用于经振幅调制信号的光学接收器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学接收器，其使用相干光学正交检测方案以按使得能够使用自由运行光学本机振荡器源的方式解调经振幅调制光学输入信号。所述光学接收器采用信号组合器，所述信号组合器将由于所述光学输入信号的所述正交检测而产生的同相电信号与正交相位电信号组合成电输出信号。取决于在本机振荡器信号与所述输入信号之间的频率偏移，由所述信号组合器产生的所述电输出信号可为所要基带信号或中频信号。可解调后一信号以按相对简单的方式(例如，使用耦合到所述信号组合器的常规中频电解调器)恢复所述基带信号。
【专利说明】用于经振幅调制信号的光学接收器
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学通信设备，且更具体来说，但不排他地，涉及用于抑制载波经振幅调制信号的光学接收器。
【背景技术】
[0002]此章节介绍可帮助促进对本发明的较佳理解的方面。因此，此章节的陈述应鉴于此来阅读且不应理解为关于什么属于现有技术或什么不属于现有技术的承认。
[0003]抑制载波振幅调制(SC-AM)为一种发射格式，其中所发射信号具有在载波频率下相对低的振幅，例如，所述信号在载波频率下可为实质上受抑制的。抑制载波振幅调制相对于其它振幅调制(AM)格式可为有利的，举例来说，因为信号的大部分光学功率含在信息携载频率边带中，此与分布于频率边带与载波频率分量之间形成对照。与其它经振幅调制信号的那些相关信号功率及/或发射距离相比，抑制载波信号的此性质可用以(例如)增加相关信号功率及/或发射距离。
[0004]为解调所接收SC-AM信号，通常在光学接收器处执行与载波信号(例如，Cff激光束)混合。典型光学接收器使用定向耦合器(例如，2X2光学信号混合器)来混合所接收SC-AM信号与光学本机振荡器(OLO)信号，其中后者具有与所接收信号的(抑制)光学载波大约相同的频率。不利地，例如由相位噪声所造成的任何相位波动及/或在OLO与载波信号之间的频率偏移中的波动可降低所得基带信号的功率及/或甚至使对应消息信号完全不可解码。然而，使得能够将OLO源相位锁定及频率锁定到光学载波的电路是相对复杂及昂贵的。
【发明内容】
[0005]光学接收器的各种实施例使用相干光学正交检测方案以按使得能够使用自由运行光学本机振荡器源的方式解调经振幅调制光学输入信号。所述光学接收器采用信号组合器，所述信号组合器将由于所述光学输入信号的所述正交检测而产生的同相电信号与正交相位电信号组合成电输出信号。取决于在本机振荡器信号与输入信号之间的频率偏移，由信号组合器产生的电输出信号可为所要基带信号或中频信号。可解调后一信号以按相对简单的方式(例如，使用耦合到信号组合器的常规中频电解调器)恢复基带信号。有利地，由信号组合器产生的电输出信号的功率经常是相对稳定的且对由光学本机振荡器源的自由运行配置所造成的相位及/或频率波动不敏感。
[0006]根据一个实施例，提供一种设备，其具有包括光学混合体的光学接收器，所述光学混合体经配置以混合在其第一光学输入端口处接收的光学信号与在其第二光学输入端口处接收的光学本机振荡器信号以在其相应第一、第二、第三及第四光学输出端口处产生第一、第二、第三及第四经混合光学信号。所述光学接收器进一步包括:第一光/电(0/E)转换器，其包含经连接以从相应第一及第二光学输出端口接收光学信号的第一及第二光电检测器，所述第一 0/E转换器具有输出表不由相应第一及第二光电检测器产生的电信号之间的差的第一电信号的第一电端口 ；及第二 0/E转换器，其包含经配置以从相应第三及第四光学输出端口接收光学信号的第三及第四光电检测器，所述第二 0/E转换器具有输出表示由相应第三及第四光电检测器产生的电信号之间的差的第二电信号的第二电端口。所述光学接收器进一步包括经连接以输出为所述第一与第二电信号的组合的第三电信号的信号组合器。
[0007]在上述设备的一些实施例中，当在所述第一光学输入端口处接收的所述光学信号为具有通过模拟或数字消息信号调制的振幅的光学抑制载波信号时，那么所述第三电信号为与所述消息信号成比例的基带信号或具有通过所述消息信号调制的振幅的中频信号。
