CN102231035B - 双半导体光放大器结构的全光波长转换器及转换方法 - Google Patents
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Abstract
双半导体光放大器结构的全光波长转换器及转换方法，涉及混合波分时分复用无源光网络***，下行信号光经1:2光分支器分为两路，一路光经掺铒光纤放大器补偿后，经由波分复用器合波后输出至用户端；另一路光依次经由掺铒光纤放大器、第一半导体光放大器和可调光衰减器，用于交叉增益调制结构的探测光输入；上行信号光经由所述波分复用器分波后，依次连接掺铒光纤放大器、可调光衰减器和偏振控制器，用于交叉增益调制结构的泵浦光输入；探测光和泵浦光输入光耦合器，通过第二半导体光放大器和带通滤波器转换后输出。该全光波长转换器及转换方法，符合光无源和无色化要求，***结构简单，降低***运营维护成本，利于大规模工程应用和后期维护。
Description
技术领域
本实用新型涉及混合波分时分复用无源光网络***，具体来讲是一种双半导体光放大器结构的全光波长转换器及转换方法。
背景技术
“光进铜退”已是接入层网络未来发展的大势所趋，宽带光纤到户技术正在逐步取代各种传统窄带铜缆接入技术成为固网运营商的首选。而无源光网络(Passive Optical Network，PON)以其自身的大容量、全业务、低成本、高可靠、易维护等优势从多种光纤接入技术中脱颖而出。现行主流的无源光网络技术分为波分复用无源光网络(WDM-PON)和时分复用无源光网络(TDM-PON)两种，其各有利弊。因而融合WDM-PON和TDM-PON两种无源光网络技术，取长补短，成为下一代PON网络的发展趋势。
混合波分时分复用无源光网络***实质上是以TDM-PON技术为基础，在其多个光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)和光网络单元(Optical Network Unit，ONU)之间***WDM-PON的波分复用与全光波长转换器(All-Optical Wavelength Converter，AOWC)，利用波分复用实现单根光纤的接入扩容，利用全光波长转换实现WDM-PON与TDM-PON***的连接。目前研究的全光波长转换器多基于半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifer，SOA)的各种光学非线性效应，主要包括交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频。
各种基于SOA的非线性效应都需要一束特定波长的直流光作为波长转换的探测光，目前在混合波分时分复用无源光网络***中供给探测光的方式有两种。一种是在远端全光波长转换模块内部，使用特定波长探测光激光器，由于其转换波长与激光器波长一一对应，因而需要生产和维护不同波长型号的全光波长转换模块，不利于大规模工程应用和后期***维护。另一种则是在局端采用多波长探测光光源，提供种子光远程泵浦远端全光波长转换模块，虽然采用此种方式有效的避免了全光波长转换模块内部使用特定波长激光器，但其需要在局端增添价格昂贵的多波长光源和在光分配网(Optical DistributionNetwork，ODN)中增加多路种子光波长通道，***结构较为复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种双半导体光放大器结构的全光波长转换器及转换方法，符合“光无源”和“无色化”要求，***结构简单合理，降低***运营维护成本，利于大规模工程应用和后期***维护。
