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CN201580000836.4 利用波长可变滤波器的光接收器的通道设定方法

技术领域

本发明涉及光接收器的通道设定方法,尤其涉及一种在TO(transistor outline-晶体管外壳)型接收波长可变光接收器中设定利用标准具(Etalon)滤波器形态的波长可变滤波器(TUNABLE FILTER)的、设定接收的波长通道的方法。

背景技术

进来,包括智能手机等视频服务,出现了通信容量非常大的通信服务。因此,有必要大幅增加以往的通信容量,作为这种通信容量增加方法而采用的一种是,利用以往铺设的光纤维的DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing-密集型光波复用)通信方式。所述DWDM意指利用了如下的现象,以一个光纤维同时传送多个波长的光的方式:因波长互不相同的激光不会相互干涉,即使通过一个光纤维同时传送多种波长的光信号,信号之间也无干涉的现象。

目前,世界上正在合议的是NG-PON2(Next Generation-Passive Optical Networkversion2;下一代无源光接入网第二阶段)标准,在这种NG-PON2标准中,作为电话局向加入者的下行光信号,设定了具有10Gbps级信号速度的4通道的波长。这种4通道的波长间隔为100GHz波长间隔。

根据NG-PON2的国际标准,以100GHz间隔设定的下行波长如下表1。

[表1]


通道中心频率(THz)波长1187.81596.342187.71597.193187.61598.044187.51598.89

5187.41599.756187.31600.607187.21601.468187.11602.31
这种设定波长中,在向至少4个相邻的通道同时被引入的光信号中,光接收器需选择接收自身应接收的光信号,不应接收其他三个光信号。

为了这种光接收器的波长选择性光接收,开发了光接收器中能够动态决定接收波长的波长可变光接收器。作为在这种波长可变光接收器中所使用的波长可变滤波器,使用如下的波长可变滤波器:在折射率根据温度产生变化的Silicon(硅)或GaAs、InP等半导体基板的两面,蒸镀折射率高低的电介质薄膜的Fabry-Perot(FP-法布里-珀罗)型标准具滤波器形态的波长可变滤波器。

图1呈现美国专利US6985281号所采用的波长可变滤波器,所述美国专利的波长可变滤波器在以往使用的玻璃材质的基板上交替蒸镀非晶质硅与SiO2等,从而仅使特定的波长透过。

图2呈现FP型标准具滤波器的透过特性曲线。FP型标准具滤波器被定义为,以频率基准具有固定周期(FSR:Free spectral range-自由光谱区)的具有多个透过峰值的波长选择性滤波器。在此,FSR(frees pectral range)表示FP型标准具滤波器中相邻的通道之间的波长间隔或频率间隔,是FP型标准具滤波器的重要变数。

这种FSR根据构成FP型标准具滤波器的共振器物质的折射率与共振器的长度,由如下[数学式1]决定。

[数学式1]

FSR=c/(2×n×d×cosθ)

在此c表示光速,n表示标准具滤波器共振器物质的折射率,d表示标准具滤波器共振器的长度,θ表示进行标准具滤波器的光的入射角度。

所述[数学式1]中,当标准具滤波器被布置成垂直于进行方向时,θ可视为"0",因此cos=1。制作标准具滤波器时的重要变数,即针对标准具滤波器共振器的长度的FSR的变化率可表现为如下[数学式2]。

[数学式2]

δ(FSR)=c/(2×n×d2)×δd)

因此,根据共振器长度的略微变化的FSR的相对性变化率可用[数学式3]表示。

[数学式3]

δ(FSR)/FSR=δd/d

如所述[数学式3],FSR的相对性变化率仅与共振器长度的变化率成正比,可通过将厚度精确调整为1%的比率而容易地将标准具滤波器的FSR调整为1%以内。

例如,Silicon标准具滤波器的情况为,具有400GHz间隔的标准具滤波器的共振器长度为约117um,若以该共振器长度的1.0%(即1.17um厚度)的精确度调整标准具滤波器的厚度,则FSR具有400GHz+/4GHz的精确度。

