专利名称：Mach-Zehnder光调制器、Mach-Zehnder光调制方法、光发送器、光调制器、光发送装置和光 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信技术，更具体地涉及增大光发送器和光通信装置的速度和容量的技术。
背景技术：
为了应对由于宽带连接的扩展和接入手段的多样化而引起的流量增大，已经开发了发送在时域经过复用的光信号的时间复用发送技术或发送在波长域经过复用的光信号的波长复用发送技术，并且在光纤发送系统中进行了实用化。
例如，在基本的发送系统中，使用100种以上波长并且总发送容量超过1 Tbit/s的波长复用发送技术已经被实用化。为了进一步增大发送容量，已经开发了将每波长比特率从10Gbit/s提高到40Gbit/s的技术，并且该技术正被很好地进行实用化。不仅在接入系统或基本发送系统中，容量在增大，而且对于在诸如服务器之类的装置之间或在装置内的板块之间的数据通信，容量也在增大。
所有这些数据发送要求光通信装置在小型化和功耗降低之外还要降低成本。
在光通信装置中，电子电路占有大部分体积和功耗。近年来，电子电路元件主要使用硅半导体代替化合物半导体。因此，用于在发送侧调制光或者在接收侧解调光的光器件也需要与用硅半导体制成的电子电路相匹配。
光调制器用于以超过10 Gbit/s的每波长比特率来发送数据。已经开发了由化合物半导体或者铌酸锂制成的光调制器。然而，这些光调制器价格贵并且体积大。诸如陶瓷、硅半导体和硅基板上陶瓷之类的新材料已经受到关注，并且对使用这些材料的光调制器的研发也在进行中。
因为陶瓷和硅半导体是非常普通的材料，并且用于它们的微细加工技术已经成熟，因此可以实现价格便宜的光调制器。然而，陶瓷具有非常高的介电常数。硅半导体在没有耗尽层载流子的情况下，由于其对称晶体结构而不具备折射率控制手段。因为这种光调制器自身由于这些材料特性而具有静电电容，所以很难增大发送速度，并且比特率被认为限制于10
Gbit/s至U20Gbit/s。
传统上，已经提出了这样的技术在连接到激光源的Mach-Zehnder光调制器的一个支路(光波导)上插入具有2n相位调制量的相位调制器，从而在该相位调制器的驱动脉冲的前缘和后缘处产生短脉冲(例如，日本专利第3563027号和日本专利特许公开第2003-21817号、第2004-80462号、第2005-241902号)。
图13是示出传统的Mach-Zehnder光调制器的框图。在Mach-Zehnder光调制器9中，光分支电路92将从连续的激光束形成的输入光信号91分支成两个支路。相位调制器93被插入一个支路中。光复用电路94将来自相位调制器93的光信号与来自另一支路的光信号进行复用。相位调制器93基于RZ (归零)编码的电信号95通过施加从Vo到V^的驱动电压而执行2:n相位调制。脉冲状输出光信号96从光复用电路94获得并且通过比特交织被时间复用。
发明内容
本发明要解决的问题
实际的光调制器只具有有限的响应速度并且不具有理想的响应特性，这是因为元件本身具有静电电容。然而，使用传统Mach-Zehnder光调制器的调制方法没有考虑由光调制器的静电电容产生的过渡响应特性。对过渡响应特性的对策特别重要，这是因为通过Mach-Zehnder光调制器一个支路的2 k相位调制来产生短脉冲的方法对驱动脉冲的前缘和后缘处的波形和光调制器的过渡响应特性是敏感的。
输出光脉冲的波形由电信号的上升和下降特性以及相位调制器的过渡响应特性确定。因此，根据上述现有技术，对于作为电信号输入的RZ编 码的标记码，产生没有完全分离的双脉冲。当使用光脉冲的频率啁啾
(frequency chirp)从所述双脉冲中提取出单脉冲时，光脉冲的脉冲宽度增 大。如果直接通过比特交织对所述光脉冲进行时间复用，则会出现大量的 符号间干扰。因此，该方法不适用于大容量高速度发送。
图14是示出图13中的光脉冲产生装置的相位调制操作的信号波形的 时序图。
一般，用于调制光信号的相位的相位调制器具有由具有两倍周期的正 弦函数表示的光调制特性97，如图14所示。在光调制特性97中，当电信 号95的驱动电压从与相位调制量为0相对应的Vo变成与相位调制量为e 相对应的V J寸，输出光信号96的光信号强度逐渐增大并且在VJ寸最大。 此后，当驱动电压从Vn变成与相位调制量2n相对应的V^时，输出光信 号96的光信号强度逐渐减小并且在V"时最小。
为了在具有光调制特性97的相位调制器中获得比特率为电信号95的 四倍的光脉冲信号，必须在包括电子电路和光调制器的整个装置中实现编 码间隔的1/8以下的急剧的上升和下降响应特性。为此，包括电子电路和 光调制器的整个装置的带(band)必须是该比特率的四倍以上。
然而，如果带是四倍周期的，则电信号本身的比特率也可以是四倍周 期的。因此不必使用现有技术中公开的方法。
从另一观点来看，如果包括电子电路和光调制器的整个装置的带具有 与该比特率相对应的带特性，并且在Mach-Zehnder光调制器的一个支路上 执行2Jt相位调制，则来自Mach-Zehnder光调制器的光脉冲输出是连接的 而没有中断。因为在通过比特交织进行时间复用时出现大量的符号间干 扰，所以该方法不能用于光电信号发送。
已经作出本发明以解决上述问题，并且本发明的一个示例性目的是提 供能够使用不具备这么高的操作速度的光调制器来实现大容量高速度光信 号发送的光发送器和光通信装置。 解决问题的手段
为了实现该目的，根据本发明示例性方面的Mach-Zehnder光调制器包括将输入光信号分支成两个光信号的光分支电路；第一相位调制器，所 述第一相位调制器根据第一 电信号对由所述光分支电路分支出的光信号中
的一个光信号的相位进行调制，并且输出该光信号；第二相位调制器，所
述第二相位调制器根据第二电信号以比所述第一相位调制器更小的量和相 反的极性对来自所述第一相位调制器的光信号的相位进行调制，并且输出
该光信号，所述第二电信号是通过以下方式获得的将所述第一电信号的 逆逻辑信号延迟预定的延迟时间，所述延迟时间比所述第一相位调制器的
过渡响应时间(transient response time)或所述第一电信号的上升和下降时 间短；和光复用电路，所述光复用电路将由所述光分支电路分支出的另一 光信号与来自所述第二相位调制器的光信号进行复用，并且输出脉冲状输 出光信号。
根据本发明另一示例性方面的Mach-Zehnder光调制方法包括根据第
一电信号对通过对输入光信号进行分支而获得的两个光信号中的一个光信 号执行第一相位调制，根据第二电信号以比所述第一相位调制更小的量和 相反的极性执行第二相位调制，并且将通过所述第二相位调制获得的光信 号与连续光信号的另一光信号进行复用以输出脉冲状输出光信号，其中， 所述第二电信号是通过以下方式获得的电信号将所述第一电信号的逆逻 辑信号延迟预定的延迟时间，所述延迟时间比所述第一相位调制的过渡响 应时间或所述第一电信号的上升和下降时间短。
根据本发明另一示例性方面的光发送器包括输出连续光信号的激光
源；将所述连续光信号接收作为输入光信号的上述Mach-Zehnder光调制器 (权利要求1);电延迟电路，所述电延迟电路将要被输入Mach-Zehnder 光调制器的电信号的逆逻辑信号延迟预定的延迟时间，从而输出要被输入 Mach-Zehnder光调制器的第二电信号，所述延迟时间比Mach-Zehnder光 调制器中的第一相位调制器的过渡响应时间或电信号的上升和下降时间 短；和光过滤器，所述光过滤器提取来自Mach-Zehnder光调制器的输出光
信号的一个边带成分。
根据本发明另一示例性方面的光调制器包括上述Mach-Zehnder光调 制器(权利要求l)，所述Mach-Zehnder光调制器根据从与所期望的时间信道同步的时钟信号形成的第一电信号来对从其中多个时间信道被复用的 输入光信号中时间解复用出所期望的时间信道的光脉冲，并且输出该光脉 冲；和电延迟电路，用于将所述第一电信号的逆逻辑信号延迟预定的延迟
时间，从而输出要被输入所述Mach-Zehnder光调制器的第二电信号，所述 延迟时间比所述Mach-Zehnder光调制器中的第一相位调制器的过渡响应时 间或所述第一 电信号的上升和下降时间短。
