暗脉冲的产生和传输的制作方法

专利名称：暗脉冲的产生和传输的制作方法
技术领域：
本发明涉及光信号和用于光通信的光信号的产生，并在光时分复用(OTDM)中有特殊的应用。
目前使用OTDM信号可以提供商用宽带电子器件能力所不及的接入总数据容量，并在不依靠大容量电子开关条件下提供光选路的其它灵活性。
典型地，可以用短脉冲编码和交织来产生传统的OTDM数据序列，或者用调制器对脉冲进行整形并将几个这样的序列组合形成光复用信号。这两种光技术都需要多个光程和这些光程长度的精确同步。还很重要的是，在这些安排中，OTDM交织器有足够大的消光比以避免它的输出端的数据通路间的干扰影响。而且，一个OTDM系统的最大线路速率(如100GHz)很大程度上由基本速率(如10GHz)脉冲宽度决定，正如《电子快报》29卷11册，990～992页《实际单极性40Gbit/s孤子数据信号的传输…》一文中所描述的那样。
产生OTDM信号的一种可选方法在《电子快报》30卷20册，1697～1698页《使用四波混频的全光时分复用》一文中有叙述，在这篇论文中OTDM是通过用时间延迟的6.3Gbit/s信号来改变100GHz1547nm光信号，并通过四波混频在1557nm 100Gbit/s信号产生子通路来实现，这种方法需要一系列波分复用器，每个往OTDM流中加入一个子通路或一个数据通路。虽然这种方法可以放松对100GHz信号的消光比的限制，但仍需要精密的光时延控制。
使用者已知的这种和别的方法只适用于被称为“亮脉冲”的OTDM传输。
本发明人认为在光通信系统中使用“暗脉冲”代替“亮脉冲”作为信息承载部分不仅可能而且有利。
根据一方面，本发明提供了一种产生光数据信号的方法，其中代表一个数据序列的暗脉冲被多个暗脉冲发生器加在发生器的光输入上，用于随后沿光纤的传输。
光输入包括光辐射的基本上连续的脉冲串，例如，它可以由连续波光信号发生器的输出来提供。另外，光输入可能包括一个脉冲序列，例如，它可以由一个光时钟来产生。对输入脉冲序列如由光时钟提供的序列的影响可能是亮脉冲从脉冲序列中丢失。
在这个规范中，“暗脉冲”是一个时间的间隙或输入光辐射或光束中强度辐射减小的区域。(尽管一般在光通信中重点在于速度，因此短脉冲长度是有利的，“暗脉冲”这个词不应当将其本身作为对时间间隙或强度辐射减小区域的长度的限制。)使用暗脉冲代替亮脉冲的一个优点是如下所述光信号的产生被简化了。
每个暗脉冲发生器可以分别提供一个数据信号，这些信号会被交织以便一起提供OTDM信号。一种提供交织的特别方便的方法是在一个共用基底上制作暗脉冲发生器，经过光校准，一个暗脉冲发生器的输出承载着暗脉冲数据序列，它被馈入到下一个暗脉冲发生器，并将它自己加入到OTDM信号的一个不同的时隙。正如下面讨论的，这就避免了使用光延时线，不过在暗脉冲发生器之间提供电同步仍需要它。
(应当注意的是，本发明的实施例不限于OTDM，因为显然有别的应用会从本发明中获利。例如，有可能用相邻的暗脉冲发生器产生连续的暗脉冲的方法产生单个输出信号。这种安排在速度上也有很大好处。)在OTDM中使用暗脉冲有很多好处。尽管对于暗脉冲OTDM，脉冲定位仍很重要，与亮脉冲OTDM相比，消光比引起的问题就相对较小了，这是因为，在亮脉冲OTDM中必须提供多个并联的光程，以便每个脉冲发生器可以将自己的脉冲加进去，而不“损伤”另一个脉冲发生器引入的脉冲。这些多个光程必须重新组合，这样就会因为背景的相位变化引起干扰问题。在一个4通路系统中，除非消光比可达到约40dB，否则随机干扰就会导致差错。然而，在暗脉冲OTDM中，只有一个光程，因此无需光程的重组，上述的干扰作用也不会发生。尽管在暗脉冲OTDM中仍有对消光比的限制，但这是一个有关接收机的功率预筹问题。对于暗脉冲OTDM的四通路系统，合适的消光比很可能在15dB的量级。
在一个优选实施例中，暗脉冲发生器的每一个只产生OTDM信号一个数据通路的暗脉冲。电子器件只会限制单个数据通路的数据速率。整个光信号数据速率就会远远超过商用宽带电子器件的总数据速率。
