专利名称：自种子光纤激光器及其驱动方法、无源光网络系统及设备的制作方法
技术领域：
本申请涉及光纤接入技术，特别地，涉及一种自种子光纤激光器及其驱动方法，以及一种采用所述自种子光纤激光器的无源光网络(Passive Optical Network，PON)系统和设备。
背景技术：
随着用户对带宽需求的不断增长，目前光纤接入已经是接入网的主流，其中尤其以无源光网络更具竞争力。目前，在众多无源光网络解决方案中，基于波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)技术的 WDM-PON(波分复用无源光网络)由于其更为巨大的带宽容量、类似点对点通信的信息安全性等优点而备受关注。在WDM-PON系统中，不同ONU(Optical Network Unit，光网络单元)的收发模块需要采用不同的通信波长与局端0LT(0ptical Line Terminal，光线路终端)对应的收发模块进行通信，因此，所述WDM-PON系统要求不同收发模块的光源分别可以发射不同波长的光信号。为实现光源无色化，业界提出采用基于外部种子光注入的注入锁定FP-LD (法布里-珀罗)激光器或 RSOA(Reflective Semiconductor Optical Amplifier 反射半导体光放大器)作为WDM-PON系统的光源。不过，基于外部种子光注入的注入锁定激光器方案由于需要一个或两个大功率、 平坦的宽谱光源作为外部种子光源，成本比较高，同时，为使得各个ONU的通信波长各不相同，需要对所述宽谱光源的光谱进行分割，所述光谱分割还会带来严重的功率浪费问题。
发明内容
本申请提供一种低成本且降低功率浪费的自种子光纤激光器及其驱动方法，并且，本申请还提供一种采用所述自种子光纤激光器的无源光网络系统和设备。一种自种子光纤激光器，包括阵列波导光栅；增益介质，耦合至所述阵列波导光栅的其中一个分支端口 ；法拉第旋转反射镜，耦合至所述阵列波导光栅的公共端口，用于对增益介质发射的部分光信号进行反射并形成返回至所述增益介质的注入光；所述增益介质、阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜构成激光谐振腔，其中所述阵列波导光栅用于在所述激光谐振腔进行波长筛选，以使所述增益介质的发射波长锁定在所述分支端口所对应的波长通道；补偿装置，耦合至所述增益介质，用于根据注入光的功率选择性地为所述增益介质提供补偿电流。—种自种子光纤激光器的驱动方法，所述自种子激光器包括由增益介质、阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜形成的激光谐振腔；所述方法包括增益介质发射数据光，其中所述数据光进行阵列波导光栅中对应的波长通道的波长筛选之后，部分数据光被法拉第旋转反射镜反射并形成返回至所述增益介质的注入光；根据所述注入光的功率，率选择性地为所述增益介质提供补偿电流。一种无源光网络系统，包括光线路终端、多个光网络单元以及在所述光线路终端和所述光网络单元之间的远程节点；所述远程节点包括阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜，其中所述阵列波导光栅包括公共端口和多个分支端口，其中所述公共端口通过主干光纤连接至所述光线路终端，且所述法拉第旋转反射镜耦合至所述主干光纤，所述分支端口分别通过分支光纤连接至所述光网络单元；所述光网络单元包括具有增益介质的光发射器，所述增益介质、所述阵列波导光栅以及所述法拉第旋转反射镜形成上述的自种子光纤激光器。一种光线路终端，包括阵列波导光栅、法拉第旋转发射镜和多个具有增益介质的光发射器，所述多个光模块通过所述阵列波导光栅连接至主干光纤，且所述法拉第旋转发射镜耦合至所述主干光纤；所述光发射器的增益介质、所述阵列波导光栅以及所述法拉第旋转反射镜形成上述的自种子光纤激光器。本申请提供的自种子光纤激光器通过将增益介质的输出光经过滤波和部分反射而产生反射光作为自种子光注入回所述增益介质进行再次放大，并通过输出光/反射光的多次往返谐振放大将所述增益介质的输出光的波长锁定在目标波长，从而实现自注入锁定。由于所述自种子光纤激光器不需要采用外部宽谱光源，其一方面可以降低成本，另一方面还可以避免功率分割造成的功率浪费。本申请提供的自种子光纤激光器还通过在所述增益介质引入补偿机制，根据注入光的功率选择性地为所述增益介质提供补偿电流，有效降低由于注入光为非直流光而可能出现的信号质量下降，提高所述自种子光纤激光器的发射性能。
