专利名称：具有在线半导体光放大器的波分复用系统的终端设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统，更具体说，是涉及光传输路径上的数据传输。
不同于掺饵光纤放大器，半导体光放大器(SOA)的增益，对进入的光信号位图的跃迁带来输入功率电平的瞬时变化，响应十分迅速。这类变化反映在输出信号功率电平的相应变化上。这个问题被称为SOA的增益饱和，且在多信道通信系统中可导致信道间串扰，如
图1所示。
更准确地说，SOA快速响应的一个结果是，每个光信号信道的输出功率不能保持恒定。这就意味着SOA的输入功率是根据各个信道分别载运的位图，在进入的信道间分配。因此，任何瞬间，SOA的输入功率是在那些一致地有着相同信号类型，比如都有逻辑1的信道间分配。举例说，对一个四信道系统，每信道的功率电平可能在Ptotal和Ptotal／4之间变化，要看四信道中有多少信道正在传送逻辑1的信号。换句话说，功率在传送逻辑1的信道间均分。这是很有害的，例如，如果一个进入的信道正载运逻辑1而邻近的一个进入的信道正载运逻辑0，那么，很可能由于SOA的交叉增益饱和问题，邻近信道输出的信号电平将增至仿佛是逻辑1的电平。
我们解决上述SOA功率分配问题的办法是，在每个工作信道中发送一个位图，成为一个在某种程度上电平恒定的信号，使每个下游的SOA的响应在某种程度上保持恒定，从而防止前述串扰问题的发生。然后，我们全部按照本发明原理，在指定接收机上恢复每个被发送的位图。
详细地说，一个光载波信号被分路为两路载波信号，同时，得到的载波信号分别用进入的位流和与进入位流互补的位流调制。然后令被调制的信号沿两个正交方向偏振并组合起来。然后，全部按照本发明的各个不同方面，组合的信号与其他这种信号在传输介质，比如光纤上复用，以便传送至远端接收机。
然后，远端接收机把接收的信号进行多路分解，以恢复各个分量信道信号，其后，对每个被多路分解的信道信号进行处理，使偏振的信号互相分离。然后，全部按照本发明原理，被分离的信号之一，作为接收信号而被检测。
从下面结合附图的详细说明中，可以清楚了解本发明的这些方面和其他方面。
图1是多信道通信系统中出现的串扰的曲线表示；图2是应用本发明的原理的多信道通信系统的概括方框图；图3是图2的光发射单元(OTU)的方框图；图4是图2的光接收单元(ORU)的方框图；图5曲线描述根据本发明的原理组合偏振信号以产生一个具有相对恒定电平的信号的功能；图6表示与图1比较实际上无串扰的信号；及图7是在图4的偏振控制器中实施旋转控制功能的程序的流程图。
体现本发明原理的一个示例性光传输系统100，以简化形式画在图2。示例的光学系统包括多个光发射机单元(OTU)110-1至110-n、波长复用器(MUX)120、沿光传输路径130放置的多个半导体光放大器150-1至150-j、波长分用器(DMUX)140、和光接收机单元160-1至160-n。每个发射机单元产生一个与进入数据Di互补的数据，同时产生一个相应波长的光载波信号，然后把该载波信号分路为两路载波信号。然后，发射机单元以进入的数据和与进入数据互补的数据，分别调制分路的载波信号。然后，使被调制的信号沿互相正交的方向偏振。然后，把偏振的信号组合成一个有相对恒定功率电平的信号。
更准确地说，某个OTU 110-i，(a)产生相应波长λi的一个光信号，(b)把该光信号分路为两路这种信号，(c)以进入的数据Di及其互补，分别调制这两路信号，(d)被调制的两路信号沿互相正交方向偏振，以及(e)组合偏振的信号，然后(f)输出组合的结果作为λi。偏振的信号在组合时，产生的信号具有的功率电平，是该两路偏振信号功率电平的矢量平均，即，具有相对恒定电平的一个信号，如图5所示。然后，调制的结果被送至复用器120。复用器120把从每个OTU110-1至110-n接收的光信号复用，送至一个由光传输路径伸延的输出，到达SOA 150-1。全部按照本发明原理，由于复用信号的电平相对恒定，所以SOA 150-1的增益不会变化，并在几乎恒定电平的进入信号上分配。(这样，与图1相比，前述串扰问题基本上消除，如图6所示。)连接的各个SOA，包括SOA 150-j(图2)，以相同方式对复用信号作出响应。最后的SOA 150-j放大复用信号，并把放大结果，经由最后一段光传输路径130，送至分用器(DMUX)140。
