法布里-珀羅激光器在WDM-PON技術(shù)中的應(yīng)用

張冠斌

（華南師范大學(xué) 信息光電子科技學(xué)院，廣州 510006）

法布里-珀羅激光器在WDM-PON技術(shù)中的應(yīng)用

張冠斌

（華南師范大學(xué) 信息光電子科技學(xué)院，廣州 510006）

波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）被譽(yù)為FTTH的最終解決方案，而法布里-珀羅激光器因其價(jià)格等優(yōu)勢(shì)在WDM-PON中具有非常好的應(yīng)用前景。文章在介紹WDM-PON技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了法布里-珀羅激光器（F-P激光器）在WDM-PON中的應(yīng)用。

光纖到戶(hù)；波分復(fù)用；無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)；法布里-珀羅激光器

1 引言

近年來(lái)，隨著Internet的普及和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的大眾化，用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)接入寬帶的需求大幅度增長(zhǎng)。現(xiàn)有的寬帶接入模式已不能適應(yīng)，包含語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻和其它潛在業(yè)務(wù)在內(nèi)高速率寬帶業(yè)務(wù)需求。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON，Passive Optical Network）由于能充分利用光纖富有的寬帶資源，被認(rèn)為是解決最后1 km寬帶瓶頸的最佳方案。自PON問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，形成了APON、EPON和GPON以及波分復(fù)用無(wú)緣光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WDM-PON）[1-3]。其中APON承載率低，而EPON寬帶利用率不高，且難以支持以太網(wǎng)以外的業(yè)務(wù)，GPON同能克服EPON的缺點(diǎn)，但是由于上下行均工作在單一波長(zhǎng)，大大浪費(fèi)了光纖的寬帶資源。在上述背景下，研究者提出了WDM-PON技術(shù)，這種技術(shù)能克服上述PON技術(shù)的所有缺點(diǎn)，被認(rèn)為是光接入網(wǎng)的最終解決方案。近年來(lái)，由于WDM器件價(jià)格的不斷下降，特別是低價(jià)格商業(yè)化法布里-珀羅激光器應(yīng)用于WDM-PON技術(shù)成為可能，隨著自身不斷完善的過(guò)程中，WDM-PON技術(shù)是下一代接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 WDM-PON技術(shù)工作原理

WDM-PON就是采用不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于不同的ONU（Optical Network Unit，光節(jié)點(diǎn)），實(shí)現(xiàn) OLT（Optical line terminal光纜終端設(shè)備）與ONU之間基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）技術(shù)的虛擬連接，再加上傳輸光纖以及遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（RN Remote Node）就構(gòu)成了一個(gè)典型的無(wú)緣光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖1所示，為一個(gè)WDM-PON接入網(wǎng)示意圖。該系統(tǒng)不僅不需要復(fù)雜的電子器件，還充分利用了光纖的低損耗波長(zhǎng)窗口，在上下行信號(hào)的處理上，可分別采用不同的波長(zhǎng)予以區(qū)分[4]。由于結(jié)合了WDM技術(shù)和PON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，WDM-PON被認(rèn)為是最后1 km的最終解決方案。傳統(tǒng)的WDM-PON的對(duì)每個(gè)特定信道帶寬的維護(hù)成本高昂，比如其使用DFB（分布反饋）激光器會(huì)增加成本，利用法布里-珀羅激光器代替DFB激光器或者光纖激光器，有望大大降低系統(tǒng)的成本。

圖1 WDM-PON接入網(wǎng)示意圖

3 基于法布里-珀羅激光器的WDM-PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

3.1 基于外注入ASE鎖定法布里-珀羅激光器的WDM-PON

通常情況下，法布里-珀羅激光器是多模輸出，不適合于光通信中。但是，在外注入鎖定的情況下，法布里-珀羅激光器能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單模輸出，Kim等人[5]首先把該技術(shù)應(yīng)用于WDM-PON中，如圖2所示。外注入ASE經(jīng)過(guò)AWG（波導(dǎo)陣列光柵）注入到法布里-珀羅激光器，經(jīng)過(guò)鎖定后，準(zhǔn)單模輸出激光的邊模抑制比達(dá)29 dB，155 Mb/s的信號(hào)傳輸120 Km，其比特誤碼率跟自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)法布里-珀羅激光器背靠背傳輸相當(dāng)。