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请提供的自种子光纤激光器一种实施例的结构示意图；图2是本申请提供的无源光网络系统一种实施例的结构示意图；图3是本申请提供的适用于自种子光纤激光器的光返回时间测量装置一种实施例的示意性框图；图4是本申请提供的适用于自种子光纤激光器的补偿装置一种实施例的示意性框图；图5是本申请提供的具有光返回时间测量装置的自种子光纤激光器一种实施例的示意图；图6是本申请提供的具有补偿装置的自种子光纤激光器第一种实施例的示意图；图7是本申请提供的具有补偿装置的自种子光纤激光器第二种实施例的示意图；图8是本申请提供的具有补偿装置的自种子光纤激光器第三种实施例的示意图；图9是本申请提供的具有补偿装置的自种子光纤激光器第四种实施例的示意图；图10是本申请的自种子光纤激光器的驱动方法一种实施例的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为解决采用外部种子光注入的注入锁定激光器存在的成本高以及功率浪费的问题，本申请提供一种自种子光纤激光器，其通过将增益介质的输出光经过滤波和部分反射而产生反射光作为自种子光注入回所述增益介质进行再次放大，并通过输出光/反射光的多次往返谐振放大将所述增益介质的输出光的波长锁定在目标波长，从而实现自注入锁定。由于所述自种子光纤激光器不需要采用外部宽谱光源，其一方面可以降低成本，另一方面还可以避免功率分割造成的功率浪费。并且，本申请提供的自种子光纤激光器还通过在所述增益介质引入补偿机制，根据注入光的功率选择性地为所述增益介质提供补偿电流， 从而有效降低由于注入光为非直流光而可能出现的信号质量下降，提高所述自种子光纤激光器的发射性能。请参阅图1，其为本申请提供的自种子光纤激光器一种实施例的结构示意图。所述自种子光纤激光器可以是包括增益介质、阵列波导光栅(Array Waveguide Grating,AffG), 法拉第旋转反射镜(Faraday Rotator Mirror, FRM)和连接上述器件的光纤(未标示)的外腔激光器。其中，所述增益介质可以是RS0A，所述AWG可以作为滤波器，对所述自种子光纤激光器进行波长筛选，具体地，其可以包括一个公共端口和多个分支端口，所述增益介质连接到所述AWG的其中一个分支端口，且所述FRM连接到所述阵列波导光栅的公共端口。 所述FRM可以为45度旋转反射镜，其可将通过光纤入射的一部分光信号的偏振方向旋转 45X2度并反射回所述光纤。在具体实施例中，所述FRM可以包括法拉第旋转器(Faraday Rotator)和部分反射镜，其中所述法拉第旋转器为45度旋转器，其可以将入射光的偏振方向旋转45度，因此入射光被所述FRM内部的部分反射镜进行部分反射的前后需要穿过所述法拉第旋转器两次，因此反射光的偏振方向与所述入射光的偏振方向相差90度，即所述反射光的偏振方向与所述入射光的偏振方向相互垂直，往返多次则反射光的偏振方向可以与入射光保持一致，从而实现偏振无关。所述增益介质、AffG及FRM通过所述光纤构成一个激光谐振腔，其中所述AWG在激光谐振腔内起波长筛选的作用，所述增益介质发出的光在所述谐振腔内往返谐振形成激射光，且所述激射光的波长可以被锁定至所述增益介质所连接的分支端口所对应的波长通道。请参阅图2，其为图1所示自种子光纤激光器可以适用的无源光网络系统的结构示意图。所述无源光网络系统可以是WDM-PON系统，其包括位于局端(Central Office,CO) 的光线路终端(OLT)、位于用户侧的多个光网络单元(ONU)以及位于所述OLT和所述ONU之间用于进行波分复用/解复用的远程节点(Remote Node，RN)。所述RN包括波分复用/解复用模块，比AWG。所述AWG的公共端口连接所述主干光纤，用于接收来自所述OLT的下行光信号，并且，所述AWG还包括多个分支端口，每个分支端口分别对应于一个波长通带(即每个分支端口可相当于一个滤波器，且各个滤波器的通带不同)，并且分别通过一个分支光纤连接到工作在对应波长通道的0NU。所述AWG可用于将来自所述OLT的下行光信号进行波长解复用处理，并分别通过各个分支端口发送给对应的0NU，并且，其还可用于将来自各个ONU的上行光信号进行波分复用处理，并通过所述公共端口和主干光纤上发给所述0LT。所述ONU可以包括光发射器(LD)和光接收器(Rx)，所述光发射器和光接收器通过波分复用器(Wavelength Division Multiplexer)耦合到所述分支光纤。其中，所述光发射器可以为具有调制功能的光源模块，其可以具有上述增益介质。并且，在本实施例中，所述远程节点还可以包括FRM，所述FRM耦合在AWG的公共端口。所述ONU的光发射器内部的增益介质、所述AWG以及所述FRM可组成如上所述的自种子光纤激光器。通过所述自种子光纤激光器的自注入锁定作用，所述ONU的发射波长能够自动适应其所对应的AWG分支端口的波长通带。另外，所述OLT具有相类似的结构，比如，所述OLT可以具有多个光模块，每个光模块分别对应于一个光网络单元。所述多个光模块分别通过局端AWG连接到主干光纤，且所述局端AWG的公共端口同样耦合有FRM。在所述OLT中，各个光模块的光发射器同样具有如上所述的增益介质，所述光模块的光发射器中的增益介质、局端AWG和FRM同样可以组成如以上实施例所述的自种子光纤激光器，通过该自种子光纤激光器自注入锁定同样可以使得所述光模块的发射波长能够自动适应其所对应的AWG分支端口的波长通带。在上述WDM-PON系统中，不管是用户侧ONU还是局端ONU所采用的自种子光纤激光器，在正常通信时，由于从FRM反射回来并注入到增益介质的注入光是之前某个时刻发射的上行或者下行发射数据的一部分，这意味着注入增益介质的注入光不是直流光，而是有“1”或“0”的数据光，即功率是变化的，并且，当注入光的功率不一样时，自种子光纤激光器的谐振状态也不相同。