專利名稱：雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)，具體來講是一種雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法。
背景技術：
“光進銅退”已是接入層網(wǎng)絡未來發(fā)展的大勢所趨，寬帶光纖到戶技術正在逐步取代各種傳統(tǒng)窄帶銅纜接入技術成為固網(wǎng)運營商的首選。而無源光網(wǎng)絡(Passive Optical Network, PON)以其自身的大容量、全業(yè)務、低成本、高可靠、易維護等優(yōu)勢從多種光纖接入技術中脫穎而出?，F(xiàn)行主流的無源光網(wǎng)絡技術分為波分復用無源光網(wǎng)絡(WDM-PON)和時分復用無源光網(wǎng)絡(TDM-PON)兩種，其各有利弊。因而融合WDM-PON和TDM-PON兩種無源光網(wǎng)絡技術，取長補短，成為下一代PON網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢?；旌喜ǚ謺r分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)實質(zhì)上是以TDM-PON技術為基礎，在其多個光線路終端(Optical Line Terminal，0LT)和光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit，0NU)之間插入WDM-PON的波分復用與全光波長轉(zhuǎn)換器(All-Optical Wavelength Converter,AOWC), 利用波分復用實現(xiàn)單根光纖的接入擴容，利用全光波長轉(zhuǎn)換實現(xiàn)WDM-PON與TDM-PON系統(tǒng)的連接。目前研究的全光波長轉(zhuǎn)換器多基于半導體光放大器(Semiconductor Optical Amplifer, S0A)的各種光學非線性效應，主要包括交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻。各種基于SOA的非線性效應都需要一束特定波長的直流光作為波長轉(zhuǎn)換的探測光，目前在混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)中供給探測光的方式有兩種。一種是在遠端全光波長轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部，使用特定波長探測光激光器，由于其轉(zhuǎn)換波長與激光器波長一一對應，因而需要生產(chǎn)和維護不同波長型號的全光波長轉(zhuǎn)換模塊，不利于大規(guī)模工程應用和后期系統(tǒng)維護。另一種則是在局端采用多波長探測光光源，提供種子光遠程泵浦遠端全光波長轉(zhuǎn)換模塊，雖然采用此種方式有效的避免了全光波長轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部使用特定波長激光器，但其需要在局端增添價格昂貴的多波長光源和在光分配網(wǎng)(Optical Distribution Network, 0DN)中增加多路種子光波長通道，系統(tǒng)結構較為復雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，符合“光無源”和“無色化”要求，系統(tǒng)結構簡單合理，降低系統(tǒng)運營維護成本，利于大規(guī)模工程應用和后期系統(tǒng)維護。一種雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器，包括接收下行信號光的1:2光分支器、與用戶端光路連接的波分復用器、兩個可調(diào)光衰減器、兩個可調(diào)光衰減器共同光路連接的光耦合器，兩個可調(diào)光衰減器分別與1:2光分支器和波分復用器光路連接，1:2光分支器和與其光路連接的可調(diào)光衰減器之間接有第一半導體光放大器，另一可調(diào)光衰減器與光耦合器之間接有偏振控制器，光耦合器依次光路連接第二半導體光放大器和帶通濾波器。
在上述技術方案的基礎上，所述1 2光分支器與波分復用器之間、所述1 2光分支器與第一半導體光放大器之間、所述波分復用器和可調(diào)光衰減器之間，都設有摻鉺光纖放大器。在上述技術方案的基礎上，所述光耦合器、第二半導體光放大器和帶通濾波器構成交叉增益調(diào)制結構。在上述技術方案的基礎上，所述波分復用器為三端口濾波片型粗波分復用器。本發(fā)明還提供一種雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換方法，包括1:2光分支器、波分復用器、第一半導體光放大器和第二半導體光放大器，下行信號光經(jīng)由1 2光分支器分為兩路，一路光經(jīng)摻鉺光纖放大器補償后，經(jīng)由波分復用器合波后輸出至用戶端；另一路光依次經(jīng)由摻鉺光纖放大器、第一半導體光放大器和可調(diào)光衰減器，用于交叉增益調(diào)制結構的探測光輸入；上行信號光經(jīng)由所述波分復用器分波后，依次連接摻鉺光纖放大器、可調(diào)光衰減器和偏振控制器，用于交叉增益調(diào)制結構的泵浦光輸入；所述探測光和泵浦光輸入光耦合器，通過第二半導體光放大器和帶通濾波器轉(zhuǎn)換后輸出。