CN108710174B - 一种基于波长自动锁定与跟踪技术的udwdm-pon发射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM‑PON发射机，包括依次与微波源相连的激光器、衰减器和第一1×8耦合器，自第一1×8耦合器之后分成有八路信道，所有信道通过第二8×1耦合器汇聚于光纤；激光器为锁模激光器；第一、三、五、七路信道为奇数信道，第二、四、六和八路信道为偶数信道，采用奇数信道作为下行光载波携带下行数据，偶数信道作为上行链路光载波方式完成用户信息的发送，以锁模激光器产生的光频梳作为波长基准，对多个DFB激光器进行注入锁定完成波长基准的分离，解决接入网中波长同步问题；对分离后的多路信道进行选择性调制，实现对锁模激光器波长基准的跟踪，保证了接入网中微小信道间隔的稳定性。

Description

一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机

技术领域

本发明涉及一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机。

背景技术

在当今社会，网络规模的迅速扩大和网络容量需求的持续增长使得大规模接入网技术研究成为了热点。其中被广泛采用的技术有时分复用无源光网络(TDM-PON)技术，该技术通过为用户划分时隙来满足容量需求。另一被广泛采用的技术是密集波分复用无源光网络(DWDM-PON)技术，且该技术避免了TDM-PON中接收机与发送机带宽必须匹配的麻烦。而超密集波分复用无源网络(UDWDM-PON)技术的出现将DWDM-PON中100-200GHz的信道间隔减少到GHz量级，因此UDWDM-PON技术有望低成本，低功耗满足下一代接入网的巨大容量需求。

然而，UDWDM-PON中GHz量级的波长间隔使我们不得不考虑用户间的波长同步问题。传统UDWDM-PON方案中的信道均由独立光源提供，信道间的稳定性问题难以得到保证。因此为了保证UDWDM-PON网络的实际可行性，可以在接入网中建立波长基准使全网波长保持同步，为用户提供高效的接入服务。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，不但解决了因信道间隔不稳定而导致的网络中波长难以同步问题，而且克服了因外界环境造成的波长不确定性影响，并且完成了网络中基准分配的自动化。本发明的***结构简单易实现，可以作为一种自适应UDWDM-PON发射机应用于大规模接入网。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，包括依次与微波源相连的激光器、衰减器和第一1×8耦合器，自所述第一1×8耦合器之后分成有八路信道，分别记为第一路信道、第二路信道、第三路信道、第四路信道、第五路信道、第六路信道、第七路信道和第八路信道，所有信道通过第二8×1耦合器汇聚于光纤；所述激光器为锁模激光器；所述第一路信道、第三路信道、第五路信道和第七路信道为奇数信道，第二路信道、第四路信道、第六路信道和第八路信道为偶数信道；所述奇数信道的结构相同，均包括第一偏振控制器和第一环形器，所述第一环形器的1端口与所述第一偏振控制器相连，所述第一环形器的2端口连接有第一DFB激光器；所述第一环形器的3端口连接有第一1×2耦合器；所述第一1×2耦合器的一路连接有第一光电探测器，自所述第一光电探测器至所述第一DFB激光器依次连接有第一微波放大器、第一包络检波器、第一微处理器和第一激光器驱动电路；所述第一1×2耦合器的另一路依次连接有第二偏振控制器和马赫增德尔调制器，所述马赫增德尔调制器还连接有一误码仪，所述误码仪为所述马赫增德尔调制器提供基带信号；所述偶数信道的结构相同，均包括第三偏振控制器和第二环形器，所述第二环形器的1端口与所述第三偏振控制器相连；所述第二环形器的2端口连接有第二DFB激光器；所述第二环形器的3端口连接有第二1×2耦合器；所述第二1×2耦合器的一路连接第二光电探测器，自所述第二光电探测器至所述第二DFB激光器依次连接有第二微波放大器、第二包络检波器、第二微处理器和第二激光器驱动电路；所述第二1×2耦合器的另一路连接至所述第二8×1耦合器。

进一步讲，本发明提出的一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，其中，所述第一微处理器和所述第二微处理器均为STM32。

所述第一微波放大器和所述第二微波放大器增益均为10dB～30dB。

所述第一微波放大器和所述第二微波放大器增益优选为20dB。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于该UDWDM-PON发射机中的信道基准是由同一光源锁模激光器提供的，信道间的间隔始终保持不变并由驱动锁模激光器的微波源决定。信道基准的建立解决了独立光源间的相对波长漂移问题。与传统的UDWDM-PON发射机方案相比，本发明中用户信道均应用了波长自动锁定与跟踪技术，通过检测注入锁定DFB激光器后产生拍频信号的功率变化实时反馈控制DFB激光器的波长，实现了DFB激光器对锁模激光器基准的自动锁定与跟踪，进一步保证了UDWDM***中用户波长同步。