一个暗脉冲发生器最好包括一个光调制器，这个光调制器有高和低光传输状态和大消光比(如上所述，但不象亮脉冲OTDM要求的那么高)。一个或别的状态的工作由例如电偏置信号来决定。如以上所讨论的那样，在4个数据通路的系统中，消光比会(例如)远远低于40dB，如处于10到30dB的范围内，较合适的值处于15dB的量级。
申请人表明，合适的光调制器是一个电吸收调制器(EAM)。EAM的适当电偏置信号包括时钟(如正弦波)和数据部分的组合，例如使用简单的功率分配安排，这时当时钟和数据部分均为负时形成暗脉冲。这种安排免除了在电域进行信号处理的需要，否则就必需提供适当的数据编码的偏置信号。
优选地，EAM被偏置为在短时间周期内提供大消光比来将一个暗脉冲编码进一个光束输入。当没有数据存在时，安排电信号将EAM偏置为处于它的光传输的高状态。
在本发明的一个优选实施例中，多个EAM被光级联在一起，并安排为在来自单个光源的光束上产生暗脉冲。
优选地，每个EAM用于产生一个OTDM通路，这样安排的好处是每个EAM使在它产生的暗脉冲间的光基本上不受扰动，每个随后级联的调制器可以调制未受扰动的光。因此，用适当的电定时可能产生高速OTDM数据信号。
理论上，任意数量的EAM可以被级联，用单个光源提供OTDM信号的任意数量数据通路。与其它已知的方法如使用多个EAM或亮脉冲相比而言，这些方法都需要多个光源或有多个输出的一个光源来提供类似的OTDM信号。
实际上，根据本发明，可以被级联的EAM的数量受到来自每个调制器的最短脉冲宽度的限制。例如，若可以产生的最短暗脉冲是10ps，那么只有10个调制器可以放在一排(在10Gbit/s)产生100Gbit/s的数据。然而，如果可以产生的暗脉冲宽度小于5ps，那么两倍数量的调制器可以被级联在一起。
对可以级联的调制器的数量的进一步限制取决于每个EAM引入的光损耗，因为即便处于高的光传输状态，EAM实际上也引入一些损耗。然而这种损耗可以通过一个或多个EAM间的光放大来补偿。例如可以使用一个或多个光纤放大器，如使用铒或者镨的掺杂稀土元素的光纤放大器在EAM之间进行放大。
有利的是，当用EAM产生暗脉冲时，使用光级联EAM基本上只允许在电域进行时隙定位。因此，可以不用光时延线来进行时隙定位。
在本发明的一种很好的形式中，多个EAM以级联光定位方式集成在单个半导体(如InP)基底上，构成集成的EAM。最好是还将单个光源集成在同一基底上，与级联调制器进行光定位，提供单个OTDM信号发生装置。这样，OTDM信号发生器的整个光系统可以以一个单个半导体装置的形式来提供。这种装置与已知的这种装置或系统相比，相对廉价和小型化。在这些“集成”的方法中，当然在相邻的EAM之间可以使用半导体光放大器。
一个可选的暗脉冲发生器到EAM可以是一个光与门，如一个使用非线性光环路镜像(NOLM)的与门，运行一个开关窗(由光开关信号提供)，后者将一个主传输光程上传输的光切换到另一个光程上一个脉宽的时间。然而，一个NOLM需要一段长的光纤长度加入一些非线性，例如一个非线性半导体装置或掺杂的光纤来利用已知的相位调制效应提供切换。这种方案可能不如上述EAM方案方便或健全。此外，NOLM的开关窗口需要由光信号提供，并且不能直接由电信号产生。因此，这样的系统至少需要两个光级用于脉冲产生(光脉冲成形级和光窗口级)，这就减少了使用例如由EAM产生的暗脉冲的好处。
按照第二个方面，本发明提供一种用于OTDM的光调制器，调制器包括多个光级联的装置，用于产生暗脉冲到从光源耦合到第一个上述装置的光输入上，其中暗脉冲代表OTDM数据序列。
例如光输入包括基本上连续的光束或含有一系列亮脉冲的光时钟。
按照第三个方面，本发明提供光信号发生器，包括一个光源；多个用于产生暗脉冲到光源所产生的光输入上的装置，上述装置按照光耦合定位，上述装置的第一个被用来接收来自光源的光；及用于从上述装置的最后一个将光耦合到一个光纤通信系统的装置。
而且光输入可以是例如基本上连续的或是一个时钟脉冲序列，包括一系列规则的亮脉冲。
按照第四个方面，本发明提供一个半导体装置，包括一个半导体基底，上面按照光耦合定位制作多个电吸收调制器，及用于给每个调制器提供电驱动的装置，其中，每个电吸收调制器和它的电驱动被安排用于，在使用中，产生暗脉冲到输入光束上，每个调制器所产生的暗脉冲能够提供OTDM光信号的单个数据通路。