圖2 基于注入鎖定F-P激光器的WDM-PON系統(tǒng)

ASE注入波長(zhǎng)鎖定F-P激光器的增益（輸出激光強(qiáng)度與輸入ASE強(qiáng)度之比）、邊模抑制比（SMSR）和相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）受到注入ASE強(qiáng)度，F(xiàn)-P激光器的注入電流和其端面反射率的影響，并直接影響到WDM-PON系統(tǒng)的性能[6]。為了進(jìn)一步優(yōu)化WDM-PON系統(tǒng)，Cheng等人[7]詳細(xì)研究了ASE特性對(duì)注入鎖定F-P激光器性能以及WDM-PON性能的影響，Lin等人[8]研究了F-P激光器前端面反射率對(duì)WDM-PON系統(tǒng)的影響，Kim等人[9]提出了雙增益區(qū)F-P激光器，通過(guò)改變?cè)鲆鎱^(qū)的注入電流可以減小溫度對(duì)系統(tǒng)的影響。

3.2 基于互注入鎖定法布里-珀羅激光器的WDM-PON

利用光譜分割技術(shù)，多模輸出的法布里-珀羅激光器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，信號(hào)質(zhì)量大大變差。但是，如果利用兩個(gè)法布里-珀羅激光器，采取互注入方案，激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲能得到很好的改善，Choi等人[10，11]率先提出基于互注入鎖定法布里-珀羅激光器的WDM-PON系統(tǒng)，如下圖所示。利用互注入技術(shù)所獲得的法布里-珀羅激光器的噪聲指數(shù)僅僅為-135 dB/Hz，利用該光源，實(shí)現(xiàn)了64信道的顏色無(wú)關(guān)（Color-free）DWDM-PON傳輸。

3.3 基于自注入鎖定法布里-珀羅激光器的WDM-PON

圖3 一種基于互注入鎖定法布里珀羅激光器的WDMPON系統(tǒng)

通過(guò)自注入技術(shù)，也可以抑制邊模振蕩，Shih等人[12]利用這一技術(shù)，獲得了只有4個(gè)模式輸出的法布里-珀羅激光器，邊模抑制比超過(guò)40 dB。利用該自注入鎖定法布里-珀羅激光器，在無(wú)色散補(bǔ)償?shù)臈l件實(shí)現(xiàn)了上下行速率均為1.25 Gb/s傳輸距離85 Km的實(shí)驗(yàn)。

圖4 基于自注入鎖定法布里-珀羅激光器的長(zhǎng)距離WDM-PON系統(tǒng)

4 結(jié)束語(yǔ)

盡管WDM-PON系統(tǒng)的被認(rèn)為是寬帶接入的最終解決方案，但是其在各國(guó)的應(yīng)用情況各不相同，韓國(guó)和日本是WDM-PON應(yīng)用最廣的國(guó)家。其他國(guó)家的光纖到戶(hù)系統(tǒng)還是EPON和GPON為主。不過(guò)，隨著寬帶光源、AWG復(fù)用/解復(fù)用器等器件發(fā)展迅速，價(jià)格的大幅下降，IPTV為代表的寬帶應(yīng)用的迅速發(fā)展，WDM-PON必將會(huì)取代EPON和GPON稱(chēng)為下一代接入網(wǎng)技術(shù)的首選方案。法布里-珀羅激光器以其價(jià)格和成熟度等優(yōu)點(diǎn)在WDM-PON技術(shù)中將有廣泛的應(yīng)用。

［1］Dong Dasheng，Chi Zeying，Chen Wenjian.Design and implementation of physical layer of APON system termination equipment ONT［J］.Chinese Lasers，2005，32（4）：537-543.