在上述技術方案的基礎上，所述另一路光先由摻鉺光纖放大器進行功率放大，使其工作于第一半導體光放大器的深度飽和區(qū)，其上攜帶的調(diào)制信息被徹底擦除，變?yōu)楣β屎愣ǖ闹绷餍盘柟?，然后?jīng)由可調(diào)光衰減器調(diào)節(jié)其功率值。在上述技術方案的基礎上，所述上行信號光先經(jīng)過波分復用器分波，然后分別經(jīng)過摻鉺光纖放大器和可調(diào)光衰減器調(diào)節(jié)其功率值，并通過偏振控制器調(diào)節(jié)其偏振態(tài)。在上述技術方案的基礎上，所述第二半導體光放大器將泵浦光中的數(shù)據(jù)信息同步轉(zhuǎn)移到探測光上，經(jīng)過帶通濾波器濾除泵浦光頻率分量，輸出的探測光頻率分量攜帶有與上行泵浦信號光幅度相反的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)信息從泵浦光向探測光上的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的有益效果在于第一半導體光放大器擦除混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)中下行信號光上攜帶的數(shù)據(jù)調(diào)制信息，用于全光波長轉(zhuǎn)換的直流探測光，與已有的兩種供給探測光的方法相比，本發(fā)明的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，具有“光無源”和“無色化”特性，且無需局端遠程供給種子光，使得網(wǎng)絡結構進一步簡化，確保低廉的運營維護成本。


圖1為混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)結構框圖；圖2為圖1中ODN的結構框圖；圖3為本發(fā)明雙半導體光放大器結構的AOWC的結構框圖；圖4為第一半導體光放大器的工作原理示意圖；圖5為第二半導體光放大器增益飽和特征性曲線圖。附圖標記局端波分復用器201，遠端波分復用器202，光功率分支器204，1:2 光分支器301，摻鉺光纖放大器(302、304、307)，波分復用器303，第一半導體光放大器 305 (SOAl)，可調(diào)光衰減器(306、308)，偏振控制器309，光耦合器310，第二半導體光放大器 311(S0A2)，帶通濾波器312。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，為混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)結構框圖。網(wǎng)絡匯聚點/中心機房放置多個TDM-PON的OLT局端，該設備中的下行數(shù)據(jù)采用特定波長光調(diào)制，輸出不同的光波長U^X2... Xn_i、λ n)，以區(qū)別各0LT，不同波長OLT的下行信號光經(jīng)過WDM器件復用到一根光纖中向下傳輸。在光鏈路的遠端節(jié)點同樣使用WDM器件解復用出各支路光波長信號(λ^ λ2...入㈣、λ n)，再分別經(jīng)光功率分支器傳送至各個0NU。對于各ONU分時隙 (TS1. . . TS32)發(fā)送的上行數(shù)據(jù)波長λ up信號，經(jīng)過光功率分配器匯聚至AOWC后轉(zhuǎn)換成特定光波長信號向上傳輸，再由局端利用WDM器件解復用，分別送至不同波長對應的TDM-PON各 OLT0以此實現(xiàn)了傳統(tǒng)的TDM-PON與WDM-PON技術的融合。如圖2所示，ODN作為混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)的重要組成部分，為局端網(wǎng)元OLT和終端設備ONU之間提供光傳輸物理通道。所述ODN包括局端波分復用器201、遠端波分復用器202、AOffCd. . . η)和光功率分支器204。波分復用采用雙纖單向傳輸方式， 利用局端波分復用器201進行合波，遠端波分復用器202進行分波，避免雙向數(shù)據(jù)通信相互干擾。AOWC (1... η)透明傳輸下行數(shù)據(jù)λx(x=l，2，...n)，并將各0NU統(tǒng)一發(fā)送的λ up波長信號光轉(zhuǎn)換為與該支路下行光波長λχ(χ = 1,2, ...η)相同的上行信號光，即下行輸入和上行輸出AOWC的信號光波長相同。本實時例中光功率分支器最大支持1 32分支比。如圖3所示，所述雙半導體光放大器結構的AOWC是ODN中的關鍵網(wǎng)元設備。所述雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器，包括一個接收下行信號光的1:2光分支器301、 與用戶端光路連接的波分復用器303、兩個可調(diào)光衰減器、三個摻鉺光纖放大器(EDFA)、第一半導體光放大器305 (SOAl)、第二半導體光放大器311 (S0A》、一個偏振控制器309、一個光耦合器310和一個帶通濾波器312。