接着，分用器140把它输入上接收的复用信号进行多路分解，分解为相应于λi至λn的波长／信道的各个分量信号，并把各个多路分解信号分别送至光接收单元(ORU)160-1至160-n。每个ORU 160-i把它收到的光信号分路为两路偏振的信号，对偏振的信号解调，以恢复原来的数据Di。然后，全部按照本发明的各个不同方面，ORU 160-i把恢复的数据Di输出至指定的接收机。
在传输系统100的发送端，实现本发明原理的OTU 110-i的方框图画在图3。OTU 110-i包括一常规激光器305，例如称为分布反馈激光器的激光器，它产生具有预定波长λi的光信号λi。此光信号被送至3dB功率分束器320，后者把信号分路为两路光信号，每一路近似地有相同的功率电平，并把分路的光信号分别送至常规的电光调制器325-1和325-2。如图所示，直接把进入的数据Di送至调制器325-1和常规的反相器310。反相器310产生进入数据的另一种表示，例如其互补数据，并把得到的数据送至常规的电光调制器325-2。在本发明的一个示例性实施例中，电光调制器325-1和325-2的每一个，可以用，例如购自Lucent Technologies Inc的电光调制器，型号为No．X2426C。调制器325-1和325-2把它们接收的数据调制，成为它们各自光载波信号λi的复制本，然后把调制结果分别输出至路径326和327。与路径326连接的偏振旋转部件(PRD)330，把它从路径326接收的平面偏振光信号的偏振旋转，直至这个偏振与输出至路径327的光信号的偏振垂直，并把结果输出至路径331。在本发明的一个示例性实施例中，PRD 330可以用，例如适当长度的光纤，它按所需量值改变这个偏振。
常规的偏振光束组合器(PBC)340，把分别从路径331和327接收的两束正交偏振光信号组合，并把组合的光信号输出至输出终端。在图2中，PBC 340的输出终端按波长λi连接到复用器120各个相应的输入。
在传输系统100的接收端，实现本发明原理的ORU 160-i的方框图画在图4。更准确地说，一个ORU 160-i包括常规的光预放大器405，以放大相应的某个被多路分解的信道，比如信道λi，并把被放大的信号送至带通滤波器410。调谐至被放大信号波长的带通滤波器410，从预放大器405的放大输出中除去额外的信号，从而向偏振控制器415提供光载波信号的一个滤波版本。偏振控制器415按照旋转设定函数，旋转滤波信号的偏振，该旋转设定函数通常存储在偏振控制器415的内存(未画出)中。然后，把旋转的信号送至常规的偏振分束器(PBS)420，后者可以用，例如购自JDS FITEL INC的分束器，型号为No．PB100-1U-NC。PBS 420把它接收的信号分路为两路偏振信号。在本发明的第一个示例性实施例中，只有一个偏振信号被送至常规的接收机425。接着，接收机425把偏振信号解调，以恢复原来的数据(或其互补数据)。然后，把恢复的数据转换为电信号，并把后一信号通过路径Do送至指定的接收者。如果此数据恰巧与原来数据互补，那么接收机425按常规方法取此数据的互补，再把结果输出至路径Do。
在本发明的第二个示例性实施例中，PBS 420通过路径421和422，分别把两路正交偏振信号提供给接收机425，以实现所谓推挽工作模式，如图中所示。准确地说，在推挽模式中，接收机测量一个逻辑信号及其互补之差，以确定此信号是否代表某个特定逻辑电平。这种差分模式改进接收机425的灵敏度，使之能精确地检测具有相当低信号电平的信号。