图3呈现在4通道100GHz的DWDM(dense wavelength division multiplexing;密集型光波复用)的NG-PON2结构中,波长的设定及波长可变性滤波器选择一个波长的光信号的过程。

图3-a呈现以100GHz间隔布置的a、b、c、d的4通道的光波长信号。图3-a中虚线在实际光通信中不会使用,但是与使用于光通信的通道具有100GHz的间隔的波长。即,在图3-a中,虚线不是表示实际光信号的线,以图3-a的实线表示的a、b、c、d才表示具有实际通信信号的波长。

如图3-a所示,若4个波长同时被引入至波长可变光接收元件,则如图3-b所示,假设波长可变滤波器是至少具有400GHz间隔的FP型标准具滤波器。以下本发明的说明中,将以FSR为400GHz的情况为例进行说明,但实质上FP型标准具滤波器的FSR在350GHz以上时,使用上不存在问题。如图3-b所示,假设使用FSR为400GHz的FP型标准具滤波器,进而在4通道的波长信号中选择a通道。这时,可在FP型标准具滤波器的邻接透过滤波器带域与d通道具有至少100GHz的波长间隔,因此在a、b、c、d四个通道中只选择性地接收a通道,不接收b、c、d通道的光信号是可行的。本说明中以具有400GHz的波长间隔的FP型标准具滤波器为例进行了说明,但若使用FSR为380GHz的FP型标准具滤波器,则FP型标准具滤波器接收a,b、c、d中的任意一个通道时,FP型标准具滤波器的邻接透过带域与a,b、c、d通道具有至少80GHz左右的波长间隔。通常,FP型标准具滤波器能够非常容易地将-20dB光分离(isolation)线宽实现为80GHz左右,由此使用具有380GHz或400GHz左右的FSR的FP型标准具滤波器,就能充分有效地接收100GHz、4通道中的任意一个通道。并且,当FSR为400Ghz以上时,不会发生FP型标准具滤波器的多个透过峰值(peak)同时选择两个通道的现象。因此,FP型标准具滤波器的FSR只需380GHz以上,就可适用到波长可变光接收器,从FSR方面,放宽了FP标准具滤波器的厚度精确度。

图3-c呈现改变图3-b的、具有透过波长带域的FP型标准具滤波器的透过波长带域而选择"b"通道的情况。尤其,基于Silicon、InP、GaAs等半导体基板的FP型标准具滤波器的折射率根据温度的上升而上升,导致透过波长带域长波长被移动的结果。可根据Bragg's law(布拉格定律)而说明这种过程。

[数学式4]

m×λ=2×n×d×cosθ

在此,λ表示透过FP型标准具滤波器的光的波长,m表示非零的自然数,n表示标准具滤波器共振器物质的折射率,d表示标准具滤波器共振器的长度,θ表示进行标准具滤波器的光的入射角度。

即,根据[数学式4],若FP型标准具滤波器的温度改变,则标准具滤波器的共振器的折射率随之改变,据此透过波长带域也会改变。通常,Si、GaAs、InP等半导体物质的波长大致以12GHz/℃左右的方式增加,据此,大致以8℃左右的间隔,向邻接通道移动透过波长。即,若假设透过"a"通道的FP型标准具滤波器的温度为32℃,"b"通道在40℃,"c"通道在48℃,"d"通道在56℃透过FP型标准具滤波器。

目前,作为调整FP型标准具滤波器的温度的方法,具有根据加热器(heater)的方法及利用热电致冷器(thermo electric cooler-热电致冷器)的两种方法,但是两种方法都无法在宽泛的温度范围内调整温度。即,若使用加热器,在高于外部环境温度的温度范围内,可运用标准具滤波器。例如,外部环境温度若上升到80℃,则至少在90℃以上的温度下运用标准具滤波器,才能具备温度调整能力。但是,考虑到构成标准具滤波器的物质及组件部件的热稳定性,应尽量在低的温度下驱动,作为一例,可设定90~130℃的40℃区间。但这种情况下,因获得"a"、"b"、"c"、"d"全部通道的最小温度范围为24℃,因此用于选择通道"a"的温度区间应在90~106℃以内,才能在90~130℃的区间选择4个通道全部。

