专利名称：具有模式耦合接收机的无源光网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及无源光网络(passive optical network ;Ρ0Ν)技术，更具体地，涉及一种具有模式耦合接收机的无源光网络。
背景技术：
因特网流量的增加及例如点播视频、高清电视(TV)、视频会议及互动在线游戏等新兴的多媒体应用要求增加接入网络的带宽。为满足带宽的增加并支持此类应用，目前世界范围内部署时分多路复用(Time Division Multiplexing ；TDM)无源光网络(Passive Optical Networks ；PON)(例如吉比特 PON(Gigabit PON ；GP0N)及以太网 PON(Ethernet PON5EPON))来潜在地服务数百万的用户。传统上，PON的最大传输距离小于或大约为20千米(km)且分光比为约1 16至约1 64，如国际电信联盟(International Telecommunication Union ；ITU)电信标准化部(Telecommunication Standardization Sector ;ITU-T)标准及电气电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers ；IEEE)标准中所详细规定。分光比是一个局局端设备(例如光线路终端 (Optical Line Terminal ；OLT))与多个用户设备(例如光网络终端(Optical Network Terminals ；ONT))的比率。
最近，传输距离大于约20km及分光比大于约1 64的长距离大分光比PON备受关注。在这类长距离大分光比PON中，在可对相同数量的用户终端机提供服务的情况下，局端的数目可实质上减少。另外，由于系统中的跳数减少，PON的层级可简化，设备费用及运行费用可降低，并且对实时流量(例如视频点播)的服务品质也得到提高。因此，ITU-T制定了关于距离扩展的GPON的标准(ITU-T G. 984.6)。在该标准中，长距离PON实施方式考虑使用光放大及/或光电光(Optical-Electrical-Optical ；0E0)再生。使用光放大器或光再生器，已证明可实现传输距离长达约100km的长距离Ρ0Ν。然而，光放大器或光再生器是有源设备，可增加系统中的费用及/或维护要求，对于大规模部署而言可能不具有吸引力。 不使用光放大器或光再生器而实现长距离PON很有吸引力但却难以实现。
发明内容
在一个实施例中，本发明包括一种包含模式耦合器及接收机的装置，该模式耦合器用以将多路光信号耦合入多个模式中；以及接收机，耦合至所述模式耦合器并用以检测所述模式，以获得所述光信号，其中所述光信号耦合来自单模光纤。
在另一实施例中，本发明包括一种包含单模波导及检测器的装置，该单模波导用以传输一个或多个单模信号；以及检测器，耦合至所述单模波导，用于检测所述单模信号， 其中所述单模信号无损耗地从所述单模波导充分地耦合至所述检测器。
在再一实施例中，本发明包括一种方法，该方法包括接收多个单模光信道，将这些单模光信道耦合入多模信道中；检测对应于该多模信道中的这些信道的光模式。
下面的详细介绍以及附图和权利要求将有助于理解本发明的上述及其他特点。
为了更全面地理解本发明，现在结合附图及实施方式参照以下简要说明，其中类似的参考编号表示类似的部件。
图1为PON实施例的示意图。
图2为长距离/大分光比PON实施例的示意图。
图3是光纤耦合器实施例的示意图。
图4是波导耦合器实施例的示意图。
图5是熔接式光纤耦合器实施例的示意图。
图6是经改良熔接式光纤耦合器实施例的示意图。
图7是熔接式光纤透镜耦合器实施例的示意图。
图8是经改良熔接式光纤透镜耦合器实施例的示意图。
图9是棱镜耦合器实施例的示意图。
图10是波导光电二极管耦合器实施例的示意图。
图11是长距离/大分光比PON检测方法实施例的示意图。
具体实施例方式在开始时便应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的例示性实施方式，但可以使用任何数目的技术(无论是目前已知的技术还是已存在的技术)来实施所揭示的系统及 /或方法。本发明绝不限于下文给出的例示性实施方式、图及技术，包括本文中阐述及说明的例示性设计及实施方式，而是可在随附权利要求书的范围以及其等效项的整个范围内进行修改。