功率监视器430按常规方式测量PBS 420两个输出信号中任一个的能量电平，并把测量值作为反馈控制信号(FBC)送至偏振控制器415。如果测量值大于功率监视器430先前最后一个测量值，那么，功率监视器430按最后一次的旋转方向，使它从BPF 410接收的信号偏振的旋转增加某个增量，直至测量值接近某个存储在内存器中的所谓最佳阈值。如果一系列测量值的各个测量值逐步变小，那么控制器415把它加于滤波信号的偏振旋转方向倒转，该滤波信号是它从BPF 410接收的。在本发明的一个示例性实施例中，控制器415可以是用常规方法编程的常规微处理器，以便控制偏振旋转部件，如从Fiber ControlIndustries购买的偏振旋转部件。
在控制器415中实现旋转控制的程序，其流程图画于图7中。
显而易见，虽然这里图解说明的本发明是按特定的示例性实施例加以描述的，但本领域熟练人员能策划许多变化的结构，这些结构虽然这里没有明显画出或描述，然而却体现本发明的原理且为本发明的精神与范围所涵盖。例如，在本发明的另一个实施例中，可以用被数据和互补数据(数据的另一种表示)分别调制的两路不同波长的载波信号，取代被数据和互补数据分别调制的两路相同波长的互相正交偏振的信号。此两路载波信号可以用各自的激光器产生，如图3的激光器310。作为又一个例子，可以用单个调制器取代上面讨论的两个调制器。一个Mach-Zehnder波导就是一个这种调制器的例子，其中两路载波信号分别横越Mach-Zehnder部件的两个激活臂。
权利要求
1．一种光信号传输系统，包括发射机装置，用于以数据和该数据的互补数据分别调制一对载波信号，然后，使调制的载波信号偏振，以便使它们互相正交，把得到的偏振信号组合起来，并把组合的信号输出至光传输路径，和接收机装置，用于有效地从光传输路径接收该组合信号，从组合信号导出相应的正交偏振光信号，并把至少一个偏振光信号解调，恢复所述数据并把恢复的数据输出至输出终端。
2．一种光传输系统，包括多个光发射机单元，和复用设备，用于把从各个输入上接收的光信号又复用至光传输路径，而其中每个光发射机单元包括发生器装置，用于产生相应波长的光载波信号并且把光载波信号分路为两路光载波信号，第一设备，以从某个输入接收的数据和该数据的另一种表示分别调制这两路光信号，并使至少一个被调制信号的偏振发生改变，成为预定的偏振状态，然后组合被调制的信号，并把被调制的信号送至复用设备上相应的输入。
3．按照权利要求2的光传输系统，还包括多个光接收机单元，和多路分解设备，用于在沿所述光传输路径上某点处接收复用信号，并把多路分解信号提供给各个相应的光接收机单元，其中每个光接收机单元包括从接收的多路分解信号之一导出第一和第二调制信号的装置，该装置还把第一和第二调制信号中至少一个送至输出设备，所述输出设备能有效地对第一和第二调制信号中所述至少一个解调，以恢复被调制的数据并把数据送至输出终端。
4．按照权利要求2的光传输系统，其中改变所述调制信号至少一个的偏振的所述设备，包括一个偏振旋转部件。
5．按照权利要求4的光传输系统，其中的偏振旋转部件是一定长度的光纤，它被调整到能产生所述预定的偏振状态。
6．按照权利要求2的光传输系统，其中所述预定的偏振状态与所述调制信号的另一个的偏振正交。
7．按照权利要求2的光传输系统，其中组合被调制信号的设备是一偏振光束组合器。
8．按照权利要求2的光传输系统，其中所述发生器装置是一分布反馈激光器。
9．按照权利要求2的光传输系统，还包括沿光传输路径放置的至少一个半导体放大器。
10．按照权利要求3的光传输系统，其中的导出装置是一偏振分束器。
11．按照权利要求3的光传输系统，其中的导出装置是一偏振分束器，且其中每个光接收机单元还包括测量多路分解信号中相应某个信号功率电平的功率监视器，和沿着由被测量功率电平变化而确定的方向、按递增量旋转偏振分束器的偏振控制器。
12．按照权利要求3的光传输系统，其中的导出装置是一偏振分束器，且其中每个光接收机单元还包括以某个增量沿某方向旋转偏振分束器的偏振控制器，此增量由当前多路分解信号中相应某个信号功率电平所确定。
13．按照权利要求3的光传输系统，其中所述输出设备以推挽模式运行。
