CN100589347C - 全光学转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将强度调制的光信号转换为DPSK格式调制的光信号的全光学转换器(10)，包括：用于第一强度调制光信号(12)的第一输入端(152a)；适于在第一信号(12)及与第一信号(12)同步的第二光信号之间执行差分编码的差分编码模块(100)；适于根据差分编码模块(100)执行的差分编码调制光信号(16)的相位的调制装置(200)；在适于调制的装置(200)中传输调制为DPSK格式的光信号(14)的输出端(162c)。

Description

全光学转换器

技术领域

本发明涉及将强度调制的光信号转化为DPSK格式调制的光信号的全光学转换器。其发现了在光传输领域的应用。

背景技术

通过开/关键控或OOK的强度调制是众所周知的。在这种方法中，脉冲代表“1”，没有脉冲代表“0”。

差分相移调制(差分相移键控或DPSK)是众所周知的。在DPSK格式中，信息在两相邻脉冲之间的相位差中传输。

DPSK格式的传输是有优势的，因为灵敏度更高。此外，在光学模式中容易分析两信号之间的相位差。

在光传输领域，现有的转换器将振幅编码二进制电信号转化为DPSK格式编码的光信号。该转换器结合了电子元件与光学元件。

转换器的电子部分包括异或(XOR)电子逻辑门。以振幅调制代表信息的电信号传输到逻辑门的第一输入端。逻辑门的输出连接到逻辑门的第二输入端，第二输入端相对于第一输入端具有1位的延迟时间。

在特殊情况下，作为载波的光信号发送给光电调制器，例如Mach-Zender型调制器。该调制器由从逻辑门输出的电信号控制并实现调制，从而状态等于“1”的电信号与相位差为π的光信号相关联。

包含电子和光学元件的转换器在用于频率超过20G赫兹时其成本非常高，且没有可用于频率超过40G赫兹的转换器。

因此，问题是制造出将强度调制的光信号转换为DPSK格式调制的光信号的全光学转换器。

发明内容

本发明不受特定频率的限制并可应用于全光谱。

下文中，2到2或50∶50的耦合器将被称为3dB耦合器。

下文中，如果在输出端上传输的信号被完全吸收，没有上行或下行信号的干扰，则将认为元件的输出端没有连接。如果收到的信号振幅为零，则还将认为元件的输入端没有提供信号。

本发明的一个目标是提供没有现有技术的缺陷的转换器。

为了这一目的，提出了将强度调制的光信号转换为DPSK格式调制的光信号的全光学转换器。该全光学转换器的特征在于其包括：用于第一强度调制光信号的第一输入端；适于在第一信号及与第一信号同步的第二光信号之间执行差分编码的差分编码模块；适于根据由差分编码模块执行的差分编码调制光信号相位的装置；适于传输DPSK格式调制的光信号的调制装置的输出端。

有优势的是，差分编码模块使用异或功能和反馈回路执行差分编码。

有优势的是，为了实现异或功能，差分编码模块包括：第一光耦合器，其第一输入端被提供第一信号，第二输入端被提供第二信号且第二输出端不连接；第二光耦合器，其第一输入端由第一耦合器的第一输出端提供信号，第二输入端不提供信号；输入端由第二耦合器的第二输出端提供信号的吸收非线性装置；及第三光耦合器，其第一输入端由第二耦合器的第一输出端提供信号，第二输入端由吸收非线性装置的输出端提供信号，第二输出端不连接且第一输出端传输代表异或功能执行结果的信号。

有优势的是，差分编码模块包括第四光耦合器，其第一输入端由第三耦合器的第一输出端提供信号，第二输入端不提供信号，第一输出端提供信号给适于调制的装置且第二输出端提供信号给反馈回路。

有优势的是，第二同步光信号由反馈回路传输。

有优势的是，反馈回路包括光学相移装置和光学放大器。

有优势的是，反馈回路还包括适于将第二信号相对于第一信号延迟一位时间的整数倍的可调光学延时装置。

有优势的是，适于调制的装置包括第一输入端由差分编码模块提供编码信号、第二输入端被提供相对于编码信号相位相差

的信号、第二输出端不连接且第一输出端传输调制为DPSK格式的光信号的耦合器。

有优势的是，适于调制的装置包括：其第二输入端的上行数据流，适于将相差信号相对于编码信号延迟一位时间的整数倍的可调光学延时装置。

有优势的是，根据异或功能的结果调制为DPSK格式的光信号的相位可从0变化到π。

有优势的是，光耦合器是3dB光耦合器。

有优势的是，第一信号的振幅为E₀，第二信号的振幅为E₀且相位相对于第一信号相差

光学放大器的增益为12.04dB；吸收非线性装置的阈值略微超过α²·E₀，其中

在适于调制的装置的耦合器中，提供给其第二输入端的信号的振幅为

其相位相对于提供给适于调制的装置的第五耦合器的第一输入端的信号有

的相移。

附图说明

本发明的上述特征以及其他特征将通过阅读以下实施例的描述清晰显现，所给出的所述描述与唯一的附图有关，其代表了根据本发明的转换器。

唯一的附图描绘了执行将强度调制的光信号转换为DPSK格式调制的光信号的全光学转换器10。

具体实施方式

转换器10包括第一输入端152a，其上输入第一光信号12。光信号代表数据序列并根据OOK格式按强度调制。光信号已经从电信号和光电调制器产生，光电调制器将OOK调制电信号转换为OOK调制光信号。

