一種用于twdm-pon系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)單元的反射光調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，更具體而言，涉及一種用于TWDM-PON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)單元的反射光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)被廣泛地運用以為用戶提供高速服務(wù)。為了向終端用戶提供多址接入，時分復(fù)用(TDM)技術(shù)被應(yīng)用在當(dāng)前PON的基礎(chǔ)架構(gòu)中。在基于TDM的PON中，發(fā)射機在單一波長上發(fā)送匯聚信號，而分支設(shè)備是一個分光器，其向多個光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)分發(fā)相同的信號，每個ONU都接收到所有的下行信號。當(dāng)前，基于TDM的EPON或XG-PON能夠提供上至1Gb / s的容量。
[0003]近期，F(xiàn)SAN和ITU-T正在研究NG-P0N2技術(shù)，以實現(xiàn)帶寬的進一步增加。NG-P0N2致力于提供40Gb / s，甚至為100Gb / s的總傳輸容量。許多供應(yīng)商和運營商引入了多波長 P0N(WDM-P0N、TWDM-P0N)來滿足 NG-P0N2 的需求。
[0004]在多波長PON的策略中，TWDM-PON被視為用于NG-P0N2的主要解決方案。TWDM-PON通過堆疊多個上行和下行波長增加了 PON系統(tǒng)的容量。作為最基本的要求，四個波長對被用于TWDM-PON中來提供40Gb / s的下行容量和1Gb / s的上行容量。這就意味著四個下行波長Uld，A2d, A3d, A4d)中的每個以1Gb / s的速率調(diào)制，而四個上行波長(λ1υ;入211，X3u，^4u)中的每個以2.5Gb / s的速率調(diào)制。
[0005]技術(shù)問題:
[0006]在實施多波長TWDM-PON的過程中，關(guān)鍵問題在于如何實現(xiàn)ONU的低成本的上行發(fā)射機。作為一種有競爭力的和低成本的解決方案，遠程種子波長注入式的PON是非常有吸引力的，因為每個ONU不需要裝備可調(diào)激光器而只需要低成本的反射式器件，如圖1所示。在這個方案中，一系列的連續(xù)的種子波長(Alu，λ2υ, λ3υ, λ 4u...)在光線路終端(OLT)處產(chǎn)生并且被廣播至所有的0NU。每個ONU利用上行濾波器來選擇期望的種子波長，并且隨后將所選擇的種子波長注入到反射光調(diào)制器(例如，RSOA、FP-LD等)。反射光調(diào)制器將上行數(shù)據(jù)調(diào)制到反射波長(也即所選擇的種子波長)上以形成上行光信號，并將該上行光信號傳輸回0LT。由于上行種子波長集中地由OLT提供并且由多個ONU共享，每個ONU的成本將降低。然而，傳統(tǒng)的反射光調(diào)制器具有以下問題:
[0007]I)受限的調(diào)制速率?2.5Gb / s)
[0008]當(dāng)前，在PON中廣泛使用的反射光調(diào)制器是RSOA和FP-LD。這兩種元件都能夠?qū)⒎N子波長反射回OLT并且以上行數(shù)據(jù)進行調(diào)制以實現(xiàn)無色0NU。然而，這兩種部件的主要問題在于受限的調(diào)制速度，通常其能夠支持小于2.5Gb / s的速率。在NGP0N2PMD的標(biāo)準(zhǔn)G.989.2中，提出了兩種速率選項:10Gb / S、2.5Gb / s和1Gb / S、1Gb / S。對于未來帶寬對稱的TWDM-P0N，希望上行信號也能夠在1Gb / s或以上運作，以與用戶的帶寬要求相符。因此，傳統(tǒng)的反射光調(diào)制器(例如RSOA和FP-LD)不能夠滿足未來TWDM-PON的帶寬要求。
[0009]2)需要額外的上行可調(diào)光濾波器。
[0010]如圖1所示，在基于RSOA的反射式無色ONU中，需要設(shè)置一個額外的上行可調(diào)光濾波器來選擇多個種子波長中的一個，并且將該波長注入到RSOA中以用于上行調(diào)制。這使得ONU非常復(fù)雜并且體積較大。并且，因為使用了額外的可調(diào)光濾波器，將相應(yīng)地進一步增加ONU的成本。