若光束的光源也按照光耦合定位，与调制器一起制作在半导体基底上就更方便了。
按照第五个方面，本发明提供包括一个暗脉冲数据序列的光信号，其中信号被分段为时隙，以提供OTDM数据序列。
按照第六个方面，本发明提供一个光通信网络，包括至少一个根据前面的任何一个方面的信号产生方案。
虽然上面讨论了以基本上连续的输入光束或以别的输入诸如亮脉冲输入来使用本发明的实施例，应当注意在非连续输入和加入的暗脉冲之间有正确定时的要求。例如，如果暗脉冲要根据时钟信号移去选定的亮脉冲，那么输入时钟信号和暗脉冲之间应当显然是同步的。这可以，例如，在EAM的情况下由电偏置信号来提供。
按照本发明的另一个方面，提供一个光调制器，包括一个光时钟源；多个装置，以有选择地关断从时钟源接收的光，上述装置按照光耦合定位，第一个上述装置被安排接收来自时钟源的光；及从上述装置的最后一个将光耦合到一个光纤通信系统的装置。
现只通过举例说明，并参考附图，对本发明的实施例进行详细描述，其中

图1说明按照本发明含有一个EAM的一个系统；图2是代表一个EAM的典型运行特性的图；图3是图1系统提供的光输出信号的表示；图4说明一个含有三个EAM的系统；图5是图4系统提供的光输出信号的眼图。
下面将介绍产生暗脉冲的方便系统。为了便于解释，开始介绍只含有一个EAM的系统，实际上，正如下面详细描述的，可以使用多于一个的EAM。
图1中，一个1555nmDFB激光源110被耦合到EAM 120，功率电平为-2dBm.EAM的最大消光比为20dB，平均吸收特性为2.5dB/V。一个10GHz正弦波驱动142与10Gbit/s数据序列同步并无源地加入到10Gbit/s数据序列中，该数据序列通过功率分配器140来自数据源144(用于反向合并两路信号)。合适的功率分配器是Wiltron K240B，可从安立(Anritsu)Wiltron获得。正弦波和数据序列信号电平的幅度峰峰值都为2.5V。结果信号包括正弦波，它的偏置电压由数据信号确定，并安排它的相对幅度，使得数据0周期的最大值低于数据1的最小电平，可以看出，使用这种精密安排并不是必需的，只要确保对于数据1整个10GHz周期处于调制器的低吸收区即可。电信号作用于EAM120，并调整直流(DC)偏置以确保数据1的整个周期有低消光，而数据0的周期有大消光。因此数据0形成了暗脉冲，而数据1保持低消光。
一个适用于系统的EAM是，《电子学报》30卷1700～1701页《使用封装的EAM和色散补偿光纤以10GHz重复速率产生6.3ps光脉冲》一文中所述的EAM，此处把它引入作为参考。这个EAM的吸收特性如图2所重绘，在图2中可以看出，EAM在正或低负反向偏置时工作在低消光区，高反向偏置时工作在高消光区，两个区域之间是一个指数变化的工作区。正是EAM的指数变化工作区支持类似孤子的暗脉冲的产生。
理论上，所产生的暗脉冲应类似反转的SECH2脉冲(也就是说，反转的孤子)，形式如下P(t)＝(峰值功率)×(1-SECH(1.76(t/τ))2)(公式1)其中τ代表半峰值功率点的脉宽。运行时，EAM被电偏置到处于低损耗状态，除非数据和正弦波都是负的。也就是说，EAM传输光，除非两个电信号分量都是负的。因此，对应于数据0产生暗脉冲，如图3所示，它类似于公式1的理论形式。
图4所示是一个按照本发明使用3个EAM的系统。在这个系统中，三个EAM 400，410和420与包括一个1555nm DFB激光器的光源100是光级联的，或者按光耦合定位。激光器的光用一个标准的电信光纤105可以方便地耦合到第一个EAM 400，光功率电平为-2dBm。在这个例子中，光放大器405，415和425可以是EDFA，跟在每个EAM的后面补偿EAM引入的任何损耗，一般只在需要补偿EAM引入的光损耗时才采用放大器。对于图1所示的系统，每个EAM由一个电信号驱动，这个电信号有正弦波分量和数据分量，在数据通路时隙A，B或C中排列。由于需要三个电驱动信号，需要电定时电路450来确保数据信号A，B和C与正弦波是精确对准的，而且还与所需要的OTDM信号的正确时隙位置对准，OTDM信号是第三个放大器425的输出流。
