本发明适用于通信领域,提供了一种光收发模块、光通信系统及光信号收发方法,该模块包括第一偏振增益器件、法拉第旋转器,以及第二偏振增益器件,其中:第一偏振增益器件用于发射光信号;法拉第旋转器用于改变光信号的偏振方向,使光信号在经过第二偏振增益器件时不被饱和;第二偏振增益器件用于将来自法拉第旋转器的光信号输出,并接收法拉第旋转反射镜反射回来的返回光信号,并使返回光信号达到饱和后向所述法拉第旋转器输出;法拉第旋转器还用于改变返回光信号的偏振方向,使返回光信号在第一偏振增益器件中得以增益放大。本发明通过偏振增益器件和法拉第旋转器实现了光信号的顺利传输和返回光信号的信息擦除及回传,结构简洁且成本低。
1.一种光收发模块,其特征在于,包括第一偏振增益器件、法拉第旋转器,以及第二偏振增益器件,其中:所述第一偏振增益器件,用于发射光信号;所述法拉第旋转器,用于改变所述光信号的偏振方向,使所述光信号在经过第二偏振增益器件时不被饱和;所述第二偏振增益器件,用于将来自所述法拉第旋转器的光信号输出,并接收法拉第旋转反射镜反射回来的返回光信号,并使所述返回光信号达到饱和后向所述法拉第旋转器输出;所述法拉第旋转器还用于改变所述返回光信号的偏振方向,使所述返回光信号在所述第一偏振增益器件中得以增益放大。
2.如权利要求1所述的光收发模块,其特征在于,所述第一偏振增益器件为偏振增益激光器。
3.如权利要求1所述的光收发模块,其特征在于,在所述法拉第旋转器与所述第一偏振增益器件和第二偏振增益器件之间均设有一光耦合透镜,用于实现所述法拉第旋转器与第一偏振增益器件和第二偏振增益器件之间的光传输。
4.如权利要求1所述的光收发模块,其特征在于,使第一偏振增益器件处于最大增益状态的光信号的偏振方向与使第二偏振增益器件处于最大增益状态的光信号的偏振方向之间的夹角为45°。
5.如权利要求1至4任一项所述的光收发模块,其特征在于,所述第一偏振增益器件、法拉第旋转器和第二偏振增益器件集成于一体。
6.一种光通信系统,包括光线路终端和光网络单元,其特征在于,所述光线路终端和/或光网络单元包括如权利要求1至5任一种光收发模块。
7.如权利要求6所述的光通信系统,其特征在于,还包括法拉第旋转反射镜,用于将来自光收发模块的光信号的偏振方向改变90°并进行反射以形成返回光信号,使所述返回光信号经过光收发模块的第二偏振增益器件时被饱和。
8.一种光信号收发方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:通过第一偏振增益器件发射光信号;通过法拉第旋转器改变所述光信号的偏振方向,并向第二偏振增益器件输出,使所述光信号在经过第二偏振增益器件时不被饱和;对第二偏振增益器件输出的光信号进行反射并改变所述光信号的偏振方向,形成返回光信号并注入第二偏振增益器件,使所述返回光信号在经过第二偏振增益器件时被饱和;通过法拉第旋转器改变所述返回光信号的偏振方向,并向第一偏振增益器件输出,使所述返回光信号在第一偏振增益器件中得以增益放大。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述法拉第旋转器输出的光信号的偏振方向与使第二偏振增益器件处于最小增益状态的光信号的偏振方向相同;注入所述第二偏振增益器件的返回光信号的偏振方向与使第二偏振增益器件处于最大增益状态的光信号的偏振方向相同。
10.如权利要求8或9所述的方法,其特征在于,所述方法通过法拉第旋转反射镜对所述第二偏振增益器件输出的光信号进行反射并改变所述光信号的偏振方向。技术领域
本发明属于通信领域,尤其涉及一种光收发模块、光通信系统及光信号收发方法。
背景技术