比如，当返回的注入光是之前某个时刻发射的“1”，并且当前待发射的数据也是“1”，所述自种子光纤激光器当前发射的“1”的功率就会高一些；而当返回的注入光是之前某个时刻发射的“0”，并且当前待发射的数据是“ 1”，所述自种子光纤激光器发射的“1”功率就会低一些。从以上分析可以看出，所述自种子光纤激光器发射信号的强度不仅与当前待发射的数据是“1”还是“0”有关，还与此时返回的注入光是“1”还是“0” 有关。因为返回的注入光是之前某个时刻发射的数据信号，其通常来说可能与当前待发射的数据信号之间没有任何关联性，因此所述自种子光纤激光器的发射功率不稳定。为进一步提高所述自种子光纤激光器的发射性能，本申请还根据返回至增益介质的注入光，通过在所述增益介质的驱动电流引入补偿机制，选择性地为所述增益介质提供补偿电流，来补偿所述注入光的“ 1，，和“0”对发射功率造成的影响。在具体实施例中，考虑自种子光纤激光器，如果在发射数据时，能够知道此时返回增益介质的注入光是“ 1，，还是“0”，就可以在电域通过信号处理，对待发射数据进行预变换。经过预变换的电信号施加到增益介质之后，与当前返回增益介质的注入光相互作用，使得当前返回增益介质的注入光的所述自种子光纤激光器的发射功率的影响得到降低，从而提高发射信号的质量。基于上述考虑，本申请提出根据返回至增益介质的注入光的功率，对所述增益介质的驱动电流进行修正，实现对待发射数据进行预变换，从而补偿由于注入光不是直流光对自种子光纤激光器的发射功率的影响。具体地，如果当前待发射的光信号是“1”，并且返回增益介质的注入光是“0”，则所述增益介质的驱动电流增加一定数量的修正值，即提供一定的补偿电流；而如果当前待发射的光信号为“1”，并且返回增益介质的注入光是“1”， 则增益介质的驱动电流保持为普通状态下发射光信号为“1”时所对应的电流，即不提供补偿电流。这里，具体的补偿电流值的大小与当前的增益介质和FRM之间的谐振状态相关。 此外，可选地，如果当前待发送的光信号是“0”，则可以不论当前返回增益介质的注入光是 “ 1，，还是“0”，将所述增益介质的驱动电流保持为普通状态下发射光信号为“0”时所对应的电流。在一种实施例中，为实现对自种子光纤激光器的增益介质的驱动电流进行补偿， 所述自种子光纤激光器可以首先通过测量获取到光返回时间At，即测量从增益介质发射光信号至所述光信号在FRM发生部分反射而生成的反射光注入回所述增益介质的时间，在某一时刻进行数据发射时，所述自种子光纤激光器可以根据在一个光返回时间At以前所述增益介质发射的数据，对所述增益介质的驱动电流进行选择性调整。其中，从光返回时间 At的定义可以得到，当前时刻返回所述光增益介质的注入光便是在一个光返回时间At 以前所述增益介质发射的数据。在具体实施例中，所述增益介质在TO时刻发射光信号之后，所述自种子光纤激光器可以根据测量得到的光返回时间At对待发射数据进行延时， 所述延时的数据便可用于对(T0+At)时刻所述增益介质的驱动电流进行补偿的依据。在一种实施例中，本申请提供的自种子光纤激光器可以包括光返回时间测量装置和补偿装置，其中，光返回时间测量装置用来测量出所述自种子光纤激光器的光返回时间； 补偿装置用于根据注入光的功率选择性地为所述增益介质提供补偿电流。为便于理解，以下首先结合图3和图4介绍所述光返回时间测量装置和补偿装置的结构，之后介绍所述光返回时间测量装置和补偿装置在图1所示的自种子光纤激光器的具体应用。图3是本申请提供的一种光返回时间测量装置的示意性框图。如图3所示，本申请提供的一种光返回时间测量装置10包括测试数据源101，用于产生测试数据；第一激光二极管驱动器(Laser Diode Driver, LDD) 102，与测试数据源101和自种子光纤激光器的增益介质(图未示)连接，用于由测试数据驱动，产生输出到增益介质的偏置电流和调制电流，其中，偏置电流用于使得增益介质处于放大状态，调制电流用于将测试数据调制到增益介质发送的光信号，使得增益介质发射与测试数据相对应的光信号；监控光二极管(Monitor Ph0todiode，MPD) 107，连接至增益介质，用于将从增益介质的后端面输出的光功率成比例地转换为电流；电压转换器103，与监控光二极管连接，用于将监控光二极管产生的电流成比例地转换为电压；模拟数字转换器104，作为采样模块，与电压转换器103连接，用于周期性采样电压转换器103的输出电压；存储器105，与模拟数字转换器104连接，用于存储模拟数字转换器104的采样电压值；控制器106，与测试数据源101、模拟数字转换器104和存储器105连接，所述控制器用于在增益介质与自种子光纤激光器的FRM实现谐振的情况下使能测试数据源101，使测试数据源101向第一激光二极管驱动器102输出测试数据，并控制测试数据源101的测试数据输出在光信号从FRM反射回来到达增益介质之前停止；在使能测试数据源101的同时，使能模拟数字转换器104以进行周期性的采样；基于周期性采样的周期信息，计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间。比如，所述控制器可以将在使能测试数据源101之后，在第一个空白期后第一个电压采样数据的时间与使能测试数据源101的时间之间的时间差计算为光返回时间，其中，空白期可以是电压采样值可以是仅包括一直流量的时期。