本发明揭示用于在不使用光放大器及光再生器的情况下部署长距离/大分光比 PON的系统及装置。这些长距离/大分光比PON系统例如在OLT处包含低损耗模式耦合接收机，该低损耗模式耦合接收机可用以增加PON的最大传输距离及/或分光比。这些PON 系统可包含多个不同的低损耗模式耦合接收机，这些不同的低损耗模式耦合接收机可基于不同的将多个单模光信道耦合入多模光信道的方案。这些不同的低损耗模式耦合接收机可包括光纤耦合器、波导耦合器、熔接式光纤耦合器、经改良熔接式光纤耦合器、熔接式光纤透镜耦合器、经改良熔接式光纤透镜耦合器、棱镜耦合器及波导光电二极管耦合器。这些低损耗模式耦合接收机可提高长距离大分光比PON部署中的功率预算。
图1显示PON 100的一个实施例。PON 100包含OLT 110、多个ONT 120、及ODN 130, ODN 130可耦合至OLT 110及ONT 120。PON 100可为不需要任何有源组件来在OLT110与ONT 120之间分配数据的通信网络。而是，PON 100可在ODN 130中使用无源光组件在OLT 100与ONT 120之间分配数据。在一个实施例中，PON 100可为下一代接入(Next Generation Access ；NGA)系统，例如十吉比特/秒((ibps)GPON(XGPON)，该系统可具有约十个(ibps的上行带宽及至少约2.5(ibpS的上行带宽。或者，PON 100可为任何基于以太网的网络，例如IEEE 802. 3ah标准所规定的EPON、IEEE 802. 3av标准所规定的十吉比特 ΕΡ0Ν、异步传输模式 PON (asynchronous transfer mode PON ；ΑΡΟΝ)、ITU-T G. 983 标准所规定的宽带PON(broadband PON ；ΒΡ0Ν)、ITU_T G. 984标准所规定的GP0N、或波分多路复用 (wavelength division multiplexed ；WDM)PON(WPON)，这些系统均如同整体复制一般以引用方式并入本文中。
在一个实施例中，OLT 110可为用以与ONT 120及另一网络(未图示)进行通信的任何器件。具体来说，OLT 110可担当该另一网络与ONT 120之间的中介。举例而言，OLT 110可将从该网络所接收的数据转发至ONT 120，并将从ONT 120所接收的数据转发至该另一网络上。尽管OLT 110的具体配置可因PON 100的类型而异，但在一个实施例中，OLT 110 可包含发送机及接收机。当该另一网络使用与PON 100中所用PON协议不同的网络协议时， 例如使用以太网或同步光网络连接/同步数字体系(Synchronous Optical Networking/ Synchronous Digital Hierarcy ；SONET/SDH)时，OLT 110 可包含用于将该网络协议转换成PON协议的转换器。OLT 110转换器还可将PON协议转换成该网络协议。OLT 110通常可位于中心位置处，例如位于局端处，但也可位于其他位置处。
在一个实施例中，ONT 120可为用以与OLT 110及客户或用户(未图示)进行通信的任何器件。具体来说，ONT 120可担当OLT 110与客户之间的中介。举例而言，ONT 120 可将从OLT 110所接收的数据转发至客户，并将从客户所接收的数据转发于OLT 110上。尽管ONT 120的具体配置可因PON 100的类型而异，但在一个实施例中，ONT 120可包含光发送机及光接收机，该光发送机用以向OLT 110发送光信号，而该光接收机用以从OLT 110接收光信号。另外，ONT 120可包含转换器及第二发送机及/或接收机，该转换器会将光信号转换成供客户使用的电信号，例如以太网或异步传输模式(asynchronous transfer mode ； ATM)协议中的信号，而该第二发送机及/或接收机可向客户器件发送电信号及/或从客户器件接收电信号。在某些实施例中，ONT 120与光网络单元(optical network unit ；0NU) 相似，且因而这两个术语可在本文中交换使用。ONT 120通常可位于分布式位置处，例如位于客户驻地，但也可位于其他位置处。
在一个实施例中，ODN 130可为数据分配系统，其可包含光纤电缆、耦合器、分路器、分配器、及/或其他设备。在一个实施例中，这些光纤电缆、耦合器、分路器、分配器、及/ 或其他设备可为无源光组件。具体来说，这些光纤电缆、耦合器、分路器、分配器、及/或其他设备可为不需要任何功率来在OLT 110与ONT 120之间分配数据信号的组件。或者，ODN 130可包含一个或多个有源组件，例如光放大器。ODN 130通常可以如图1中所示的分支配置从OLT 110延伸至ONT 120，但也可按任何其他点对多点配置形式构造而成。
