专利名称：一种可用作wdm-pon光源的外腔激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于波分复用无源光网络(WDM-PON)技术领域，具体涉及到一种 可用作WDM-PON光源的基于半导体增益介质的外腔激光器。
背景技术：
目前，无源光网络(PON)是解决接入网"最后一公里"、实现FTTX的最 具吸引力的技术。PON按信号分配方式可以分为功率分割型无源光网络 (PS-PON)和波分复用型无源光网络(WDM-PON)。目前，APON、 BPON、 EPON、 GPON均属于PS-PON。 WDM-PON则是将波分复用技术运用在PON中，光波分复 用器将光线路终端(OLT)发出的多波长信号集中到一个光纤中传输到远端节 点(RN),再利用远端节点(RN)的光波分复用器将信号根据波长不同分配到 各路光网络单元(ONU)。 WDM-PON结合了 WDM技术和PON拓扑结构的优点，日 益成为一种高性能的接入方式。WDM-PON采用波长作为用户端光网络单元ONU 的标识，利用波分复用技术实现上行接入，能够提供较宽的工作带宽，可以 实现真正意义上的对称宽带接入。同时，还可以避免时分多址技术中ONU的 测距、快速比特同步等诸多技术难点，并且在网络管理以及系统升级性能方 面具有明显优势。目前，WDM-PON系统面临的最大困难是器件成本过高，多数 仍处于实验室的理论研究阶段。但在光接入网方面表现突出的韩国，最近开 始测试并小规模试商用WDM-PON系统。随着技术的进步，波分复用光器件和 有源器件的成本大幅度下降，WDM-PON技术将成为PON接入网发展的方向。
现在WDM-PON系统面临的最大困难是有源器件成本太高，特别是OLT光 源和ONU光源。
OLT光源一般有如下几种
1. 一组波长接近的、离散的、可调谐的DFB激光器(DFB激光器阵列)，
4利用温度调谐产生多波长的下行信号。DFB激光器阵列输出光谱可以通过控制 温度统一调谐，容易实现波长监控，但由于DFB激光器输出波长随波导有效 折射率变化，很难精确控制输出光谱与波长路由器信道间隔匹配。
2. 采用多频激光器(MFL)。 MFL是一种基于集成半导体放大器和WGR (Waveguide Grating Router)技术的新型WDM激光器，包含N个光放大器
和一个1 xN的阵列波导光栅，阵列波导光栅的每个输入端集成一个光放大器。
3. 波长锁定FP激光器。最近，基于波长锁定FP激光器的WDM-PON系统 被采纳并开始商用。该系统把FP激光器作为OLT和ONU的信号发射器。该方 案需要一个或多个高功率宽带光源为FP激光器提供波长锁定的输入光。
ONU光源一般有如下几种
1. 单频激光器。目前，宽调谐单模DFB激光器阵列可以满足要求，但由 于价格昂贵、仍处于实验阶段，距市场化应用还有一定的距离。
2. 回环。光回环技术是利用OLT发出的一部分下行光信号作为载波，在 ONU中调制上行信号，再发送到OLT。光回环技术避免了使用ONU光源，但也 存在一些缺点。它要求OLT光源输出功率很大，以支持上下行传输。回环的 另一个缺点是，为了避免瑞利后向散射造成的较大干扰，必须将上下行信号 分离在不同的光纤里进行传输，导致光纤数量、路由器端口数量成倍增加， 设备安装维护的复杂度提高。
3. 宽光源光谱分割。WDM—PON系统中普遍采用窄带光滤波器对宽频谱的 光源进行频谱分割，使每个WDM信道获得唯一光波作为上行光源。频谱分割 WDM—PON系统采用宽带光源(如LED，发光二极管)，与可调谐单频激光器相 比，宽带光源简单，成本低，对成本敏感的接入网很有吸引力。光谱分割的 主要缺点是频谱分割导致光功率损耗很大，造成功率预算紧张；同时，由于 多模或宽带光源固有的几种噪声(模分散噪声、强度噪声、光差拍噪声)的 存在，使得调制速率受限。