通过上述本申请的光返回时间测量装置，可以测量出在增益介质和FRM实现谐振的情况下，从增益介质发射的光信号从FRM反射回来到达增益介质的时间。这里，本领域技术人员可以理解，上述光返回时间除了用在下文中描述的补偿装置中以外，还可以有其它用途，本申请并不意在对此进行任何限制。此外，控制器106可以进一步用于计算所存储的电压中高电压和低电压之间的电压差，并且根据该电压差、电压转换器的电压转换比例，以及监控光二极管107的电流转换比例，计算出从FRM反射回来并返回至增益介质的注入光的“1”和“0”信号之间的功率差。图4是本申请提供的一种补偿装置的示意性框图。如图4所示，本申请的补偿装置20包括延时电路201，与数据源200连接，用于将从数据源发射的数据进行延时；反相器202，与延时电路201连接，用于将从延时电路201接收的数据进行反相；补偿电流产生单元203，与反相器202连接，用于根据延时电路201的输出数据选择性地产生补偿电流并提供给增益介质205 ；比如，在一种实施例中，补偿电流产生电路 203可以在延时电路201的输出数据经过反相器202反相处理之后的数据是“ 1”时产生补偿电流，或者，在另一种实施例中，补偿电流产生电路203可以在延时电路201的输出数据是“0”时产生补偿电流，在这种情况下，无需延时电路201和补偿电流产生单元203设置反相器202 ；控制器204，与延时电路201和补偿电流产生电路203连接，用于控制延时电路 201的延迟时间，以使得延时电路201、反相器202和补偿电流产生单元203对发射数据的延时之和等于自种子光纤激光器的光往返时间与数据源200发射的数据到达增益介质205 的时间之和；控制补偿电流产生电路203产生的补偿电流的大小，比如，控制器204可以根据返回增益介质的注入光的“1”和“0”信号之间的功率差以及所述增益介质的电流与发光功率之间的比例系数，计算补偿电流的大小，并控制补偿电流产生电路203产生相应大小的补偿电流。通过本申请的功率补偿装置，可以对从FRM反射回来的注入光信号中“1”和“0” 引起的发射信号的功率差进行补偿，从而大幅度提升自种子光纤激光器的发射性能。接下来，将结合图5对于本申请提供的光返回时间测量装置在自种子光纤激光器中的具体应用进行描述。图5是本申请具有光返回时间测量装置的自种子光纤激光器的结构示意图。在图5的自种子光纤激光器中，测试数据源、激光二极管驱动器(LDDl)、跨阻放大器(Tran Impendence Amplifier, TIA)、模拟数字转换器(ADC)、随机存储器(RAMI)、中央处理器 (CPU)和监控光二极管(MPD)分别对应于图3所示的测试数据源101、第一激光二极管驱动器102、电压转换器103、模拟数字转换器104、存储器105、控制器106和监控光二极管107。在图5所示的自种子光纤激光器中，利用和增益介质封装在同一个光发射次模块 (Transmitter Optical Subassembly, T0SA)内、并且邻近于增益介质高反射面设置的MPD 测量增益介质和FRM之间的距离，其中所述高反射面为与增益介质的光出射面(通常为前端面)相对的表面(通常为后端面)。增益介质在发光时，大部分光的能量都从其前端面输出，但由于其后端面为高反射面而非100%的全反射面，所以也会有少量的光从后端面输出，被MPD接收到。MPD会将接收到光功率成比例地转换为电流并输出。因此，通过检测MPD 输出电流的大小，就可以推断出MPD当前接收到的光功率值。并且，MPD接收到的这部分后向光功率与增益介质的前向发射功率通常有固定的比例关系，所以一般情况下，可以利用 MPD接收到的功率来推算出增益介质的前向发射功率。在本实施例中，MPD除了用来监控增益介质的发射功率之外，还用于测量增益介质的反射光从发出后至被FRM反射并返回到增益介质的准确时间，即所述自种子光纤激光器的光返回时间。在增益介质和FRM已经实现谐振的前提下，CPU使能测试数据源，使得增益介质发射特定内容的信号，即测试信号。在本实施例中，CPU需要控制测试信号的发射在从FRM反射回来的反射光注入到增益介质之前停止。增益介质发送完毕后，LDDl仍旧需要向增益介质提供偏置电流，但此时由于测试信号已经停止发射，因此没有调制电流提供到增益介质。 偏置电流是为了确保增益介质仍然工作在放大状态，这样从增益介质前端面进入的反射信号就不会被增益介质吸收，而是能够通过增益介质从增益介质的后端面输出，并被MPD接收到。CPU在使能测试数据源发射测试信号的同时，使能ADC周期性采样MPD的输出信号，并将采样结果存储到RAMI。应当理解，虽然在图5中示出存储器为RAM，但本领域技术人员可以理解所述存储器也可以采用其它存储介质。在本发明的实施例中，因为ADC采样是周期性的，因此，每个存储到RAMI中的数据都是含有时间信息，其中第一个采样的数据的时间信息就是CPU刚开始使能ADC的时刻，也是增益介质开始发射测试数据的时刻TO。第二个存储的数据的时间信息就是T0+(l/k)时刻，第η个存储的数据的时间信息就是T0+(n/k)时刻，其中k为ADC的采样率。