CN100380851C - 双向光连接中降低串扰的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在用于同时双向光传输的通讯连接中降低串扰的方法和设备。为了降低串扰，可以利用两种不同的光波长和两种不同的电载波频率。重要应用包括基于光的用户访问系统和在各种信息处理系统例如计算机中用于光互连的系统。

Description

双向光连接中降低串扰的方法和装置
技术领域
本发明涉及在用于同时的双向光传输的通讯连接中降低串扰的方法和设备。
背景技术
如果所需的光器件、激光发射机和光探测器能够单片集成在一个共用半导体衬底上，且如果通讯连接只需要使用单根光纤，即不使用光纤对，那么将可以显著地降低用户访问设备的成本。这种设备已经制作出来，但是受到两个双向信息流之间的串扰的限制。这些设备中的串扰源包括，例如在光探测器中对发射光的不期望的吸收或电吸收，在激光器和光探测器之间的电泄漏。
多年以来，已经提出并展示了在单根光纤上进行全双工传输的多种设备和系统。如果将已知的调制信号从差分信号中去除，那么利用分布式布拉格反射激光器作为自差激光收发机，可以实现全双工40Mb/s频移键控(FSK)传输，例如，见R.A.Linke，K.C.Reichmann，T.L.Koch，U.Koren(AT&T贝尔实验室)：“使用自差激光收发机的全双工光传输(Full-duplexoptical transmission using self-hetero-dyne laser transceivers)”，IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.1，pp.278-280，1989。在另一个例子中，两个终端均由单个半导体光放大器构成，其中一个光放大器直接由数据调制，另一个由利用50Mb/s数据进行调制的320MHz的电子子载波驱动，例如见P.A.Andrekson，N.A.Olsson(AT&T贝尔实验室)：“使用激光放大器的全双工光传输(Optical full-duplex transmission withdiode laser amplifiers)”，J.Lightwave Tech.，vol.9，pp.737-740，1991。在这种结构中，可以在一定程度上避免两个通道之间的串扰。尽管这两种方案中的最大可用比特率固有地受与正向偏置激光器结构的载波动态特性有关的时间常数的限制，后一种方案还由于使用宽带光源而受到在传输光纤中出现的色散的限制。在这两种方案中，残余串扰还是一个限制因素。依赖于电子子载波的光通讯系统的另一个实例，尽管本质上不是双向的，仍可以在半导体光放大器中对数据同时进行10Mb/s的传输和检测和622Mb/s的光放大，例如见K.T.Koai，R.Olshansky (GTELaboratories Inc.)：“使用在线半导体激光放大器同时进行光放大、检测和传输(Simultaneous optical amplification，detection andtransmission using in-line semiconductor laser amplifiers)”，IEEEPhoton.Technol.Lett.，vol.4，pp.441-443，1992。还是在这种情况下，传输和检测信号的比特率受到激光放大器的载波动态特性的限制。在利用更加复杂的光器件的条件下，即利用单模激光发射机和独立的高速光探测器，可以部分地避免色散、速度和串扰的限制。在下列专利中描述了具有纵向集成激光器和光探测器部分的器件：授予T.L.Koch，H.Kogelnik，U.Koren(AT&T贝尔实验室)的US-A 5 031 188，5 144 637和GB-A2 243 720。
在另一种实现方案中，例如见W.Metzger，J.G.Bauer，P.Clemens，G.Heise，M.Klein，H.F.Mahlein，R.Matz，H.Michel，J.Rieger(Siemens AG)：“存取网络的光子集成收发机(Photonic integratedtransceiver for the access network)”，Proc.20th European Conferenceon Optical Communication，post-deadline paper，pp.87-90，1994，激光源和监测光探测器集成在一个波导支路内，而接收光探测器集成在另一个波导支路内；这两个波导支路是通过波长选择结构实现分立的。
图1示例了用于同时双向传输的光通讯连接，它使用了上述类型的器件，其中与在两个终端器件的各个部分中使用的半导体材料的能带带隙相对应的波长是以微米为单位标出的。尽管与前述方案相比，该器件具有一些优点，但是它们的串扰太大，因为在两个双向通道之间的光和/或电泄漏无法忽略。终端可以用混合或单片集成的方法实现。为了实现这些系统，可以采用InGaAsP/InP。
发明内容
为了降低前述的串扰，将提出一种方法和器件，其中在两个方向上的传输是利用两个不同的光波长以及两个不同的电载波频率实现的。在一个方向上的传输可以利用基带传输，即零频率电载波。重要应用包括基于光的用户访问系统和用于在各种信息处理系统例如计算机中进行光互连的系统。感兴趣的是可以利用相对简单的工艺制作这种系统的器件，以降低成本。在特定的应用中，还期望这些全双工光连接能够以高比特率工作。