4. 宽光源+波长锁定FP激光器。FP激光器要专门设计使得注入锁定波长和FP波长匹配。
5.宽光源+反射型半导体光放大器(RS0A)。该方案是在0LT端利用宽带 光源和波分复用器提供下行的种子光，该种子光在0NU端被RS0A放大，同时 通过调制RS0A产生上行信号。
在现有的WDM-P0N系统中，以采用上述4和5方案为多。在这两种方案 中，在0LT端都必须要有宽带光源或者波长可调激光器提供种子光。
说明书附1为现在典型的WDM-P0N系统结构示意图。由光线路终端
(0LT)、远端节点(RN)、光网络单元(0NU)以及传输光纤组成。光线路终 端(0LT)内包括一组收发单元、光波分复用/解复用器和宽带光源。光波分 复用/解复用器将光源发出的多波长信号集中到一个光纤中传输到远端节点
(RN)，再利用远端节点(RN)的光波分复用/解复用器将信号根据波长不同 分配到各路光网络单元(ONU)。 一般OLT端和ONU端分别利用C波段和L波 段宽带光源作为种子光源。假设上行和下行的波长分别为Xu和Xd，则入u和Xd 分别属于L波段或者C波段。宽带光源1作为ONU的种子光源，宽带光源2 作为0LT的种子光源。要求宽带光源的光谱覆盖工作波段，功率足够大以激 发发射单元Tx (半导体激光器FP-LD或者反射型光放大器RS0A)。
发明内容
本发明的目的是针对WDM—P0N系统中有源器件0NU/0LT光源成本昂贵， 不利于WDM—PON系统推广应用得缺陷，提供一种采用无源器件构成的外腔激 光器，以一种简单实用的方式实现WDM-P0N中0NU/0LT光源的无色化 (colorless),降低光源成本，推动WDM-P0N系统的实用化。
本发明的技术解决方案是 一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，由 光线路终端(0LT)、远端节点(RN)、光网络单元(ONU)以及传输光纤组成， 在0LT和RN内分别设无源模块。无源模块与0LT内的DWDM波分复用/解复用 器及0LT收发单元构成外腔激光器，无源模块与RN内的DWDM波分复用/解复 用器及0NU内的0NU发射单元构成外腔激光器。本发明改进的WDM-P0N系统结构与图1基本相同，但0LT内的两个宽带 光源被无源模块代替，在RN里加了一个无源模块。无源模块与0LT内的DWDM 波分复用/解复用器及n个发射单元Tx构成了 n个外腔激光器。而无源模块 与RN内的DWDM波分复用/解复用器及ONU内的m个发射单元Tx构成了 m个 外腔激光器。
下面说明本发明的外腔激光器原理。
以一个ONU单元为例的本发明的外腔激光器结构。ONU单元内无源模块 由两个相同的波分复用器件和一个部分反射部分透射器件组成，部分反射部 分透射器件与波分复用器件和波分复用器件用光纤连接。ONU发射单元由波分 复用器、发射器件和探测器构成，并封装在一起构成单向双向收发合一器件。 三个波分复用器件都是将C波段和L波段光信号分开的波分复用器，它们的 作用是将上行信号和下行信号分开或合波。其中无源模块中的两个波分复用 器件配对使用，以便在上行光路上加入部分反部分透器件，而对下行信号没 有改变。部分反部分透器件是指对上行信号波段 tu的光有部分反射部分透射 的功能。
下行信号人d进入无源模块后，经过第一波分复用器件后，与上行信号Xu 分开不经过同一根光纤，再由第二波分复用器件、DWDM波分复用/解复用器、 第三波分复用器件后，进入探测器。由探测器及解调电路检出下行信号。
在无源模块内上行信号Xu光路上，我们加入了一个对入u部分反射部分透