通过分析 RAMI中存储的数据，就可以得到反射信号到达MPD的时间，从而计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间，具体请参见以下描述。下面结合图5具体描述本申请的自种子光纤激光器测量光返回时间的工作过程。 MPD每时每刻都将接收到的光功率成比例地转换为电流，输出给TIA，TIA实时地将电流转换为电压。如果当前MPD没有接收到光功率，则输出的电流为零，TIA输出的电压也为零。 TO时刻，增益介质开始发送测试数据，与此同时，ADC开始采样TIA输出的电压，并将采样的数值记录到RAMI。增益介质发射测试数据时，测试数据的一部分光能量必然透过增益介质的后端面被MPD接收。MPD和TIA也会将该部分光能量转换成相应的电流和电压信号，而被ADC采样到。如上所述，增益介质的测试数据发射过程在从FRM反射回来的光返回至增益介质之前停止，从而避免测试数据和反射信号两者在增益介质重叠出现。在具体实施例中，可选地，可以由CPU来控制测试数据源使得增益介质仅在极短的时间内发射测试数据，从而保证增益介质的测试数据发射过程在反射信号到达增益介质之前停止。由于测试数据的发射过程在反射信号到达增益介质之前停止，那么MPD在响应了测试数据之后必然有一段空白期才能响应反射信号。在这个空白期内，由于增益介质只有直流偏置，而无调制数据，MPD的响应也只是一个直流量。另一方面，因为测试数据和反射信号都包含“ 1 ”和“ 0 ”，且MPD对“ 1 ”和“ 0 ”的响应是不同的，因此在直流量的前后，MPD 的响应均是实时变化的。如上所述，由于ADC的采样是周期性的，因此RAMI记录的ADC的采样值是包含时间信息的，CPU可以根据空白期(即MPD响应是直流量的时段)后第一个数据所处的位置， 即所述空白期之后的第一个数据是从开始采样以来的第几个采样值，来推算出从增益介质的发射光从开始反射至其对应的反射信号返回至增益介质的准确时间，从而获取到所述自种子光纤激光器的光返回时间。此外，根据上述ADC的采样结果，除了光从增益介质发射出后返回增益介质的准确时间之外，还可以进一步计算出反射信号中的“1”和“0”信号的引起的功率差别，这个功率差别可以作为增益介质的驱动电流补偿的重要参数。因为MPD输出的电流和接收到的光功率成正比，TIA输出的电压和接收到的MPD的电流成正比，因此ADC的采样值就和MPD接收到的功率成正比。当返回增益介质的注入光是“1”时，到达MPD的光功率高，而当返回增益介质的注入光是“0”时，到达MPD的光功率低。在本申请的自种子光纤激光器中，CPU可以根据RAM存储的采样值以及MPD和TIA的转换关系，来推算出返回至增益介质的注入光的“1”和“0”之间的功率差别。在本申请中，根据自种子光纤激光器的光往返时间以及反射回来的注入光在“1” 和“0”之间的功率差别之后，采用图4所示的补偿装置，就可以自种子光纤激光器中增益介质的驱动电流进行补偿，从而降低返回增益介质的注入光中“ 1”和“0”的功率差对所述自种子光纤激光器发射性能的影响。下面将参考图6-图9，详细描述本申请提供的补偿装置在自种子光纤激光器中具体应用。图6是本申请的具有补偿装置的自种子光纤激光器的第一实施例的结构示意图。 在图6所示的自种子光纤激光器中，当前要发射的数据源模块、第二可编程延时器(即可编程延时器2)、反相器和CPU分别对应于图4所示的数据源200、延时电路201、反相器202和控制器204;与门(AND)和第二激光二极管驱动器(LDM)对应于图6所示的补偿电流产生电路203 ；另外，图6所示的自种子光纤激光器中还包括有第一可编程延时器(即可编程延时器1)和第一激光二极管驱动器(LDDl)。其中，LDDl用于根据当前待发射数据为增益介质提供普通的偏置电流rtias和调制电流Imod;第一可编程延时器用于将当前待发射数据延时一预设时间之后再提供给LDD1，所述预设时间主要用于补偿与门的逻辑“与”运算过程的延迟，以使当前待发射数据所对应的偏置电流Ibias和调制电流Imod可以与返回增益介质的注入光所对应的补偿电流Icor基本同步地输出至所述增益介质。在图6所示的自种子光纤激光器中，当前待发射的数据分成三个部分第一部分通过第一可编程延时器进入LDDl，产生普通的偏置电流Ibias和调制电流Imod ；第二部分进入与门的一个输入端；第三部分通过第二可编程延时器和反相器之后，进入与门的第二个输入端。从与门输出的信号进入LDD2，以驱动LDD2产生补偿电流Icor。在图6所示的实施例中，从与门输出给LDD2的只是数字信号“ 1，，或者“0”，二者分别指示LDD2是否提供补偿电流，而补偿电流的具体数值，可以是由CPU根据注入光“1”和“0”之间的功率差别以及电流与发光功率之间的转换关系计算得到，并对LDD2设定。这样，将LDDl提供的正常电流rtias+Imod和LDD2提供的补偿电流Icor叠加在一起，提供给增益介质，驱动增益介质进行光信号的发射。下面具体解释与门、第二可编程延时器和反相器的作用，上述模块组成的电路可以主要用于使得在当前待发射数据是“ 1”时，如果返回增益介质的注入光是“ 1”，则不对增益介质的驱动电流进行补偿，如果注入光是“0”，则为增益介质提供补偿电流Icor以增大所述增益介质的调制电流；进一步地，上述电路还可用于使得在当前待发射的数据是“O” 时，不论返回增益介质的注入光是“ 1”还是“0”，都不对增益介质的驱动电流进行补偿。