附图说明

图1为本发明基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机装置图；

图2为实施例一12min内DFB激光器波长的波动情况；

图3为实施例一12min内对应拍频信号功率的波动情况；

图4为实施例二12min内UDWDM-PON发射机中八路信道的波动情况。

图中：1-微波源，2-锁模激光器，3-衰减器，4-第一1×8耦合器，5-第一偏振控制器，6-第一环形器，7-第一1×2耦合器，8-第一DFB激光器，9-第一光电探测器，10-第一微波放大器，11-第一包络检波器，12-第一微处理器，13-第一激光器驱动模块，14-第二偏振控制器，15-马赫增德尔调制器，16-误码仪，17-第二8×1耦合器，18-光纤，19-第三偏振控制器，20-第二环形器，21-第二1×2耦合器，22-第二DFB激光器，23-第二光电探测器，24-第二微波放大器，25-第二包络检波器，26-第二微处理器，27-第二激光器驱动模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明提出的一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，包括依次与微波源1相连的激光器、衰减器3和第一1×8耦合器4，所述激光器为锁模激光器2；自所述第一1×8耦合器4之后分成有八路信道，所有信道通过第二8×1耦合器17汇聚于光纤18，上述八路信道分别记为第一路信道、第二路信道、第三路信道、第四路信道、第五路信道、第六路信道、第七路信道和第八路信道。

本发明中，所述第一路信道、第三路信道、第五路信道和第七路信道为奇数信道，第二路信道、第四路信道、第六路信道和第八路信道为偶数信道。本发明发射机采用奇数信道作为下行光载波携带下行数据，偶数信道作为上行链路光载波方式完成用户信息的发送，网络中奇数和偶数信道均由同一个多波长光源提供。

所述奇数信道的结构相同，以第一路信道为例，该路信道包括第一偏振控制器5和第一环形器6，所述第一环形器6的1端口与所述第一偏振控制器5相连，所述第一环形器6的2端口连接有第一DFB激光器8；所述第一环形器3的3端口连接有第一1×2耦合器7；所述第一1×2耦合器7的一路连接有第一光电探测器9，自所述第一光电探测器9至所述第一DFB激光器8依次连接有第一微波放大器10、第一包络检波器11、第一微处理器12和第一激光器驱动电路13；所述第一1×2耦合器7的另一路依次连接有第二偏振控制器14和马赫增德尔调制器15，所述马赫增德尔调制器15还连接有一误码仪16，所述误码仪16为所述马赫增德尔调制器15提供基带信号。

所述偶数信道的结构相同，以第二路信道为例，该路信道包括第三偏振控制器19和第二环形器20，所述第二环形器20的1端口与所述第三偏振控制器19相连；所述第二环形器20的2端口连接有第二DFB激光器22；所述第二环形器20的3端口连接有第二1×2耦合器21；所述第二1×2耦合器21的一路连接第二光电探测器23，自所述第二光电探测器23至所述第二DFB激光器22依次连接有第二微波放大器24、第二包络检波器25、第二微处理器26和第二激光器驱动电路27；所述第二1×2耦合器21的另一路连接至所述第二8×1耦合器17。

本发明中，所述第一微处理器12和所述第二微处理器26均为STM32。所述第一微波放大器14和所述第二微波放大器24增益均为10dB～30dB，优选为20dB。

实施例一：利用本发明基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机的实现方法，对12min内其中一路信道自动跟踪情况和跟踪过程中拍频信号波动情况进行了如下测试。

以第一路信道测试情况为例，调整锁模激光器2的中心波长为1553.052nm。利用波长自动锁定与跟踪技术后DFB激光器8输出波长波动和拍频信号波动结果如图2和图3所示，在0-500s内，DFB激光器8输出波长稳定在锁模激光器2的1553.052nm基准处，此时拍频信号功率波动稳定在3dB内；在500s时，因锁模激光器2的基准从1553.52nm变化到1553.066nm，此时DFB激光器8与锁模激光器2基准处于非锁定的状态，因此拍频信号功率急速下降，DFB激光器8再次进行波长扫描；在波长扫描过程中，拍频信号功率也随之大幅度变化；当波长扫描结束，DFB激光器8的波长跟随锁模激光器2的基准稳定在1553.066nm，拍频信号功率变化再次稳定在3dB内。

实施例二：利用本发明基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机的实现方法，对12min内UDWDM-PON发射机中八个信道的稳定性进行了如下测试：

将波长自动锁定与跟踪技术应用到本发明UDWDM-PON发射机八路信道中，调整锁模激光器2的中心波长为1553.143nm，信道间隔稳定测试情况如图4所示。从图4中可以看出，八路信道的信道间隔在12min内几乎都稳定在0.04nm。值得注意的是其中第三、六和八路信道由于DFB激光器与相对应锁模激光器的基准发生了相对波长漂移，这三路信道各发生了一次波长扫描如图4中黑色圆圈所示，扫描结束后每个DFB激光器再次稳定在锁模激光器的基准处。故本发明提出的基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机可以使网络中的信道间隔稳定性得到保证，对由外界环境造成锁模激光器与DFB激光器之间的相对波长漂移进行校正，实现真正意义上的波长同步，降低了信道间的干扰。