根据本发明另一示例性方面的光发送装置包括输出连续光信号的激 光源；光分支电路，所述光分支电路将所述连续光信号分支成2Xm (m 是正数)个通信信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个频率信道 被复用；上述Mach-Zehnder光调制器(权利要求l)，所述Mach-Zehnder 光调制器是针对各个通信信道而设置的，并且根据电信号对来自所述光分 支电路的光信号的相位进行调制；光延迟电路，所述光延迟电路是针对各 个通信信道而设置的，并且分别将来自所述通信信道的所述Mach-Zehnder 光调制器的输出光信号延迟与所述通信信道的时间信道相对应的时间；第 一光复用电路，所述第一光复用电路是与一个频率信道相对应而设置的， 并且对来自属于所述频率信道的m个通信信道的所述光延迟电路的输出光 信号进行复用；第二光复用电路，所述第二光复用电路是与另一个频率信 道相对应而设置的，并且对来自属于所述频率信道的m个通信信道的所述 光延迟电路的输出光信号进行复用；第一光过滤器，所述第一光过滤器提 取来自所述第一光复用电路的输出光信号的高频侧的边带成分；第二光过 滤器，所述第二光过滤器提取来自所述第二光复用电路的输出光信号的低 频侧的边带成分；光复用电路，所述光复用电路对来自所述第一光过滤器 和所述第二光过滤器的输出光信号进行复用。
根据本发明另一示例性方面的光发送装置包括激光源，所述光源输 出连续光信号；光分支电路，所述光分支电路将所述连续光信号分支成2 Xm (m是正数)个通信信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个 频率信道被复用；上述Mach-Zehnder光调制器(权利要求1)，所述 Mach-Zehnder光调制器是针对各个通信信道而设置的，并且根据电信号对 来自所述光分支电路的光信号的相位进行调制；光延迟电路，所述光延迟电路是针对各个通信信道而设置的，并且分别将来自所述通信信道的所述
Mach-Zehnder光调制器的输出光信号延迟与所述通信信道的时间信道相对 应的时间；第一光过滤器，所述第一光过滤器是针对属于一个频率信道的 m个通信信道而分别设置的，并且提取来自所述通信信道的所述光延迟电 路的输出光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述第二光过滤器 是针对属于另一个频率信道的m个通信信道而分别设置的，并且提取来自 所述通信信道的所述光延迟电路的输出光信号的低频侧的边带成分；第一 光复用电路，所述第一光复用电路是与一个频率信道相对应而设置的，并 且对来自属于所述频率信道的m个第一光过滤器的输出光信号进行复用； 第二光复用电路，所述第二光复用电路是与另一个频率信道相对应而设置 的，并且对来自属于所述频率信道的m个第二光过滤器的输出光信号进行 复用；光复用电路，所述光复用电路对来自所述第一光复用电路和所述第 二光复用电路的输出光信号进行复用。
根据本发明另一示例性方面的光接收装置包括光分支电路，所述光 分支电路将包含2Xm (m是正数)个通信信道的接收光信号分支成频率 信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个频率信道被复用；第一光 过滤器，所述第一光过滤器是与一个频率信道相对应而设置的，并且提取 来自所述光分支电路的光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述 第二光过滤器是与另一个频率信道相对应而设置的，并且提取来自所述光 分支电路的光信号的低频侧的边带成分；上述Mach-Zehnder光调制器(权 利要求6)，所述Mach-Zehnder光调制器中的每一个在与通信信道相对应 的时间位置解复用出包含脉冲的输出光信号；和时间解复用交换机(time demultiplex switch)，所述时间解复用交换机中的每一个从与来自所述 Mach-Zehnder光调制器中相应的一个Mach-Zehnder光调制器的输出光信 号的通信信道对应的时间位置解复用出与该通信信道相对应的输出光信 号，并且输出该输出光信号。
根据本发明另一示例性方面的光接收装置包括光分支电路，所述光
分支电路将包含2Xm (m是正数)个通信信道的接收光信号分支成频率 信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个频率信道被复用；第一光过滤器，所述第一光过滤器是与一个频率信道相对应而设置的，并且提取 来自所述光分支电路的光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述 第二光过滤器是与另一个频率信道相对应而设置的，并且提取来自所述光
分支电路的光信号的低频侧的边带成分；和上述Mach-Zehnder光调制器 (权利要求6)，所述Mach-Zehnder光调制器从与两个通信信道相对应的 时间位置解复用出包含了所述通信信道的光脉冲的输出光信号，并且输出 所述输出光信号。 本发明的效果
根据本发明的Mach-Zehnder光调制器和Mach-Zehnder光调制方法， 使用不具备这么高的速度的现有光调制器能够产生双脉冲并且同时能够产 生大的频率啁啾，所述双脉冲具有没有任何符号间干扰并且补偿了电信号 的上升和下降特性以及相位调制器的过渡响应特性的良好的波形。
这允许将输出光信号的频率啁啾量设置为比该脉冲宽度的傅里叶变换 值更大的值。因此可能使用包括光过滤器的简单布置来产生接近傅里叶变 换限制的高质量RZ编码光电信号，并且实现无符号间干扰的大容量高速 度光电信号发送。
根据本发明的光调制器在即使相位调制器的带相对于比特率严重不足 的情况下仍然适用，并且通过补偿带特性可以获得良好的调制波形和频率 啁啾特性。
根据本发明的光调制器，使用不具备这么高的操作速度的现有光调制 器能够从所期望的时间位置时间解复用光脉冲，所述光脉冲具有没有任何 符号间干扰并且补偿了电信号的上升和下降特性以及相位调制器的过渡响 应特性的良好的波形。这允许从以高比特率进行了比特交织的大容量高速 度电光信号中时间解复用出任意时间信道的光脉冲。
根据本发明的光发送装置或光接收装置，即使相位调制器的带为25 GHz，仍然能够通过组合四个信道的时间复用和两个信道的频率复用而使 用具有一个波长的一个激光源来实现200 Gbit/s的大容量高速度发送。还 能将由复用所产生的符号间干扰和拍频噪声引起的接收电平的损失抑制到 ldB至2dB。
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的光发送器的布置的框图； 图2是示出根据本发明的相位调制方法的原理的信号波形时序图； 图3是示出根据本发明的相位调制操作的原理的信号波形时序图4是示出与本发明第一示例性实施例相对应的传统光发送器的操作 的信号波形时序图5是示出根据本发明第一示例性实施例的光发送器的操作的信号波 形时序图6是示出与本发明第二示例性实施例相对应的传统光发送器的操作 的信号波形时序图7是示出根据本发明第二示例性实施例的光发送器的操作的信号波 形时序图8是根据本发明第三示例性实施例的光调制器的布置的框图9是示出根据本发明第四示例性实施例的光发送装置的布置的框
图10是示出根据本发明第四示例性实施例的另一光发送装置的布置 的框图11是示出根据本发明第五示例性实施例的光接收装置的布置的框
图12是示出根据本发明第五示例性实施例的另一光接收装置的布置 的框图13是示出传统的Mach-Zehnder光调制器的框图；和 图14是示出图13中的光脉冲生成装置的相位调制操作的信号波形时 序图。
现在将参考附图描述本发明的示例性实施例。
具体实施例方式
首先将参考图1描述根据本发明第一示例性实施例的光发送器。图1 是示出根据本发明第一示例性实施例的光发送器的布置的框图。光发送器10是使用电信号对从连续的激光束形成的输入光信号的相位进行调制并且