当最初开始发射数据时，此时第一部分的数据经过第一可编程延时器并驱动LDDl 产生普通的偏置和调制电流rtias+Imod，第二部分的数据进入与门的第一个输入端，第三部分的数据由于延时还没有到达与门的第二个输入端，因此与门的第二个输入端为零。此时，与门的输出也为零，即不产生补偿电流Icor，实际上此时返回增益介质的注入光是之前谐振的直流光，也不需要进行补偿。经过大约一个光返回时间之后，最初的发射数据即将返回增益介质，此时，通过第二可编程延时器的延迟处理以及反相器的反向处理的第二数据到达与门的第二个输入端， 利用CPU合理控制所述第二可编程延时器的延时时间长度，可以使得此时进入与门第二个输入端的数据，正好与即将返回增益介质的注入光相反，即当前返回的注入光是“1”，与门第二个输入端的数据是“0”；当前返回的注入光是“0”，与门第二个输入端的数据是“1”。即将返回增益介质的注入光取“反”之后，与当前待发射数据进行“与”运算，可以使得当注入光是“ 1”时，不论当待发射数据是“0”还是“ 1”，都不产生补偿电流；而当注入光是“0”时，“与”的结果就是当前待发射数据本身。即当前待发射数据为“1”时，指示LDD2 产生补偿电流Icor，当前发射“0”时，指示LDD2不产生补偿电流Icor。表1是根据上面的分析，总结出的不同条件下是否需要给增益介质提供补偿电流 Icor。从这个表可以看出，本实施例提供的补偿装置与上述自种子光纤激光器所要实现的补偿目标是完全一致的，因此可以实现提升所述自种子光纤激光器的发射性能。表1不同条件下的补偿电流
权利要求
1.一种自种子光纤激光器，其特征在于，包括阵列波导光栅；增益介质，耦合至所述阵列波导光栅的其中一个分支端口 ；法拉第旋转反射镜，耦合至所述阵列波导光栅的公共端口，用于对增益介质发射的部分光信号进行反射并形成返回至所述增益介质的注入光；所述增益介质、阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜构成激光谐振腔，其中所述阵列波导光栅用于在所述激光谐振腔进行波长筛选，以使所述增益介质的发射波长锁定在所述分支端口所对应的波长通道；补偿装置，耦合至所述增益介质，用于根据注入光的功率选择性地为所述增益介质提供补偿电流。
2.如权利要求1所述的自种子光纤激光器，其特征在于，在所述注入光对应于数据“0” 且当前待发送数据为“1”时，所述补偿装置产生补偿电流并输出给所述增益介质；而在所述注入光对应于数据“0”且当前待发送数据为“0”时或者在所述注入光对应于数据“1”时， 所述补偿装置不向所述增益介质提供补偿电流。
3.如权利要求2所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述补偿装置包括第一延时电路和补偿电流产生电路；其中，所述第一延时电路，用于根据所述自种子光纤激光器的光返回时间将当前待发射数据进行延时，其中经过延时后输出至所述补偿电流产生电路的数据与即将返回所述增益介质的注入光所对应的数据相同；所述补偿电流产生电路，连接至所述第一延时电路，用于根据所述第一延时电路的输出数据以及当前待发射数据，选择性地产生补偿电流并提供所述给增益介质。
4.根据权利要求3所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述补偿装置还包括控制器，用于根据所述光返回时间控制所述第一延时电路的延时时间，并根据所述注入光的数据“0”和数据“1”之间的功率差，控制所述补偿电流产生电路相应电流值的补偿电流。
5.如权利要求3所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述补偿装置还包括反相器， 连接在所述第一延时电路和所述补偿电流产生电路之间，用于将所述第一延时电路的输出数据进行反向处理并进一步提供给所述补偿电流产生电路。
6.如权利要求5所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述补偿电流产生电路包括逻辑与门和第一激光二极管驱动器；其中，所述逻辑与门的其中一个输入端连接至所述反相器，另一个输入端接收所述当前待发射数据，用于将所述反向器进行反相处理之后的输出数据和所述当前待发射数据进行逻辑“与”运算，并将运算结果输出给所述激光器二极管驱动器；所述第一激光二极管驱动器，用于根据所述运算结果的指示，选择性地生成补偿电流并输出给所述增益介质。
7.如权利要求6所述的自种子光纤激光器，其特征在于，还包括第二延时电路和第二激光二极管驱动器；其中，所述第二激光二极管驱动器，用于根据当前待发送数据产生调制电流和偏置电流，并将所述调制电流和偏置电流输出给所述增益介质；所述第二延时电路用于将当前待发送数据量延时预设时间再提供给所述第二激光二极管驱动器，其中所述预设时间用于补偿所述与门的逻辑“与”运算过程的延迟，以使第二激光二极管驱动器提供的当前待发射数据所对应的偏置电流和调制电流与所述第一激光二极管驱动器提供的补偿电流同步地输出至所述增益介质。