根据本发明的一种用于在两端之间的双向光通信连接中减低串扰的方法，包括以下步骤：利用两种不同的光波长以及两种不同的电子载波频率通过所述通信连接在两个方向上同时传输数据，其中，在所述两端的每一端集成有一个激光部分，它包括一个激光源、一个包含监测器光探测器的监测器光探测器部分、和一个包含接收器光探测器的接收器光探测器部分，用以利用第一光波长和第一电子载波频率通过所述通信连接在第一方向上传输、监视、和接收数据，并且利用第二光波长和第二电子载波频率通过所述通信连接在第二方向上传输、监视、和接收数据，其中，其中一个光波长通过其中一端的监测器光探测器部分传播并且然后由另一端的所述接收器光探测器接收并滤波以抑制串扰，并且其中所述另一端的监测器光探测器对于所传播的光波长实质上是透明的。
根据本发明的一种用于在两端之间的通信连接中的同时和双向光传输中减低串扰的装置，包括：第一装置，用于利用第一光波长和第一电子载波频率通过所述连接在第一方向上光学地传输数据；和第二装置，用于利用第二光波长和第二电子载波频率通过所述连接在第二方向上光学地传输数据，其中，所述第一和第二装置包括处于所述两端的其中一端的一个激光部分和一个监测器光探测器部分、和处于所述两端的其中另一端的接收器光探测器部分，所述各一端具有一个激光部分，它包括一个激光源、一个包含监测器光探测器的监测器光探测器部分、和一个包含接收器光探测器的接收器光探测器部分，其中，其中一个光波长通过其中一端的监测器光探测器部分传播并且然后由另一端的所述接收器光探测器接收并滤波以抑制串扰，并且其中所述另一端的监测器光探测器对于所传播的光波长实质上是透明的。
附图说明
图1是用于同时双向传输的光通讯连接的简图。
图2是根据本发明的在电频率域中下行流和上行流信号的可能位置的示例简图。
图3是在连接的两个终端上实现本发明电路的更加详细的、但仍是非常简单的方案。
具体实施方式
在实现用于同时双向光通讯的集成元件的上述实例中，激光器部分和光探测器部分集成在一个共用半导体衬底上，但其结构利用了对应于不同能带带隙的材料成份，如图1，其中示出了用于同时双向传输的光通讯连接的简图。
在通讯连接的两端需要稍微有所不同的元件，见图1。在这些器件中的一个中，接收器光探测器的材料成份选择为其对激光器部分发射的光基本上透明。而激光器部分发射的部分光将由接收光探测器部分吸收，由此产生了串扰。电子串扰也是一个限制因素。串扰也可以在另一端出现，其中该端的设计类似于刚刚描述的终端。在包括这两个终端和将其连接起来的光纤的连接中，简单的方法是将基带信号用作下限流和上行流信号；但是，从串扰的观点看，这种方案并没有吸引力。另一方面，如果利用适当的常规电子调制技术将这些信号中的一个的数据调制到电载波上，两个信号可以在电频率域的两个本质上不同的部分进行处理，如果电载波的频率足够大的话。这种情况，简单地示例在图2和图3中，放宽了对单片光器件中的接收器-光探测器部分和激光器部分之间的可以接受的光和电子泄漏值的要求。
在图2中，简单地在电频率域中示出了下行流和上行流信号的可能位置。虚线粗略地示出将在图3中进一步讨论的简化低通滤波器(LPF)和带通滤波器(BPF)的可能形状。
在图3中，在连接的两端示出了更加详细的，但仍是十分简化的，本发明电路的实施方案。在左终端，1550nm的激光器部分2直接由将要传送到右终端的比特流数据1调制。通过在1550nm的监测器-光探测器部分1中直接检测比特流来监测激光器的输出，然后在低通滤波器(LPF)7中进行电子滤波，以抑制另一通道产生的串扰。在穿过光纤17之后，处于1550nm波长的比特流数据1传播穿过1300nm的激光器部分4和1300nm的监测器-光探测器部分5，这两部分对于1550nm的信号比特流基本上是透明的，然后该比特流直接由右终端中的1550nm的接收器-光探测器部分6检测，并进行低通滤波以抑制另一通道引起的串扰。在右终端，信息数据2调制在由方框“电子调制”10表示的电载波上。所得的信号驱动1300nm的激光器部分4。激光器的输出通过对在1300nm监测器-光探测器部分5中检测到的信号进行解调的方法进行监测，这由方框“电子解调”11表示，并在带通滤波器(BPF)12中进行滤波，以抑制另一通道引起的串扰。在穿过光纤17之后，通过相应的带通滤波8和信号解调9可以获得比特流数据2，这是由左终端中的1300nm接收器-光探测器部分3检测到的。适当的常规技术可以用于进行电子调制和解调，其细节未示出。应当强调的是这里没有描述与所需同步或判决电路有关的细节。
上述电路装置设置在光子回路中两端中，其中两端中的每一端的光子回路都是单片集成的，或者其中两端中的每一端的光子回路都是混合集成的。
在本发明中，激光源、监测器光探测器和接收器光探测器是纵向集成的。激光源和监测器光探测器纵向集成在一个光支路中，而所述接收器光探测器集成在另一个光支路中。两个支路由一个波长选择结构分离。每一端地光子回路都是利用波导和导波器件实现的。