输出光脉冲输出信号的通信装置。光发送器10包括激光源11、 Mach-Zehnder光调制器12、电延迟电路13和光过滤器14。
激光源11包括激光束产生电路，并且具有这样的功能将所产生的
连续的激光束输出作为输入光信号31。
Mach-Zehnder光调制器12包括使用诸如电光效应的光调制电路，并 且具有这样的功能使用电信号通过Mach-Zehnder光调制方法对来自激光 源11的输入光信号31的强度和相位进行调制，并且输出脉冲状输出光信 号36 。
电延迟电路13包括普通延迟电路，并且具有这样的功能将电信号 (第一电信号)Sa的逆逻辑信号Sb延迟一延迟时间t，并且将其输出作为 电信号(第二电信号)Sc。比Mach-Zehnder光调制器12 (稍后描述)中 的相位调制器22的过渡响应时间或者电信号Sa的上升和下降时间短的时 间被用作延迟时间t。注意使用例如差动输出逻辑电路可以获得与电信 号Sa同步并且具有相反逻辑的逆逻辑信号Sb。
光过滤器14包括具有通过线性高斯函数近似的带通传输特性的光过 滤器电路，并且具有这样的功能只让从Mach-Zehnder光调制器12输出 的输出光信号36的一个边带的信号成分通过，并且将输出光信号37输 出。光过滤器14的中心频率从激光源11的频率向高频侧偏移预定的频 率。光过滤器14的带宽大于RZ编码的光脉冲宽度的傅里叶变换值。
Mach-Zehnder光调制器12包括光分支电路21、相位调制器(第一相 位调制器)22、相位调制器(第二相位调制器)23和光复用电路24。
光分支电路21包括光波导和大量电路元件，并且具有这样的功能 将输入光信号31分支成两个输入光信号32和33，并且从不同的支路(光 波导)将它们输出。
光复用电路24包括光波导和大量电路元件，并且具有这样的功能 将来自光分支电路21的输入光信号32和来自相位调制器23的光信号35 进行复用，并且将输出光信号36输出。
相位调制器22连接到光分支电路21的一个支路，并且具有这样的功能根据用作驱动电信号的RZ (归零)编码的电信号(第一电信号)Sa
通过施加从V。到V""的驱动电压而将来自光分支电路21的输入光信号 33的相位调制小+ A 6 ，并且输出光信号34。 Vo是将从Mach-Zehnder光 调制器的光输出最小化的驱动电压，并且4)是给予输入光信号33的相位 调制量。以下将说明一个示例，其中，光输出为零的驱动电压用作Vo以 获得用于输入光信号33的最大光调制因子，并且2 n用作相位调制量4)。 然而，本发明并不限于此，并且值Vo和4)是根据所期望的光信号强度或 光强而选择的。A e (>0)是补偿相位调制器22的过渡响应时间或电信 号Sa的上升和下降时间的相位补偿量。
相位调制器23连接到相位调制器22的输出，并且具有这样的功能 根据用作驱动电信号的来自电延迟电路13的电信号(第二电信号)Sc通 过施加从V。到V"e的驱动电压而将来自相位调制器22的光信号34的相 位调制一A e (<0)，并且输出光信号35。由相位调制器23给出的相位 调制量一A e小于由相位调制器22给出的相位调制量4) + A 9 ，并且具有 相反的符号。因此，小和A e被设置以使得由相位调制器22给出的相位 调制量和由相位调制器23给出的相位调制量的平均值等于用于在输出光 信号36中获得所期望的光调制因子或光强的相位调制量。本发明相位调制方法的原理
接着将参考图2描述本发明的相位调制方法的原理。 图2是示出根据本发明的相位调制方法的原理的信号波形时序图；参 考图2，波形51、 51A、 52A、 53和53A表示当电信号的上升和下降时间
为零并且每个相位调制器的响应速度为无限大时的相位调制量的变化。波 形54和54A表示当电信号的上升和下降时间以及每个相位调制器的响应 速度为有限(实际电路)时的相位调制量的变化。
本发明的相位调制方法的原理基于这样的现象在用于驱动相位调制 器的电信号波形的过渡期期间使得相位调制量比与输出光信号脉冲的所期 望的光强相对应的相位调制量4)大A 9时，实际电路中的相位调制波形急
剧变化。
如图2中所示，传统相位调制方法对应于如波形51所示的情况相位调制器22只将相位调制小，并且相位调制器23的相位调制量为零。因
此，如波形53所示，相位调制器22和23的合成相位调制量等于波形 51。因此，实际电路中的相位调制器22和23的合成相位调制量由于相位 调制器22的过渡响应时间和电信号Sa的上升和下降时间而延迟，使得上 升和下降特性变得缓和，如波形54所示。
另一方面，在本发明的相位调制方法中，如波形51A所示，相位调制 器22使用相位调制量4) +A 6 ，如波形52A所示，相位调制器23使用相 位调制量一 A 6 。相位调制器23在相位调制器22之后落后延迟时间7"而 开始进行相位调制。
因此，相位调制器22和23的合成相位调制量，S卩，Mach-Zehnder光 调制器12的两个支路之间的相位差由通过合成波形51A和52A而获得的 波形53A表示。因此，在从波形53A的前缘或后缘的延迟时间7期间相位 调制量大了A e 。
利用这样的布置，即使电信号波形的过渡期长度和现有技术中的一 样，在过渡期期间仍然施加了比之前更大的相位调制。因此，实际电路中 的相位调制器22和23的合成相位调制量具有急剧的上升和下降特性，如 波形54A所示。
这使得能够补偿由电信号的上升和下降特性或相位调制器的过渡响应 特性引起的波形劣化。
在本发明的第一示例性实施例中，已经描述了用于在过渡期期间施加 更大的相位调制的布置的详细示例，其中，相位调制器22和23在Mach-Zehnder光调制器的一个支路中串联设置。相位调制器23在相位调制器22 之后落后延迟时间7"而以比相位调制器22更小的量和相反的极性执行相位 调制，从而合成这两个相位调制。然而，任何其它布置可以适用如果其可 以实现上述原理。例如，所述原理可以使用三个以上相位调制器来实现。
图3是示出根据本发明的相位调制操作的原理的信号波形时序图。
一般，用于调制光信号的相位的相位调制器具有由具有两倍周期的正 弦函数表示的光调制特性55，如图3所示。在光调制特性55中，当相位 调制量从O变到Ji时，光信号强度逐渐增大并且在x处达到最大。此后，当相位调制量从K变到2M时，光信号强度逐渐降低并且在2n处达到最 小。
当具有光调制特性55的相位调制器通过与电信号56相对应的传统的 相位调制波形54来调制相位时，所获得的输出光信号57的光脉冲宽度 大，这是因为相位调制波形54的前缘和后缘波形是缓和的。例如，当相 位调制波形54的过渡期大约是编码间隔T的1/2 (即，T/2)时，所获得 的输出光信号57的光脉冲宽度也增加到T/2。
相反，如果使用本发明的上述相位调制波形54A执行相位调制，则即 使使用和现有技术一样的电信号56，所获得的输出光信号57的光脉冲宽 度也小，这是因为相位调制波形54A的前缘和后缘波形是急剧升降的。例 如，当相位调制波形54A的过渡期是T/4或者更小时，所获得的输出光信 号57的光脉冲宽度也是T/4或者更小。因此，即使通过比特交织执行了时 间复用，仍然可以使用不具备这么高的操作速度的现有光调制器来实现无 符号间干扰的大容量高速度光信号发送。第一示例性实施例的操作
接着参考图4和图5描述根据本发明第一示例性实施例的光发送器的 操作。图4是示出传统光发送器的操作的信号波形时序图。图5是示出根
据本发明第一示例性实施例的光发送器的操作的信号波形时序图。
在此将描述电信号Sa和Sc的比特率为25 Gbit/s的示例。注意用于 产生电信号Sa和Sc的电子电路与RZ编码相对应，并且和普通的RZ电信 号电路一样具有编码间隔1/3的上升和下降响应特性。由相位调制器22和 23的静电电容决定的带是与比特率相对应的25 GHz。
Mach-Zehnder光调制器12中的光分支电路21将来自激光源11的输 入光信号31分支成两个输入光信号32和33。输入光信号33被输入相位 调制器22。相位调制器22使用RZ编码的电信号Sa作为驱动电信号将相 位调制小+ A 9 ，并且输出光信号34。光信号34被输出到相位调制器 23。相位调制器23使用由电延迟电路13产生的RZ编码的电信号Sc作为 驱动电信号将相位调制一A 9 ，并且输出光信号35。