[0008]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述光学混合体经配置以将所述第一、第二、第三及第四经混合光学信号产生为在所述第一及第二光学输入端口处接收的所述光学信号与不同相对相位的混合物。
[0009]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述光学接收器进一步包括光源，所述光源经配置以产生所述光学本机振荡器信号使得所述第三电信号的电载波频率由所述光学本机振荡器信号的频率控制。
[0010]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述光源不相位锁定到在所述光学混合体的所述第一光学输入端口处接收的所述光学输入信号的频率。
[0011]在上述设备中的任一者的一些实施例中,所述信号组合器经配置以输出电功率大约与从所述第一 0/E转换器接收的所述第一电信号及从所述第二 0/E转换器接收的所述第二电信号的电功率的和成比例的所述第三电信号。
[0012]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述信号组合器经配置以输出大约与从所述第一 0/E转换器接收的所述第一电信号的大约平方及从所述第二 0/E转换器接收的所述第二电信号的大约平方的和成比例的所述第三电信号。
[0013]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述光学接收器进一步包括中频解调器，所述中频解调器经配置以处理所述第三电信号以产生对应于在所述第一光学输入端口处接收的所述光学信号的电基带信号。
[0014]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述光学混合体包括:第一分光器，其经配置以将所述光学输入信号分离成第一经衰减副本及第二经衰减副本；第二分光器，其经配置以将所述光学本机振荡器信号分离成第一经衰减副本及第二经衰减副本；第一光学混合器，其经配置以混合所述光学输入信号的所述第一经衰减副本与所述光学本机振荡器信号的所述第一经衰减副本以产生第一及第二经混合光学信号；及第二光学混合器，其经配置以混合所述光学输入信号的所述第二经衰减副本与所述光学本机振荡器信号的所述第二经衰减副本以产生第三及第四经混合光学信号。
[0015]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述信号组合器经配置以将所述第三电信号产生为所述第一电信号与所述第二电信号的线性组合。
[0016]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述信号组合器包括:第一微带线，其连接于第一端口与第二端口之间；第二微带线，其连接于所述第一端口与第三端口之间；及电阻器，其连接于所述第二端口与所述第三端口之间，其中:所述第二端口经连接以接收所述第一电信号；所述第三端口经连接以接收所述第二电信号；且所述第一端口经连接以输出所述第三电信号。[0017]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述信号组合器为具有一个或一个以上级的威尔金森(Wilkinson)型功率组合器。
[0018]在上述设备中的任一者的一些实施例中，所述信号组合器包括经配置以按数字形式组合所述第一电信号与所述第二电信号的数字电路。
[0019]根据另一实施例，提供一种信号处理方法，其具有以下步骤:光学混合光学输入信号与光学本机振荡器信号以产生第一、第二、第三及第四经混合光学信号；响应于在经连接用于差分检测的相应第一及第二光电检测器中接收到第一及第二经混合光学信号而产生第一电信号；基于经连接用于差分检测的相应第三及第四光电检测器中的第三及第四经混合光学信号而产生第二电信号；及组合所述第一电信号与所述第二电信号以产生第三电信号。所述光学输入信号可为通过模拟或数字消息信号调制其振幅的光学抑制载波信号。所得第三电信号可为与所述消息信号成比例的基带信号或通过所述消息信号调制其振幅的中频信号。
[0020]在上述方法的一些实施例中，所述光学输入信号为具有通过模拟或数字消息信号调制的振幅的光学抑制载波信号；且所述第三电信号为与模拟消息信号成比例的基带信号或具有通过所述消息信号调制的振幅的中频信号。