8.如权利要求1所述的自种子光纤激光器，其特征在于，当所述注入光对应于数据“0” 时，所述补偿装置产生补偿电流并输出给所述增益介质；而当所述注入光对应于数据“1” 时，所述补偿装置不向所述增益介质提供补偿电流。
9.如权利要求8所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述补偿装置包括延时电路、 反相器和放大器；其中，所述延时电路，用于根据所述自种子光纤激光器的光返回时间将当前待发射数据进行延时，其中经过延时后输出至所述补偿电流产生电路的数据与即将返回所述增益介质的注入光所对应的数据相同；所述反相器，连接至所述延时电路，用于将所述延时电路的输出数据进行反相处理；所述放大器，连接至所述反相器，用于将所述反相器输出的数据进行放大，其中，在所述反相器输出数据“ 1，，时，所述数据“ 1，，经过所述放大器放大之后作为补偿电流提供给所述增益介质。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述增益介质包括靠近光发射面的第一增益区和远离所述光发射面的第二增益区，其中与当前待发射数据相对应的调制电流和偏置电流施加至所述第一增益区，而与当前注入光相对应的补偿电流施加至所述第二增益区。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的自种子光纤激光器，其特征在于，还包括光返回时间测量装置，其用于监测返回至所述增益介质的注入光，对所述注入光所对应的电压信号进行周期性采样，根据周期性采样电压值的周期信息，计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间。
12.根据权利要求11所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述光返回时间测量装置包括监控光二极管，连接至所述增益介质，用于在所述增益介质开始发射测试信号之后，检测返回所述增益介质的注入光的光功率并将其转换为电流；电压转换器，连接至所述监控光二极管，用于将所述监控光二极管输出的电流成比例地转换为电压信号；采样模块，连接至所述电压转换器，用于对所述电压转换器的输出电压进行周期性采样；控制器，用于根据所述采样模块的周期性采样电压值的周期信息，计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间。
13.根据权利要求12所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述控制器还用于控制所述增益介质的测试信号发射过程在所述注入光返回至所述增益介质之前停止。
14.根据权利要求13所述的自种子光纤激光器，其特征在于，所述控制器根据所述增益介质开始发射所述测试信号至采样空白期之后第一个采样电压值所对应的周期信息，计算出所述光返回时间，其中采样空白期是所述增益介质停止发射测试数据之后所述监控光二极管仅能监测到直流量的时段。
15.一种自种子光纤激光器的驱动方法，其特征在于，所述自种子激光器包括由增益介质、阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜形成的激光谐振腔；所述方法包括增益介质发射数据光，其中所述数据光进行阵列波导光栅中对应的波长通道的波长筛选之后，部分数据光被法拉第旋转反射镜反射并形成返回至所述增益介质的注入光；根据所述注入光的功率，选择性地为所述增益介质提供补偿电流。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据注入光的功率，选择性地为所述增益介质提供补偿电流包括在所述注入光对应于数据“0”且当前待发送数据为“1”时，生成补偿电流并输出给所述增益介质；在所述注入光对应于数据“0”且当前待发送数据为“0”时或者在所述注入光对应于数据“ 1”时，不向所述增益介质提供补偿电流。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述根据注入光的功率，选择性地为所述增益介质提供补偿电流包括根据所述自种子光纤激光器的光返回时间将当前待发射数据进行延时，其中经过延时后的数据与即将返回所述增益介质的注入光所对应的数据相同；将所述经过延时后的数据进行反相处理；根据所述经过反相处理后的数据以及当前待发射数据，选择性地产生补偿电流并提供给所述增益介质，其中，在所述反相处理后的数据为“ 1”且当前待发送数据为“ 1”时，生成补偿电流并输出给所述增益介质。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述补偿电流根据述注入光的数据“0”和数据“1”之间的功率差生成。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述根据经过反相处理后的数据以及当前待发射数据，选择性地产生补偿电流并提供给所述增益介质包括将所述反向器进行反向处理之后的输出数据和所述当前待发射数据进行逻辑“与”运算；在所述逻辑“与”运算结果是“ 1”时，生成补偿电流并输出给所述增益介质。