射的光器件，这样光器件作为外腔激光器的出射腔面，与发射器件， 一般采 用反射型半导体光放大器(RSOA)构成了谐振腔。而DWDM波分复用/解复用 器则成为谐振腔的选模元件，它的波长决定了该外腔激光器的激射波长，SOA 成为谐振腔的增益介质。这样在合理设计该外腔激光器参数的条件下，可以 实现由波分复用/解复用器决定的DWDM波长激射。通过改变RSOA电流可以实 现上行信号的调制和发生。上行信号从部分反射部分透射器件输出后由第一 波分复用器件进入传输光纤上行到OLT单元。以上所述是以一个0NU单元为例。实际上，DWDM波分复用/解复用器有 多少通道与0NU单元的RS0A相连，就可以产生多少个DWDM波长的上行信号。
0LT端的光源也可由类似结构实现。只是形成的外腔激光器针对的波段 不同。0NU光源产生Xu的激光，而0LT端的光源产生入d的激光。
本发明的有益效果是本发明采用的光源利用一个由无源器件构成的模 块，该无源模块可以直接放在OLT终端或远端节点RN处，与OLT的发射单元 或0NU单元结合构成外腔激光器，可以省掉用来提供种子光的两个高功率宽 带光源。无源器件的稳定性比有源器件的好，用无源器件代替昂贵的有源器 件来实现相同的功能，可以大大改善系统的可靠性，并且降低系统成本。本 发明采用现有成熟的无源器件工艺，结构简单，使用方便可靠。
图l:现有典型的WDM-PON系统结构示意图 图2:本发明的WDM-P0N系统结构示意图 图3: ONU端光源结构示意图 图4: OLT端光源结构示意图
图中l.OLT内无源模块，2.RN内无源模块，3. 0LT内DWDM波分复用/ 解复用器，4. ONU内DWDM波分复用/解复用器，5. OLT收发单元，6. ONU发 射单元，7.第一波分复用器，8.第二波分复用器，9.部分反射部分透射器件， IO.第三波分复用器，ll.发射器件，12.探测器，13.第三波分复用器，14.发 射器件，15.探测器。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明
图2为利用本发明光源的改进的WDM-PON系统结构。一种可用作WDM-PON 光源的外腔激光器，由光线路终端(OLT)、远端节点(RN)、光网络单元(ONU) 以及传输光纤组成，在OLT内设无源模块1，在RN内设无源模块2;无源模 块1与OLT内的DWDM波分复用/解复用器3及OLT收发单元5构成外腔激光器，无源模块2与RN内的DWDM波分复用/解复用器4及ONU内的ONU发射单 元6构成外腔激光器。
所述无源模块1和无源模块2由两个相同的第一波分复用器件7、第二波 分复用器8和一个部分反射部分透射器件9组成，部分反射部分透射器件9 与第一波分复用器件7和第二波分复用器件8用光纤连接。
所述ONU发射单元6由第三波分复用器10、发射器件11和探测器12构 成，并封装在一起构成单向双向收发合一器件。
所述0LT收发单元5由第三波分复用器13、发射器件14和探测器15构 成，并封装在一起构成单向双向收发合一器件。
图3是以一个ONU单元为例的本发明的外腔激光器结构。 0NU发射器件11采用反射型半导体光放大器(RS0A)，也可采用半导体光 放大器加上一个反射器件，或者半导体激光器的一个腔面镀上足够低的增透 膜使之不能激射。ONU发射器件11通过对半导体激光器一个腔面镀高反膜， 另外一个腔面镀增透膜实现，并封装成同轴形式。RSOA可以对Xu波段的光实 现高增益。探测器12采用普通InGaAs探测器，可以探测C/L波段的光信号。 第一波分复用器件7、第二波分复用器件8、第三波分复用器件10都是将 C波段和L波段光信号分开的波分复用器。其中第一波分复用器件7和第二波 分复用器件8采用现在己经大量应用的波分复用光纤器件。第三波分复用器 件10采用波分复用膜片，与发射器件11和ONU探测器12封装在一起构成单 向双向收发合一器件。三个波分复用器的作用是将上行信号和下行信号分开 或合波。其中第一波分复用器件7和第二波分复用器件8配对使用以便在上 行光路上加入部分反部分透器件9，而对下行信号没有改变。