[0021]在上述方法中的任一者的一些实施例中，所述第一、第二、第三及第四经混合光学信号产生为光学输入信号及具有不同相对相位的光学本机振荡器信号的混合物。
[0022]在上述方法中的任一者的一些实施例中，所述第三电信号产生为其电功率大约与所述第一电信号及所述第二电信号的电功率的和成比例。
[0023]在上述方法中的任一者的一些实施例中,所述光学本机振荡器信号不相位锁定到所述光学输入信号的频率。
[0024]在上述方法中的任一者的一些实施例中，所述第三电信号为所述第一电信号与所述第二电信号的线性组合。
[0025]在上述方法中的任一者的一些实施例中，所述组合步骤包括:大约地对所述第一电信号求平方；大约地对所述第二电信号求平方；及基于所述第一电信号及所述第二电信号的所述平方的大约和而产生所述第三电信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]根据以下详细说明及附图，借助实例将更完全明了本发明的各种实施例的其它方面、特征及益处，附图中:
[0027]图1展示根据本发明的一个实施例的光学接收器的框图；且
[0028]图2展示根据本发明的一个实施例的可用于图1中的光学接收器中的信号组合器的框图。
【具体实施方式】
[0029]抑制载波信号的一个实例为双边带抑制载波(DSB-SC)信号。DSB-SC信号的振幅A(t)(例如，电场或磁场的振幅)经常大致与消息信号m(t)及光学载波信号的振幅A。相关，如由方程式⑴所表达:
[0030]A(t)=Ac|m(t) (I)[0031]如本文中所使用，术语“振幅”是指在对应光学载波频率下振荡变量随着每一振荡的改变的量值。因此，振幅A(t)为可在与光波的周期相比较慢的时间标度上随时间改变的实质上瞬时值。通常，消息信号m(t)为带限模拟射频(RF)或音频信号。由于光学载波频率的典型值约为lOOTHz，因此消息信号m(t)的带宽比光学载波频率小得多。理想的DSB-SC信号的频谱经常为相对于载波频率实质上对称的且经常不具有经隔离的载波频率分量。信号的功率主要含在位于载波频率下方及上方的频率处的调制边带中。如果m(t)为极性二进制数据信号，那么方程式(I)表示二进制相移键控(BPSK)调制格式。
[0032]抑制载波调制的其它实例包含但不限于单边带(SSB)调制及残留边带(VSB)调制。以下文献中揭示可用以产生光学抑制载波信号的代表性光学发射器:例如，(I)C.米德尔顿(C.Middleton)及R.德萨欧(R.DeSalvo)的“具有用于高性能微波光子学链路的双边带抑制载波调制的平衡相干外差检测(Balanced Coherent Heterodyne Detection withDouble Sideband Suppressed Carrier Modulation for High Performance MicrowavePhotonic Links)”，2009年IEEE航空电子学、光纤及光电技术会议(AVF0P’ 09)、数字对象识别号:10.1109/AVF0P.2009.5342725，第 15 到 16 页；(2)A.西马康(A.Siahmakoun)、
S.格兰尼(S.Granieri)及K.约翰逊(K.Johnson)的“使用LiNbO3晶体及块体光学器件在1320nm下实施的双边带及单边带抑制载波光学调制器(Double and Single Side-BandSuppressed—Carrier Optical Modulator Implemented atl320nm Using LiNbO3 Crystalsand Bulk Optics)”；及(3) S.肖(S.Xiao)及 A.M.威尼(A.M.Weiner)的“使用基于虚拟成像的相控阵列(VIPA)的超精细阻挡滤波器的光学载波抑制单边带(O-CS-SSB)调制)(Optical Carrier-Suppressed Single Sideband(0-CS-SSB)Modulation Using aHyperfine Blocking Filter Based on a Virtually Imaged Phased-Array (VIPA)) ,y, IEEE光电子学技术快报，2005年，第17卷，第7期，第1522到1524页，所有这些文献均以全文引用的方式并入本文中。以下专利中揭示制作及使用用于产生光学抑制载波信号的光学发射器的额外方面:例如，第 7，574，139,7, 379,671,7, 149,434,6, 525，857 及 6，115，162 号美国专利，所有这些专利均以全文引用的方式并入本文中。