光源可以与调制器分开，光源发出的光可以通过例如上述的光纤耦合进调制器。但是，在另一个方案中，光源和EAM是制作在一个公共半导体基底上的集成器件。除了方便之外，这种方案的好处是每个调制器之间的耦合损耗和光源与第一个调制器之间的损耗减小了，而且，如果需要放大，也可以由一个或多个EAM间的集成半导体激光放大器(SLA)来提供。
技术人员可以看出，任何形式的光、声-光和电-光调制器只要有提供暗脉冲所需要的传输、消光或切换特性，都适用于本发明。
上述用于驱动EAM的电偏置方案特别有利，原因有两个首先，偏置每个EAM只需要一个电信号；第二，电信号不需要任何电的处理。若使用《电子快报》30卷，1880～1881页《用集成激光器调制器发送机产生2.5Gbit/s孤子数据流》一文中的所述方法就需要电处理。
即使工作在低的光损耗区，EAM仍会受到一些损耗，一个EAM的光损耗量部分地取决于光源的光穿过光调制器段的长度。因此，在已知的调制器方案中包括两个调制器或多个调制器段，调制器段首先利用电正弦波驱动信号产生光脉冲流，然后用电数据信号将数据调制到脉冲流上，这两个调制器或两个调制器段都引入光插入损耗。在所建议系统中只采用每个数据通路一个调制器(段)，无论使用哪种调制器，相对别的含有多于一个调制器或调制器段的方案，该系统本身只引入较低的插入损耗开销来产生一个数据通路。
如上所述，光辐射是以基本上连续的脉冲串的形式出现。显然脉冲串的持续时间取定于应用。例如，对于骨干通信网，绝大多数时间都有业务存在，光源必须一直处于开的状态。而对于不太繁忙的光链路，只当传输数据或部分数据(如在分组交换网中)时才需要打开光源。因此“基本上连续”可以被解释为在数据传输期间是连续的。
在上述的另一个实施例中，第一个EAM的连续波输入光可以代替光时钟如正弦波或脉冲流。而后用产生暗脉冲的同一通用系统方案，每个EAM用来调制光时钟的一个时隙，也就是说，每个EAM或者传输光或者制止光的传输都取决于其指定数据通路的数据编码要求。例如，对于一个100Gbit/s的光时钟脉冲流，要10个EAM级联编码10个10Gbit/s通路。而且根据这个方案工作的一个或多个EAM可以作为OTDM系统中一个或多个通路的数据插入装置来使用。技术人员可以应用本说明所公开的理论很容易地采用数据调制或插入功能。
应当认识到，本发明的实施例可以是，EAM不是一个紧接着另一个的，也不是紧接着放大器而是紧接着作用于光信号序列的另一个装置。这样的方案仍会因EAM允许信号向前通过的方式而有利。也可能是，例如，希望从另一个地方向输入数据序列加入信号。只使用一个EAM的本发明的实施例具有这种功能。
技术人员还可以看出，上述产生暗脉冲的电平偏移正弦波偏置信号当加到单个电输入的EAM时也适于产生亮脉冲。在这种情况下，需要将电信号安排为使EAM保持在高消光状态，除非数据和正弦波分量均为正。这种方案无需电信号处理来产生适当的偏置信号，因此是一种简单而且有效的解决方案。这样，这种方案就可以用来产生孤子或常规的OTDM信号。
权利要求
1.一种产生光数据信号的方法，其中由至少两个暗脉冲发生器将代表一个或多个数据序列的暗脉冲加在发生器的光输入上，用于随后沿光纤的传输，相对于光输入，暗脉冲发生器是串联的。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中光输入包括光辐射的基本上连续的脉冲串。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中光输入包括一系列亮脉冲。
4.根据以上权利要求的任一项的方法，其特征在于，其中每个暗脉冲发生器产生代表OTDM信号的各个数据通路的暗脉冲。
5.根据以上权利要求的任一项的方法，其特征在于，其中每个暗脉冲发生器包括一个光调制器。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，其中暗脉冲发生器包括一个电吸收调制器。