转换器10包括第二输入端162e，其上输入随后将被调制为DPSK格式的光载波16(连续或不连续)。

转换器10包括第一输出162c，其上传输调制为DPSK格式的光信号14。

因此转换器10执行将强度调制的光信号转化为DPSK格式调制的光信号的全光学转换。

转换器10包括差分编码模块100和适于调制的装置200。

适于调制的装置200具有连接到差分编码模块100的输出端的第一输入端162a，其上接收由差分编码模块100编码的信号。适于调制的装置200具有第二输入端162e，其上输入载波16。适于调制的装置200还具有第一输出端162c。转换器10的第一输出端162c传输调制为DPSK格式的光信号14。适于调制的装置200根据差分编码模块100执行的差分编码调制光信号16的相位。

适于调制的装置200包括编号为第五耦合器202的耦合器、相移装置204和可调光学延时装置206。

第五耦合器202包括第一输入端162a和第二输入端162b。第五耦合器202还包括第一输出端162c和未连接的第二输出端162d。

相移装置204和可调光学延时装置206在第二输入端162e和第二输入端162b之间串联连接。

装配可调相移装置204是为了确保在出现在第一输入端162a上的信号和出现在第二输入162b上的信号之间有确定的相移。

可调光学延时装置206允许同步第五耦合器202的两输入端162a和162b的信号位。特别是，调整光学延时装置206以便具有整数倍的延迟位。如后所见，该延时装置206并不总是必需的。

差分编码模块100包括第一输入端152a和连接到适于调制的装置200的第一输入端162a并传输编码信号的第一输出端158c。

现在描述差分编码模块100的结构。

差分编码模块100包括四个光耦合器102、104、106与108，吸收非线性装置110和反馈回路30。

第一耦合器102包括被提供第一信号12的第一输入端152a，和被提供与第一信号12同步并由反馈回路30传输的第二光信号的第二输入端152b。第一耦合器102还包括第一输出端152c和未连接的第二输出端152d。

第二光耦合器104包括由第一耦合器102的第一输出端152c提供信号的第一输入端154a，和不提供信号的第二输入端。第二光耦合器104还包括第一输出端154c和第二输出端154d。

吸收非线性装置110可能吸收任何振幅小于或等于阈值的电磁场并发送任何振幅大于阈值的电磁场。吸收非线性装置110属于可饱和吸收类型或非线性光回路。吸收非线性装置110包括由第二耦合器104的第二输出端154d提供信号的输入端。

第三光耦合器106包括由第二耦合器104的第一输出端154c提供信号的第一输入端156a，和由吸收非线性装置110的输出端提供信号的第二输入端156b。第三光耦合器106还包括第一输出端156c和不连接的第二输出端156d。

第四光耦合器108包括由第三耦合器106的第一输出端156c提供信号的第一输入端158a，和不提供信号的第二输入端158b。第四光耦合器108还包括向适于调制的装置200提供信号的第一输出端158c和向反馈回路30提供信号的第二输出端158d。

反馈回路30包括光学相移装置112、光学放大器114和可调光学延时装置116，延时装置适于将出现在第一耦合器102的第二输入端152b上的第二信号相对于第一信号12延迟一位时间的整数倍。

差分编码模块100以全光学方式执行对数据序列的差分编码，数据序列来自出现在第一耦合器102的第一输入端152a上的第一光信号12和出现在第一耦合器102的第二输入端152b上同步于第一光信号的第二光信号。

通过结合第一耦合器102、第二耦合器104、第三耦合器106和吸收非线性装置110合，差分编码模块100在出现于输入端152a和152b上的信号格外实施异或功能。出现在第三耦合器106的第一输出端156c上的信号代表出现在输入端152a和152b上的光信号之间的异或逻辑功能的结果。

每一个元件102、104、106、108和202都是3dB光耦合器，来自耦合器的光信号还满足下列矩阵方程。

$\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\mathrm{\α}& \mathrm{\α}\·e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}\\ \mathrm{\α}\·e^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}}& \mathrm{\α}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中E₁和E₂是出现在耦合器的第一和第二输入端的电磁场，S₁和S₂是出现在耦合器的第一和第二输出端的电磁场，其中

出现在第一输入端152a上的原始信号12是振幅等于E₀或0的电磁场。

出现在第二输入端152b上的光信号是假设振幅等于E₀或0的电磁场，当其振幅等于E₀时，其相位相对于出现在第一输入端152a上的光信号的相移为

在此将吸收非线性装置110的阈值选择为略大于α²·E₀，从而发送任何振幅大于α²·E₀的电磁场。如下所见，选择的阈值允许传输振幅等于2α²·E₀的场并吸收振幅是0或等于α²·E₀的场。