[0033]图1展示根据本发明的一个实施例的光学接收器100的框图。光学接收器100实施在光学输入102处接收的光学信号(例如，抑制载波信号)的相干正交检测以恢复例如方程式(I)的消息信号m(t)的对应模拟消息信号(例如，基带信号)。取决于光学本机振荡器(0L0)源110将施加到光学输入112的0L0信号的频率，光学接收器100可在电输出142处产生基带信号或中频信号。所述中频信号具有在基带频带与光学载波的频率中间的频率。在其中电输出142输出中频信号的实施例中，光学接收器100包含中频(IF)级150，例如以将所述中频信号变换为对应基带信号。举例来说，当施加到输入112的0L0信号的频率与在输入102处接收的输入信号的光学载波频率相差相对大量时或当光学载波或0L0具有时变频率(例如，由于相对大的线宽度)时可使用IF级150。当输入112处的0L0信号的频率相对接近于或实质上等同于输入102处的输入信号的载波频率时，可不存在IF级150。
[0034]在一个实施例中，0L0源110为可基于在输入端子108处接收的控制信号而改变0L0信号的频率的可调谐光源(例如，可调谐激光器)。在一个实施例中，在端子108处接收的控制信号使得0L0源110能够产生具有锁定到在输入102处接收的光学信号的载波频率波的相位及/或频率的OLO信号。在另一实施例中，OLO源110不相位锁定及/或频率锁定到输入102处的光学信号的载波频率，且控制信号配置OLO源以产生在OLO信号与输入信号的载波频率之间具有频率偏移的OLO信号。在一个配置中，频率偏移经选择以超出所关注的指定频带，所述带具有上限及下限。在一个示范性实施例中，所述所关注的频带的中心频率位于大约2GHz与大约18GHz之间且具有不大于大约4GHz的3_dB带宽。在替代实施例中，还可使用其它适合的频率偏移值。[0035]光学混合体120混合在光学输入102处接收的输入信号与在光学输入112处接收的OLO信号以在光学输出口七到口七处产生四个单独经混合光学信号。各种经混合信号为来自光学输入102及112的光学信号与不同相对相位的组合。
[0036]在所图解说明的实施例中，将在输入102及112处接收的光学信号中的每一者功分为两个信号，例如，经由借助常规3-dB功分器(图1中未明确展示)的处理所产生的大约相同强度的两个信号。使用移相器128将大约90度(大约/2弧度)的相对相移施加到OLO信号的一个副本。接着，如图1中所展示，使用两个2X2光学信号混合器130光学混合各种信号副本，此在输出端口 131到1344处产生受干扰信号。在替代实施例中，可将90度的相对相移施加到经由光学输入102接收的输入信号的一个副本，而非施加到OLO信号。
[0037]各种光学混合器适于实施光学混合体120。举例来说，市场上可从加利福尼亚菲蒙市(Fremont, California)的捷迅光电(Optoplex)公司及马里兰银泉市(SilverSpring, Maryland)的吉莱特(CeLight)有限公司购得用于实施光学混合体120的一些适合光学混合器。以下各案中揭示在光学接收器100的替代实施例中可用以实施光学混合体120的各种额外光学混合体及MMI混合器:例如，(I)第2010/0158521号美国专利申请公开案；⑵第2011/0038631号美国专利申请公开案；(3)第PCT/US09/37746号国际专利申请案(2009年3月20日提出申请)；及(4)第2010/0054761号美国专利申请公开案，所有这些案均以全文引用的方式并入本文中。
[0038]对于i=l-4，通过方程式⑵给出光学输出131处的经混合信号中的电场Ei:
【权利要求】