7.一种包括至少两个光级联的暗脉冲发生器的光调制器，用于产生暗脉冲到从光源耦合到上述发生器的第一个发生器的光输入上。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，其中每个上述暗脉冲发生器产生，在使用中，在多通路数据信号中代表各个数据通路的脉冲。
9.根据权利要求8的调制器，其特征在于，其中多通路信号包括一个OTDM信号，而且将每个上述发生器分别分配到OTDM信号的各个时隙。
10.根据权利要求7到9任一项的调制器，其特征在于，其中给每个暗脉冲发生器提供电驱动以产生所述暗脉冲，到各个发生器的电驱动对脉冲的产生、包括脉冲产生有关的定时提供控制。
11.根据权利要求7到10的任一项的调制器，其特征在于，其中每个上述发生器包括一个单个的光调制器。
12.根据权利要求11的调制器，其特征在于，其中每个上述发生器是一个电吸收调制器。
13.根据权利要求7到12任一项的调制器，其特征在于，其中发生器是制作在一块公共的半导体材料上。
14.根据权利要求13的调制器，其特征在于，其中光输入是由光源提供的，光源与第一个调制器光定位地制作在上述同一块公共半导体材料上。
15.一个光信号发生器，包括一个光源；多个用于产生暗脉冲到光源提供的光输入上的装置，上述装置按光耦合定位，上述装置的第一个用来接收来自光源的光；以及从最后一个上述装置往光纤通信系统耦合光的装置。
16.根据权利要求15的光信号发生器，其特征在于，其中光源提供光辐射的基本上连续的脉冲串。
17.根据权利要求16的光信号发生器，其特征在于，其中光源提供亮脉冲流，光信号发生器进一步包括同步装置，用于产生与脉冲流中的亮脉冲同步的暗脉冲。
18.根据权利要求15到17的任一项的光信号发生器，其特征在于，其中产生暗脉冲的每个上述装置可独立控制地产生在OTDM信号给定时隙的光输入上的暗脉冲。
19.一个半导体装置，包括半导体基底，在它上面按照光耦合定位制作至少两个电吸收调制器，以及用于为每个调制器提供电驱动的装置，其中每个电吸收调制器和它的电驱动可以用来，在使用中，产生暗脉冲到第一个上述调制器的光束输入上。
20.根据权利要求19的半导体装置，其特征在于，进一步包括制作在基底上的光源，以便为上述调制器提供光输入。
21.根据权利要求19或20的任一项的半导体装置，其特征在于，其中为每个调制器提供电驱动的装置是同步的，这样每个调制器在OTDM信号的给定时隙可以提供暗脉冲。
22.一个包括一个暗脉冲数据序列的光信号，其特征在于，其中信号被分割成时隙来提供OTDM数据序列。
23.根据权利要求22的光信号，其特征在于，按照权利要求1到6中的任一项的方法产生。
24.光调制器，包括一个光时钟源；多个有选择地切断从时钟源接收到的光的装置，所述装置按照光耦合定位，所述装置的第一个用来接收来自时钟源的光；以及用于从最后一个所述装置往光纤通信系统耦合光的装置。
25.光调制器，包括一个电吸收调制器，安排为在输入光信号上产生暗脉冲。
26.一个光调制器，包括1)一个有高和低传输状态的电吸收调制器；2)电吸收调制器的电偏置输入；以及3)电吸收调制器的电数据输入；其中数据输入与偏置输入结合在一起将电吸收调制器的状态至少暂时改变到低传输状态。
27.根据权利要求26的光调制器，其特征在于，其中电偏置输入包括在高电平和低电平间变化的信号，并与数据输入的结合使得至少偏置输入的低段低于将电吸收调制器的状态转变为低传输状态所需的电平。
28.根据权利要求27的光调制器，其特征在于，其中数据输入包括电脉冲。
全文摘要
若干光级联的电吸收调制器(EAM200、210、220…)被电偏置来提供光时分复用(OTDM)信号。第一个级联的EAM的光输入是连续波光束。在工作过程中,每个EAM通常被偏置到允许光传输,而数据由短时阻塞光传输来代表,这样就在光中引入了暗脉冲。因此,暗脉冲间的光是未被扰动的,并可以由随后的EAM进一步调制。按照这种方法,每个EAM可以提供整个OTDM信号的一个单个数据通路。
文档编号H04B10/2507GK1185254SQ96194058
公开日1998年6月17日 申请日期1996年4月1日 优先权日1995年3月31日
发明者A·D·埃利斯 申请人:英国电讯公司