随着用户对网络带宽需求的不断增长,传统的铜线宽带接入系统越来越面临带宽瓶颈。与此同时,随着带宽容量巨大的光纤通信技术日益成熟,应用成本逐年下降,使得光纤接入网成为下一代宽带接入网的有力竞争者。其中,PON(Passivexa0Opticalxa0Network,无源光网络)的低成本优势使其更具竞争力。根据PON实现方式的不同,可以分成不同的类型,分别是基于ATM(Asynchronousxa0Transferxa0Mode,异步传输模式)的ATM-PON,基于Ethernet(以太网)的EPON(Ethernetxa0overxa0PON),具有千兆比特速率的GPON(Gigabitxa0Passivexa0Opticalxa0Network,千兆比特速率无源光网络),采用WDM(Wavexa0Divisionxa0Multiplexing,波分复用)的WDM-PON,以及采用OCDMA(Opticalxa0Codexa0Divisionxa0Multiplexa0Addressing,光码分多址)的OCMDA-PON。目前,在众多的光纤接入网解决方案中,WDM-PON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。但是相比于EPON、GPON等光纤接入网方案,WDM-PON的成本很高,其中,光源是WDM-PON中对成本影响最大的因素。在现有的WDM-PON系统中,存在有色光源和无色光源两种解决方案。在有色光源解决方案中,每个ONU(Opticalxa0Networkxa0Unit、光网络单元)收发模块所连接的AWG(Arrayxa0Waveguidexa0Grating,阵列波导光栅)或WGR(Waveguidexa0Gratingxa0Router,波导光栅路由器)端口上的波长各不相同,使得各用户的ONU各不相同,无法通用;另外,会给运营商的业务发放带来很大困难,运营商给用户发放ONU时,需要预知用户的光纤连接的是AWG或WGR的哪个端口,实际操作非常不便;并且,也会给运营商带来仓储问题。所谓无色光源,是指ONU收发模块不因所连接端口的波长而异,其中的激光器发射波长可以自动适应所连接的AWG或WGR端口的波长,实现在任何一个AWG或WGR端口上都可以即插即用。现有技术多采用将输出的光信号部分反转以重新注入激光器中进行再调制的方式实现波长的自适应,但这种方式中,重调制的信号不仅携带有再调制信号,而且还会携带原有信号,导致眼图变差,误码率恶化。现有解决方案之一如图1所示,利用SOA(Semiconductorxa0Opticalxa0Amplifier,半导体光放大器)擦除原有数据并重调制的方案。其中,ONU由SOA101、接收机102和OM103(Opticalxa0Modulator,光调制器)组成。下行数据经SOA101后,由于SOA101的饱和增益特性,使得0,1数据的光功率基本相等,从而把原有数据擦除,并通过OM103重新调制信号,起到擦除数据并重调制的作用。但是,该方案是采用双纤双向结构,在工程敷设中采用双纤是不被接受的;另外,虽然可以对该方案进行改进,采用单纤双向结构,但需要在每个ONU上加一个光环形器,这样又极大的提升了ONU的成本,同样不易被接受。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光收发模块,旨在通过简洁易行且成本低的方式解决自注入重调制导致的误码率恶化的问题,改善重调制信号的质量。