之第二端及第二垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更可以包含二高頻寬光檢測器；以及二誤碼率分析儀。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更可以包含二負色散光纖；以及二可調式光衰減器，分別光耦接一負色散光纖及一可調式光衰減器於各該第二光循環器之第三端及高頻寬光檢測器之間。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更可以包含二低雜訊放大器，分別電連接於各該高頻寬 向被動光纖網路，更可以包含二低雜訊放大器，分別電連接於各該高頻寬光檢測器及誤碼率分析儀之間。

在本發明的其他實施方式中，二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更可以包含二時脈及資料回復電路電連接於低雜訊放大器及誤碼率分析儀之間。

為滿足與日俱增的通訊需求，光纖網路也日益普及，被動式光纖網路技術的成熟被逐漸關注於實現新世代寬頻網路，而新一代面射型雷射希望優化到幾十GHz調變頻寬，因此我們提出且證實了二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，結合了光學特性和面射型雷射優點，克服了雷射二極體的頻寬瓶頸，開啟了一個創新且可實施的高速系統，一階注入已被證實有效的增加面射型雷射頻率響應，為獲得更佳的被動式光纖網路傳輸成果，二階注入鎖模技術更加增強面射型雷射的頻率響應，近期直調式發射機價格低於外調式發射機因此更有吸引力的應用於被動式光纖網路，然而直調式發射機引起嚴重的啁啾效應且色散容限限制了傳輸距離，直調式發射機在光纖中產生的色散與啁啾效應交互作用下嚴重的限制了雙向被動光纖網路，造成無法忍受的失真，因此色散補償設備克服色散影響以及降低訊號失真，運用負色散光纖的特性改善直調式被動光纖網路中雷射的啁啾效應以及增加色散容限。

在本發明中，二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路搭配負色散光纖成功的將60Gbps資料量傳輸20公里，提供了有價值的寬頻網路應用於高資料量通訊傳輸。

1‧‧‧分散式回饋雷射

2、5‧‧‧光循環器

4、7‧‧‧極化控制器

3、6‧‧‧垂直共振腔面射型雷射

8、15‧‧‧二階注入鎖模技術雷射

9、16‧‧‧高頻寬光檢測器

10、17‧‧‧誤碼率分析儀

11、18‧‧‧負色散光纖

12、19‧‧‧可調式光衰減器

13、20‧‧‧低雜訊放大器

14、21‧‧‧時脈及資料回復電路

圖一為直調式二階注入鎖模技術雷射。

圖二為本發明之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路之示意圖。

圖三係根據不同操作電壓下垂直共振腔面射型雷射之頻率響應。

圖四為二階注入與一階注入頻率響應之比較圖。

圖五所示使用負色散光纖與使用單模光纖誤碼率之比較圖。

圖六所示BTB、15km NDF、20km NDF誤碼率之比較圖。

請參照圖一，為提出的二階注入鎖模技術，為本發明之直調式二階注入鎖模技術雷射發射機8及15作為發送端之示意圖，其包含一分散式回饋雷射(Distributed Feedback Laser Diode，DFB)1、二光循環器(circulator)2及5、二極化控制器(polarizer controller)4及7、二垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)3及6。

請參照圖二，圖二是根據本發明之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路。二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路使用二階注入鎖模技術雷射發射機為發送端進行雙向傳輸，其包含兩個二階注入鎖模技術雷射8及15、二60GHz高頻寬光檢測器(60GHz Photodiode)9及16、二誤碼率分析儀(Bit Error Rate Tester，BERT)10及17、二負色散光纖(negative dispersion fiber,NDF)11及18、二可調式光衰減器(variable optical attenuator，VOA)12及19、二60GHz低雜訊放大器(low noise amplifer,LNA)13及20、時脈及資料回復電路(Clock and Data.Recovery，CDR)14及21。

配合參閱圖一，其繪示出圖二之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路之其中一向，二階注入鎖模技術雷射發射機8上載入60Gbps偽隨機二進制序列(pseudorandom binary sequence，PRBS)2²³-1後，經由一可調式光衰減器(VOA)12，經過20km負色散光纖-2.2ps/nm/km(NDF)11，進入60GHz高頻寬光檢測器(60GHz PD)9在1550nm頻率響應0.7mA/mW以及60GHz帶有3-dB頻寬，為了降低放大過程中的雜訊，使用一低雜訊放大器(LNA)13雜訊系數(noise figure，NF)3.4dB，再使用時脈及資料回復電路(CDR)，最後使用一誤碼率分析儀(BERT)9接收訊號。

