PON中的Triplr和Diplr技术.doc

PON中的Triplexer和Diplexer技术 作者：Amy Zhao，Zilong Wang发布时间：2007-07-04 03:31:14来源：光波通信2007年6/7月 在FTTH解决方案中，PON成为了目前主流的光接入方式，现在用于GPON、EPON的单纤双向（Diplexer）和单纤三向（Triplexer）技术得到了各个大公司的高度重视。在PON结构中，位于局端OLT中的Triplexer器件的功能是实现下行数据流1550nm、1490nm波长光信号的发射以及上行1310nm波长光信号的接收，而位于用户端ONU中的Triplexer器件则实现下行1550nm、1490nm波长光信号的接收以及上行1310nm波长光信号的发射。Triplexer和Diplexer技术FTTH要得到普及，关键是降低接入网用户端（ONU）的成本。因此单纤三向器件是最关键的光器件。所谓单纤三向传输技术就是指在单根光纤中传输三个信道（波长）的信息，即采用一个波长（1550nm）传输电视信号，另外两个波长（1310/1490nm）传输上下行数据。由于在FTTH系统OLT到ONU之间普遍采用的是一点到多点的PON拓扑结构，因此用于客户端的Triplexer的器件数量将远超过用于局端的Triplexer。同时，为了满足用户不同的需求而采用更简单的业务传输，即在PON光器件中只需要两路信道，一路用于1310nm光信号的发射，另一路用于1490nm光信号的接收，因而在光路结构上更简单，成本更低廉，这就是单纤双向器件。Triplexer和Diplexer器件的发展历程大致经过分立元器件组装、成熟光学功能元件合成、滤波片与基于平面波导芯片混合集成、单片有源材料集成四个阶段。以Triplexer为例，最开始阶段是采用现有的光学分立元件组成，包括滤波器、半导体激光器、探测器、准直器等器件。这种技术的优点是所有的分立器件技术都很成熟可以直接采用，可靠性高；缺点是体积大，元件数目多达数十片，耦合的次数较多，组装对准复杂。因而存在很大的光学和电学干扰，使得器件整体的性能劣化。第二阶段是先把分立无源分波/合波滤光片与激光器、探测器进行TO-CAN封装好后再进行整体的对准耦合封装。这种技术的优点是减少了耦合次数，大大缩小了器件的体积，减少了光和电之间的干扰，容易实现批量化生产，从而降低成本；缺点是工艺复杂，现在有些技术指标难以能达到PON局端的要求。第三阶段为混合集成阶段，是由半导体激光器、探测器芯片、平面光波导、介质膜滤光片构成。具体耦合封装过程为：先将光纤与平面波导芯片耦合粘接在一起，然后分别将激光器和探测器进行最佳的耦合对准，最后进行整体封装。它的优点是体积进一步减小，平面波导光路稳定，耦合次数大量减少，适合于大规模生产并易于降低成本。但主要问题是由于平面光波导芯片的尺寸小而导致光串扰和电干扰之比更大，且平面波导耦合封装技术起点高，操作技能强等特点使得波导的耦合成本高。第四阶段为在有源材料（如磷化铟）中实现单片集成，也就是在有源材料中把分光功能的波导（如对1310nm、1490nm和1550nm波长实现衍射分离）和激光器、探测器集成在一起。具体的制作工艺为：在有源层衬底上生长蚀刻出光波导回路用于实现光路功能；制作蚀刻衍射光栅（EDG）用来分离波长；再制作出探测器PD、MPD；用金属化学沉积法制作半导体激光器。这些工艺涉及的技术先进、复杂，也是发展的最高阶段。目前国外有几个大公司和研究所在做这方面的工作。与上面介绍Triplexer器件发展类似，Diplexer的发展也是经历了同样的过程，只不过少一个1550nm的视频广播功能而已，因而制作方面要简单一些。