本发明实施例是这样实现的,一种光收发模块,包括第一偏振增益器件、法拉第旋转器,以及第二偏振增益器件,其中:所述第一偏振增益器件,用于发射光信号;所述法拉第旋转器,用于改变所述光信号的偏振方向,使所述光信号在经过第二偏振增益器件时不被饱和;所述第二偏振增益器件,用于将来自所述法拉第旋转器的光信号输出,并接收法拉第旋转反射镜反射回来的返回光信号,并使所述返回光信号达到饱和后向所述法拉第旋转器输出;所述法拉第旋转器还用于改变所述返回光信号的偏振方向,使所述返回光信号在所述第一偏振增益器件中得以增益放大。本发明实施例的另一目的在于提供一种光通信系统,包括光线路终端和光网络单元,所述光线路终端和/或光网络单元包括上述的光收发模块。本发明实施例的另一目的在于提供一种光信号收发方法,所述方法包括下述步骤:通过第一偏振增益器件发射光信号;通过法拉第旋转器改变所述光信号的偏振方向,并向第二偏振增益器件输出,使所述光信号在经过第二偏振增益器件时不被饱和;对第二偏振增益器件输出的光信号进行反射并改变所述光信号的偏振方向,形成返回光信号并注入第二偏振增益器件,使所述返回光信号在经过第二偏振增益器件时被饱和;通过法拉第旋转器改变所述返回光信号的偏振方向,并向第一偏振增益器件输出,使所述返回光信号在第一偏振增益器件中得以增益放大。本发明实施例利用偏振增益器件的增益特性,通过法拉第旋转器的配合工作,实现了光信号的产生及传输和返回光信号的信息擦除及回传,解决了由于自注入重调制导致的误码率恶化的问题,有效提升了重调制信号的质量;并且,光信号的产生、传输和返回光信号的信息擦除及回传在同一通道中实现,不需要另设返回光信号的传输通道,不需要增设复杂的控制电路,也不需增加光纤、光环形器等昂贵的部件,结构简洁、体积小、成本低;另外,该光收发模块可以采用单纤进行双向传输,适用于工程敷设中,可以有效控制组网成本。
附图说明
图1是现有技术中利用SOA对数据进行擦除的光模块示意图;图2是本发明第一实施例提供的光收发模块示意图;图3是本发明第一实施例提供的光收发模块的数据擦除原理图;图4是本发明第一实施例提供的光收发模块的工作原理图;图5是本发明第一实施例提供的应用光收发模块的光通信系统示意图;图6是本发明第一实施例提供的光收发模块的局部结构示意图;图7是本发明第二实施例提供的光通信系统示意图;图8是本发明第三实施例提供的光信号收发方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述:实施例一:图2示出了本发明第一实施例提供的光收发模块的结构示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分。该光收发模块主要包括第一偏振增益器件1、法拉第旋转器2和第二偏振增益器件3。其中,第一偏振增益器件1用于发出光信号。法拉第旋转器2和第二偏振增益器件3依次设置于光信号的传输路径上。其中,第一偏振增益器件1发出线偏振的光信号,具体可以采用偏振增益激光器,可以理解,图2中的第一偏振增益器件1采用RSOA仅是一种可选的方案,本发明实施例中的第一偏振增益器件1不仅限于RSOA,还可以采用其他具有偏振增益特性的激光器等。其他器件同样不仅限于图中所示。在该光收发模块中,第一偏振增益器件1可对注入的激发光进行增益放大,并被相应的电信号调制,发出线偏振的携带有相应信息的光信号,该光信号的偏振方向与第一偏振增益器件1的增益最大的方向平行。法拉第旋转器2对线偏振的入射光具有旋转效应,使线偏振光的偏振方向旋转一定角度,具体的旋转角度与入射光的频率和在该旋转器中的传输路径长短有关。在本发明实施例中,若要使入射线偏振光旋转预设的角度,可以预先根据入射光的频率和预设的旋转角度合理确定法拉第旋转器2的厚度,以控制入射光在其中的传输路径的长度,进而使其偏振方向旋转预设角度。