[0011]因此，雖然RSOA和FP-LD是廣泛使用的部件，但是它們的調(diào)制速率受限在2.5Gb / s以內(nèi)。同時，對于基于RSOA的方案需要額外的上行可調(diào)濾波器，這將無可避免地增加ONU的成本和復(fù)雜性。而對于基于FP-LD的方案，種子波長需要足夠的功率來有效地從多模中鎖定單模，這就需要在每個ONU中裝備額外的放大器，以克服在分光器之后的種子波長的功率的減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種低成本的反射光調(diào)制器，以同時解決上述問題。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于TWDM-PON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)單元的反射光調(diào)制器，所述反射光調(diào)制器包括:U型波導(dǎo)，其包括第一分路和第二分路；耦合微環(huán)諧振器，其耦合在所述第一分路與所述第二分路之間并且包括兩個相互耦合的環(huán)形諧振器；其中，所述耦合微環(huán)諧振器通過所述第一分路接收上行種子指示光信號，其包括多個上行種子波長；并且所述耦合微環(huán)諧振器被配置為:從所述上行種子指示光信號中濾出目標(biāo)上行種子波長，將上行數(shù)據(jù)調(diào)制至所述目標(biāo)上行種子波長以形成上行光信號；將所述上行光信號通過所述第一分路反射至光線路終端；以及將所述上行種子指示光信號中的其余部分通過所述第二分路輸出至空氣。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種光網(wǎng)絡(luò)單元，其包括:根據(jù)本發(fā)明的反射光調(diào)制器；下行濾波器；下行接收機，其與所述下行濾波器連接；以及波分復(fù)用元件，其分別與所述反射光調(diào)制器和所述下行濾波器連接。
[0015]本發(fā)明提供了一種基于耦合微環(huán)諧振器的反射光調(diào)制器，以通過僅使用一個光元件來提供多種功能。所提出的結(jié)構(gòu)能夠被非常容易地集成和應(yīng)用到各種光通信系統(tǒng)中。本發(fā)明也非常適應(yīng)于遠程種子波長注入式的PON系統(tǒng)。在本發(fā)明中:
[0016]1.集成有增益部分的耦合微環(huán)諧振器被使用來形成反射放大光調(diào)制器。耦合微環(huán)諧振器是基于兩個弱耦合的環(huán)形諧振器。兩個環(huán)形諧振器的輸入和輸出波導(dǎo)都耦合至相同的總線波導(dǎo)以提供波長反射功能。當(dāng)數(shù)據(jù)信號被作用到環(huán)形諧振器時，折射率發(fā)生改變，從而使得諧振波長發(fā)生移動，進而實現(xiàn)對發(fā)射波長的幅度調(diào)制。
[0017]2.通過使用基于依據(jù)本發(fā)明的耦合微環(huán)諧振器同時提供了種子波長選擇功能、光反射、放大和高速數(shù)據(jù)調(diào)制。
[0018]本發(fā)明的反射光調(diào)制器能夠同時提供多種功能而僅僅使用一個光元件。該些功能包括上行種子波長選擇、以所選擇的上行種子波長進行反射、放大上行種子指示光信號以補償傳輸鏈路中的損失、以及提供高速的上行數(shù)據(jù)調(diào)制。本發(fā)明的反射光調(diào)制器能夠以高于2.5Gb / s的速率的調(diào)制速率進行工作。與傳統(tǒng)的基于RSOA的反射光調(diào)制器不同，在反射調(diào)制器之前不需要上行可調(diào)濾波器來選擇上行種子波長。
[0019]3)能夠支持無色ONU。
[0020]本發(fā)明的反射光調(diào)制器能夠與下行接收機集成在一起來形成多波長PON系統(tǒng)中的無色ONU。
[0021]本發(fā)明的各個方面將通過下文中的具體實施例的說明而更加清晰。
【附圖說明】
[0022]通過以下參考下列附圖所給出的本發(fā)明的【具體實施方式】的描述之后，將更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其他目的、細節(jié)、特點和優(yōu)點將變得更加顯而易見。在附圖中:
[0023]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的遠程種子波長注入式PON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；
[0024]圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的反射光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3示出了包括依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的反射光調(diào)制器的ONU的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的耦合微環(huán)諧振器的反射和透射頻譜特性；