由相位调制器23给出的相位调制量小于由相位调制器22给出的相位调制量并且具有相反的符号。因此能够产生具有良好的波形的双脉冲，并
且还产生大的频率啁啾，所述波形补偿电信号Sa和Sc的上升和下降特性
和相位调制器的过渡响应特性。
然后，光信号35和输入光信号32被输入光复用电路24，被复用，并 且作为输出光信号36被输出。输出光信号36被输入光过滤器14。光过滤 器14只让输出光信号36的一个边带的信号成分通过，并且将输出光信号 37输出。
传统相位调制操作
图4示出根据现有技术的光发送器的各个部分的信号波形，这些波形 信号是只使用图l中的相位调制器22执行2:r相位调制时获得的。图4示 出与具有"1011"模式的RZ电信号相对应的电信号Sa和Sc的波形、针 对矩形电脉冲的相位调制器22的光信号34的过渡响应波形、来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的波形、来自Mach-Zehnder光调制 器12的输出光信号36的频率和来自光过滤器14的输出光信号37的波 形。
这些波形和频率特性是通过考虑RZ编码、电信号波形和相位调制器 的静电容而使用快速傅里叶变换对根据本示例性实施例的光发送器(图 1)的布置进行分析而获得的。
光过滤器14具有由线性高斯函数近似的带通传输特性。光过滤器14 的中心频率从激光源11的频率向高频侧偏移100 GHz。光过滤器14的带 宽是100 GHz，这比RZ编码的光脉冲宽度的傅里叶变换值大。
从图4中来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的频率特性 显而易见，从Mach-Zehnder光调制器12输出的双光脉冲在相反的方向上 啁啾，即向高频侧和低频侧啁啾。利用这个事实，双光脉冲被通过使用光 过滤器14从来自Mach-Zehnder光调制器12的具有啁啾的输出光信号36 中提取高频侧的边带成分而分离开。这使得能够通过比特交织进行时间复 用。
如图4所示，电信号Sa和Sc的波形和相位调制器22的响应特性对于 25Gbit/s的信号具有足够的带。此外，从输出光信号36的波形可以看出，明显地产生了短的光脉冲信号。
然而，从图4中来自光过滤器14的输出光信号37的波形显而易见， 当使用光过滤器14从双光脉冲中提取出单脉冲时，光脉冲的脉冲宽度增大。
为了使得光过滤器14从双光脉冲产生单脉冲，与大于等于脉冲宽度 的傅里叶变换值的谱带宽相对应的预定的频率啁啾是必需的。假定要由光 过滤器14产生的光脉冲的脉冲宽度是10psec (皮秒)。在这种情况中， 根据假定理想高斯函数波形的傅里叶变换限制计算的用于产生该脉冲所需 要的频率啁啾量为44GHz。因为实际的波形从高斯函数偏移，所以更大的 频率啁啾是必需的。
在图4中所示的示例中，当相位调制器22执行2:n相位调制时，来自 Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的相位调制量是n 。因此，通 过时间微分给出的频率啁啾为25GHz。即使假定理想高斯波形，与频率啁 啾相对应的谱带宽仍然不足，并且通过由光过滤器14切去一个边带成分 而获得的光脉冲仍然具有大的脉冲宽度。从图4中来自光过滤器14的输 出光信号37的波形显而易见，具有大的脉冲宽度的光信号在时间复用时 引起符号间干扰。因此，很难实现大容量高速度光信号发送。本示例性实施例的相位调制操作
为了解决这个问题，有必要产生具有良好的波形的双脉冲作为来自 Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号并且同时产生足够的频率啁啾。
在本示例性实施例中，如图1所示，插入Mach-Zehnder光调制器12 的一个支路的相位调制器22被以比用于2n相位调制的电压的电压幅度更 大的电压幅度驱动以执行相位调制，并且之后，相位调制器23执行与相 位调制器22的相位调制符号相反的相位调制。
这使得能够产生具有良好的波形的双脉冲并且同时产生大的频率啁 啾，所述波形补偿电信号的上升和下降特性和相位调制器的过渡响应特 性。因此，能够基于大的频率啁啾，使用包括光过滤器的简单布置产生接 近傅里叶变换限制的高质量RZ编码光电信号，并且实现无符号间干扰的 大容量高速度光电信号发送。图5示出根据本示例性实施例的光发送器的各个部分的信号波形，所
述波形是在相位调制量A 0为n /3并且延迟时间7"为14 psec时获得的。图 5示出与具有"1011"模式的RZ电信号相对应的电信号Sa和Sc的波形、 用于驱动电脉冲的全体相位调制器22和23的光信号35的过渡响应波形、 来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的波形、来自Mach-Zehnder 光调制器 12的输出光信号36的频率和来自光过滤器14的输出光 信号37的波形。注意14 psec的延迟时间是相位调制器22对于矩形电脉 冲的过渡响应时间。
这些波形和频率特性是通过考虑RZ编码、电信号波形和每个相位调 制器的响应波形而使用快速傅里叶变换对根据本示例性实施例的光发送器 (图l)的布置进行分析而获得的。
设置相位调制量A 9和延迟时间7"以补偿相位调制器22和23的过渡 响应时间。
还可以设置相位调制量A 9和延迟时间7以补偿电信号Sa和Sc的上 升和下降时间。或者，相位调制器23被分成多个相位调制单元。所述各 个相位调制单元相对于相位调制器22的延迟时间T被设置成在比相位调制 器22的过渡响应时间或电信号Sa的上升和下降时间更短的时间范围内的 不同的值，更多的优化调整都是可能的。
在根据本示例性实施例的光发送器中，如果由相位调制器22给出的 相位调制量是大于2 k的7 n /3，则在全体相位调制器22和23的对于矩形 电脉冲的光信号35的过渡响应波形中的相位调制量达到2x过程中的时间 縮短为llpsec，即大约是现有技术的1/2。这加倍了通过相位调制量的时 间微分给出的频率啁啾。
相位调制在相位调制量达到2x之后被通过由相位调制器23在14 psec的延迟时间之后给出的相位调制量一^/3而被消除，并且因此对输出 光脉冲波形没有影响。这也适用于脉冲的后缘。
在本示例性实施例中，不是将延迟时间设置为11 psec，而是14 psec。该值是在严格考虑驱动脉冲波形不完全是矩形而是有上升和下降时 间的事实的同时通过使用快速傅里叶变换进行分析而最优地设计得到的。从图5中所示的来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的波 形和频率特性显而易见，具有两级操作驱动布置的相位调制器22和23产 生急剧的上升和下降特性，并且随着波形改善，频率啁啾变大。
更具体而言，当相位调制量A e和延迟时间7"被优化时，可以获得具 有相同的幅度和相反的频率啁啾符号的双脉冲作为来自Mach-Zehnder光调 制器12的输出光信号36。因此，输出光信号36具有与比光脉冲宽度的傅 里叶变换值更大的频率啁啾相对应的谱带宽。
如从图5中来自光过滤器14的输出光信号37的波形显而易见，即使 光过滤器14切去输出光信号36的一个边带成分，脉冲宽度的增大仍然被 抑制，并且可以获得通过比特交织进行时间复用的光信号。
如上所述，在根据本示例性实施例的Mach-Zehnder光调制器12中， 光分支电路21将输入光信号31分支成两个光信号。相位调制器(第一相 位调制器)22根据电信号(第一电信号)Sa对所述光信号中的一个光信 号的相位进行调制。然后，相位调制器(第二相位调制器)23根据电信号 (第二电信号)Sc以比相位调制器22更小的量和相反的极性执行相位调 整，电信号(第二电信号)Sc通过以下方式获得将电信号Sa的逆逻辑 信号Sb延迟预定的延迟时间7"，延迟时间r比相位调制器22的过渡响应 时间或电信号Sa的上升和下降时间短。光复用电路24将通过相位调制器 23获得的光信号和输出光信号的另一光信号进行复用并且输出脉冲状输出 光信号36。