1.一种设备，其包括光学接收器，所述光学接收器包括: 光学混合体，其经配置以混合在其第一光学输入端口处接收的光学信号与在其第二光学输入端口处接收的光学本机振荡器信号，以在其相应第一、第二、第三及第四光学输出端口处产生第一、第二、第三及第四经混合光学信号； 第一光/电0/E转换器，其包含经连接以从所述相应第一及第二光学输出端口接收光学信号的第一及第二光电检测器，所述第一 0/E转换器具有输出表不由所述相应第一及第二光电检测器产生的电信号之间的差的第一电信号的第一电端口； 第二 0/E转换器，其包含经连接以从所述相应第三及第四光学输出端口接收光学信号的第三及第四光电检测器，所述第二 0/E转换器具有输出表示由所述相应第三及第四光电检测器产生的电信号之间的差的第二电信号的第二电端口 ；及 信号组合器，其经连接以输出作为所述第一与第二电信号的组合的第三电信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，当在所述第一光学输入端口处接收的所述光学信号为具有通过模拟或数字消息信号调制的振幅的光学抑制载波信号时，那么所述第三电信号为与所述消息信号成比例的基带信号或具有通过所述消息信号调制的振幅的中频信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学混合体经配置以将所述第一、第二、第三及第四经混合光学信号产生为在所述第一及第二光学 输入端口处接收的具有不同相对相位的所述光学信号的混合物；且所述设备进一步包括光源，所述光源经配置以产生所述光学本机振荡器信号，使得所述第三电信号的电载波频率由所述光学本机振荡器信号的频率控制，其中所述光源并不相位锁定到在所述光学混合体的所述第一光学输入端口处接收的所述光学输入信号的频率。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号组合器经配置以输出其电功率与从所述第一 0/E转换器接收的所述第一电信号及从所述第二 0/E转换器接收的所述第二电信号的电功率的和大约成比例的所述第三电信号。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号组合器经配置以输出与从所述第一0/E转换器接收的所述第一电信号的大约平方及从所述第二 0/E转换器接收的所述第二电信号的大约平方的和大约成比例的所述第三电信号。
6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括中频解调器，所述中频解调器经配置以处理所述第三电信号以产生对应于在所述第一光学输入端口处接收的所述光学信号的电基带信号。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号组合器经配置以将所述第三电信号产生为所述第一电信号与所述第二电信号的线性组合。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号组合器包括: 第一微带线，其连接于第一端口与第二端口之间； 第二微带线，其连接于所述第一端口与第三端口之间 '及 电阻器，其连接于所述第二端口与所述第三端口之间，其中: 所述第二端口经连接以接收所述第一电信号； 所述第三端口经连接以接收所述第二电信号；且 所述第一端口经连接以输出所述第三电信号。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号组合器包括经配置以按数字形式组合所述第一电信号与所述第二电信号的数字电路。
10.一种信号处理方法，其包括: 光学混合光学输入信号与光学本机振荡器信号以产生第一、第二、第三及第四经混合光学信号； 响应于在经连接用于差分检测的相应第一及第二光电检测器中接收到所述第一及第二经混合光学信号而产生第一电信号； 基于经连接用于差分检测的相应第三及第四光电检测器中的所述第三及第四经混合光学信号而产生第二电信号；及 组合所述第一电信号与所述 第二电信号以产生第三电信号。
【文档编号】H04B10/61GK103534963SQ201280022165
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年5月10日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】文森特·E·胡茨玛, 尼尔斯·G·魏曼 申请人:阿尔卡特朗讯