目前，在国内，Triplexer和Diplexer器件主要是把分立的元器件如半导体激光器、探测器、透镜、1490/1550膜片和准直器等进行对准调节并实现其功能。国外有些公司在研究混合集成时所用的波导芯片。Triplexer、Diplexer主要技术要求GPON和EPON器件应用环境主要是用户端，因此应用环境很恶劣，故对器件的要求很高。下面主要阐述Triplexer和Diplexer器件中所用的激光器、探测器、膜片以及混合集成的波导芯片的性能要求等。Trilexer器件包含两个下行波长1490nm、1550nm和一个上行波长1310nm的滤波或复用/解复用器，三个波长的带宽要求不同，分别为20nm、10nm和100nm，这是为了防止激光器和探测器的中心波长漂移而引起性能恶化等问题。同时根据EPON和GPON的传输距离的要求，EPON传输距离为10千米到20千米，GPON则为20至60千米的距离。因此在激光器选用上，EPON以F-P多纵模激光器为主，而GPON以DFB单纵模激光器为主。在GPON中同时为了得到更好的探测器灵敏度，则对DFB激光器提出更为严格的要求，如在DFB激光器后加上隔离器或者使用自身带有隔离反射光信号的激光器等。在探测器方面，由于EPON和GPON对探测器灵敏度的要求不同，如EPON系统对局端数字接收机灵敏度的C类要求（最高要求）高于-26dBm，GPON的C类要求为高于-28dBm，因此EPON选用价格低廉的PIN管，GPON选用APD管。同时在1490数字信道的探测方面还要采用现在比较成熟的TIA互阻放大技术来进一步提高响应灵敏度。在1550射频信号端，有线电视系统的要求为载噪比（C/N）43dB、组合二次差拍比（C/CSO）54dB、组合三次差拍比（C/CTB）54dB。但由于在射频信号端在850M的带宽范围内很容易产生电磁干扰，因此必须设计良好的抗干扰电路。对于第一阶段和第二阶段方案中所用的Triplexer器件均涉及到合波/滤波膜片，因此器件整体性能对膜片也提出了更高的要求，如对45度滤光片的设计要求如隔离度、响应带宽、偏振相关性，温度相关性等技术指标要求相当高。同理，Diplexer器件只是减少了1550信道方面的技术要求，其他要求相同。第七届中国光网络研讨会圆满结束由香港讯息展-世界展览服务有限公司主办的第七届中国光网络研讨会及中国FTTH论坛于2007年6月13及14日在北京国宾酒店成功举行。为期两天的研讨会吸引了来自国内外运营商、服务提供商、系统集成商、科研机构的600多名代表出席，来自近20家厂商的30多位专家在研讨会就光通信领域的热点话题发表了精彩的演讲，并在与会代表中间产生了强烈的反响。毫无疑问，本届中国光网络研讨会成为今年处于正在复苏的光网络市场中的一个闪光点。6月13日上午9时，中国光网络研讨会正式开幕。中国光网络研讨会大会主席、中国电信集团首席技术官、信息产业部科技委副主任韦乐平先生首先做题为“光网络热点领域的发展与展望”的开幕主题发言。在发言中他阐述了对未来光网络的四个热点领域的看法：40G/S传输系统 技术趋向成熟，市场已经形成，实用化尚需解决一系列问题、ASON技术 基本成熟，市场需求已经存在，但在应用模式、跨域管理以及保护和恢复尚存在细节问题、电信级以太网技术 崛起迅速，需求正在呈上升趋势，但尚无正式产品推出、FTTH技术 技术已经没有障碍，但是价格和政策监管对FTTH的应用有影响。其后，韦乐平先生又介绍了光网络未来发展的六大趋势，分别为：链路成本/比特持续下降、组网方式开始向网状网演进并走向智能化动态光网络、网络边缘趋向传送与业务层融合，并向智能化和内核分组化演进、网络核心趋向传送层与业务层分别独立发展，光传送网本身向业务网方向演变、网络垂直结构趋向扁平化，中间层薄化或淡出、网络水平方向的光化趋势