［2］Luo Renxiang，Liu Weiping，Li Xueyi，et al.Progress and technology of ethernet passive network［J］.Laser&Optoelectronics Progress，2005，42（1）：12-15.

［3］N.J.Frigo，P.P.Iannone ，P.D.Magill et al.A wavelength-division multiplexed passive optical network with cost-shared components［J］.IEEE Photonics Technology Letters， 1994，6（11）：1365-1367.

［4］求麗軍.WDM-PON在未來(lái)接入網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2010，（1）：70-73.

［5］Hyun Deok Kim， Seung-Goo Kang， and Chang-Hee Lee.A Low-Cost WDM Source with an ASE Injected Fabry-Perot Semiconductor Laser［J］.IEEE Photonics Technology Letters，2000，12（8）：1067-1069.

［6］Chang-Hee Lee， Sang-Mook Lee， Ki-Man Choi， Jung-Hyung Moon， Sil-Gu Mun，Ki-Tae Jeong，Jin-Hee Kim，Byoungwhi Kim.WDM-PON experiences in Korea［J］.Journal of Optical Networking，2007，6（5）：451-464.

［7］Xiaofei Cheng， Yang Jing Wen， Yi Dong，Zhaowen Xu，Xu Shao，Yixin Wang，and Chao Lu.Optimization of Spectrum-Sliced ASE Source for Injection-Locking a Fabry-Perot Laser Diode［J］. IEEE Photonics Technology Letters，2006，18（18）：1961-1963.

［8］Lin G.R.，Wang H.L.，Lin G.C.，Huang Y.H.，Lin Y.H.，Cheng T.K.Comparison on Injection-Locked Fabry Perot Laser Diode With Front-Facet Reflectivity of 1%and 30%for Optical Data Transmission inWDM-PONSystem［J］.Journalof Lightwave Technology，2009，27（14）：2779-2785.

［9］Mun，S.-G.，Ho-Sung Choi，Chang-Hee Lee.A Cost-Effective WDM-PON Using a Multiple Section Fabry-Perot Laser Diode ［J］.IEEE Photonics Technology Letters，2011，23（1）：3-5.

［10］Ki-Man Choi，Jin-Serk Baik,Chang-Hee Lee.Broad-band Light Source Using Mutually Injected Fabry-Pérot Laser Diodes for WDM-PON［J］.IEEE Photonics Technology Letters， 2005，17（12）：2529-2531.

［11］Ki-Man Choi， Jin-Serk Baik， Chang-Hee Lee.Color-FreeOperation ofDenseWDM-PON Based on the Wavelength-Locked Fabry-Perot Laser Diodes Injecting a Low-Noise BLS［J］.IEEE Photonics Technology Letters， 2006，18（10）：1167-1169.

［12］Fu Yuan Shih，Chien Hung Yeh，Chi Wai Chow，Chia Hsuan Wanga，Sien Chi.Utilization of self-injection Fabry-Perot laser diode for longreachWDM-PON［J］.Optical Fiber Technology，2010，（16）：46-49.

Application of the Fabry-Perot Laser in WDM-PON

ZHANGGuan-bin
（School of Information and Optoelectronic Science and Engineering South China Normal University，Guangzhou Guangdong 510006）

Passive Optical Network（PON）has the reputation for the final solution to FTTH，in PON,Fabry-Perot lasers bearing the bright future and great potential ofmass application due to its low price.The application of Fabry-Perot lasers in WDM-PON is discussed in the paper,given that the development of FTTH is introduced.

Fiber To The Home（FTTH）；Wavelength Division Multiplexing（WDM）；Passive Optical Network（PON）；Fabry-Perot lasers

TN929.11

A

1673-2014（2011）02-0043-03

2011—01—03

張冠斌（1984— ），男，山西長(zhǎng)治人，碩士，主要從事光通信與光傳感研究。

（責(zé)任編輯 王璟琳）