根据本示例性实施例的光发送器包括输出连续光信号的激光源11、接 收连续光信号作为输入光信号的的Mach-Zehnder光调制器12、基于将要 被输入Mach-Zehnder光调制器12的电信号Sa输出电信号Sc的电延迟电 路13和提取来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号的一个边带成分 的光过滤器14。
因此通过使用不具备这么高的速度的现有光调制器能够产生双脉冲并 且同时能够产生大的频率啁啾，所述双脉冲具有没有任何符号间干扰并且 补偿了电信号的上升和下降特性以及相位调制器的过渡响应特性的良好的 波形。这允许将输出光信号的频率啁啾量设置为比该脉冲宽度的傅里叶变换 值更大的值。因此能够使用包括光过滤器的简单布置来产生接近傅里叶变 换限制的高质量RZ编码光电信号，并且实现无符号间干扰的大容量高速 度光电信号发送。
在Mach-Zehnder光调制器12中，相位调制器22和23的相位调制量 的平均值可以等于用于获得输出光信号36中所期望的光强的相位调制 量。例如，当相位调制器22和23的相位调制量的平均值被设置为^时， 可以获得总是独立于相位调制量A e的值而将光强最大化的输出光信号 36。
在Mach-Zehnder光调制器12中，用于获得输出光信号36中所期望的 光调制因子的相位调制量2 it和用于补偿相位调制器22的过渡响应时间或 者电信号Sa的上升和下降时间的预定的相位调制量A 9的和可以用作相 位调制器22的相位调制量，并且相位调制量一A 9可以用作相位调制器 23的相位调制量。例如，如果光调制因子需要是100%以强调发送光信号 的质量，则将光输出为零的驱动电压设置为V。，将相位调制量4)设置为2 "，并且将预定的相位调制量设置为A e。如果光调制因子需要为50%以 强调相位调制量的驱动电子电路的功耗的降低，则将光输出为1/2的驱动 电压设置为Vo，将相位调制量*设置为，并且将预定的相位调制量设置 为A9。以这种方式，可以根据所需要的规范实现任意的光调制因子。
在Mach-Zehnder光调制器12中，RZ编码的电信号可以用作电信号 Sa，并且光复用电路24可以输出具有相同幅度和相反频率啁啾符号的双 脉冲作为输出光信号36。双脉冲的频率啁啾特性的使用使得可以通过使用 预定的发送光过滤器分离单脉冲而进行时间复用或频率复用。
在Mach-Zehnder光调制器12中，相位调制器23可以包括多个相位调 制单元，并且所述相位调制单元的延迟时间可以被设置为在比相位调制器 22的过渡响应时间或第一电信号的上升和下降时间短的时间范围内的不同 的值。这使得能够最优地补偿该电信号的上升和下降时间和该相位调制器 的响应特性。此外，即使该电信号的上升和下降时间具有多个带限因子， 每个时间还是能够被最优地补偿。在光发送器10中，比从光过滤器14中输出的输出光信号37的脉冲宽 度的傅里叶变换值大的值可以用作从Mach-Zehnder光调制器12输出的输 出光信号36的频率啁啾量。这使得即使在使用光过滤器14从双脉冲中分 离出单光脉冲的情况下仍然能够获得具有接近傅里叶变换限制的良好的波 形的输出光信号37。
在光发送器10中，光过滤器14可以具有带通传输特性并且将从来自 激光源11的连续光信号的频率向高频侧或低频侧偏移的值用作中心频 率。当具有带通传输特性和向高频侧或低频侧偏移的中心频率的光过滤器 14被使用时，可以从具有频率啁啾的输出光信号36得到从单光脉冲形成 的输出光信号37。
在光发送器10中，通过n (n为正数)阶高斯函数近似的传输特性可 以用作光过滤器14的传输特性。高斯函数的经过傅里叶变换的谱表示高 斯函数的波形。因此，当具有高斯传输特性的光过滤器被使用时，可以获 得具有非常好的过渡特性的高斯波形的输出光信号37。
在光发送器10中，比RZ编码的光脉冲宽度的傅里叶变换值大的值被 用作光过滤器14的传输谱带宽。这使得能够获得高质量的输出光信号37 而不增加脉冲宽度，并且不会使得光过滤器14移除输出光信号37所必需 的谱成分。
在本示例性实施例中，电信号的比特率是25 Gbit/s。然而，本发明并 不限于此。本发明可用于诸如10 Gbit/s或40 Gbit/s的任意比特率来获得如 上所述的同样的功能和效果。可以针对将要使用的比特率或者每个电信号 波形来最优化相位调制量A e 、延迟时间T以及光过滤器14的传输特性。 如果预定的相移器被插入Mach-Zehnder光调制器12的一个支路，则可以 任意设置电信号Sc的直流偏置，并且相位调制器23可以在正驱动电压的 范围内进行操作。
第二示例性实施例
接着将参考图6和图7描述根据本发明第二示例性实施例的光发送 器。图6是示出传统光发送器的操作的信号波形时序图；图7是示出根据 本发明第二示例性实施例的光发送器的操作的信号波形时序图。在第一示例性实施例中，已经说明了电信号Sa和Sc的比特率为25 Gbit/s的示例。在本示例性实施例中，将描述将带设置为10 GHz (小于25 Gbit/s的1/2)的示例。10 GHz是使用陶瓷、硅半导体或硅基板上的陶瓷 的现有光调制器的带。除了相位调制量A e和延迟时间r，本示例性实施 例的布置与第一示例性实施例中的相同，因此不重复对本实施例的布置的 详细描述。
传统相位调制操作
图6示出了根据现有技术的光发送器的各个部分的信号波形，这些波 形是在只使用图1中的相位调制器22执行2 n相位调制时获得的。图6示 出示出与具有"1011"模式的RZ电信号相对应的电信号Sa和Sc的波 形、针对矩形电脉冲的相位调制器22的光信号34的过渡响应波形、来自 Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的波形、来自Mach-Zehnder 光调制器12的输出光信号36的频率和来自光过滤器14的输出光信号37 的波形。
在这种情况中，相位调制器22的响应特性(即上升和下降时间)为 35 psec。从图6中所示的相位调制器22的过渡响应特性到达下一个编码 区间的事实显而易见，对于25Gbit/s的电信号，带是不足的。
因此，从Mach-Zehnder光调制器12输出的双脉冲未被分离，并且出 现大量符号间干扰。此外，来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号 的频率啁啾具有脉冲宽度的傅里叶变换值的1/3至1/4以下的小值。
从图6中来自光过滤器14的光信号的波形可以看出，由于符号间干 扰，该25Gbit/s的信号不能被发送。
本示例性实施例的相位调制操作
本示例性实施例适用于如上所述其带相对于比特率严重不足的相位调 制器。通过补偿带特性可以获得良好的调制波形和频率啁啾特性。
图7示出根据本示例性实施例的光发送器的各个部分的信号波形，所 述波形是在相位调制量A e为2ji/3、延迟时间为14psec时获得的。图7 示出与具有"1011"模式的RZ电信号相对应的电信号Sa和Sc的波形、 用于驱动电脉冲的全体相位调制器22和23的光信号35的过渡响应波形、来自Mach-Zehnder光调制器12的输出光信号36的波形、来自Mach-Zehnder 光调制器 12的输出光信号36的频率和来自光过滤器14的输出光 信号37的波形。
从图7显而易见，具有两级操作驱动布置的相位调制器22和23基于 和上述图2中一样的原理改善输出波形和频率啁啾。从图7中来自光过滤 器14的输出光信号37的波形可以看出，通过时间复用获得了 25 Gbit/s的 信号或者高速光电信号。第三示例性实施例
接着将参考图8描述根据本发明第三示例性实施例的光调制器。图8 是示出根据本发明第三示例性实施例的光调制器的布置的框图。在第一示 例性实施例中，已经说明了将Mach-Zehnder光调制器12应用于光发送器 IO的示例。在第三示例性实施例中，将描述将Mach-Zehnder光调制器12 应用于光调制器6的示例。
光调制器6包括Mach-Zehnder光调制器12和电延迟电路13。 Mach-Zehnder光调制器12包括例如使用光电效应的光调制电路，并 且具有这样的功能使用电信号CLKa、通过Mach-Zehnder光调制方法来 对包含经过时间复用的光脉冲的输入光信号38的强度和相位进行调制， 并且在与电信号CLKa同步的时间位置进行解复用并且输出包含光脉冲的 输出光信号39。
