一种激光光源输出装置及激光输出系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201280001990.X | 申请日 | 2012-12-24 | 公开(公告)号 | CN103370112A | 公开(公告)日 | 2013-10-23 |
| 申请人 | 华为技术有限公司; | 发明人 | 周小平; | ||||
| 摘要 | 一种激光 光源 及多 波长 激光输出系统。其中，多波长激光光源，包括：谐振单元、设置在谐振单元中的宽谱光产生单元及多波长滤波单元；其中，宽谱光产生单元，用于产生连续波长的光；多波长滤波单元，用于对所述连续波长的光进行滤波，输出多个特定波长的光，所述滤波单元输出的激光的波长随 温度 变化不敏感；谐振单元，用于将所述多个特定波长的光往复反射传播，并经所述宽谱光产生单元进行光 辐射 放大，产生激光。本 发明 实施例 可以消除温度对激光光源输出波长的影响，同时降低功耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光光源输出装置，其特征在于，包括：谐振单元、设置在谐振单元中的宽谱光产生单元及多波长滤波单元；其中， |
||||||
| 说明书全文 | 一种激光光源输出装置及激光输出系统技术领域[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种激光光源输出装置及激光输出系统。 背景技术[0002] 在10G千兆无源光网络（GPON，Gigabit-Capable Passive Optical Network）/以太无源光网络（EPON，Ethernet Passive Optical Network）中，下行光信号的波长范围在1575～1580nm内，调制速率9.95328Gb/s，传输距离超过20km，调制后的最小输出功率超过 2dBm。为了避免直调激光器在L波段的色散影响，业界普遍采用10Gb/s外调制激光器，其中电吸收调制激光器（EML，Electra-absorption Modulated Laser）由于尺寸小、调制速度快，成为最典型的器件。 [0003] 现有技术中的电吸收调制激光器主要由两部分构成：分布反馈式（DFB，Distributed Feedback）激光器和电吸收调制器（EAM，Electra-absorption Modulator）。前者用于产生连续的激光，后者用于把高速的电信号转化成高速的光信号。 [0004] DFB激光器的波长主要由DFB中的光栅结构决定，同时与芯片的温度相关，温度调谐系数约为：0.08nm/K，即温度变化1℃，波长改变0.08nm。工业用激光器要求在－40~85℃范围内均可工作，如果没有温度控制，那么激光器的波长将会出现10nm的变化，远远超出了10G PON的标准要求。为了确保器件在1575~1580nm范围内工作，常用的激光器都需要用热电致冷器（TEC，Thermal-electrical Cooler），使激光器保持在固定的温度下工作，比如：45℃。 [0005] 同时，对于EML来说，DFB中光栅结构的精确程度，直接决定了所产生激光的波长，因此制作非常精细的DFB光栅，是确保EML光性能的关键。 [0006] 目前，DFB的制作，主要采用电子束扫描的方式，制作时间很长。此外，EAM与DFB为不同芯层结构。DFB的芯层，需要确保在1575～1580nm范围内产生激光。而EAM作为吸收介质，其吸收波长需要设计在远离DFB产生激光波长的波段范围。EAM与DFB两者的材料成分不同，使得需要复杂的能级控制技术。受限于上述的原因，EML的制作工艺复杂，时间长，良率低，成本高。 [0007] 另外，为了确保EML工作在规定的波段，还需要使用TEC，增加额外的功耗。 发明内容[0008] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种激光光源及激光输出系统，以消除温度对激光光源输出波长的影响，同时降低功耗。 [0009] 第一方面，一种激光光源输出装置，包括：谐振单元、设置在谐振单元中的宽谱光产生单元及多波长滤波单元；其中， [0010] 宽谱光产生单元，用于产生连续波长的光； [0011] 多波长滤波单元，用于对所述连续波长的光进行滤波，输出多个特定波长的光，所述滤波单元输出的激光的波长随温度变化不敏感； [0015] 第二方面，一种激光输出系统，包括以下器件： [0016] 多波长激光光源，用于输出多个特定波长的激光，所述激光波长随温度变化不敏感； [0018] 分波器，用于将所述放大后的多波长激光按照波长从不同输出端口输出； [0019] 多个分光器，分别连接所述分波器的一个输出端口，用于将所述分波器中每个输出端口输出的激光分成多份输出； [0020] 多个调制器，分别连接所述分光器，用于对接收到的光信号进行电调制，并输出调制后的光信号。 [0021] 在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述多波长激光光源，包括：谐振单元、设置在谐振单元中的宽谱光产生单元及多波长滤波单元；其中， [0022] 宽谱光产生单元，用于产生连续波长的光； [0023] 多波长滤波单元，用于对所述连续波长的光进行滤波，输出多个特定波长的光，所述滤波单元输出的激光的波长随温度变化不敏感； [0024] 谐振单元，用于将所述多个特定波长的光往复反射传播，并经所述宽谱光产生单元进行光辐射放大，产生激光。 [0026] 结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述滤波单元，包括：光学特性随温度变化不敏感的薄膜滤波片阵列、波导阵列光栅或级联的布拉格光栅。 [0027] 结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述薄膜滤波片阵列、波导阵列光栅或级联的布拉格光栅由硅、二氧化硅或有机聚合物材质制成。 [0028] 结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式或第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述分波器，包括：波导阵列光栅。 [0029] 结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式或第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述波导阵列光栅为高斯型或平坦型的通带结构。 [0030] 结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式或第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述分光器，包括：多模干涉器。 [0031] 结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式、第四种可能的实现方式或第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述调制器，包括：电吸收调制器或者马赫-曾德尔干涉仪。 [0032] 结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式、第四种可能的实现方式、第五种可能的实现方式或第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，还包括：集成所述器件的平面集成光路。 [0033] 本发明实施例中，激光光源输出装置中的宽谱光产生单元，用于产生连续波长的光；多波长滤波单元，用于对所述连续波长的光进行滤波，输出多个特定波长的光，所述滤波单元输出的激光的波长随温度变化不敏感；谐振单元，用于将所述多个特定波长的光往复反射传播，并经所述宽谱光产生单元进行光辐射放大，产生激光，由于滤波单元直接决定了激光光源的出射波长，因此，采用随温度变化不敏感的无源滤波器件来控制波长，可以消除温度对激光光源输出波长的影响；同时，由于不需要对温度进行控制，可以取消TEC这样的温控设备，大大降低激光光源的功耗。附图说明 [0034] 图1为本发明实施例提供的一种激光光源输出装置的结构示意图； [0035] 图2为本发明实施例提供的一种激光输出系统结构示意图； [0036] 图3为本发明实施例提供的另一种激光输出系统结构示意图； [0037] 图4为本发明实施例提供的一种具体的激光光源输出装置的结构示意图； [0038] 图5为相应图4的多波长激光输出系统结构示意图； [0039] 图6为本发明实施例提供的一种具体的激光输出系统示意图； [0040] 图7为本发明实施例提供的一种调制器实现结构示意图； [0041] 图8为本发明实施例提供的另一种调制器实现结构示意图； [0042] 图9为本发明实施例提供的另一种具体的激光输出系统示意图。 具体实施方式[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0044] 本发明实施例提供了一种连续波长激光光源及多波长激光输出系统，以消除温度对激光光源输出波长的影响，同时降低功耗。 [0045] 首先对本发明提供的一种激光光源输出装置实施例进行介绍。如图1所示，激光光源具体包括：谐振单元101、设置在谐振单元101中的宽谱光产生单元102及多波长滤波单元103；其中， [0046] 宽谱光产生单元102，用于产生连续波长的光，并作为激光的增益介质； [0047] 多波长滤波单元103，用于对所述连续波长的光进行滤波，输出多个特定波长的光，所述滤波单元103输出的激光的波长随温度变化不敏感； [0048] 谐振单元101，用于将所述多个特定波长的光往复反射传播，并经所述宽谱光产生单元102进行光辐射放大，产生激光。 [0049] 由于滤波单元直接决定了激光光源的出射波长，因此，采用随温度变化不敏感的无源滤波器件来控制波长，可以消除温度对激光光源输出波长的影响；同时，由于不需要对温度进行控制，可以取消TEC这样的温控设备，大大降低激光光源的功耗。 [0050] 上述实施例中，所述多波长滤波单元包括：光学特性随温度变化不敏感的薄膜滤波片阵列、波导阵列光栅（AGW，Arrayed Waveguide Grating）或级联的布拉格光栅。 [0051] 至于所述薄膜滤波片阵列、AGW或级联的布拉格光栅，可以由光学特性随温度变化不敏感的Si、SiO2或有机聚合物材质制成。 [0052] 本发明还提供了一种激光输出系统实施例，如图2所示，该系统可以包括以下器件： [0053] 多波长激光光源201，用于输出多个特定波长的激光，所述激光波长随温度变化不敏感； [0054] 光放大器202，用于对所述多波长激光光源201输出的多波长激光进行放大； [0055] 分波器203，用于将所述放大后的多波长激光按照波长从不同输出端口输出； [0056] 多个分光器204，分别连接所述分波器203的一个输出端口，用于将所述分波器203中每个输出端口输出的激光分成多份输出； [0057] 多个调制器205，分别连接所述分光器204，用于对接收到的光信号进行电调制，并输出调制后的光信号。 [0058] 在本发明提供的一个系统实施例中，其中的所述激光光源201，可以具体包括：谐振单元、设置在谐振单元中的宽谱光产生单元及多波长滤波单元；其中， [0059] 宽谱光产生单元，用于产生连续波长的光，并作为激光的增益介质； [0060] 多波长滤波单元，用于对所述连续波长的光进行滤波，输出多个特定波长的光，所述滤波单元输出的激光的波长随温度变化不敏感； [0061] 谐振单元，用于将所述多个特定波长的光往复反射传播，并经所述宽谱光产生单元进行光辐射放大，产生激光。 [0062] 由于滤波单元直接决定了激光光源的出射波长，因此，采用随温度变化不敏感的无源滤波器件来控制波长，可以消除温度对激光光源输出波长的影响；同时，由于不需要对温度进行控制，可以取消TEC这样的温控设备，大大降低激光光源的功耗。 [0063] 此外，在本发明的一个优选实施例中，所述谐振单元和宽谱光产生单元的功能可以通过一个独立的光学器件实现，该光学器件可以包括：至少一个反射型半导体光放大器（RSOA，Reflective Semiconductor Optical Amplifier）。 [0064] 所述滤波单元，可以包括：光学特性随温度变化不敏感的薄膜滤波片阵列、AGW或级联的布拉格光栅。 [0065] 至于所述薄膜滤波片阵列、AGW或级联的布拉格光栅，可以由光学特性随温度变化不敏感的Si、SiO2或有机聚合物材质制成。 [0066] 所述分波器，可以包括：AGW。所述AGW可以为高斯型或平坦型的通带结构。 [0067] 所述分光器，可以包括：多模干涉器（MMI，Multi-mode Interferometer）。 [0068] 所述调制器，可以包括：电吸收调制器或者马赫-曾德尔干涉仪（MZI，Mach-Zehnder Interferometer）。 [0069] 还需要说明的是，在本发明提供的另一个系统实施例中，如图3所示，该系统还可以包括：集成所述器件201~205的平面集成光路（PLC，Planar Light Circuit）206。 [0070] 通过采用阵列结构和PLC技术实现无源对准，可以降低封装总成本。 [0071] 为了便于对本发明进一步的理解，下面结合本发明的具体实施方式对本发明进行详细描述。 [0072] 如图4所示，为一种具体的激光光源输出设备的结构示意图。该激光光源输出设备具体包括：全反射镜（Mirror）401、增益介质（Gain Chip）402、多波长滤波片（Multi-Filter）403和部分反射镜（Partial Mirror）404构成。两边的反射镜构成谐振腔，而滤波片确定激射波长。 [0073] 其中，增益介质402，可以由半导体光放大器（SOA，Semiconductor Optical Amplifier）构成，但不限于此。 [0074] 多波长滤波片403，可以由薄膜滤波片阵列构成，也可以由AWG或级联的布拉格光栅构成。任何小尺寸且光学特性随温度变化不敏感的滤波结构都可以。 [0075] 全反射镜401，可以由单独的镜面构成，或者和增益介质402组合在一起，形成反射型的增益介质，例如：RSOA。 [0076] 本发明还提供了一种激光输出系统实施例，如图5所示，在图4所示连续波长激光光源的基础之上，还包括了：光放大器（OA，Optical Amplifier）、1：M分波器（1：M Demux）、1：N分光器（图5中表示为1：N）阵列以及调制器阵列（Mod，Modulator）。 [0077] 连续波长激光光源同时产生M个不同波长的连续激光，进入光放大器。光放大器，用于对多波长光源进行放大，以确保足够大的输出功率。该放大器可以包括，但不限于Raman放大器、EDFA（Erbium-doped Optical Fiber Amplifer，掺铒光纤放大器）放大器和半导体光放大器。放大器的增益，可以随着外部温度的变化，进行动态调节，从而补偿温度变化对激光器的影响。 [0078] 经过放大的M个波长光源，进入1：M Demux，分成M个输出，每个输出端输出一个波长。 [0079] 1：M Demux的每个输出端，连接一个1：N的分光器，把输入的光均分成N份。N值的选择，可以根据输出光功率的大小，以及需要的输出光路数灵活选择。 [0080] 该1：N分光器，可以由级联的Y分支器构成，也可以由多模干涉器构成。 [0081] 1：N分光器的每路分支连接高速调制器，将接收到的光信号进行电调制，并输出调制后的光信号。 [0082] 为了减小尺寸、提高集成度，可以将多路调制器制作成阵列的形式。阵列中每个器件的数量，与分光器的输出端口数量一致。 [0083] 下面对本发明实施例提供的具体多波长激光输出系统进行详细介绍。 [0084] 如图6所示，为一种具体的激光输出系统实施例。整个系统由RSOA阵列（RSOA array）、两个AWG、分光器（Splitter）阵列、调制器阵列（Mod array）和光放大器构成。其中，AWG和Splitter等无源器件，可以用PLC技术集成在同一光芯片上；RSOA阵列和调制器阵列，可以通过成熟的倒贴工艺，集成到PLC芯片上。光放大器可以根据不同的需求，设置在PLC外部（本图所示方式），或者集成在PLC芯片内部。可选的，PLC上与RSOA阵列的AWG1的输出端所在一侧，设置有部分反射（PR，Partial reflection）膜；或者在AWG1的输出端增加一个部分反射镜。 [0085] 其中，每个RSOA，与AWG1以及PLC上的部分反射膜或者部分反射镜形成一个激光器。该激光器的波长，由AWG1输出端口的波长决定。同样的，该多波长激光器的波长数量、波长间隔，也由AWG1的端口数量和波长间隔决定。因此，只要通过设计不同的AWG1，即可产生不同的多波长光源。比如，在10G PON的应用中，可以设计200GHz间隔，使得激射产生的四个波长间隔200GHz。需要说明的是，该AWG的波长间隔设计，并不需要满足ITU的波长规定，只需要与设置在该PLC的AWG2对准即可。 [0086] 由于该系统中的激光光源波长完全由AWG1决定，因此，AWG1通过选择合适的材料，经过特殊的设计，可以比较容易实现其光学特性对温度变化不敏感。最后，实现整个系统的输出波长，对温度的变化不敏感。从而可以去掉功耗非常大的TEC，以降低激光光源以及整个系统的功耗。 [0087] 此外，前述部分反射膜，是激光谐振腔的一部分。可以采用镀膜技术，直接镀在PLC芯片的一边，并与AWG1输出端的波导垂直。该部分反射膜的反射率，可以通过优化，同时满足谐振腔的发射需要，及输出光功率大小要求。 [0088] 在上述结构图中，仅以16路光源为例，实际光源数目，可以比这多或者比这少。 [0089] 制作PLC的材料，包括但不限于二氧化硅（SiO2），有机聚合物（Polymer）和硅（Si）。以SiO2材料为例，现在已经有非常成熟的制作分光器和AWG的工艺。 [0090] 上述结构中的两个AWG，都需要满足随温度变化不敏感的要求，以便去掉芯片的温度控制。两个AWG可以设计成完全相同，也可以设计得不同。可选的，可以把AWG1设计成高斯型的通带结构，把AWG2设计成平坦型的通带结构。 [0091] 可选的，分光器Splitter可以由多模干涉器MMI实现，或者级联的Y分支器及其他结构实现。 [0092] 至于调制器，可以是电吸收调制器，也可以是MZ干涉型调制器，两种实施方式示意图分别如图7和图8所示。图7和图8中，分光器均由MMI实现。图7中，调制器由EAM实现，因此，形成电吸收调制器阵列（EAM array）。图8中，调制器由MZI实现。通过EAM或MZI，实现对分光器输出分光的调制。如果采用MZI，在特定的PLC材料下，比如Si，该调制器可以直接制作在PLC上，而无需再混合集成。在这种情况下，PLC芯片上，可同时集成AWG，Splitter和调制器阵列，进一步降低成本。 [0093] 如图9所示，为另一种具体的激光输出系统实施例。该实施例，与图6所示系统的区别仅在于多波长激光光源的实现上。该实施例中，仍以16路光源为例。其中，多波长激光光源由一个增益介质，通过四个级联的布拉格光栅（λ1~λ4）实现。每个布拉格光栅，会选择特定的波长进行反射；多个级联，即可以反射多个波长，最终实现多个波长的激射。由于布拉格光栅本身就有反射作用，因此无需再在PLC端面镀反射膜。此外，各个布拉格光栅的波长，需要和PLC中的AWG2的各个输入通道波长对准。 [0094] 本发明上述各个实施例中，由增益介质和光学特性随温度变化不敏感的滤波器件形成了激光器，从而消除了温度对激光器输出波长的影响，实现了器件的无致冷工作，降低了功耗和成本；通过PLC技术，实现多路光源的集成，降低封装和物料成本，减小多路光源的尺寸，有利于同一个线卡中支持更多的端口；利用光放大器，对多波长光源进行放大，提高每路的输出光功率。 [0095] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。 [0096] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