本发明中，利用微波源1产生的5GHz正弦信号驱动锁模激光器2，使锁模激光器2产生波长间隔为0.04nm的光梳谱，该光梳谱通过第一1×8耦合器4均分为八路；以其中一路为例，该光经过一个偏振控制器和一个环形器注入到一DFB激光器，调整衰减器3使注入功率为-14dBm；在注入过程中每一路的微处理器控制相应的DFB激光器的驱动电流在40-50mA扫描；在波长扫描过程中，光电探测器产生的拍频信号功率随DFB激光器的驱动电流变化而变化；当DFB激光器的波长处于锁模激光器2的某一基准的锁定区域时，光电探测器产生的拍频信号功率最大且稳定；当DFB激光器波长远离该基准的锁定区域时，光电探测器产生的拍频信号功率急剧减小且不稳定；包络检波器将光电探测器产生的拍频信号功率变化转化为直流电压变化，微处理器通过检测该直流电压值记录该拍频信号的功率变化；电流扫描结束后微处理器将DFB激光器的驱动电流设置在拍频信号功率最大值处，完成锁模激光器基准的锁定。当因外部环境造成锁模激光器与DFB激光器间出现相对波长漂移导致拍频信号功率迅速下降时，微处理器通过实时检测此拍频信号功率的变化反馈控制DFB激光器再次进行波长扫描，波长扫描结束后完成锁模激光器基准的自动跟踪。当八个DFB激光器分别对锁模激光器的八个基准注入锁定稳定后，第一、第三、第五、第七路信道作为下行链路光载波分别由四个马赫增德尔调制器进行下行数据的调制，调制后汇聚于一个8×1耦合器；第二、第四、第六、第八路信道作为上行链路光载波直接汇聚于上述8×1耦合器经过光纤进行发送。

综上，本发明发射机以锁模激光器产生的光频梳作为波长基准，对多个DFB激光器进行注入锁定完成波长基准的分离，解决接入网中波长同步问题；对分离后的多路信道进行选择性调制，采用下行信号和上行波长基准的交错分布并进行发送，完成上下行用户信息的调制；为了进一步保证接入网中的波长同步，UDWDM-PON发射机中的信道均采用波长自动锁定与跟踪技术，通过实时控制DFB激光器进行波长扫描，通过寻找拍频功率最大值处再次完成锁模激光器基准的锁定，实现对锁模激光器波长基准的跟踪，保证了接入网中微小信道间隔的稳定性，实现自适应性的波长同步UDWDM-PON发射机。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，包括依次与微波源(1)相连的激光器、衰减器(3)和1×8耦合器(4)，自所述1×8耦合器(4)之后分成有八路信道，分别记为第一路信道、第二路信道、第三路信道、第四路信道、第五路信道、第六路信道、第七路信道和第八路信道，所有信道通过8×1耦合器(17)汇聚于光纤(18)；其特征在于：

所述激光器为锁模激光器(2)；

所述第一路信道、第三路信道、第五路信道和第七路信道为奇数信道，第二路信道、第四路信道、第六路信道和第八路信道为偶数信道；

所述奇数信道的结构相同，均包括第一偏振控制器(5)和第一环形器(6)，所述第一环形器(6)的1端口与所述第一偏振控制器(5)相连，所述第一环形器(6)的2端口连接有第一DFB激光器(8)；所述第一环形器(6)的3端口连接有第一1×2耦合器(7)；所述第一1×2耦合器(7)的一路连接有第一光电探测器(9)，自所述第一光电探测器(9)至所述第一DFB激光器(8)依次连接有第一微波放大器(10)、第一包络检波器(11)、第一微处理器(12)和第一激光器驱动电路(13)；所述第一1×2耦合器(7)的另一路依次连接有第二偏振控制器(14)和马赫增德尔调制器(15)，所述马赫增德尔调制器(15)还连接有一误码仪(16)，所述误码仪(16)为所述马赫增德尔调制器(15)提供基带信号；

所述偶数信道的结构相同，均包括第三偏振控制器(19)和第二环形器(20)，所述第二环形器(20)的1端口与所述第三偏振控制器(19)相连；所述第二环形器(20)的2端口连接有第二DFB激光器(22)；所述第二环形器(20)的3端口连接有第二1×2耦合器(21)；所述第二1×2耦合器(21)的一路连接第二光电探测器(23)，自所述第二光电探测器(23)至所述第二DFB激光器(22)依次连接有第二微波放大器(24)、第二包络检波器(25)、第二微处理器(26)和第二激光器驱动电路(27)；所述第二1×2耦合器(21)的另一路连接至所述8×1耦合器(17)。

2.根据权利要求1所述基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，其特征在于，所述第一微处理器(12)和所述第二微处理器(26)均为STM32。

3.根据权利要求1所述基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，其特征在于，所述第一微波放大器(10)和所述第二微波放大器(24)增益均为10dB～30dB。

4.根据权利要求3所述基于波长自动锁定与跟踪技术的UDWDM-PON发射机，其特征在于，所述第一微波放大器(10)和所述第二微波放大器(24)增益均为20dB。

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