第一、第二偏振增益器件具有特殊的增益特性,对不同偏振方向的入射光,其增益效果不同,每个偏振增益器件均存在一增益最大和一增益最小的固有方向,其中,增益最大/最小的方向即是指使偏振增益器件处于最大/最小增益状态的线偏振光的偏振方向。通常,偏振增益器件的增益最大和增益最小的方向之间的夹角为90°。另外,当其中传输的光能量达到一定程度时,会达到增益饱和状态,不会继续增大,输出光功率保持恒定,如图3所示。因此,当入射线偏振光的偏振方向恰好与偏振增益器件的增益最大的方向平行时,最容易达到饱和状态。当入射线偏振光的偏振方向与增益最小的方向平行时,最不易饱和。本发明实施例基于上述模块实现了光信号的产生和输出及返回光信号的信息擦除及回传。以下结合附图4对该光收发模块的工作原理进行详细说明:第一偏振增益器件1发出线偏振态的光信号L1,法拉第旋转器2将该光信号L1的偏振方向旋转一定角度,使改变后的偏振方向与第二偏振增益器件3的增益较小或最小的方向平行。然后,光信号L1输入第二偏振增益器件3中,由于其偏振方向与第二偏振增益器件3的增益较小或最小的方向平行,使其增益较小,不易被饱和,其携带的0,1数据的光功率等比例变化,信息不会被擦除,使得光信号得以顺利传输。光信号L1经过第二偏振增益器件3后向接收端输出。同时有一部分光信号被反射,形成返回光信号L2,并且其偏振方向被改变90°,改变后的偏振方向与第二偏振增益器件3的增益较大或最大的方向平行。返回光信号L2沿原路径返回注入第二偏振增益器件3。由于返回光信号L2的偏振方向与第二偏振增益器件3的增益较大或最大的方向平行。此时,虽然返回光信号L2较弱,但仍然可以使返回光信号达到饱和,使0,1数据对应的光功率基本相等,使得返回光信号L2携带的信息被擦除。被擦除信息的返回光信号L2再次经过法拉第旋转器2,其偏振方向再次旋转,旋转后的偏振方向与第一偏振增益器件1的增益较大或最大的方向平行,使得返回光信号L2在第一偏振增益器件1中得以增益放大,以再次生成光信号。综上,本发明实施例提供的光收发模块采用第一偏振增益器件1、法拉第旋转器2、第二偏振增益器件3搭建一传输通道,在该通道中实现了光信号L1的产生和输出以及返回光信号L2的擦除。一方面解决了由于自注入重调制导致的误码率恶化的问题,有效提升了重调制信号的质量。另一方面,光信号L1的传输和返回光信号L2的信息擦除及回传在同一通道中实现,不需要另设返回光信号L2的回传通道,不需要增设复杂的控制电路,也不需要增加光纤、光环行器等部件,结构简洁、体积小、成本低。另外,本发明实施例的光收发模块可以采用单纤进行双向传输,适用于工程敷设中,可以有效的控制铺设成本。在本发明实施例中,法拉第旋转器2与第一偏振增益器件1和第二偏振增益器件3之间均通过空间光耦合的方式进行信号传输。进一步的,可以在法拉第旋转器2与第一偏振增益器件1和第二偏振增益器件3之间均设置一光耦合透镜4,用于将光信号准确的耦合到相应器件中。在本发明实施例中,经过第二偏振增益器件3输出的光信号可以通过光网络中的法拉第旋转反射镜5反射回来,同时在反射的过程中改变其偏振方向,如图4、5,返回光信号在法拉第旋转反射镜5与第一偏振增益器件1之间形成腔内激光谐振。当然,该法拉第旋转反射镜5是一种部分反射镜,除将一部分光信号反射外,还将另一部分光信号向接收端输出。进一步参考附图5,经过第二偏振增益器件3输出的光信号可以经过一复用及解复用单元6的复用后传输至法拉第旋转反射镜5。可以理解,光收发模块连接于复用及解复用单元6的分支端口62上,而法拉第旋转反射镜5则连接于复用及解复用单元6的公共端口61上。在本发明实施例中,该光收发模块还可包括一用于接收光信号的接收器7,接收器7与第二偏振增益器件3共同连接一波分复用器(WDM)8,该波分复用器(WDM)8可以连接复用及解复用单元6的分支端口62,以实现光收发模块与复用及解复用单元6的连接。