PON 100可具有小于或等于约20km的最大传输距离以及小于或等于约1 64的分光比。举例而言，在ODN 130中可使用多个分路器将每一支光纤划分成多个分支，直到达到上述分光比。通常，为增大PON 100的分光比以及增加PON 100的最大传输距离，可增加多个光放大器及/或光再生器，举例而言，以耦合ODN 130中的某些光纤电缆并由此升高光信号功率，从而实现更长的距离及/或更大的分光比。然而，分路器与光放大器(或光再生器)的此类组合可增加部署的费用，而这可能不符合要求或不实用。
图2显示长距离/大分光比PON 200的一个实施例，长距离/大分光比P0N200可具有增加的最大传输距离，例如大于约20km。另外或另一选择为，长距离/大分光比PON 200可具有增大的分光比，例如大于约1 64。具体来说，长距离/大分光比PON 200可用以不在系统中使用光放大器或光再生器的情况下实现更长的最大传输距离及/或更大的分光比。长距离/大分光比PON 200可包含OLT 210、多个ONT 220、耦合至OLT 210及ONT 220的ODN 230。类似于P0N100，长距离/大分光比PON 200可为GOPN系统、EPON系统、 APON系统、BPON系统、WPON系统或NGA系统。
类似于OLT 110，OLT 210可用以与ONT 220及另一网络(未图示)进行通信并可担当该另一网络与ONT 220之间的中介。OLT 210可包含接收机(Rx) 211、发送机(Tx) 212、 及多个光信号分离器213。这些光信号分离器可为用以在OLT 210处分离上行光信号与下行下行光信号的任何器件。举例而言，光信号分离器213可为WDM双工器或光环形器，其可通过多个第一光纤接收来自ODN 230的上行光信号并通过多个第二光纤将这些上行光信号转发至Rx211。这些第一光纤可用于来往于ONT 220的双向传输而这些第二光纤可为单模光纤。光分离器213还可通过多个第三光纤接收来自Tx 212的下行光信号并通过这些第一光纤将这些下行光信号转发至ODN 230。
另外，OLT 210可包含模式耦合器214及OLT分路器215，模式耦合器214耦合至 Rx 211及光信号分离器213，而OLT分路器215耦合至Tx 212及光信号分离器213。模式耦合器214可为用以将来自ONT 220的上行光信号耦合入Rx 211的任何器件。可通过ODN 230将这些上行光信号转发至Rx 211, ODN 230可耦合至光信号分离器213。具体来说，模式耦合器214可将这些上行光信号耦合入不同的光模式中，例如类似于空分多路复用方案。 这些经耦合的上行光信号可被转发至Rx 211且因而被检测到。Rx 211可检测对应于这些上行光信号的多个耦合模式或信道。与使用分光器的传统接收方案相比，将这些上行光信号耦合入不同的光模式中可降低各光信号的插入损耗并由此改善检测。降低光检测方案中的插入损耗可增加系统用于上行传输的功率预算，这可扩展这些上行光信号从ONT 220至 OLT 210的最大传输距离。另外，增加功率预算可能够实现在系统中服务更多ONT 220的更大分光比。这样，使用模式耦合器214可在不增加光放大器或光再生器的情况下提高系统的长距离及分光比能力。
OLT分路器215可为用以将来自Tx 212的下行光信号分路为多个下行信号支路的任何器件，这些下行信号支路可被转发至光信号分离器213。光信号分离器213可将这些下行光信号转发至ODN 230。与模式耦合器214所提供的功率预算增加相比，OLT分路器 215对于下行传输可不提供或提供不太显著的功率预算增加。然而，可将这些下行光信号以等于约1490纳米(nm)的波长传送，所遭受的光纤损耗可比(例如以约1310nm传送的)上行光信号低。因而，系统对下行光信号的长距离及分光比要求可低于对上行光信号的要求。 因此，使用模式耦合器214与OLT分路器215的组合可改善系统中的总的长距离及分光比传输。
ODN 230可包含多个ODN分路器232, ODN分路器232会接收来自OLT 210的下行光信号。ODN分路器232可为用以将来自OLT 210的下行光信号分路成多个下行信号支路的任何器件。这些下行信号支路可被转发至ONT 220，ONT 220的配置可类似于ONT 130。 具体来说，任意一个ODN分路器232均可通过这些第一光纤电缆(例如双向光纤电缆)耦合至光信号分离器213，并通过另外的类似于这些第一光纤电缆的多个光纤电缆耦合至多个相对应的ONT 220。在一个实施例中，ONT 220可通过多个光纤电缆耦合至每一 ODN分路器232，这些光纤电缆可并联地耦合于单个汇聚电缆中。在替代实施例中，ODN分路器232 可与OLT 210而非ODN 230 一起设置在局端处。