使用热电致冷器(TEC)时也相同,若采用的热电致冷器的温度过低于外部环境温度时,会产生增大消耗电力的问题,因此优选地,在40~80℃左右运用热电致冷器的温度。若使用如所述的热电致冷器而调整FP型标准具滤波器的透过波长带域,则选择"a"通道的标准具滤波器的温度区间需在40~56℃之内,才可利用这种标准具滤波器在40~80℃的区间内可选择所有通道而使波长透过。

再以热电致冷器为例进行说明,当FP型标准具滤波器在48℃具有"a"通道的波长及+/-0.8nm之内的透过波长带域时,才能在热电致冷器的40~80℃温度区间可选择全部4通道而使波长透过。

并且,根据所述[数学式4],[数学式5]表示为如下,

δλ/λ=δd/d

为了精确地将波长调整为+/-0.8nm,需精确调整厚度为58nm。

[数学式6]

δd=d×δλ/λ=116um×0.8nm/1596nm=0.058um=58nm

所述[数学式6]的计算中,考虑了具有400GHz的FSR的标准具滤波器及1596nm带域的光通信,将允许的波长精确度限制为+/-0.8nm。58um的厚度为实质上无法调整的区域,因此相比非常容易地调整标准具滤波器的间隔的情况,无法调整标准具滤波器的透过峰值的位置。因此,这种情况下,随机制作标准具滤波器,然后选择如下的标准具滤波器为波长可变滤波器:在标准具滤波器的设定温度中,采用+/-0.8nm以内具有透过峰值的标准具滤波器。但这种情况下,若随机制作,则具有多个透过峰值的FP型标准具滤波器中仅有1/4才能具有期望的波长带域,从而导致增大标准具滤波器的损失。为了减少标准具滤波器的损失,若增大加热器的运用温度范围或热电致冷器的运用温度范围,据此会增加消耗电力且组件构成品的热稳定性上发生问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)美国专利US6,985,281号(2006.01.10)

发明内容

(要解决的技术问题)

本发明为了解决这种以往波长可变光接收器的通道设定的问题而提出,本发明的目的在于,提供一种如下的波长可变光接收器的通道设定方法:在波长可变光接收器中,能够在40℃的运用温度范围内使用所有波长可变滤波器。

(解决问题的手段)

针对用于达成所述目的的根据本发明的光接收器而言,在预先设定的温度+/-4℃的温度范围内接收n通道,增加波长可变滤波器的温度而依次设定n+1、n+2、n+3的通道。这时,n是1、2、3、4中的一个数字,并且5号通道具有1号通道的波长特性,6号通道具有2号通道的波长,7号通道具有3号通道的特性。

即,根据本发明的光接收器的通道选择方法包括如下步骤:设定基准通道温度区间,并在设定的温度区间内察看(scan)波长可变滤波器的温度,在预先设定的波长间隔的通信信号通道中确认该温度区间内采用的波长;向存储器输入预先设定的温度区间内设定的基准通道被调谐而接收的波长可变滤波器的温度;及改变所述波长可变滤波器的温度,从而设定对应基准通道+1、基准通道+2、基准通道+3通道的波长可变滤波器的温度并保存到存储器;匹配(matching)基准通道及基准通道+1、基准通道+2、基准通道+3的通道与实际通信通道号码,并保存到存储器。

并且,根据本发明的波长可变光接收器的通道设定方法是利用FP型标准具滤波器的透过模式中相邻的两个透过模式而在预先设定的温度范围内选择性地接收所有通信波长的通道的方法,随着所述波长可变滤波器的温度的增加,所采用的通道具有cyclic(循环性)特性。

(发明的效果)

根据本发明的光接收器,用于选择所有通道的温度在32℃区间内实现,使得仅在预先设定的狭窄温度区域内使用加热器或热电致冷器的温度,能够减少加热器或热电致冷器的消耗电力,还能使用全部波长可变滤波器。