一种双半导体光放大器结构的全光波长转换器，包括接收下行信号光的1:2光分支器、与用户端光路连接的波分复用器、两个可调光衰减器、两个可调光衰减器共同光路连接的光耦合器，两个可调光衰减器分别与1:2光分支器和波分复用器光路连接，1:2光分支器和与其光路连接的可调光衰减器之间接有第一半导体光放大器，另一可调光衰减器与光耦合器之间接有偏振控制器，光耦合器依次光路连接第二半导体光放大器和带通滤波器。
在上述技术方案的基础上，所述1:2光分支器与波分复用器之间、所述1:2光分支器与第一半导体光放大器之间、所述波分复用器和可调光衰减器之间，都设有掺铒光纤放大器。
在上述技术方案的基础上，所述光耦合器、第二半导体光放大器和带通滤波器构成交叉增益调制结构。
在上述技术方案的基础上，所述波分复用器为三端口滤波片型粗波分复用器。
本发明还提供一种双半导体光放大器结构的全光波长转换方法，包括1:2光分支器、波分复用器、第一半导体光放大器和第二半导体光放大器，下行信号光经由1:2光分支器分为两路，一路光经掺铒光纤放大器补偿后，经由波分复用器合波后输出至用户端；另一路光依次经由掺铒光纤放大器、第一半导体光放大器和可调光衰减器，用于交叉增益调制结构的探测光输入；上行信号光经由所述波分复用器分波后，依次连接掺铒光纤放大器、可调光衰减器和偏振控制器，用于交叉增益调制结构的泵浦光输入；所述探测光和泵浦光输入光耦合器，通过第二半导体光放大器和带通滤波器转换后输出。
在上述技术方案的基础上，所述另一路光先由掺铒光纤放大器进行功率放大，使其工作于第一半导体光放大器的深度饱和区，其上携带的调制信息被彻底擦除，变为功率恒定的直流信号光，然后经由可调光衰减器调节其功率值。
在上述技术方案的基础上，所述上行信号光先经过波分复用器分波，然后分别经过掺铒光纤放大器和可调光衰减器调节其功率值，并通过偏振控制器调节其偏振态。
在上述技术方案的基础上，所述第二半导体光放大器将泵浦光中的数据信息同步转移到探测光上，经过带通滤波器滤除泵浦光频率分量，输出的探测光频率分量携带有与上行泵浦信号光幅度相反的数据信息，实现信息从泵浦光向探测光上的转移。
本发明的有益效果在于：第一半导体光放大器擦除混合波分时分复用无源光网络***中下行信号光上携带的数据调制信息，用于全光波长转换的直流探测光，与已有的两种供给探测光的方法相比，本发明的双半导体光放大器结构的全光波长转换器及转换方法，具有“光无源”和“无色化”特性，且无需局端远程供给种子光，使得网络结构进一步简化，确保低廉的运营维护成本。
附图说明
图1为混合波分时分复用无源光网络***结构框图；
图2为图1中ODN的结构框图；
图3为本发明双半导体光放大器结构的AOWC的结构框图；
图4为第一半导体光放大器的工作原理示意图；
图5为第二半导体光放大器增益饱和特征性曲线图。
附图标记：局端波分复用器201，远端波分复用器202，光功率分支器204，1:2光分支器301，掺铒光纤放大器(302、304、307)，波分复用器303，第一半导体光放大器305(SOA1)，可调光衰减器(306、308)，偏振控制器309，光耦合器310，第二半导体光放大器311(SOA2)，带通滤波器312。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为混合波分时分复用无源光网络***结构框图。网络汇聚点/中心机房放置多个TDM-PON的OLT局端，该设备中的下行数据采用特定波长光调制，输出不同的光波长(λ1、λ2...λn-1、λn)，以区别各OLT，不同波长OLT的下行信号光经过WDM器件复用到一根光纤中向下传输。在光链路的远端节点同样使用WDM器件解复用出各支路光波长信号(λ1、λ2...λn-1、λn)，再分别经光功率分支器传送至各个ONU。对于各ONU分时隙(TS1...TS32)发送的上行数据波长λup信号，经过光功率分配器汇聚至AOWC后转换成特定光波长信号向上传输，再由局端利用WDM器件解复用，分别送至不同波长对应的TDM-PON各OLT。以此实现了传统的TDM-PON与WDM-PON技术的融合。
