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1542 作者IEEE量子电子，VOL选题。 17，编号。 6，11月/2011年12月
调制光栅Y型结构可调谐激光器的lambda;路由网络和光接入
何塞普·M. F`abrega，会员，IEEE，伯恩哈德雪岭，会员，IEEE Francesc Bonada博，Jose A.Lazaro，会员，IEEE，马可Forzati，皮埃尔 - 让Rigole和何塞普宝勒巷，会员，IEEE
摘要-A的基础上调制的光栅快速可调谐激光器Y型结构（MG-Y）是表现在直接的突发模式调制在2.5Gb / s的。两个传输方案已被评估，和它的波长调谐性能表征在波长交换率和干扰方面已经进行了。最小波长切换时间被认为是400的ps，和26.7的光学损耗预算分贝是用于光传输网络的使用兼容，覆盖距离可达50kmwhile在alternatingwavelengths发射阵阵。最后，在无源光接入网络的应用程序允许在不用户终端之间的直接通信流量聚合，并且更重要的是，不带电工光 - 电转换或协议相关的终端在服务运营商的前提呈现。首先结果显示其混合波分复用/时分可行性多路传输的网络，每64个用户为服务了树。
关键词：接入网，光纤通信，光网络，光发射机，可调谐激光器。
简介
可调谐激光二极管已经发现大量的应用在光通信，诸如可调谐波长出席的光波长开关转换器波长路由光网络[1]。尽管如此，一个潜在的商业的进一步开发有吸引力的机会具有丰富的部署，但受制于低段成功的成本实现的是光的产生的场访问。如今，先进的多媒体服务，提高跨任务要求，并允许替代传统的时间分多路复用无源光网络（TDM-PON的），以随着每保证带宽的目的产生网络用户。波分复用（WDM）提供而高度共享虚拟点对点连接光纤基础设施可被保持。因此，有效带宽，该纤维可以提供由于相乘传输介质的容量有利地共享而波长基础小于时间[2]。
半导体可调谐激光器实现敏捷波长路由通过WDM空间。在现有的激光源中，调制光栅Y型结构（MG-Y）激光器是一种快速的多电极可调装置，提供精确的波长可调谐并且，可以与无电流的调整来获得宽的调谐范围在增益部[3]。在此之上，附加半导体光放大器（SOA）的部分，可以是直接调制允许获得一个集成解决方案与小外形[4]和降低成本的光发射机因为不需要放大外部调制器。
最重要的是，光线路终端的发射机堆（OLT设备）可以采取这样的具有成本效益的集成解决方案的好处;尤其是在超密集WDM网络，其中一组几个激光器服务相对高的客户数量[5]，在切换波长能力迅速可以进一步提升
此外，这种装置的通用性使得它也一有希望的候选作为光网络中无色发射机单位WDM-的（ONU设备）或混合WDM/ TDM-PON的。显示进一步的应用程序比使用MG-Y激光器普通ONU发送器，目前的作者，首次给我们在包装蝴蝶的2.5 Gb / s的所知，突发模式操作设备，传输两个交错套阵阵，各自在不同的波长中的一个，因为它可能是可行在WDM/ TDM-PON有两个服务运营商，管理两个波长分配独立的OLT，但分享常见的光纤基础设施。如将被证明，距离可达到50公里，26.7 dB的光损耗预算是兼容的。
作为另一应用，ONU设备进行评估之间直接通信的可行性，避免了通常的路径，这也涉及到OLT，这意味着能源紧缺的转换的光信号，并从电域中的和内网的工作数据流量汇聚。虽然早期工作已与活动网络的帮助下解决了这一功能节点[6]，所提出的WDM/ TDM-PON的光纤设备可以在保持完全的被动，这要归功于快速波长调谐突发模式能够ONU发送器和选择性波长远程节点（RN）的设计。
图一（a）在MG-Y激光单元的功能的方案。 （b）波长图：波长与反射电流的情节。 （c）稳定的区域与反射器电流，相电流是电流Iph= 2.4毫安。（d）激光输出功率与SOA和增益部分的电流为1551.2波长。
在本文的其余部分安排如下。 为了要确保设备符合突发模式操作限制，第二节涉及的波长调谐在MG-Y激光的现象，包括它的瞬态响应。之后，在第三部分，突发模式操作，这种激光器的调制进行了讨论。接下来，第四节调查这种MG-Y激光上游的适用性ONU和OLT之间的沟通，处理突发模式操作，而第五部分提出和评价支持ONU到ONU通信新的应用不经过在OLT。最后，主要结论绘制在第六节。
波长调谐表征
在本文介绍的设备是MG-Y激光具有五段结构，其包括一个增益部分，两个反射器，相位部分，和一个单片集成的SOA[见图1（a）〕。激光设计的完整描述可以在发现[3]。在反射器和相位注入的电流部（IREF1，IREF2及IPH）用于调谐所述输出光束波长。被打包蝴蝶模块中的激光装置主要是在C波段和设计用于操作低L波段。