14．一种光信号发射机单元，包括在输入端接收数据信号的装置，该装置还把该数据信号及该数据信号的另一种表示分别送至第一和第二调制器单元，产生预定波长的光载波信号的装置，该装置还均衡地把光载波信号送至所述第一和第二调制器单元，其中所述第一和第二调制器单元中的每一个，都有效地用它接收的数据信号对接收的光载波信号进行调制，并把调制的信号送至输出终端，从第一和第二调制器单元之一接收调制信号的偏振装置，该偏振装置还改变接收的调制信号的偏振，直至成为预定的偏振状态，以及把来自所述偏振装置的偏振信号，与来自第一和第二调制信号中另一个的信号组合起来的偏振组合器装置，该偏振组合器装置还把组合的信号送至输出终端。
15．按照权利要求14的光发射机单元，其中用于产生的装置是一分布反馈激光器。
16．按照权利要求14的光发射机，其中所述第一和第二调制器单元中的每一个，是一电光调制器，其特征在于接收的数据为电信号。
17．按照权利要求14的光发射机，其中的偏振装置是一偏振旋转部件。
18．按照权利要求17的光发射机，其中的偏振旋转部件是一预定长度的光纤。
19．按照权利要求14的光发射机，其中所述数据的所述另一种表示，是所述数据的互补数据。
20．一种光接收机单元，包括接收光信号并把该光信号分路为若干个不同偏振光信号的装置，其中每一个都有相同的各自的波长，并被数据调制，而且把若干不同偏振光信号的至少一个送至输出设备，所述输出设备有效地调制所述至少一个不同偏振的被调制的信号，以恢复被调制的数据，并把数据送至输出终端。
21．按照权利要求20的光接收机单元，其中的分路装置是一偏振分束器，且其中的光接收机单元还包括测量不同偏振信号中相应某个信号功率电平的功率监视器，和沿着由被测量功率电平变化而确定的方向、按递增量旋转偏振分束器的偏振控制器。
22．按照权利要求20的光接收机单元，其中的分路装置是一偏振分束器，且其中的光接收机单元还包括沿某方向以某个增量旋转偏振分束器的偏振控制器，此增量由当前不同偏振的信号中某个特定信号的功率电平变化所确定。
23．按照权利要求20的光接收机单元，其中所述输出设备以推挽模式运行。
24．按照权利要求20的光接收机单元，其中所述若干个是2个，且其中不同偏振的调制信号是正交偏振的。
25．一种光发射机单元，包括以数据及该数据的互补数据分别调制两路光载波信号的装置，调整至少一路调制信号的偏振的装置，使其偏振不同于另一路调制信号的偏振，以及组合偏振的信号并输出组合的信号至传输介质的装置。
26．按照权利要求25的光发射机单元，其中所述调制装置是一Mach-Zehnder调制部件。
27．一种光发射机单元，包括以数据及该数据的互补数据分别调制两路光载波信号的装置，和组合调制的信号并输出组合的信号至传输介质的装置。
28．按照权利要求27的光发射机，其中该两路光载波信号是非偏振的光载波信号，但有不同波长。
29．一种光信号传输系统，包括以数据和此数据的互补数据分别对各自正交偏振的光载波信号进行调制的发射机装置，该装置还组合调制的数据并把组合的数据输出至传输介质，以及从光传输介质接收组合信号的接收机装置，该装置还从组合信号导出各个正交偏振的光载波信号，并对至少一个正交偏振光载波信号进行解调，以恢复所述数据并输出被恢复的数据至输出终端。
30．一种光信号传输系统，包括以数据和此数据的互补数据，分别对各自不同波长的非偏振的光载波信号进行调制的发射机装置，该装置还组合调制的信号并把组合信号输出至光传输介质，以及从光传输介质接收组合信号的接收机装置，该装置还从组合信号导出各个不同波长的非偏振的光载波信号，并对至少一个非偏振光载波信号进行解调，以恢复所述数据并输出被恢复的数据至输出终端。
全文摘要
可以在光传输系统中使用半导体放大器,不会因相邻信道的串扰而使发送的数据受影响,方法是以数据和该数据的另一种表示,对具有相同波长但不同偏振的相应光载波进行调制,然后组合被调制的信号。这种调制得到的信号,是一个具有相对恒定振幅的信号,但仍然载运着基础数据,通过再产生这些偏振信号并对这些信号中的一个或两者进行解调,可以在接收端恢复基础数据。
文档编号H04B10/61GK1290083SQ0012882
公开日2001年4月4日 申请日期2000年9月22日 优先权日1999年9月24日
发明者索纳利·班纳吉, 孙雁, 伯纳德·雷蒙德·艾辰鲍姆, 阿图尔·库玛·斯利瓦斯塔瓦 申请人:朗迅科技公司