不同于第一示例性实施例，在本示例性实施例中，替代第一示例性实 施例的来自激光源11的输入光信号31，输入包含经过时间复用的光脉冲 的输入光信号38，并且省略了用于提取来自Mach-Zehnder光调制器12的 输出光信号37的一个边带的光过滤器14。
此外，从与要进行时间解复用的期望的时间位置同步的时钟信号形成 的电信号被用作电信号Sa，代替第一示例性实施例的RZ编码的数据信 号。
和第一示例性实施例一样，Mach-Zehnder光调制器12包括光分支电 路21、相位调制器(第一相位调制器)22、相位调制器(第二相位调制 器)23和光复用电路24。诸如相位调制器22使用的相位调制量4) + a 9 、相位调制器23使用
的相位调制量一 a e和电延迟电路13中的延迟时间t"的其余成分和第一示
例性实施例中一样，并且将不再重复对其的详细描述。第三示例性实施例的操作
在第一示例性实施例中，从连续的激光束形成的输入光信号31的相 位在从数据信号形成的电信号Sa的上升和下降定时处被调制，从而获得 与电信号Sa相对应的光脉冲。该相位调制操作可以被认为是在电信号Sa 的上升和下降定时处对从连续的激光束形成的输入光信号31进行时间解 复用以产生光脉冲的操作。
在本示例性实施例中，在上述布置中，其中复用了光脉冲的输入光信 号38被用于替代输入光信号31，并且从时钟信号形成的电信号CLKa被 用来替代电信号Sa。这使得Mach-Zehnder光调制器12在电信号CLKa的 上升和下降定时处时间解复用出输入光信号38的光脉冲并且将它们输出 作为输出光信号39。
如上所述，在本示例性实施例中，光分支电路21将其中复用了多个 时间信道的输入光信号38分支成两个光信号。相位调制器(第一相位调 制器)22根据电信号CLKa对所述光信号中的一个光信号的相位进行调 审!J。然后，相位调制器(第二相位调制器)23根据电信号CLKc以比相位 调制器22更小的量和相反的极性执行相位调制，电信号CLKc是通过以下 方式获得的将电信号CLKa的逆逻辑信号CLKb延迟预定的延迟时间 7"，延迟时间7"比相位调制器22的过渡响应时间或者电信号CLKa的上升 和下降时间短。光复用电路24将由相位调制器23获得的光信号与输入光 信号的另一光信号进行复用，并且输出通过从输入光信号38解复用出与 电信号CLKa同步的时间信道的光脉冲而获得的输出光信号39。
因此通过使用不具备这么高的速度的现有光调制器能够产生双脉冲并 且同时能够产生大的频率啁啾，所述双脉冲具有没有任何符号间干扰并且 补偿了电信号的上升和下降特性以及相位调制器的过渡响应特性的良好的 波形。这允许从以高速率进行比特交织后的大容量高速度光电信号时间解 复用出任意时间信道的光脉冲。第四示例性实施例
接着将参考图9描述根据本发明第四示例性实施例的光发送装置。图 9是示出根据本发明第四示例性实施例的光发送装置的布置的框图。
在本示例性实施例中，将说明一种光发送装置，该装置使用第一或第
二示例性实施例中所述的来自Mach-Zehnder光调制器12和光过滤器14的 输出光信号来执行对多个电信号的时间复用或频率复用。在此将描述8个 不同信道的电信号被复用，电信号比特率为25 Gbit/s并且相位调制器22 和23的带为25GHz的示例。
在图9所示的光发送装置4A中，光分支电路41将来自激光源11的 输入光信号分支成8个光信号。这些光信号被分别输入Mach-Zehnder光调 制器12A至12H。 Mach-Zehnder光调制器12A至12H分别与发送信道1 至8相对应，并且根据与所述发送信道相对应的电信号Sl至S8来编码输 入光信号。Mach-Zehnder光调制器12A至12H中的每一个的布置和第一 示例性实施例中描述的Mach-Zehnder光调制器12—样。
发送信道1至4中的每一个使用从相应Mach-Zehnder光调制器输出的 双光脉冲的向高频侧啁啾的边带成分。在发送信道1至4中，由光延迟电 路5A至5D和光复用电路42A使用比特交织对来自Mach-Zehnder光调制 器12A至12D的光信号进行时间复用，并且光过滤器14A提取向高频侧 啁啾的边带成分。光过滤器14A的布置和第一示例性实施例中所述的光过 滤器14的布置一样。
发送信道5至8中的每一个信道使用从相应Mach-Zehnder光调制器输 出的双光脉冲的向低频侧啁啾的边带成分。在发送信道5至8中，由光延 迟电路5E至5H和光复用电路42B使用比特交织对来自Mach-Zehnder光 调制器12E至12H的光信号进行时间复用，并且光过滤器14B提取向低频 侧啁啾的边带成分。光过滤器14B的布置和第一示例性实施例中所述光过 滤器14的布置一样。注意光过滤器14B的中心频率从激光源11的频率 向低频侧偏移100GHz。
然后，从光过滤器14A和14B输出的发送信道1至8的光信号被光复 用电路43频率复用并且经由光过滤器40被发送到接收侧。如上所述，在本示例性实施例中，光分支电路41将来自激光源11的
输入光信号分支成时间信道。根据第一示例性实施例的Mach-Zehnder光调 制器12A至12H分别根据与时间信道相对应的电信号Sl到S8对分支出的 光信号的相位进行调制。光延迟电路5A至5H将所述光信号延迟与所述时 间信道相对应的时间。光复用电路42A和42B对每个频率信道的光信号进 行复用。光过滤器14A和14B提取在输出光信号的高频侧和低频侧的边带 成分。光复用电路43对所述边带成分进行复用。
即使相位调制器的带为25 GHz，这仍然可通过组合四个信道的时间复 用和两个信道的频率复用、使用具有一个波长的一个光源实现200 Gbit/s 的大容量高速度发送。还能将由复用所产生的符号间干扰和拍频噪声引起 的接收电平的损失抑制到ldB至2dB。
在本示例性实施例中，已经描述了这样的示例如图9所示，在光复 用电路42A和42B针对每个频率信道复用时间信道的光信号之后，光过滤 器14A至14B中的每一个提取一个边带成分。然而，本发明并不限于此。
图10是示出根据本发明第四示例性实施例的另一光发送装置的布置 的框图。在光发送装置4B中，光过滤器15A至15H是与各个时间信道的 光延迟电路5A至5H的输出侧上的时间信道相应设置的。光复用电路44A 和44B的每一个对来自光过滤器15A至15H的光信号(即，针对每个频 率信道的时间信道的光信号)进行复用。
用于使得光过滤器15A至15H在光复用电路44A和44B的复用之前 提取边带成分的布置使得能够降低激光源11的频率附近的谱成分的干扰 效应并且能够减小由光调制器12A至12H给出的频率啁啾量。第五示例性实施例
接着将参考图11描述根据本发明第五示例性实施例的光接收装置。 图11是示出根据本发明第五示例性实施例的光接收装置的布置的框图。
在本示例性实施例中，将说明一种光接收装置，该装置使用在第一或 第二示例性实施例中描述的Mach-Zehnder光调制器12，输出来自其中多
个电信号被时间复用或频率复用的接收光信号的原电信号。在此将描述这 样的示例8个不同信道的电信号被复用，电信号的比特率为25Gbit/s，并且相位调制器22和23的带是25 GHz。
在图11中所示的光接收装置4C中，由光分支电路46和光过滤器 14C和14D对来自光过滤器40的接收光信号进行频率解复用。然后，光 分支电路47A和47B将光信号分支成各个接收信道的光信号。在接收信道 1至8中，光调制器6A至6H和时间解复用交换机7A至7H对由光分支电 路47A和47B分支的光信号进行时间解复用，从而再现接收信道1至8的 电信号S1至S8。光调制器6A至6H是时间解复用交换机，每一个时间解复用交换机从 4比特时间复用信号提取2比特时间复用信号并且要求高速度的交换性 能。在本示例性实施例中，根据第三示例性实施例的图8中所示的上述光 调制器6被用作光调制器6A至6H中的每一个。在这种情况下，时钟信号 CLK1至CLK8被用作要输入到光调制器6A至6H的电信号CLKa，每一 个时钟信号是从与时间信道的时间位置相对应的电脉冲形成的。