A.连续波调整
波长的精确表征作为函数调谐电流的示于图。图1（b），它示出了波长（灰度）与IREF1和IREF2对于固定电流Iph（2.4 mA）的。 SOAand增益部分均与连续驱动100mAeach的电流。人们可以清楚地识别大型圆锥形区（超模），显示突然改变波长其中。在反射电流低于1.5 mA时，几乎没有任何调整发生。这个小泄漏固有的额外电子需要用于实现波长切换组件。在为了获得最稳定的区域，对数据进行处理的利用图像处理技术。在图图1（c）中示出的图中的区域。图1（b）处理之后。每个超模是在不同的梯形区域（模式），其分代表稳定的波长区，具有一个边模抑制中gt;40分贝比（SMSR）。这些信息区允许识别对应于所述稳定区域由国际电信中指定的信道联盟电信标准化部门（ITU-T）。它应当指出，通过注入电流到相位部分，空腔的相位被改变。因此，通过增加相当前，所有在图1的地图的模式的区域。图1（b）向移较高的反射电流。
图2.动态波长的表征实验装置调整
图1（d）表示为在MG-Y的功率 - 电流关系激光输出作为增益和的偏置电流的函数SOA部分。的调谐部的操作条件激光是：IREF2 IREF117毫安，在15 mA和电流Iph2.4毫安，对于增益部的阈值小于10毫安。
B.动态调整
当激光是两个稳定区域之间切换，高分辨率测量已执行。这种动态表征是基于光的测量功率作为时间和波长的函数，产生一个波长功率 - 时间曲线图。该实验的设置是图2所示。 2.激光反射通过一个功能驱动发生器，提供一个方波信号具有的频率20 MHz和上升/下降时间lt;100 ps的。在这种情况下，SOA和增益切片还带动100 mA电流。相电流设置为2.4毫安了。可变光衰减器（VOA）激光后放置，以避免的饱和光电探测器。可变衰减后，输出光束是通过过滤10 GHz带宽可调谐滤波器，它是在由一台个人计算机（PC）的指定的任意波长为中心。 最后，该数据是由个人电脑通过示波器采集在光检测器输出端相连。为了观察可能期望的发射，每次测量席卷了整个C波段。
表一每个切换实验切换所耗时间和占用标志
图3.光学功率与波长和（a）实验2的时间和（b）实验4
图4.电为MG-Y的SOA部分光学调制响应激光，插图示出了用于2.5-Gb / s的数据信号的眼图
测量七种不同的开关瞬态，在图1（c）中，注释线表示初始和最终在不同的交换过程的波长，而它们的号标识的特定的实验，其结果由表Ⅰ示出。
在实验1中，激光为之间的变化的行为位于同一个模式下的两个工作点进行分析。在这种情况下，从最初的到目标的过渡波长是连续和主要由载流子等离子体效应[1]，从而导致相对长的开关时间（3纳秒）。对于实验2和3，之间的过渡测量位于同一超模不同模式。在这种情况下，载流子等离子体效应已经观察到，类似实验1：波长连续转移时横穿模式，并且一旦瞬时响应达到限制由模式强加最初偏见，突然开关波长的发生。在这里，开关时间报道分别在纳秒级，正是4和7纳秒的实验图2和3，分别关于实验4-7，不同超模之间的转换进行了评估。在这情况下，没有任何连续的波长偏移，由于添加剂游标效果[1]，[3]。最低的交换时间测量为400 PS（实验4），而最大的一个是13纳秒（实验7）。需要注意的是实验7对应于两个导致相邻波长的工作点，定位为据相隔8超模;这意味着为了达到期望的波长，有交替使用载流子等离子体的和添加剂游标的效果。
图3描绘了先前描述的两个测量值的（实验2和4，在表I中列出）。虽然各种干涉模式可以在图表中观察到的，激光演示干扰模抑制比的快速恢复（IMSR）。准确地说，IMSR显然是“20 DB已1纳秒每个波长交换机后（见表Ⅰ），和SMSR是在静态条件下大于40分贝。该干扰波长开关过程中会出现很容易被吸收在过渡期间关闭在SOA和主动段电流注入。请注意，没有热漂移可以理解作为调谐电流越小。
调制和突发模式操作
虽然调频会在原则上可能与此MG-Y激光，切换时间常数报表我明明显示，ASK可能是更好的选择对高比特率调制。这种调制格式正确适应在光接收子系统的简单访问，其中，在另一方面，附加的滤光器将需要为频移键控信号的解调。远以获得的一个强度调制输出信号不影响到其调谐性能激光器单元是调制在有利的短的SOA部分的偏置电流。图4示出的一个典型的电光调制响应40 mA的偏见和80mApp调制和放大器部分对于用于图相同的调谐条件，图1（d）。虽然相对大的波动（〜3分贝）出现在整个反应，没有雄厚的滚降，直到2.2 GHz的频率。 眼在图的插图的图4对应于一个连续的数据按2.5Gb流调制/ s，使用的伪随机比特序列（PRBS）与231的长度 - 1。相对广阔在眼图干标记和间隔导轨从残留波纹在SOA部分的电光响应。 注意该蝶形封装和所需的焊线强加对于调制带宽和性能的限制。但是，在包装之前[7]，一个类似的MG-Y激光器结构已被证明适合10 Gb / s的通过调节它的增益ASK调制节。