如图2所示，ODN作为混合波分时分复用无源光网络***的重要组成部分，为局端网元OLT和终端设备ONU之间提供光传输物理通道。所述ODN包括局端波分复用器201、远端波分复用器202、AOWC(1...n)和光功率分支器204。波分复用采用双纤单向传输方式，利用局端波分复用器201进行合波，远端波分复用器202进行分波，避免双向数据通信相互干扰。AOWC(1...n)透明传输下行数据λx(x＝1，2，...n)，并将各ONU统一发送的λup波长信号光转换为与该支路下行光波长λx(x＝1，2，...n)相同的上行信号光，即下行输入和上行输出AOWC的信号光波长相同。本实时例中光功率分支器最大支持1∶32分支比。
如图3所示，所述双半导体光放大器结构的AOWC是ODN中的关键网元设备。所述双半导体光放大器结构的全光波长转换器，包括一个接收下行信号光的1:2光分支器301、与用户端光路连接的波分复用器303、两个可调光衰减器、三个掺铒光纤放大器(EDFA)、第一半导体光放大器305(SOA1)、第二半导体光放大器311(SOA2)、一个偏振控制器309、一个光耦合器310和一个带通滤波器312。本实施例中，1:2光分支器301分别光路连接EDFA302和EDFA304，EDFA302光路连接波分复用器303(本实施例中为三端口滤波片型粗波分复用器303)；EDFA304依次光路连接SOA1和可调光衰减器306。所述三端口滤波片型粗波分复用器303还与EDFA307光路连接，EDFA307依次光路连接可调光衰减器308和偏振控制器309，偏振控制器309和可调光衰减器306共同通过光耦合器310连接到SOA2，SOA2光路连接带通滤波器312。
如图3所示，双半导体光放大器结构的全光波长转换方法，包括：
下行方向，输入到全光波长转换器中的C波段波长为λx(x＝1，2，...n)的下行信号光经过1:2光分支器301分为两路。其中一路光用于正常的数据下行，先由EDFA302功率补偿，再经过一个三端口滤波片型粗波分复用器303合波后输出，被用户端ONU所接收。另外一路光也先由EDFA304进行功率放大，使其工作于半导体光放大器SOA1的深度饱和区，其上携带的调制信息被彻底擦除，变为功率恒定的直流信号光，然后经由可调光衰减器306调节其功率值，最后用于交叉增益调制的探测信号光。
上行方向，多个ONU发送的波长同为λup的上行信号光首先经三端口滤波片型粗波分复用器303分波，然后分别经过EDFA307和可调光衰减器308调节其功率值，并通过偏振控制器309调节其偏振态，最后作为交叉增益调制的泵浦信号光，并与探测信号光一起耦合输入具有增益饱和特性的SOA2中。在SOA2上进行的交叉增益调制过程中，波长为λup的泵浦光消耗了其大量载流子，使SOA2工作在增益饱和状态，与此同时，波长为λx的探测光被泵浦光上携带的数据信息所调制，即将泵浦光中的数据信息同步转移到探测光上来。最后经过中心波长为λx的带通滤波器312滤除泵浦光频率分量，输出的探测光频率分量携带有与上行泵浦信号光幅度相反的数据信息，从而实现信息从λup波长光向与该支路下行光λx同波长光上的转移。
如图4所示，图中的曲线反映了SOA1的输出信号强度与输入信号强度两者之间的函数关系。SOA1的-3dB带宽值较小，当输入光功率值小于-3dB带宽值时，SOA1处于线性放大工作区，输出光功率的值随着输入光功率的值线性增大；而当输入光功率值大于-3dB带宽值时，SOA1处于增益饱和工作区，输出光功率的值不再随着输入光功率的值增大而增大，达到增益饱和的工作状态。本发明是利用SOA1的增益饱和特性来擦除下行信号光λx上所携带的数据信息的，使带有调制信息的下行信号光转变为一束功率恒定的直流光，经可调光衰减器功率衰减后作为交叉增益调制的探测光使用。从图4中可以看出，经过SOA1前端EDFA放大后的、带有数据信息的下行信号光λx的“0”电平和“1”电平的功率值，都远远超过了SOA1的-3dB带宽值，SOA1此时处于深度饱和的工作状态，使输出光中逻辑电平“0”和“1”所对应的功率值差别很小，输出光接近于一束功率恒定的直流光，输入光中所携带的数据信息被完全擦除。
