FTTH中的核心器件--單纖三向器件

2019-11-04 22:45:38

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供稿：網(wǎng)友

　　前言
　　伴隨著接入網(wǎng)的發(fā)展，F(xiàn)TTH（光纖到戶）的概念不斷深化，技術方案越來越豐富，并且逐漸走向?qū)嵱没?br />　　
　　FTTH，主要是采用光纖作為物理媒介實現(xiàn)用戶和運營商連接的一種技術方式。從技術和成本角度考慮，F(xiàn)TTH采用何種方案與用戶的地理分布有關，通常FTTH可采用兩類網(wǎng)絡結構。一是無源光網(wǎng)PON結構，二是點對點P2P結構。EPON是一種基于無源光網(wǎng)絡（PON）的以太網(wǎng)傳送技術，它采用在一根光纖上以波分復用（WDM）技術實現(xiàn)點對多點雙向通信，具有格式透明、價格便宜等特點，順應了NGN（下一代網(wǎng)絡）ip化的發(fā)展趨勢。在IEEE802.3ah標準頒布后，已經(jīng)有多家生產(chǎn)廠商推出了相應產(chǎn)品。P2P是一種點對點光纖連接的以太網(wǎng)傳送技術。它也采用波分（WDM）技術實現(xiàn)雙向通信，與EPON比較而言，它具有技術實現(xiàn)簡單、價格便宜、實現(xiàn)少用戶量接入輕易的特點。FTTH的兩種實現(xiàn)方式上下行都可以達到100M。FTTH以其高速性、穩(wěn)定性以及多業(yè)務承載能力顯示出特定的優(yōu)勢，成為通信網(wǎng)“最后一公里”最有潛力的解決方案。
　　
　　FTTH滿足了數(shù)據(jù)、語音、CATV等綜合業(yè)務對高帶寬的需求，但FTTH要得到普及，要害是降低接入成本。為進一步降低接入成本，采用單纖三向傳輸技術來實現(xiàn)這種綜合業(yè)務的傳輸已經(jīng)逐漸成為FTTH技術發(fā)展的一個主流。
　　
　　單纖三向傳輸技術主要方案
　　方案一：1310/1310/1550nm雙波長單纖三向傳輸技術．1310/1310/1550nm雙波長單纖三向傳輸技術實質(zhì)上是將普通數(shù)字光接入（Ethernet或SDH）設備和經(jīng)過光分路后的模擬CATV光傳輸設備通過點對點的方式由局端接入用戶，數(shù)字光接入設備采用1310/1310nm的雙向傳輸技術，模擬CATV采用1550nm的系統(tǒng)。隨著1550nmCATV發(fā)射機在應用中的普及，單通道、低成本EDFA在光纖CATV網(wǎng)絡中的使用，使1550nmCATV系統(tǒng)用于CATV分配網(wǎng)時具有更高的性能價格比。通過高隔離度的WDM技術將雙向數(shù)字傳輸與模擬傳輸通過一根光纖接入用戶，達到了降低光纖線路成本的目的。
　　
　　方案二：1310/1490/1550nm三波長單纖三向傳輸技術．這種傳輸技術是將1550nm窗口用于下行模擬CATV傳輸，將無制冷1310nm半導體激光二極管光源用于眾多的終端用戶的上行傳輸，下行的數(shù)字傳輸改用1490nm窗口，通過類似CWDM的方式將此三方向傳輸復用到一根光纖中。這種傳輸技術采用了點對多點傳輸方式，節(jié)省設備投資，局端設備和光纖用量大大減少，系統(tǒng)可靠性較高．
　　
　　單纖三向傳輸方案的成本最終決定接入成本的高低，而這種方案的主要成本取決安放到用戶端的光電子器件，人們稱之為單纖三向器件（Triplexer），如圖1所示。降低器件Triplexer的成本已成為目前人們最關注的問題。
　　　 FTTH中的核心器件--單纖三向器件（圖一）