[0027]圖5示出了依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的耦合微環(huán)諧振器的反射頻譜特性；
[0028]圖6示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的耦合微環(huán)諧振器的諧振波長的3dB帶寬與兩個相互耦合的環(huán)形諧振器之間的第二耦合系數(shù)的關(guān)系示意圖；
[0029]圖7示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的耦合微環(huán)諧振器的諧振波長與環(huán)形諧振器的溫度的關(guān)系示意圖；
[0030]圖8a至8c示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對于λ i和λ 2的種子波長和反射波長的頻譜示意圖；
[0031]圖8d至Se示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的調(diào)制電壓和經(jīng)調(diào)制的光信號的示意圖；
[0032]圖8f示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的耦合微環(huán)諧振器的諧振波長與偏置電壓的關(guān)系不意圖；以及
[0033]圖9示出了基于依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的反射光調(diào)制器的遠程種子波長注入式PON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。
[0034]在圖中，貫穿不同的示圖,相同或類似的附圖標(biāo)記表示相同或相對應(yīng)的部件或特征。
【具體實施方式】
[0035]圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的反射光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。反射光調(diào)制器2包括U型波導(dǎo)20和耦合微環(huán)諧振器21。如圖所示，U型波導(dǎo)包括第一分路22和第二分路23。耦合微環(huán)諧振器21耦合在第一分路22與第二分路之間23之間并且通過第一分路22接收上行種子指示光信號，其包括多個上行種子波長，例如Xlu, λ2ιι，λ3ιι，λ4ιι等。耦合微環(huán)諧振器21被配置為:從上行種子指示光信號中濾出目標(biāo)上行種子波長；將上行數(shù)據(jù)調(diào)制至目標(biāo)上行種子波長以形成上行光信號；將上行光信號通過第一分路22反射至光線路終端；以及將上行種子指示光信號中的其余部分通過第二分路23輸出至空氣。
[0036]優(yōu)選地，第一分路22具有增益部分24，用于補償由分光器和傳輸OLT集中提供的種子波長Ulu，λ2υ, λ3υ, λ 4u...)引起的損失。增益部分24例如由II1-V半導(dǎo)體材料制成，例如InP制成。通過例如在增益部分24施加偏置電流Ibias使其超出半導(dǎo)體的閾值電流，上行種子指示光信號在通過增益部分后將被放大。
[0037]如圖所示，增益部分24隨后與耦合微環(huán)諧振器21集成在一起。耦合微環(huán)諧振器21在僅僅使用單個元件的情況下能夠同時提供種子波長選擇、反射以及高速上行數(shù)據(jù)調(diào)制功能。與傳統(tǒng)的反射光調(diào)制器不同，在本發(fā)明的反射光調(diào)制器中不再需要額外的可調(diào)濾波器。
[0038]耦合微環(huán)諧振器21包括兩個弱耦合的環(huán)形諧振器25、26。環(huán)形諧振器25的輸入端與環(huán)形諧振器26的輸出端經(jīng)由共同的波導(dǎo)20連接在一起。環(huán)形諧振器25、26能夠由硅或其他半導(dǎo)體材料制成。由于硅價格較低且效率較高，在后文的實施例和仿真中將以硅為使用材料。在耦合微環(huán)諧振器21中，由于順時針和逆時針方向的波將在環(huán)形諧振器25、26中傳輸并且將存在多條光路徑，因此在該結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生復(fù)雜的干涉。通過適當(dāng)控制耦合微環(huán)諧振器21與第一分路22和第二分路23之間的第一耦合系數(shù)kA以及耦合微環(huán)諧振器21的兩個相互耦合的環(huán)形諧振器25、26之間的第二耦合系數(shù)k?，將產(chǎn)生適合的周期性的反射響應(yīng)(諧振波長)。能夠為兩個環(huán)形諧振器25、26使用溫度控制的方法(thermal-heatingmet