具有根据电信号CLK1至CLK8交换接收光信号的功能的普通时间复 用交换机用作时间复用交换机7A至7H。
如上所述，在本示例性实施例中，在光分支电路46将输入光信号分 支成两个光信号之后，光过滤器14C和14D通过提取在高频侧和低频侧的 边带成分而产生各个频率信道的光信号。光分支电路47A和47B将光信号 分支成时间信道的信号。根据本发明第一示例性实施例的Mach-Zehnder光 调制器6A至6H根据与各个时间信道同步的电信号CLK1至CLK8从分支 出的光信号时间解复用出包含所述时间信道的双光脉冲。时间解复用交换 机7A至7H中的每一个时间解复用交换机提取只从相应时间信道的光脉冲 形成的光信号。
即使相位调制器的带为25 GHz，这仍然可通过组合四个信道的时间复 用和两个信道的频率复用、使用具有一个波长的一个光源实现200 Gbit/s 的大容量高速度发送。还能将由复用产生的符号间干扰和拍频噪声引起的 接收电平的损失抑制到ldB至2dB。
在本示例性实施例中，已经描述了这样的示例光分支电路47A和 47B将来自光过滤器14C和14D的各个频率信道的光信号分支成时间信道的光信号。然而，根据用于接收光信号的复用方法或光脉冲时间复用方
法，可以省略光分支电路47A和47B。在这种情况下，例如，光调制器 6A至6H和时间解复用交换机7A至7H用于从来自光过滤器14C和14D 的光信号时间解复用出通信信道的光脉冲。
在本示例性实施例中，Mach-Zehnder型或定向耦合器型光路径交换光 调制器(光交换机)可以用作时间解复用交换机7A至7H中的每一个。当 通过一个光调制器解复用出两个时间信道的光脉冲时，时间解复用交换机 7A至7H的数量可以减少为接收信道数的1/2。这使得光接收装置的成本 降低。
在本示例性实施例中，已经描述了这样的示例如图11所示，针对
各个时间信道而设置的光调制器6A至6H和时间解复用交换机7A至7H 时间解复用出时间信道的光脉冲。然而，本发明并不限于此。
图12是示出根据本发明第五示例性实施例的另一光接收装置的布置 的框图。在光接收装置4D中，在频率信道的光分支电路47A和47B的输 出侧上设有每一个都与两个时间信道相对应的Mach-Zehnder型或定向耦合 器型光路径交换光调制器(光交换机)8A至8D。光调制器8A至8D根据 从与时间交换机同步的时钟信号形成的电信号CLK1至CLK8时间解复用 出时间信道的光脉冲。这使得能够将光调制器6A至6H和时间解复用交换 机7A至7H减少为数量是接收信道数的1/2的光调制器8A至8D，从而使 得成本降低和光接收装置縮小。
在本示例性实施例中，如第二示例性实施例中所述的只具有比特率的 1/2的带的相位调制器可以用作光调制器6A至6H。从上述图7显而易 见，当相位调制器的带是10 GHz时，只有两个信道可以被时间复用。然 而，当两个信道的频率复用被组合时，可以实现使用一个波长发送100 Gbit/s，即为相位调制器的带的IO倍的大容量高速度光发送。
差动驱动型Mach-Zehnder光调制器可以被用作光调制器8A至8D， 并且它们的相位调制量可以比与所期望的光强相对应的相位调制量大。通 常，如果不具备这么高的操作速度的光调制器被以高比特率驱动时，相位 调制器的过渡响应特性到达下一个编码区间。然而，用作光接收装置中的时间复用交换机的光调制器被具有固定模式的时钟信号驱动，并且因此，
没有出现模式效应(pattern effect)。当这样的相位调制器使用比与所期望 的光强相对应的相位调制量大的相位调制量时，如同本发明的相位调制方 法的上述原理(图2) —样，相位调制器的相位调制波形急剧变化。因 此，能够使用不具备这么高的操作速度的光调制器作为光接收装置中的时 间复用交换机用于执行大容量高速度光发送，并且使得光发送装置的成本 降低。
权利要求
1. 一种Mach-Zehnder光调制器，包括光分支电路，所述光分支电路将输入光信号分支成两个光信号；第一相位调制器，所述第一相位调制器根据第一电信号对由所述光分支电路分支出的光信号中的一个光信号的相位进行调制，并且输出该光信号；第二相位调制器，所述第二相位调制器根据第二电信号以比所述第一相位调制器更小的量和相反的极性对来自所述第一相位调制器的光信号的相位进行调制，并且输出该光信号，所述第二电信号是通过以下方式获得的将所述第一电信号的逆逻辑信号延迟预定的延迟时间，所述延迟时间比所述第一相位调制器的过渡响应时间或所述第一电信号的上升和下降时间短；和光复用电路，所述光复用电路将由所述光分支电路分支出的另一光信号与来自所述第二相位调制器的光信号进行复用，并且输出脉冲状输出光信号。
2. 根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，其中，所述第一相 位调制器的相位调制量和所述第二相位调制器的相位调制量的平均值等于 用于在所述输出光信号中获得所期望的光强的相位调制量。
3. 根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，其中所述第一相位调制器的相位调制量是用于在所述输出光信号中获得所 期望的光调制因子的相位调制量小和用于补偿所述第一相位调制器的过渡 响应时间或所述第一电信号的上升和下降时间的预定的相位补偿量A 9的 和，并且所述第二相位调制器的相位调制量是相位补偿量一 A 9 。
4. 根据权利要求l所述的Mach-Zehnder光调制器，其中 所述第一电信号是RZ编码的电信号，并且所述光复用电路将具有同样的幅度和相反的频率啁啾符号的双脉冲输 出作为所述输出光信号。
5. 根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，其中所述第二相位 调制器包括多个相位调制单元，并且所述相位调制单元的时间延迟在比所 述第一相位调制器的过渡响应时间或所述第一电信号的上升和下降时间短 的时间范围内彼此不同。
6. 根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，其中 所述第一光信号是其中多个时间信道被复用的光信号； 所述第一电信号是具有预定周期的时钟信号，并且 所述光复用电路从所述输入光信号解复用出与所述时钟信号同步的时间信道的光脉冲，并且将该光脉冲输出作为输出光信号。
7. —种Mach-Zehnder光调制方法，包括根据第一电信号对通过对输入光信号进行分支而获得的两个光信号中 的一个光信号执行第一相位调制，根据第二电信号以比所述第一相位调制 更小的量和相反的极性执行第二相位调制，并且将通过所述第二相位调制 获得的光信号与连续光信号的另一光信号进行复用以输出脉冲状输出光信 号，其中，所述第二电信号是通过以下方式获得的电信号将所述第一电 信号的逆逻辑信号延迟预定的延迟时间，所述延迟时间比所述第一相位调 制的过渡响应时间或所述第一电信号的上升和下降时间短。
8. 根据权利要求7所述的Mach-Zehnder光调制方法，其中，所述第一 相位调制的相位调制量和所述第二相位调制的相位调制量的平均值等于用 于在所述输出光信号中获得所期望的光强的光强相位调制量。
9. 根据权利要求7所述的Mach-Zehnder光调制方法，其中 所述第一相位调制的相位调制量是用于在所述输出光信号中获得所期望的光调制因子的相位调制量4)和用于补偿所述第一相位调制的过渡响应 时间或所述第一电信号的上升和下降时间的预定的相位补偿量A 9的和，并且所述第二相位调制的相位调制量是相位补偿量一A 9 。
10. 根据权利要求7所述的Mach-Zehnder光调制方法，其中，所述第 一电信号是RZ编码的电信号，并且具有同样的幅度和相反的频率啁啾符号的双脉冲被输出作为所述输出光信号。
11. 根据权利要求7所述的Mach-Zehnder光调制方法，其中，所述第二相位调制包括多个相位调制，并且所述多个相位调制的时间延迟在比所 述第一相位调制的过渡响应时间或所述第一电信号的上升和下降时间短的 时间范围内彼此不同。