　　單纖三向器件（Triplexer）的發(fā)展趨勢
　　Triplexer的發(fā)展趨勢大概分為四代，如圖2所示。
　　
　　Triplexer的第一代采用現(xiàn)有的光學分離元件組成．它包括分波/合波器，激光器，探測器等器件．這種技術的優(yōu)點：所有的技術都很成熟，可以直接采用，可靠性好；缺點：體積大，元件數(shù)目多，耦合的次數(shù)也多，所有潛在的降價空間小。目前只有少數(shù)廠商采用這種方案。
　　
　　Triplexer的第二代將成熟的光學元件封裝在一個小型的金屬殼體內(nèi)。它是由無源分波/合波慮光片，激光器，探測器和一個經(jīng)過精密機械加工的金屬殼體組裝而成．這種技術的優(yōu)點：減少了耦合次數(shù)，大大縮小了器件的體積，并且若規(guī)?；a(chǎn)，可以使成本大大地降低；缺點：工藝復雜，不易實現(xiàn)自動化封裝，有些技術指標還不能勝任網(wǎng)絡局端的要求；
　　
　　Triplexer的第三代為混合集成方案。這種方案將激光器，探測器芯片，平面光波導，介質(zhì)膜濾光片在一個光學平臺上直接組裝在一起．它的優(yōu)點：體積進一步減小，耦合次數(shù)減少到1次，適合于大規(guī)?；a(chǎn)，成本可大大降低．缺點：光波導與器件的組裝對準技術目前還不是很成熟，可靠性方面的研究還需要試驗，熱干擾和光串擾都需要仔細設計；另外，包括材料，封裝設備投入的前期成本很高。
　　
　　Triplexer的第四代為單片集成．這種方案是采用有源層對接生長技術，在同一襯底上生長激光器，探測器和光波導，集成度更高，封裝成本更低。這種工藝現(xiàn)在還停留在理論和實驗階段，因為其技術成熟度很低，僅見有少量報道。
　　
　　Triplexer器件的發(fā)展以市場為導向，最重要的是要求器件價格低?，F(xiàn)階段，第二代Triplexer產(chǎn)品從技術上看已經(jīng)能夠基本滿足系統(tǒng)的需求，因此受到各大光器件生產(chǎn)商的高度重視，光迅公司也不例外。但第二代Triplexer產(chǎn)品的生產(chǎn)成本仍然較高，如何在滿足接入系統(tǒng)的技術要求前提下，進一步降低成本，目前仍然存在著一些難題。光迅科技公司在這些難題上投入了大量的人力財力進行研究，并取得了一系列良好的進展。
　　　 FTTH中的核心器件--單纖三向器件（圖二）

　　第二代Triplexer的主要難點
　　1、激光器和兩路探測器要同時和一根光纖進行耦合，器件之間會互相干涉，導致指標和成品率降低；
　　
　　2、無源分波/合波慮光片，激光器，探測器集成在一起以后，由于上行和下行信號會產(chǎn)生串擾，所以還需要考慮不同波長光之間的光串擾。對雙波長單纖三向器件，激光器發(fā)出的1310nm的光作為上行信號，下行信號也采用的是1310nm的光，上行光由于光路本身缺陷及金屬殼體內(nèi)壁的反射，將導致對下行信號的串擾，這種串擾屬于同頻串擾，一旦形成將很難將其分開，所以必須加以消除；對三波長單纖三向器件，上行信號光與下行信號光波長雖不相同，但這種串擾對器件的最終性能也會帶來嚴重的影響，故也必須盡量消除。
　　
　　3、對45度濾光片的設計要求很高，比如隔離度，PDL等技術指標要求相當?shù)母撸?br />　　
　　4、模擬接收端對干擾非常敏感，然而器件的結構以及激光器探測器的擺設位置都將決定這種電串擾的最終大小，所以在器件結構設計時，必須采取相應措施減少電串擾；
　　
　　5、器件的可靠性將決定最后的成品率，Triplexer使用環(huán)境可能很惡劣，所以對可靠性要求非常高，這就要求器件中的各個組成元件自身的可靠性必須很高，同時對組裝的工藝要求也變得非常高。
　　
　　6、由于器件對無源分波/合波濾光片，激光器，探測器以及器件封裝殼體的指標要求很高，所以價格比較昂貴；
　　
　　光迅公司針對上述難點，歷經(jīng)一年多的時間，在上述難點上均有所突破：
　　
　　1、先進的光路設計，使器件的主要光學指標如插入損耗，大大改進；
　　
　　2、獨特的減小光串擾方案，使各波長之間的光串擾大大降低；
　　
　　3、通過優(yōu)化器件設計和制作工藝，提高成品率并縮短制作周期，生產(chǎn)成本已大大降低；
　　
　　4、器件結構以及各組成元件的安放位置經(jīng)過模擬分析優(yōu)化和反復試驗，大大提高了電串擾指標；
　　
　　5、采用有源器件（如DFB激光器）全激光焊接的封裝工藝，保證了器件的長期可靠性。
　　
　　單纖三向器件的重要技術指標
　　降低單纖三向器件成本，對用戶、生產(chǎn)商及運營商來說非常重要，但對FTTH接入系統(tǒng)技術要求本身來說，技術指標能夠滿足實用要求同樣十分要害。附表給出了光迅公司提供的單纖三向的主要技術指標。
　　
　　附表
　　Module Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）
　　　 FTTH中的核心器件--單纖三向器件（圖三）

　　1490nm PIN-TIA Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）
　　　 FTTH中的核心器件--單纖三向器件（圖四）

　　1550nm PIN Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）
　　　 FTTH中的核心器件--單纖三向器件（圖五）

　　1310nm LD Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）
　　 FTTH中的核心器件--單纖三向器件（圖六）

　　結束語
　　FTTH大發(fā)展的時代已經(jīng)來到，先進的接入技術方案以及先進的單纖三向傳輸技術可以充分地滿足廣大用戶對綜合業(yè)務高帶寬的需求，為了大力普及FTTH，在解決技術難題的同時，要害是大大降低接入系統(tǒng)的成本。降低用戶端核心光電子器件的成本迫在眉睫，光迅科技公司一馬當先，投入大量人力財力，解決了單纖三向器件Triplexer的許多難題，在降低成本的同時，保證了Triplexer的技術指標。

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