1‧‧‧分散式回饋雷射

2、5‧‧‧光循環器

4、7‧‧‧極化控制器

3、6‧‧‧垂直共振腔面射型雷射

8、15‧‧‧二階注入鎖模技術雷射發射機

9、16‧‧‧高頻寬光檢測器

10、17‧‧‧誤碼率分析儀

11、18‧‧‧負色散光纖

12、19‧‧‧可調式光衰減器

13、20‧‧‧低雜訊放大器

14、21‧‧‧時脈及資料回復電路

Claims (15)

1. 一種二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，包含：一分佈回饋型雷射；一第一光循環器，第一端光耦接於分散式回饋雷射；一第一垂直共振腔面射型雷射，光耦接於第一光循環器之第二端，藉由分散式回饋雷射產生一階注入；一第一極化控制器，光耦接於第一光循環器之第二端及第一垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態；一第二光循環器之第一端，光耦接於第一光循環器之第三端；一第二垂直共振腔面射型雷射，光耦接於第二光循環器之第二端，產生二階注入，並輸出一下行光訊號；一第二極化控制器，光耦接於第二光循環器之第二端及第二垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態。
2. 如請求項1所述之二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更包含一負色散光纖，以及一可調式光衰減器；該可調式光衰減器耦接於第二光循環器之第三端及該負色散光纖之間；以及該負色散光纖，耦接於該可調式光衰減器及接收端之間。
3. 如請求項2所述之二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，其中，下行光訊號在第二光循環器之第三端進入可調式光衰減器，再進入負色散光纖進行色散補償及傳輸至下行接收端。
4. 如請求項2所述之二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，其中，下行接收端包含一高頻寬光檢測器，以及一誤碼率分析儀。
5. 如請求項4之二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，其中下行光訊號通過負色散光纖傳輸至下行接收端，再進入高頻寬光檢測器將光訊號轉為電訊號，再接於誤碼率分析儀測量下行光訊號之訊號品質。
6. 如請求項5所述之二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更包含一低雜訊放大器，電連接於高頻寬光檢測器及誤碼率分析儀之間。
7. 如請求項6所述之二階注入鎖模技術所建構之被動光纖網路，更包含一時脈及資料回復電路，電連接於低雜訊放大器及誤碼率分析儀之間。
8. 一種二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，包含：二分散式回饋雷射；二第一光循環器，各該光循環器第一端光耦接於各該分散式回饋雷射； 二第一垂直共振腔面射型雷射，各該垂直共振腔面射型雷射分別光耦接於各該光循環器之第二端，產生一階注入；二第一極化控制器，各該光耦接於第一光循環器之第二端及垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態；二第二光循環器，分別光耦接於各該第一光循環器之第三端口；二第二垂直共振腔面射型雷射，光耦接於各該第二光循環器之第二端，產生二階注入，並輸出一上行光訊號；二第二極化控制器，各該光耦接於第二光循環器之第二端及第二垂直共振腔面射型雷射之間，維持光極化態。
9. 如請求項8所述之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更包含二高頻寬光檢測器，以及二誤碼率分析儀。
10. 如請求項9所述之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更包含二可調式光衰減器，二負色散光纖；可調式光衰減器耦接於第二光循環器之第三端及負色散光纖之間；以及一負色散光纖耦接於一可調式光衰減器及接收端之間。
11. 如請求項10之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，其中該第二光循環器之第三端接於可調式光衰減器，上行光訊號通過第二光循環器之第三端進入可調式光衰減器，再進入負色散光纖進行色散補償及傳輸至上行接收端。
12. 如請求項11所述之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，上行接收端包含二高頻寬光檢測器，以及二誤碼率分析儀。
13. 如請求項12之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，其中該上行光訊號通過負色散光纖傳輸至上行電路，再進入高頻寬光檢測器將光訊號轉為電訊號，再接於誤碼率分析儀測量上行光訊號之訊號品質。
14. 如請求項10所述之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更包含二低雜訊放大器，分別電連接於各該高頻寬光檢測器及誤碼率分析儀之間。
15. 如請求項14所述之二階注入鎖模技術所建構之雙向被動光纖網路，更包含二時脈及資料回復電路，電連接於各該低雜訊放大器及誤碼率分析儀之間。