本實施例中，1 2光分支器301分別光路連接EDFA302 和EDFA304，EDFA302光路連接波分復用器303 (本實施例中為三端口濾波片型粗波分復用器30 ；EDFA304依次光路連接SOAl和可調(diào)光衰減器306。所述三端口濾波片型粗波分復用器303還與EDFA307光路連接，EDFA307依次光路連接可調(diào)光衰減器308和偏振控制器 309，偏振控制器309和可調(diào)光衰減器306共同通過光耦合器310連接到S0A2，S0A2光路連接帶通濾波器312。如圖3所示，雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換方法，包括下行方向，輸入到全光波長轉(zhuǎn)換器中的C波段波長為λχ(χ=1，2，...η)的下行信號光經(jīng)過1 2光分支器301分為兩路。其中一路光用于正常的數(shù)據(jù)下行，先由EDFA302功率補償，再經(jīng)過一個三端口濾波片型粗波分復用器303合波后輸出，被用戶端ONU所接收。另外一路光也先由EDFA304進行功率放大，使其工作于半導體光放大器SOAl的深度飽和區(qū)， 其上攜帶的調(diào)制信息被徹底擦除，變?yōu)楣β屎愣ǖ闹绷餍盘柟猓缓蠼?jīng)由可調(diào)光衰減器306 調(diào)節(jié)其功率值，最后用于交叉增益調(diào)制的探測信號光。上行方向，多個ONU發(fā)送的波長同為Xup的上行信號光首先經(jīng)三端口濾波片型粗波分復用器303分波，然后分別經(jīng)過EDFA307和可調(diào)光衰減器308調(diào)節(jié)其功率值，并通過偏振控制器309調(diào)節(jié)其偏振態(tài)，最后作為交叉增益調(diào)制的泵浦信號光，并與探測信號光一起耦合輸入具有增益飽和特性的S0A2中。在S0A2上進行的交叉增益調(diào)制過程中，波長為 λ up的泵浦光消耗了其大量載流子，使S0A2工作在增益飽和狀態(tài)，與此同時，波長為λ χ的探測光被泵浦光上攜帶的數(shù)據(jù)信息所調(diào)制，即將泵浦光中的數(shù)據(jù)信息同步轉(zhuǎn)移到探測光上來。最后經(jīng)過中心波長為λ χ的帶通濾波器312濾除泵浦光頻率分量，輸出的探測光頻率分量攜帶有與上行泵浦信號光幅度相反的數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)信息從Xup波長光向與該支路下行光λχ同波長光上的轉(zhuǎn)移。如圖4所示，圖中的曲線反映了 SOAl的輸出信號強度與輸入信號強度兩者之間的函數(shù)關系。SOAl的-3dB帶寬值較小，當輸入光功率值小于_3dB帶寬值時，SOAl處于線性放大工作區(qū)，輸出光功率的值隨著輸入光功率的值線性增大；而當輸入光功率值大于_3dB 帶寬值時，SOAl處于增益飽和工作區(qū)，輸出光功率的值不再隨著輸入光功率的值增大而增大，達到增益飽和的工作狀態(tài)。本發(fā)明是利用SOAl的增益飽和特性來擦除下行信號光λχ 上所攜帶的數(shù)據(jù)信息的，使帶有調(diào)制信息的下行信號光轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇β屎愣ǖ闹绷鞴?，?jīng)可調(diào)光衰減器功率衰減后作為交叉增益調(diào)制的探測光使用。從圖4中可以看出，經(jīng)過SOAl 前端EDFA放大后的、帶有數(shù)據(jù)信息的下行信號光λχ的“0”電平和“1”電平的功率值，都遠遠超過了 SOAl的-3dB帶寬值，SOAl此時處于深度飽和的工作狀態(tài)，使輸出光中邏輯電平 “0”和“ 1”所對應的功率值差別很小，輸出光接近于一束功率恒定的直流光，輸入光中所攜帶的數(shù)據(jù)信息被完全擦除。如圖5所示，為S0A2的輸出信號增益與輸入信號強度兩者之間的關系。其_3dB帶寬處對應的輸入光功率Pin = OdBm，輸出飽和光功率I^sat = 13dBm，增益值(is = 27dB。當輸入光功率Pin < OdBm時，S0A2增益(is > 27dB ；而當輸入光功率Pin > OdBm并持續(xù)增大時，S0A2增益則會急劇下降。而基于交叉增益調(diào)制效應的全光波長轉(zhuǎn)換器就是利用S0A2的增益飽和特性工作的。帶有數(shù)據(jù)信息的泵浦光和探測光同時從S0A2的一端輸入，泵浦光為 “0”時，S0A2的增益值較高，探測光獲得較高增益，經(jīng)過帶通濾波器濾除泵浦光頻譜成分后輸出為“ 1，，；反之，泵浦光為“ 1”時，S0A2增益值較小，探測光獲得的增益較低，濾除泵浦光頻譜成分后探測光輸出為“0”?？梢?，經(jīng)交叉增益調(diào)制型全光波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出的探測光幅值與輸入的泵浦信號光幅值正好相反。由于輸入XGM型波長轉(zhuǎn)換器中泵浦信號光功率遠大于探測光功率，所以由探測光引起的增益變化對泵浦光所產(chǎn)生的影響可以忽略不計。本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求