12. 根据权利要求7所述的Mach-Zehnder光调制方法，其中，所述输 入光信号是其中多个时间信道被复用的光信号，所述第一电信号是具有预 定周期的时钟信号，并且与所述时钟信号同步的时间信道的脉冲被从所述 输入光信号解复用出并且被输出作为输出光信号。
13. —种光发送器，包括激光源，所述激光源输出连续光信号；根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，所述Mach-Zehnder 光调制器将所述连续光信号接收作为输入光信号；电延迟电路，所述电延迟电路将要被输入所述Mach-Zehnder光调制器 的电信号的逆逻辑信号延迟预定的延迟时间，从而输出要被输入所述 Mach-Zehnder光调制器的第二电信号，所述延迟时间比所述Mach-Zehnder 光调制器中的第一相位调制器的过渡响应时间或所述电信号的上升和下降 时间短；禾口光过滤器，所述光过滤器提取来自所述Mach-Zehnder光调制器的输出 光信号的一个边带成分。
14. 根据权利要求13的光发送器，其中，从所述Mach-Zehnder光调制 器输出的输出光信号的频率啁啾量的值比从所述光过滤器输出的光信号的 脉冲宽度的傅里叶变换值大。
15. 根据权利要求13的光发送器，其中，所述光过滤器具有带通传输 特性和中心频率，所述中心频率的值从来自所述激光源的连续光信号的频 率向高频侧和低频侧之一偏移。
16. 根据权利要求13的光发送器，其中，所述光过滤器具有由n阶 (n为正数)高斯函数近似的传输特性。
17. 根据权利要求13的光发送器，其中，所述光过滤器的传输谱带宽的值比RZ编码的光脉冲宽度的傅里叶变换值大。
18. —种光调制器，包括根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，所述Mach-Zehnder光调制器根据从与所期望的时间信道同步的时钟信号形成的第一电信号来 从其中多个时间信道被复用的输入光信号中时间解复用出所期望的时间信 道的光脉冲，并且输出该光脉冲；和电延迟电路，用于将所述第一电信号的逆逻辑信号延迟预定的延迟时 间，从而输出要被输入所述Mach-Zehnder光调制器的第二电信号，所述延 迟时间比所述Mach-Zehnder光调制器中的第一相位调制器的过渡响应时间 或所述第一 电信号的上升和下降时间短。
19. 一种光发送装置，包括 激光源，所述激光源输出连续光信号；光分支电路，所述光分支电路将所述连续光信号分支成2Xm (m是 正数)个通信信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个频率信道被 复用；根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，所述Mach-Zehnder光调制器是针对各个通信信道而设置的，并且根据电信号对来自所述光分 支电路的光信号的相位进行调制；光延迟电路，所述光延迟电路是针对各个通信信道而设置的，并且分 别将来自所述通信信道的所述Mach-Zehnder光调制器的输出光信号延迟与 所述通信信道的时间信道相对应的时间；第一光复用电路，所述第一光复用电路是与一个频率信道相对应而设 置的，并且对来自属于该频率信道的m个通信信道的所述光延迟电路的输出光信号进行复用；第二光复用电路，所述第二光复用电路是与另一个频率信道相对应而 设置的，并且对来自属于该频率信道的m个通信信道的所述光延迟电路的 输出光信号进行复用；第一光过滤器，所述第一光过滤器提取来自所述第一光复用电路的输 出光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述第二光过滤器提取来自所述第二光复用电路的输 出光信号的低频侧的边带成分；和光复用电路，所述光复用电路对来自所述第一光过滤器和所述第二光 过滤器的输出光信号进行复用。
20.—种光发送装置，包括激光源，所述激光源输出连续光信号；光分支电路，所述光分支电路将所述连续光信号分支成2Xm (m是 正数)个通信信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个频率信道被 复用；根据权利要求1所述的Mach-Zehnder光调制器，所述Mach-Zehnder光调制器是针对各个通信信道而设置的，并且根据电信号对来自所述光分 支电路的光信号的相位进行调制；光延迟电路，所述光延迟电路是针对各个通信信道而设置的，并且分 别将来自所述通信信道的所述Mach-Zehnder光调制器的输出光信号延迟与 所述通信信道的时间信道相对应的时间；第一光过滤器，所述第一光过滤器是针对属于一个频率信道的m个通 信信道而分别设置的，并且提取来自所述通信信道的所述光延迟电路的输 出光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述第二光过滤器是针对属于另一个频率信道的m个 通信信道而分别设置的，并且提取来自所述通信信道的所述光延迟电路的 输出光信号的低频侧的边带成分；第一光复用电路，所述第一光复用电路是与一个频率信道相对应而设 置的，并且对来自属于该频率信道的m个第一光过滤器的输出光信号进行 复用；第二光复用电路，所述第二光复用电路是与另一个频率信道相对应而 设置的，并且对来自属于该频率信道的m个第二光过滤器的输出光信号进 行复用；和光复用电路，所述光复用电路对来自所述第一光复用电路和所述第二 光复用电路的输出光信号进行复用。
21. —种光接收装置，包括光分支电路，所述光分支电路将包含2Xm (m是正数)个通信信道 的接收光信号分支成频率信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个 频率信道被复用；第一光过滤器，所述第一光过滤器是与一个频率信道相对应而设置 的，并且提取来自所述光分支电路的光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述第二光过滤器是与另一个频率信道相对应而设置 的并且提取来自所述光分支电路的光信号的低频侧的边带成分；根据权利要求6所述的Mach-Zehnder光调制器，所述Mach-Zehnder 光调制器中的每一个在与通信信道相对应的时间位置解复用出包含脉冲的 输出光信号；禾口时间解复用交换机，所述时间解复用交换机中的每一个，从与来自所 述Mach-Zehnder光调制器中相应的一个Mach-Zehnder光调制器的输出光 信号的通信信道对应的时间位置，解复用出与该通信信道相对应的输出光 信号，并且输出该输出光信号。
22. —种光接收装置，包括光分支电路，所述光分支电路将包含2Xm (m是正数)个通信信道 的接收光信号分支成频率信道，在所述通信信道中，m个时间信道和两个 频率信道被复用；第一光过滤器，所述第一光过滤器是与一个频率信道相对应而设置 的，并且提取来自所述光分支电路的光信号的高频侧的边带成分；第二光过滤器，所述第二光过滤器是与另一个频率信道相对应而设置 的，并且提取来自所述光分支电路的光信号的低频侧的边带成分；和根据权利要求6所述的Mach-Zehnder光调制器，所述Mach-Zehnder 光调制器从与两个通信信道相对应的时间位置解复用出包含了所述通信信 道的光脉冲的输出光信号，并且输出所述输出光信号。
全文摘要
相位调制器(22)根据电信号(Sa)对由光分支电路(21)分支成的两个输入光信号(31)的一个光信号进行相位调制，并且然后，由相位调制器(23)根据电信号(Sc)以比相位调制器(22)更小的量和相反的极性对该光信号进行相位调制，电信号(Sc)是通过以下方式获得的将电信号(Sa)的逆逻辑信号(Sb)延迟预定的延迟时间(τ)，延迟时间(τ)比相位调制器(22)的过渡响应时间或电信号(Sa)的上升和下降时间短。由光复用电路(24)将由相位调制器(23)获得的光信号与另一输入光信号进行复用，从而输出脉冲状输出光信号(36)。
文档编号G02F1/03GK101506718SQ20078003142
公开日2009年8月12日 申请日期2007年5月11日 优先权日2006年8月21日
发明者铃木明 申请人:日本电气株式会社