部分反部分透器件9是指对上行信号波段入u的光有部分反射部分透射 的功能，也采用部分反射部分透射膜片进行封装耦合成光纤器件，方便与第 一波分复用器件7和第二波分复用器件8的连接。光纤之间的连接可以采用 法兰盘连接或者直接熔接的方式实现。DWDM波分复用/解复用器4采用阵列波导光栅(AWG)形式的多通道DWDM 器件。
如图3所示，下行信号人d进入无源模块2后，经过第一波分复用器件7 后，与上行信号入u分开，在无源模块2内，下行信号入d与上行信号人u不经过 同一根光纤，再经第二波分复用器件8、 DWDM波分复用/解复用器4、第三波 分复用器件10后，进入探测器12。由探测器12及解调电路检出下行信号。
在无源模块2内上行信号Xu光路上，我们加入了一个对入u部分反射部分 透射的光器件9。这样光器件9作为外腔激光器的出射腔面，与RS0A构成了 谐振腔。而DWDM波分复用/解复用器4则成为谐振腔的选模元件，它的波长 决定了该外腔激光器的激射波长，RS0A成为谐振腔的增益介质。这样在合理 设计该外腔激光器参数的条件下，可以实现由波分复用/解复用器4决定的 DWDM波长激射。通过改变RS0A电流可以实现上行信号的调制和发生。上行信 号从部分反射部分透射器件9输出后由第一波分复用器件7进入传输光纤上 行到0LT单元。
图4是以一个0LT单元为例的本发明的外腔激光器结构。
0LT发射器件14采用反射型半导体光放大器(RS0A)。该器件和图3中的 0NU发射器件11 一样，通过对半导体激光器一个腔面镀高反膜，另外一个腔 面镀增透膜实现，并封装成同轴形式。RSOA可以对人d波段的光实现高增益。 探测器14采用普通InGaAs探测器，可以探测C/L波段的光信号。
第一波分复用器件7、第二波分复用器件8、第三波分复用器件13都是将 C波段和L波段光信号分开的波分复用器。其中第一波分复用器件7和第二波 分复用器件8采用现在已经大量应用的波分复用光纤器件。第三波分复用器 件13采用波分复用膜片，与发射器件14和OLT探测器12封装在一起构成单 向双向收发合一器件。三个波分复用器的作用是将上行信号和下行信号分开 或合波。其中第一波分复用器件7和第二波分复用器件8配对使用以便在下 行光路上加入部分反部分透器件9，而对上行信号没有改变。
10入d部分反部分透器件9是指对上行信号波段入d的光有部分反射部分透射 的功能，也采用部分反射部分透射膜片进行封装耦合成光纤器件，方便与第 一波分复用器件7和第二波分复用器件8的连接。光纤之间的连接可以采用 法兰盘连接或者直接熔接的方式实现。
DWDM波分复用/解复用器3采用阵列波导光栅(AWG)形式的多通道DWDM 器件。
如图4所示，上行信号人u进入无源模块1后，经过第一波分复用器件7 后，与下行信号Xd分开，在无源模块l内，下行信号入d与上行信号人u不经过 同一根光纤，再经第二波分复用器件8、 DWDM波分复用/解复用器3、第三波 分复用器件13后，进入探测器14。由探测器14及解调电路检出上行信号。
在无源模块l内下行信号人d光路上，我们加入了一个对Xd部分反射部分 透射的光器件9。这样光器件9作为外腔激光器的出射腔面，与RS0A构成了 谐振腔。而DWDM波分复用/解复用器3则成为谐振腔的选模元件，它的波长 决定了该外腔激光器的激射波长，RS0A成为谐振腔的增益介质。这样在合理 设计该外腔激光器参数的条件下，可以实现由波分复用/解复用器3决定的 DWDM波长激射。通过改变RS0A电流可以实现下行信号的调制和发生。下行信 号从部分反射部分透射器件9输出后由第一波分复用器件7进入传输光纤下 行到RN单元。
权利要求
1、一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，由光线路终端(OLT)、远端节点(RN)、光网络单元(ONU)以及传输光纤组成，其特征是在OLT内设无源模块(1)，在RN内设无源模块(2)；无源模块(1)与OLT内的DWDM波分复用/解复用器(3)及OLT收发单元(5)构成外腔激光器，无源模块(2)与RN内的DWDM波分复用/解复用器(4)及ONU内的ONU发射单元(6)构成外腔激光器。