附图说明

图1是透过的波长根据以往加热器(heater)产生变化的波长可变滤波器的一例,

图2是FP型标准具滤波器的透过特性曲线一例,

图3是呈现在4通道100GHz的DWDM时,NG-PON2结构下波长的设定及波长可变性滤波器选择一个波长的光信号的过程的一例,

图4是呈现根据本发明而不使用滤波器的周期(cyclic)特性时选择波长的过程的一例,

图5是呈现根据本发明的利用FP型标准具滤波器的cyclic特性而缩小用于通道选择的温度变化区间的过程的一例,

图6呈现利用根据本发明的FP型标准具滤波器的cyclic特性而缩小用于通道选择的温度变化区间的过程的又一例。

具体实施方式

下面,参照附图而详细说明本发明的未限定的优选实施例。

图4呈现根据本发明而不使用滤波器的cyclic特性时选择波长的过程。

图4-a呈现具有100GHz间隔的4个通信波长通道。图4-b呈现任意制作的FP型的标准具滤波器的透过峰值带域。本发明的说明中,以FP型的标准具滤波器的FSR为400GHz的情况为例。并且,以提高温度来设定通道的情况为例进行说明。

这种情况下,选择具有小于通道a的波长的标准具滤波器的透过峰值(peak),作为用于波长选择的透过峰值。即,如图4-b,具有多个透过波长峰值的FP型标准具滤波器的透过波长模式中,m+1次的模式已具有长于第1通道的波长,因此根据上升温度的方法,无法选择通信通道"a"。因此,若用提高温度的方法调谐通道,则需使用标准具滤波器的透过模式中的m次透过模式。

假设在特定温度To中,FP型标准具滤波器的透过模式中m次模式的透过波长为"aa"。该波长不是通道"a"波长,因此,为了将FP型的标准具滤波器调整为通道"a",需要加上T1的温度。这时,T1具有相当于FSR的温度。即,FSR为400GHz,标准具滤波器透过峰值的温度依存度为12.5GHz/℃时,T1可以是0~32℃之间的任意的值。这是因为,若T1超过32℃,则根据标准具滤波器的cyclic(循环性)特性而变得与0(zero)相同。即,如图4所示,为了与特定温度To下标准具滤波器所具有的的透过峰值波长无关地使用标准具滤波器并获得波长可变的特性,需将波长可变滤波器的温度变成如图4-c的To~To+T1+24℃。T1具有0~32℃的值,因此加热器或热电致冷器需产生24~56℃的温度变化。对于56℃的温度变化,若使用加热器或热电致冷器调整,则会导致消耗电力过高的问题。

图5呈现利用根据本发明的FP型标准具滤波器的cyclic特性而缩小用于通道选择的温度变化区间的过程。

假设图5中4个通信波长通道具有100GHz的间隔,FP型的标准具滤波器具有400GHz的FSR。并且,假设特定温度To下FP型的标准具滤波器的透过波长在"c"通道与"d"通道之间。这时,使FP型的标准具滤波器的温度改变T1左右,从而可如图5-b所示,将FP型的标准具滤波器的透过波长调谐到通道"d"。这时,T1可具有0~8℃的值。在To+T1的温度下,若FP型的标准具滤波器的透过峰值选择通道"d",则标准具滤波器的其他透过峰值存在于"aa"位置,"aa"位置存在于离"a"通道100GHz的位置。因此,若利用在To+T1温度下"aa"位置的标准具滤波器的透过峰值,可在To+T1+8℃下选择"a"通道,可在To+T1+16℃下选择"b"通道,可在To+T1+24℃下选择"c"通道。因此,若使用这种方法,则T1具有0~8℃的值,据此仅通过24~32℃的标准具滤波器的温度调整,就可选择性地选择全部4个波长。