如图5所示，为SOA2的输出信号增益与输入信号强度两者之间的关系。其-3dB带宽处对应的输入光功率Pin＝0dBm，输出饱和光功率Psat＝13dBm，增益值Gs＝27dB。当输入光功率Pin＜0dBm时，SOA2增益Gs＞27dB；而当输入光功率Pin＞0dBm并持续增大时，SOA2增益则会急剧下降。而基于交叉增益调制效应的全光波长转换器就是利用SOA2的增益饱和特性工作的。带有数据信息的泵浦光和探测光同时从SOA2的一端输入，泵浦光为“0”时，SOA2的增益值较高，探测光获得较高增益，经过带通滤波器滤除泵浦光频谱成分后输出为“1”；反之，泵浦光为“1”时，SOA2增益值较小，探测光获得的增益较低，滤除泵浦光频谱成分后探测光输出为“0”。可见，经交叉增益调制型全光波长转换器转换后输出的探测光幅值与输入的泵浦信号光幅值正好相反。由于输入XGM型波长转换器中泵浦信号光功率远大于探测光功率，所以由探测光引起的增益变化对泵浦光所产生的影响可以忽略不计。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种双半导体光放大器结构的全光波长转换器，包括接收下行信号光的1∶2光分支器、与用户端光路连接的波分复用器、两个可调光衰减器、两个可调光衰减器共同光路连接的光耦合器，其特征在于：两个可调光衰减器分别与1∶2光分支器和波分复用器光路连接，1∶2光分支器和与其光路连接的可调光衰减器之间接有第一半导体光放大器，另一可调光衰减器与光耦合器之间接有偏振控制器，光耦合器依次光路连接第二半导体光放大器和带通滤波器，所述1∶2光分支器与波分复用器之间、所述1∶2光分支器与第一半导体光放大器之间、所述波分复用器和可调光衰减器之间，都设有掺铒光纤放大器。
2.如权利要求1所述的双半导体光放大器结构的全光波长转换器，其特征在于：所述光耦合器、第二半导体光放大器和带通滤波器构成交叉增益调制结构。
3.如权利要求1所述的双半导体光放大器结构的全光波长转换器，其特征在于：所述波分复用器为三端口滤波片型粗波分复用器。
4.一种双半导体光放大器结构的全光波长转换方法，包括1∶2光分支器、波分复用器、第一半导体光放大器和第二半导体光放大器，其特征在于：
下行信号光经由1∶2光分支器分为两路，一路光经第一掺铒光纤放大器补偿后，经由波分复用器合波后输出至用户端；另一路光依次经由第二掺铒光纤放大器、第一半导体光放大器和第一可调光衰减器，用于交叉增益调制结构的探测光输入；
上行信号光经由所述波分复用器分波后，依次连接第三掺铒光纤放大器、第二可调光衰减器和偏振控制器，用于交叉增益调制结构的泵浦光输入；
所述探测光和泵浦光输入光耦合器，通过第二半导体光放大器和带通滤波器转换后输出。
5.如权利要求4所述的双半导体光放大器结构的全光波长转换方法，其特征在于：所述另一路光先由第二掺铒光纤放大器进行功率放大，使其工作于第一半导体光放大器的深度饱和区，其上携带的调制信息被彻底擦除，变为功率恒定的直流信号光，然后经由第一可调光衰减器调节其功率值。
6.如权利要求4所述的双半导体光放大器结构的全光波长转换方法，其特征在于：所述上行信号光先经过波分复用器分波，然后分别经过第三掺铒光纤放大器和第二可调光衰减器调节其功率值，并通过偏振控制器调节其偏振态。
7.如权利要求4所述的双半导体光放大器结构的全光波长转换方法，其特征在于：所述第二半导体光放大器将泵浦光中的数据信息同步转移到探测光上，经过带通滤波器滤除泵浦光频率分量，输出的探测光频率分量携带有与上行泵浦信号光幅度相反的数据信息，实现信息从泵浦光向探测光上的转移。
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