1.一種雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器，包括接收下行信號光的1:2光分支器、與用戶端光路連接的波分復用器、兩個可調(diào)光衰減器、兩個可調(diào)光衰減器共同光路連接的光耦合器，其特征在于兩個可調(diào)光衰減器分別與1:2光分支器和波分復用器光路連接， 1:2光分支器和與其光路連接的可調(diào)光衰減器之間接有第一半導體光放大器，另一可調(diào)光衰減器與光耦合器之間接有偏振控制器，光耦合器依次光路連接第二半導體光放大器和帶通濾波器。
2.如權利要求1所述的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述 1 2光分支器與波分復用器之間、所述1 2光分支器與第一半導體光放大器之間、所述波分復用器和可調(diào)光衰減器之間，都設有摻鉺光纖放大器。
3.如權利要求1或2所述的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述光耦合器、第二半導體光放大器和帶通濾波器構成交叉增益調(diào)制結構。
4.如權利要求1所述的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述波分復用器為三端口濾波片型粗波分復用器。
5.一種雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換方法，包括1:2光分支器、波分復用器、 第一半導體光放大器和第二半導體光放大器，其特征在于下行信號光經(jīng)由1:2光分支器分為兩路，一路光經(jīng)摻鉺光纖放大器補償后，經(jīng)由波分復用器合波后輸出至用戶端；另一路光依次經(jīng)由摻鉺光纖放大器、第一半導體光放大器和可調(diào)光衰減器，用于交叉增益調(diào)制結構的探測光輸入；上行信號光經(jīng)由所述波分復用器分波后，依次連接摻鉺光纖放大器、可調(diào)光衰減器和偏振控制器，用于交叉增益調(diào)制結構的泵浦光輸入；所述探測光和泵浦光輸入光耦合器，通過第二半導體光放大器和帶通濾波器轉(zhuǎn)換后輸出。
6.如權利要求5所述的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述另一路光先由摻鉺光纖放大器進行功率放大，使其工作于第一半導體光放大器的深度飽和區(qū)，其上攜帶的調(diào)制信息被徹底擦除，變?yōu)楣β屎愣ǖ闹绷餍盘柟?，然后?jīng)由可調(diào)光衰減器調(diào)節(jié)其功率值。
7.如權利要求5所述的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述上行信號光先經(jīng)過波分復用器分波，然后分別經(jīng)過摻鉺光纖放大器和可調(diào)光衰減器調(diào)節(jié)其功率值，并通過偏振控制器調(diào)節(jié)其偏振態(tài)。
8.如權利要求5所述的雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述第二半導體光放大器將泵浦光中的數(shù)據(jù)信息同步轉(zhuǎn)移到探測光上，經(jīng)過帶通濾波器濾除泵浦光頻率分量，輸出的探測光頻率分量攜帶有與上行泵浦信號光幅度相反的數(shù)據(jù)信息， 實現(xiàn)信息從泵浦光向探測光上的轉(zhuǎn)移。全文摘要
雙半導體光放大器結構的全光波長轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，涉及混合波分時分復用無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)，下行信號光經(jīng)1:2光分支器分為兩路，一路光經(jīng)摻鉺光纖放大器補償后，經(jīng)由波分復用器合波后輸出至用戶端；另一路光依次經(jīng)由摻鉺光纖放大器、第一半導體光放大器和可調(diào)光衰減器，用于交叉增益調(diào)制結構的探測光輸入；上行信號光經(jīng)由所述波分復用器分波后，依次連接摻鉺光纖放大器、可調(diào)光衰減器和偏振控制器，用于交叉增益調(diào)制結構的泵浦光輸入；探測光和泵浦光輸入光耦合器，通過第二半導體光放大器和帶通濾波器轉(zhuǎn)換后輸出。該全光波長轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，符合光無源和無色化要求，系統(tǒng)結構簡單，降低系統(tǒng)運營維護成本，利于大規(guī)模工程應用和后期維護。
文檔編號G02F2/00GK102231035SQ201110141159
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權日2011年5月30日
發(fā)明者何煒, 劉武, 張曉吟, 楊鑄 申請人:武漢郵電科學研究院