由于上行和下行信号在电子域中是分开的，因此可以显著地降低串扰，而不需要更好的、可能更加复杂的集成解决方案。在这两个终端中，两个双向通道实际上在空间域、光波长域以及电频率域是分离的，这按照降低串扰的观点是有吸引力的。由比特率为100Mb/s，或更加准确的155Mb/s，SDH的STM-1的比特率足以满足用户的使用，所需的电载波也不必非常高。在这种情况下为显著地降低串扰，1GHz量级的电载波就足够了。引入1GHz的电载波频率将影响系统成本，这是一个应当详细研究的问题。注意系统也是可以以更高速度工作的，例如Gb/s范围，因为可以实现具有几十GHz量级带宽的光探测器。因此，本结构利用相对简单的光器件提供了全双工光通讯连接，降低了两个双向通道之间的串扰，并具有相对较高的传输潜能。

Claims (16)

1.一种用于在两端之间的双向光通信连接中减低串扰的方法，包括以下步骤：
利用两种不同的光波长以及两种不同的电子载波频率通过所述通信连接在两个方向上同时传输数据，
其中，在所述两端的每一端集成有一个激光部分，它包括一个激光源、一个包含监测器光探测器的监测器光探测器部分、和一个包含接收器光探测器的接收器光探测器部分，用以利用第一光波长和第一电子载波频率通过所述通信连接在第一方向上传输、监视、和接收数据，并且利用第二光波长和第二电子载波频率通过所述通信连接在第二方向上传输、监视、和接收数据，其中，其中一个光波长通过其中一端的监测器光探测器部分传播并且然后由另一端的所述接收器光探测器接收并滤波以抑制串扰，并且其中所述另一端的监测器光探测器对于所传播的光波长实质上是透明的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述两个方向的其中一个方向上的传输利用具有零频率电载波的基带进行传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用直接调制的不同的光信号传输所述数据。
4.一种用于在两端之间的通信连接中的同时和双向光传输中减低串扰的装置，包括：
第一装置，用于利用第一光波长和第一电子载波频率通过所述连接在第一方向上光学地传输数据；和
第二装置，用于利用第二光波长和第二电子载波频率通过所述连接在第二方向上光学地传输数据，
其中，所述第一装置包括处于所述两端的其中一端的一个激光部分和一个监测器光探测器部分、和处于所述两端的其中另一端的接收器光探测器部分，所述第二装置包括处于所述其中另一端的一个激光部分和一个监测器光探测器部分、和处于所述其中一端的接收器光探测器部分，各一端具有一个激光部分，它包括一个激光源、一个包含监测器光探测器的监测器光探测器部分、和一个包含接收器光探测器的接收器光探测器部分，其中，其中一个光波长通过其中一端的监测器光探测器部分传播并且然后由另一端的所述接收器光探测器接收并滤波以抑制串扰，并且其中所述另一端的监测器光探测器对于所传播的光波长实质上是透明的。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置设置在两端中，它们每一个都是混合集成的。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置设置在光子回路中两端中，其中所述两端中的每一端的光子回路都是单片集成的。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置设置在光子回路中两端中，其中所述两端中的每一端的光子回路都是混合集成的。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置设置在两端中，它们每一个都是单片集成的。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述两个方向的其中一个方向上的传输利用具有零频率电载波的基带进行传输。
10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激光源、监测器光探测器和接收器光探测器是纵向集成的。
11.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激光源和所述监测器光探测器纵向集成在一个光支路中，而所述接收器光探测器集成在另一个光支路中。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述两个支路由一个波长选择结构分离。
13.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述两端的每一端都是利用InGaAsP/InP材料系实现的。
14.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述两端的每一端地光子回路都是利用波导和导波器件实现的。
15.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，用于在两个方向上传输的光波长分别在1.3μm和1.5μm。
16.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用于在第一方向上光学地传输数据的装置和所述用于在第二方向上光学地传输数据的装置都直接调制各自的光信号。
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