2、 如权利要求1所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其特征 是无源模块(1)和无源模块(2)由两个相同的第一波分复用器件(7)、第 二波分复用器(8)和一个部分反射部分透射器件(9)组成，部分反射部分 透射器件(9)与第一波分复用器件(7)和第二波分复用器件(8)用光纤连 接。
3、 如权利要求l所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其特征 是ONU发射单元(6)由第三波分复用器(10)、发射器件(11)和探测器(12)构成，并封装在一起构成单向双向收发合一器件。
4、 如权利要求l所述的一种可用作TOM-PON光源的外腔激光器，其特征 是OLT收发单元(5)由第三波分复用器(13)、发射器件(14)和探测器(15) 构成，并封装在一起构成单向双向收发合一器件。
5、 如权利要求3、 4所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其 特征是发射器件(11)和发射器件(14)可以是但不限于反射型半导体光放 大器、半导体光放大器加上一个反射器件，或者半导体激光器的一个腔面镀上足够低的增透膜使之不能激射。
6、 如权利要求5所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其特征 是发射器件(11)和发射器件(14)采用反射型半导体光放大器，半导体光 放大器一个腔面镀高反膜，另外一个腔面镀增透膜，并封装成同轴形式。
7、 如权利要求3、 4所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其特征是探测器(12)和探测器(15)是InGaAs探测器。
8、 如权利要求l所述的一种可用作TOM-P0N光源的外腔激光器，其特征 是DWDM波分复用/解复用器(3， 4)采用阵列波导光栅形式的多通道DWDM器 件。
9、 如权利要求2所述的一种可用作WDM-P0N光源的外腔激光器，其特征 是第一波分复用器件(7)和第二波分复用器(8)是波分复用光纤器件，波 分复用器件采用膜片镀膜或者光纤熔锥方式实现。
10、 如权利要求3、 4所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其特征是第三波分复用器(10)和第三波分复用器(13)采用波分复用膜片。
11、 如权利要求2所述的一种可用作WDM-PON光源的外腔激光器，其特 征是部分反射部分透射器件(9)可以是但不限于通过镀部分反射部分透射光 学膜来实现。
全文摘要
本发明涉及到一种可用作WDM-PON光源的基于半导体增益介质的外腔激光器。由光线路终端(OLT)、远端节点(RN)、光网络单元(ONU)以及传输光纤组成，在OLT内设无源模块1，在RN内设无源模块2；无源模块1与OLT内的DWDM波分复用/解复用器3及OLT收发单元5构成外腔激光器，无源模块2与RN内的DWDM波分复用/解复用器4及ONU内的ONU发射单元6构成外腔激光器。本发明采用的光源利用一个由无源器件构成的模块，代替昂贵的有源器件来实现相同的功能，可以大大改善系统的可靠性，并且降低系统成本，结构简单，使用方便可靠。
文档编号H01S3/00GK101426154SQ200810236760
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者辉 原, 张哲民, 薇 赖 申请人:张哲民;原 辉;赖 薇