图6呈现利用根据本发明的FP型标准具滤波器的cyclic特性而缩小用于通道选择的温度变化区间的过程的又一例。

图6中,假设4个通信波长通道具有100GHz的间隔,FP型的标准具滤波器具有400GHz的FSR。并且,特定温度To下FP型的标准具滤波器的透过波长存在于"a"通道与"b"通道之间。这时,使FP型的标准具滤波器的温度改变T1左右,如图6-b所示,可将FP型的标准具滤波器的透过波长调谐到通道"b"。这时,T1可具有0~8℃的值。To+T1的温度下,若FP型的标准具滤波器的透过峰值选择通道"b",则To+T1+8℃下可选择"c"通道,To+T1+16℃下可选择"d"通道。To+T1+16℃下标准具滤波器的其他透过峰值存在于"aaa"位置,并且"aaa"位置为离"a"通道100GHz的位置。因此,To+T1+16℃温度下利用"aaa"位置的标准具滤波器的透过峰值,可在To+T1+24℃下设定"a"通道。因此,若使用这种方法,则T1具有0~8℃的值,仅通过24~32℃的标准具滤波器的温度调整,就可选择性地选择全部4个波长。

即,在图5及图6中,不管标准具滤波器的透过波长存在于通信波长带域的何处,仅需24~32℃的温度调整,就可选择性地选择所有波长通道。因此,若使用这种方法,可与FP型标准具滤波器的特定温度下的透过波长无关地,使用所有标准具滤波器,从而通过最大32℃的温度调整就可选择性地选择4个波长的通道,能够减少标准具滤波器的收率及用于标准具滤波器的温度调整的能源,改善组件的热稳定性。

为了实质性使用这种方法,优选使用如下的过程。

首先,工厂制作光收发器的过程中,可通过如下步骤选择性地选择标准具滤波器的透过波长,从而通过已选择的通道而接收信号。所述步骤如下:设定在预先设定的温度区间下选择的光通信基准通道n,这时n可具有1~4的数字;增加波长可变型FP型标准具滤波器的温度,设定与n+1、n+2、n+3的通道对应的温度;预先将与通道1、通道2、通道3、通道4对应的各个温度保存到光收发器内部的存储器;要设定特定通道时,利用已保存到存储器的通道别温度,设定FP型波长可变滤波器的温度。

下面举一例而说明这种方法。首先,作为选择设定基准通道的温度区间的步骤,优选地,该温度区间至少能够收容大于通信波长的波长间隔的波长。例如,100GHz波长间隔的DWDM中,波长可变滤波器的透过波长的温度依存度为12.5GHz/℃时,优选设定8℃以上的温度区间。

即,可通过如下步骤完成:在40℃下,将48℃设定为基准通道温度区间,该温度范围内察看(scan)波长可变标准具滤波器的温度,从而在预先设定的100GHz波长间隔的信号通道中确认该温度区间采用的波长;将预先设定的温度区间内设定的基准通道被调谐而接收的波长可变滤波器的温度输入存储器;改变波长可变滤波器的温度,从而设定与基准通道+1、基准通道+2、基准通道+3通道对应的波长可变滤波器的温度,并保存到存储器;将基准通道及基准通道+1、基准通道+2、基准通道+3的通道匹配(matching)到实际通信通道号码的信息输入存储器。

即,波长可变滤波器在各通道之间的温度差距为8℃时,基准通道为2通道,基准通道被调谐的温度为41℃时,设定通信通道3通道为49℃,通信通道4为57℃,通信通道1为65℃。作为又一例,基准通道为4通道,基准通道被调谐的温度为47℃时,设定通信通道1通道为55℃,通信通道2为63℃,通信通道2为71℃。以这种过程,在特定温度下使用任意具有透过波长的标准具滤波器,也可在40~72℃的32℃的温度区间设定全通道,从而减少电力消耗,提高波长可变滤波器的利用度,同时获得组件的热稳定性。

这种本发明的特性是利用FP型标准具滤波器的透过模式中相邻的两个透过模式,并且作为在预先设定的温度范围内选择性地接收所有通信波长的通道的方法,随着增加波长可变滤波器的温度,所采用的通道具有cyclic(循环性)特性。

本发明并不限定于上述实施例,在本发明所属技术领域具有一般知识的人,能够在本发明的技术思想及以下专利权利要求范围的均等范围内,可进行多种修改及变形。

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