在本发明实施例中,复用及解复用单元6与法拉第旋转反射镜5及第二偏振增益器件3之间均可通过光纤连接。法拉第旋转反射镜5可以避免光纤的双折射效应对光信号的偏振态的影响,使返回光信号经过光纤注入第二偏振增益器件3前仍然保持特定的线偏振方向。作为本发明优选的实施例,第一偏振增益器件1与第二偏振增益器件3的增益最大的方向之间的夹角为45°。并且,可根据光信号的频率合理设计法拉第旋转器2的厚度,使法拉第旋转器2将光信号和返回光信号的偏振方向旋转45°。因为第二偏振增益器件3的增益最大和最小的方向之间的夹角为90°,故,第一偏振增益器件1的增益最大方向与第二偏振增益器件3的增益最小方向也呈45°角。当法拉第旋转器2将光信号的偏振方向旋转45°后,其偏振方向恰好与第二偏振增益器件3的增益最小的方向相同,使光信号得以顺利输出。而返回光信号的偏振方向由于转动了90°,又恰好与第二偏振增益器件3的增益最大的方向相同,进而使其携带的信息被擦除。进一步参考附图6,可以理解,第一偏振增益器件1和第二偏振增益器件2的核心部件都是增益介质,增益最大的方向通常与增益介质的表面平行。因此,可以通过对承载增益介质的底座601进行合理的设计将第一偏振增益器件1中的增益介质(第一介质11)和第二偏振增益器件3中的增益介质(第二介质31)呈45°摆放,使二者的表面呈45°夹角,以保证二者的增益最大的方向呈45°夹角。当然,若第一介质11与第二介质31为不规则形状,也可以合理调整第一介质11与第二介质31的相对方位,保证第一偏振增益器件1与第二偏振增益器件3的增益最大的方向呈45°夹角即可。可以理解,第一介质11与第二介质31呈45°摆放存在两种摆放方式,即在顺时针或逆时针方向呈45°,而这两种情况会使得光信号L1的偏振方向与第二偏振增益器件3的偏振最大或最小的方向平行。为了保证待输出信息不被擦除,本实施例需要使光信号L1的偏振方向与第二偏振增益器件3的增益最小的方向平行。因此,可以根据预知的光信号在法拉第旋转器2中的旋转方向合理的设计第二介质31的摆放方位,使光信号L1在经过法拉第旋转器2后的偏振方向恰好与第二介质31的增益最小的方向平行,以保证信号顺利传输。上述优选的实施例对第一介质11和第二介质31的设置方位以及法拉第旋转器2的旋转角度进行了上述限定,使得光信号L1在第二偏振增益器件3中的增益最小,使返回光信号L2在第二偏振增益器件3中的增益最大,进一步优化了光信号L1和返回光信号L2的质量。并且,注回第一偏振增益器件1的光信号恰好与第一偏振增益器件1的增益最大的方向平行,使得返回光信号L2在第一偏振增益器件1中实现最大增益,使生成的光信号具有最高能量,进而提高通信质量。进一步优选的,第一偏振增益器件1、法拉第旋转器2和第二偏振增益器件3可以集成于一体,以减小光模块的体积。并且,上述三个器件是该模块的核心部分,若其中任意一个器件的方位发生改变,均会影响网络性能,本发明实施例将三个器件集成在一起,一方面使之更加稳定,另一方面也便于在使用时拆卸和维修,方便产品维护。在本发明实施例中,第一偏振增益器件1可以采用RSOA,还可以采用低前端面反射的注入锁定偏振增益的ILxa0FP-LD(injection-lockedxa0FP-LD,注入锁定法布里-珀罗激光器),或其它偏振增益型激光器,具体可以根据实际需要合理选择。在本发明实施例中,第二偏振增益器件3可以采用SOA或其他具有偏振增益特性的器件。在本发明实施例中,复用及解复用单元6可以采用AWG或WGR。实施例二:图7示出了本发明第二实施例提供的光通信系统示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分。