图5. OSNR的SOA部的激光输出和线性调频参量
图6.用于与波长突发模式数据传输的实验装置交换
图7.接收的突发数据包（a）在1536.6处的突发的开始和在1536.6处突发在100 ns /格刻度（b）结束（c）接收的突发在数据包以100微秒/格交错的波长信道
测得的消光比（ER）为4.5分贝。虽然这种低的ER可能是连续模式传输可接受在一些应用中，突发模式（上游）的操作需要的关断状态期间高得多的光排斥发射机，以避免与从始发的数据分组的串扰其它网络终端[8]。通过调制SOA电流，一个提供只是11-12分贝的通断功率比。所以，对于预期的突发模式操作不仅对SOA部，而且活性部分具有与被选通脉冲串启用信号完全消失，其余透光后数据分组。请注意，为此，只是一个很小的电光lt;1兆赫带宽理论上所需的增益部分，由于数据访问时下定义框架标准[9]。增益部的调制响应具有被证明远远满足这一要求。请注意，或者向增益部的电流调制，所述SOAbias可以逆转，实现-40 dBm的关闭状态的功率电平。
由于调制这里根据载流子密度调制而不是干涉效应，感应线性调频可能会限制传输距离。出于这个原因，在啁啾参数用用整个C波段测Devaux方法[10]。正如在图中可以看出。 5，啁啾参数为lt;2.2，并在C波段的由于上边界引发在较长的波长更小的差分增益系数的操作范围为SOA（即，从接近谐带隙）[11]。低噪的原因，相比其他作品[12]，[13]，是SOA部的长度短和增益部[14]的高的光输出功率。
图5也呈现在光信噪比（OSNR）的频谱激光单元的输出，分辨率带宽测量
0.1纳米。达到最小OSNR54.8分贝，这是可接受的放大发射机。
4．传输试验
图6示出第一评价实验设置在MG-Y激光作为在ONU发送器或在地铁
网络，分别为。生成2.5 Gb / s的上行数据使用PRBS与231的长度 - 1，里面的预编码脉冲模式发生器（PPG）。为了成功地生成数据突发时，PPG被任意波形门发生器，还控制SOA的选通和MG-Y激光器的活跃部分。准确地说，增益和SOA节分别在每个由120个脉冲突发和关闭被切换和40m。SOA调制与实现80 MAPP数据信号。阵阵有一段125微秒，在根据千兆PON（GPON）标准[9]，并且25％的占空比，这意味着31.25mu;s的数据包长度[见图7（c）]。对于数据分组的脉冲串结构不含有使主要的有效载荷数据中给出的任何前导，但是，在开始保护时间和所述数据包的结束是根据GPON标准本[9]。
此外，使用了任意波形发生器来驱动反射器和相位部分执行波长
从1536.6连续两个脉冲串之间切换到1557.36 nm和反之亦然，如图所示。 7.调整各波长的电流的条件为：30毫安IREF1和24.4毫安IREF2为1536.6纳米，17.4毫安IREF1和6.3毫安IREF2为1557.36纳米，而驱动阶段部分3.5毫安。这种开关的应用程序可以在有趣分组交换城域网，其中数据具有要发送到不同的接收网络节点到所述光学光路被的发射波长测定光发射机。与用于突发模式的给定定时，这意味着在两个连续的脉冲串之间的时间段相同的波长为250微秒。时的激光输出功率每个突发为12.5 dBm的。图。图7还示出了装置瞬变在每个可能的发送的突发的。图7（a）和（b）对应于开始和在1536.6突发的端海里，分别。请注意，突发的上升和下降时间产生远低于25纳秒的后卫和40 ns的序言本在下一ITU-T标准时间用于光纤到到户网络[15]。
对于ONU发送器，标准单模光纤跨度后具有不同长度的放置与美国之音，一起90:10耦合器，用于监控目的用光学光谱分析仪。
对于OLT接收机，增益稳定掺铒光纤放大器（EDFA）作为光学前置放大器和随后通过被设计为1times;40的阵列波导光栅（AWG）在符合ITU-T网格100 GHz的。渠道对应于前面提到的波长为然后用红/蓝（R/ B）的过滤器，因为只有一个再组合电接收器是可用的。的p-i-n型光电检测
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