在一个实施例中，OLT 210可包含约四个光信号分离器213，这些光信号分离器 213可分别耦合至模式耦合器214及OLT分路器215，如图2中所示。因此，ODN 230可包含约四个ODN分路器232，这些ODN分路器232可分别通过不同的光纤电缆耦合至光信号分离器213中的一个。每一 ODN分路器232还可耦合至最多约八个ONT 220 (例如ONTl至 0NT8)。这样，长距离/大分光比PON 200可具有约1 32的分光比。在其他实施例中，长距离/大分光比P0N200可具有更大的分光比，例如大于或等于约1 64。举例而言，约四个ODN分路器232中的任意一个均可通过单独的光纤电缆耦合至最少约16个ONT 220。
此外，长距离/大分光比PON 200的架构可用于允许多个PON共享单个OLT端口， 举例而言，OLT 210可耦合至多个Ρ0Ν，这些PON可分别包含类似于ODN 230的ODN及类似于ONT 220的多个ONT。OLT 210可在初始PON推出阶段期间或向下一代PON演变的升级阶段期间部署。在初始推出阶段或升级阶段，每一 PON中的用户可能相对较少。因此，许多 PON可共享单个OLT端口，这可节省初始部署费用。当每一 PON中的用户数目增加时可随后增加另外的OLT端口。
表1显示可在长距离/大分光比PON 200中使用的PON配置的多个PON参数。这些PON参数可对应于上行光信号及下行光信号。长距离/大分光比P0N200可具有等于约 60km的最大传输距离及等于约1 32的分光比。举例而言，分光比对于模式耦合器214及任意一个OLT分路器215而言可等于约1 4，且对于任意一个ODN分路器232可等于约 1 8。对于上行光信号，这些PON参数可包含ONT传送功率(例如对于ONT 220中的任一个而言)以及OLT接收灵敏度(例如对于Rx 211而言)。ONT传送功率可等于约二分贝/ 毫瓦(dBm)且OLT接收灵敏度可等于约-32daii。上行信号的参数还可包含在约1310nm波长(对于上行传输而言)下对应于约60km距离的光纤损耗、第一分路器损耗(例如在ODN 分路器232中)、及模式耦合器损耗(例如假设一分贝(dB)的插入损耗)。该光纤损耗可等于约21dB，该第一分路器损耗可等于约十dB，且该模式耦合器损耗可等于约一 dB。另外， 可根据其余参数中的至少某些参数来计算上行传输的功率预算容限。功率预算容限可等于约二 dB。
类似地，下行光信号的PON参数值可包含OLT传送功率(例如对于Tx 212而言)、 约1490nm波长(对于下行传输而言)下对应于约60km距离的光纤损耗、第一分路器损耗 (例如在分光比为约1 8的ODN分路器232中)、第二分路器损耗(例如对于分光比为约1 4的OLT分路器215而言)、及ONT接收灵敏度(例如对于ONT 220中的任一个而言)。对于下行光信号，该OLT传送功率可等于约三dBm，该光纤损耗可等于约15dB，该第一分路器损耗可等于约十dB，该第二分路器损耗可等于约七dB，且该ONT接收灵敏度可等于约-32daii。这样，所计算的下行传输功率预算容限可等于约三dB，略微高于上行传输。由此，为上行传输提供低损耗模式耦合接收机以及为下行传输提供习用检测可足以提高系统的总的长距离及/或分光比能力。
表 1
权利要求
1.一种装置，其特征在于，所述装置包括模式耦合器，用以将多路光信号耦合入多个模式中；以及接收机，耦合至所述模式耦合器并用以检测所述模式，以获得所述光信号，其中所述光信号耦合来自单模光纤。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括耦合至所述模式耦合器的多个分路器，其中每一分路器还分别耦合至多个光网络终端。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括发送机，用以向所述光网络终端发送第二光信号；第二分路器，位于所述发送机与所述分路器之间，用于将所述第二信号分路为多个第二信号支路；以及多个分离器，耦合至所述模式耦合器、所述第二分路器以及所述分路器，用于将所述光信号从所述第二信号支路分离。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模式耦合器为棱镜，其中所述任意一个单模光纤中分别位于所述棱镜的各个表面，并分别对准所述棱镜的各个表面，且其中所述棱镜与所述接收机之间设置有透镜。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个单模光纤，位于所述模式耦合器与所述ONT之间，用于传输所述光网络终端发送的所述光信号；以及多模光纤，位于所述模式耦合器与所述检测器之间，用于将所述模式从所述模式耦合器传输至所述检测器。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述ONT的数量大于或等于大约64。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光信号的传输距离大于或等于大约20 千米。