该光通信系统包括光线路终端71和光网络单元72,光线路终端71和/或光网络单元72包括上述的光收发模块。图7所示为光线路终端71和光网络单元72均包括光收发模块的情况。进一步的,该系统还包括法拉第旋转反射镜73,对来自光收发模块的光信号进行反射并将其偏振方向改变90°,以形成返回光信号。进一步的,该系统还在光线路终端71和光网络单元72侧各设一个复用及解复用单元74,以实现波分复用。两个复用及解复用单元74的公共端口741之间通过主干光纤75连接,分支端口742分别连接光线路终端71和光网络单元72。当光线路终端71和/或光网络单元72侧设有法拉第旋转反射镜73时,法拉第旋转反射镜73则直接连接于复用及解复用单元74的公共端口741处。实施例三:图8示出了本发明第三实施例提供的光信号收发方法的流程图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分。在步骤S301中,通过第一偏振增益器件发射光信号。在本实施例中,第一偏振增益器件可以是偏振增益激光器,该光信号为线偏振状态。在步骤S302中,通过法拉第旋转器改变光信号的偏振方向,并向第二偏振增益器件输出,使光信号在经过第二偏振增益器件时不被饱和。在本实施例中,法拉第旋转器将光信号的偏振方向改变预定的角度,使改变后的偏振方向与第二偏振增益器件的增益较小或最小的方向平行,防止光信号被饱和,使光信号可以顺利输出。在步骤S303中,对第二偏振增益器件输出的光信号进行反射并改变光信号的偏振方向,形成返回光信号并注入第二偏振增益器件,使返回光信号在经过第二偏振增益器件时被饱和。在本实施例中,可以通过光网络中的法拉第旋转反射镜对第二偏振增益器件输出的光信号进行反射,同时在反射的过程中将其偏振方向旋转90°,使改变后的偏振方向与第二偏振增益器件的增益较大或最大的方向平行,使返回光信号在第二偏振增益器件中被饱和,进而将数据擦除。在步骤S304中,通过法拉第旋转器改变返回光信号的偏振方向,并向第一偏振增益器件输出,使返回光信号在第一偏振增益器件中得以增益放大。在本实施例中,法拉第旋转器将被擦除数据的返回光信号的偏振方向改变预定的角度,使其与第一偏振增益器件的增益较大或最大的方向平行,进而保证返回光信号在第一偏振增益器件中得以增益放大,以再次生成光信号,该光信号再次按照上述步骤进行传输,以此类推。该方法利用偏振增益器件和法拉第旋转器的特性实现了光信号的产生和输出以及返回光信号的擦除。解决了由于自注入重调制导致的误码率恶化的问题,有效提升了重调制信号的质量。并且,光信号的传输和返回光信号的信息擦除及回传在同一通道中实现,不需要另设返回光信号的回传通道,不需要增设复杂的控制电路,也不需要增加光纤、光环行器等部件,结构简洁、体积小、成本低。优选的,经过法拉第旋转器输出的光信号的偏振方向与第二偏振增益器件增益最小的方向相同,以使光信号的增益最小,保证光信号可顺利输出。同时,可以使注入第二偏振增益器件的返回光信号的偏振方向与第二偏振增益器件的增益最大的方向相同,使返回光信号的增益最大,以对其进行最大程度的增益,保证其达到饱和,以擦除数据。为了实现上述效果,可按照上述实施例一所述的方案对第一偏振增益器件1、第二偏振增益器件3及法拉第旋转器2进行相应的设计,此处不再赘述。本发明实施例提供的光收发模块及光信号的收发方法不仅实现了波长的自适应,还可以避免自注入重调制导致的误码率恶化的问题,提高网络性能,并且该光收发模块的结构简洁、成本低、易维护,适合推广使用。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。