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括根据当前待发送数据产生调制电流和偏置电流，并将所述调制电流和偏置电流输出给所述增益介质；其中，所述当前待发送数据延时预设时间之后再提供给激光二极管驱动器生成所述调制电流和所述偏置电流，其中所述预设时间用于补偿所述逻辑“与”运算过程的延迟。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据注入光的功率，选择性地为所述增益介质提供补偿电流包括在所述注入光对应于数据“0”时产生补偿电流并输出给所述增益介质；当所述注入光对应于数据“1”时不向所述增益介质提供补偿电流。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述在注入光对应于数据“0”时产生补偿电流并输出给所述增益介质包括根据所述自种子光纤激光器的光返回时间将当前待发射数据进行延时，其中经过延时后的数据与即将返回所述增益介质的注入光所对应的数据相同；将所述经过延时后的数据进行反相处理；将所述反相器输出的数据进行放大，其中，在所述反相器输出数据“ 1”时，所述数据 “1”经过所述放大器放大之后作为补偿电流提供给所述增益介质。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述增益介质包括靠近光发射面的第一增益区和远离所述光发射面的第二增益区，其中与当前待发射数据相对应的调制电流和偏置电流施加至所述第一增益区，而与当前注入光相对应的补偿电流施加至所述第二增益区。
24.根据权利要求15至22中任一项所述的方法，其特征在于，还包括监测返回至所述增益介质的注入光，对所述注入光所对应的电压信号进行周期性采样，根据周期性采样电压值的周期信息，计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间。
25.根据权利要求M所述的方法，其特征在于，所述监测返回至所述增益介质的注入光，对所述注入光所对应的电压信号进行周期性采样，根据周期性采样电压值的周期信息， 计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间包括在所述增益介质开始发射测试信号之后，利用监控光二极管检测返回所述增益介质的注入光的光功率并将其转换为电流；将所述监控光二极管输出的电流成比例地转换为电压信号；对所述电压转换器的输出电压进行周期性采样；根据所述采样模块的周期性采样电压值的周期信息，计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述增益介质的测试信号发射过程在所述注入光返回至所述增益介质之前停止。
27.根据权利要求沈所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样模块的周期性采样电压值的周期信息，计算出所述自种子光纤激光器的光返回时间包括根据所述增益介质开始发射所述测试信号至采样空白期之后第一个采样电压值所对应的周期信息，计算出所述光返回时间；其中采样空白期是所述增益介质停止发射测试数据之后所述监控光二极管仅能监测到直流量的时段。
28.一种无源光网络系统，其特征在于，包括光线路终端、多个光网络单元以及在所述光线路终端和所述光网络单元之间的远程节点；所述远程节点包括阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜，其中所述阵列波导光栅包括公共端口和多个分支端口，其中所述公共端口通过主干光纤连接至所述光线路终端，且所述法拉第旋转反射镜耦合至所述主干光纤，所述分支端口分别通过分支光纤连接至所述光网络单元；所述光网络单元包括具有增益介质的光发射器，所述增益介质、所述阵列波导光栅以及所述法拉第旋转反射镜形成如权利要求1至14中任一项所述的自种子光纤激光器。
29.一种光线路终端，其特征在于，包括阵列波导光栅、法拉第旋转发射镜和多个具有增益介质的光发射器，所述多个光模块通过所述阵列波导光栅连接至主干光纤，且所述法拉第旋转发射镜耦合至所述主干光纤；所述光发射器的增益介质、所述阵列波导光栅以及所述法拉第旋转反射镜形成如权利要求1至14中任一项所述的自种子光纤激光器。
全文摘要
本申请提供一种自种子光纤激光器，包括阵列波导光栅；增益介质，耦合至所述阵列波导光栅的其中一个分支端口；法拉第旋转反射镜，耦合至所述阵列波导光栅的公共端口，用于对增益介质发射的部分光信号进行反射并形成返回至所述增益介质的注入光；所述增益介质、阵列波导光栅和法拉第旋转反射镜构成激光谐振腔，其中所述阵列波导光栅用于在所述激光谐振腔进行波长筛选，以使所述增益介质的发射波长锁定在所述分支端口所对应的波长通道；补偿装置，耦合至所述增益介质，用于根据注入光的功率选择性地为所述增益介质提供补偿电流。本申请还提供一种自种子光纤激光器的驱动方法以及采用所述自种子光纤激光器的无源光网络系统和设备。
文档编号H04B10/14GK102334248SQ201180001394
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者刘德坤, 徐之光, 林华枫 申请人:华为技术有限公司