8.一种装置，包括多个单模波导，用以传输多个单模信号；以及检测器，耦合至所述单模波导，用于检测所述单模信号，其中所述单模信号无损耗地从所述单模波导充分地耦合至所述检测器。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多模波导，所述多模波导位于所述单模波导与所述检测器之间，用于将所述单模信号耦合入多个传播模式中，其中所述检测器检测所述传播模式中的所述信号。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述任意一个单模波导的横截面的面积均小于所述任意一个多模波导的横截面的面积。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述单模波导为将锥形边缘耦合至所述多模波导的单模光纤，其中所述多模波导为多模光纤，且其中所述任意一个单模光纤所位于的角度小于或等于所述多模光纤的入射角度。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述单模波导、所述多模波导及所述检测器均熔接于芯片上，且所述任意一个单模波导所位于的角度小于或等于所述多模波导的入射角度。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述单模波导为将熔接部分耦合至所述多模波导的单模光纤，其中所述多模波导为多模光纤，且其中所述熔接部分的直径小于或等于大约所述多模光纤的芯的直径。
14.如权利要求9所述的装置器，其特征在于，所述单模波导对应于单光纤中的多个芯，其中所述多模波导为多模光纤，且其中所述单光纤的直径小于或等于大约所述多模光纤的直径。
15.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述单模波导为将熔接部分耦合至所述检测器的单模光纤，其中所述熔接部分的直径小于或等于大约所述检测器的横截面，且其中所述熔接部分与所述检测器之间设置有透镜。
16.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述单模波导对应于单光纤中的多个芯， 且所述单光纤与所述检测器之间设置有透镜且所述透镜用以将所述单模信号耦合入所述检测器中。
17.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述检测器为波导光电二极管，其中所述单模波导位于与所述波导光电二极管的相对面的边缘上并对准所述波导光电二极管内的吸收性波导，且其中所述任意一个单模波导与所述任意一个波导光电二级管之间设置有透^Ml O
18.一种方法，包括 接收多个单模光信道；将所述单模光信道耦合入多模信道中；检测对应于所述多模信道中的所述信道的光模式。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括传输第二信道的多个支路，其中所述第二信道的功率预算大于所述所接收的信道的功率预算。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述单模光信道耦合入所述多模信道中以增加用于传输所述单模光信道的功率预算。
全文摘要
本发明揭示一种包括模式耦合器及接收机的装置，该模式耦合器用以将多路光信号耦合入多个模式中，而该接收机耦合至该模式耦合器并用以检测这些模式以获得这些光信号，其中这些光信号耦合来自单模光纤。本发明还揭示一种包括多个单模波导及检测器的装置，这些单模波导用以传输多个单模信号，而该检测器耦合至这些单模波导并用以检测这些单模信号，其中这些单模信号实质上无损耗地从这些单模波导耦合至该检测器。本发明还揭示一种方法，该方法包括接收多个单模光信道，将这些单模光信道耦合入多模信道中，以及检测对应于该多模信道中的这些信道的光模式。
文档编号H04B10/00GK102187601SQ200980126203
公开日2011年9月14日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年10月31日
发明者程宁, 弗兰克·J·埃芬博格 申请人:华为技术有限公司