现在研究差分编码模块100的运行。

第一耦合器102执行对输入端152a和152b的信号的耦合并传输光信号，因此光信号耦合在第一输出端152c上。出现在第一输出端152c上的光信号对应于方程(1)中的S₁。

根据出现在输入端152a和152b上的信号的振幅，下表总结了出现在第一输出端152c上的信号振幅和相位的可能值，也就是第一信号12和出现在第一耦合器102的第二输入端152b上的第二信号，其对应于方程(1)中的E₁和E₂。

在第一输出端152c上的信号相位是常数，并且如果输出信号非零，相位等于出现在第一输入端152a上的信号的相位。输出信号为零的情况下，信号相位没有任何意义。

出现在第一输出端152c上的信号输入第二耦合器104的第一输入端154a。出现在第二耦合器104的第一输入端154a上的信号再由方程(1)中的E₁表示。出现在第二耦合器104的输出端154c和154d上的信号发挥方程(1)中S₁和S₂的作用。根据出现在第一输入端154a上的信号振幅值，能够为第二耦合器104做出类似于表(2)的表格。如下：

从第二耦合器104的第二输出端154d输出的信号直接发送给吸收非线性装置110的输入端。根据指定的阈值，来自元件110输出端156b的信号的幅值等于0或2α²·E₀。这是因为阈值固定为略超过α²·E₀，所以只发送幅值等于2α²·E₀的信号。

对于第三耦合器106可以作出与表(3)类似的表，其在第一输入端156a的信号与第二耦合器104在第一输出端154c的信号相同，其在第二输入端156b的信号与吸收非线性装置110在输出端的信号相同。在第一输出端156c的信号由方程(1)中的S₁表示。

第三耦合器106的第一输出端156c随后传输代表异或功能结果的信号。出现在输入端152a和152b上的信号之间的异或功能通过三个耦合器102、104和106及吸收非线性装置110实现。此外，输出相位恒定从而没有必要检查。

为了实现反馈回路30和提供适于调制的装置200，出现在第三耦合器106的第一输出端156c上的信号必须同时发送给适于调制的装置200的第一输入端162a和反馈回路30。为了这一目的，第三耦合器106之后使用了第四耦合器108。其优点是该装置是简单的分离信号装置。第四耦合器108的功能是分离信号以提供给适于调制的装置200和反馈回路30。

出现在第三耦合器106的第一输出端156c上的信号被发送给第四耦合器108的第一输入端158a。对于第四耦合器108可以作出与表(4)类似的表。信号S₁和S₂代表出现在输出端158c和158d上的信号。

当第一输出端158c的场不为0时：E＝α⁴·E₀(6)，其提供给适于调制的装置200并被记录。

当第二输出端158d的场不为0时：

其提供给反馈回路30并被记录。

输出端158d上的场再被用于产生出现在差分编码模块100的第二输入端152b上的场。

在第一耦合器102中，已经假设出现在第二输入端152b上的场的振幅为E₀，相对于出现在第一输入端152a上的场相移为

为了从出现在第四耦合器108的第二输出端158d上的信号获得该结果，在适当的位置放置光学相移装置112。相移装置112引起π角度的相移，其具有恢复相位为

的效果。理论上讲从第四耦合器108的第二输出端158d发出的信号的相移是

但是不同元件会引起寄生相移，因此提供可调的相移装置112以有效地恢复相位为

是有优势的。

具有12.04dB增益的光学放大器114将放大器114的输出场的振幅恢复为E₀或0。

这样得到了振幅为E₀、相位相对于出现在第一输入端152a上的场偏移

的场。

可调光学延时装置116装备在合适的位置以相互同步两输入端152a和152b的信号位。特别是，光学延时装置116可以调整从而具有一位时间的整数倍的延迟。

差分编码模块100确实执行了两输入端152a和152b的信号之间的差分编码，第二输出158d反馈信号给第二输入端152b以完成反馈回路。

适于调制的装置200由其第二输入端162e提供光信号16，其电磁场振幅为恒定相位为π。

相移装置204装备在合适的位置以提供相对于第一输入端162a的信号

的相移。如同相移装置112，新的相移装置是可调的以确保两信号之间

的相位差。

重要的是出现在第五耦合器202的第二输入端162b上的信号相对于出现在适于调制的装置200的第一输入端162a上的编码信号有

的相位偏移。

可以作出类似于表(5)的表。信号E₁和E₂对应于输入端162a和162b的信号，信号S₁对应于输出端162c的信号。

输出场因此具有恒定的振幅，且信号因此不按强度调制。

另一方面，其相位变化并根据差分编码模块100的输入端152a和152b之间的异或逻辑功能结果具有π角度的相移。信息编码在相位差之中，因此由第一输出端162c传输的信号是调制为DPSK格式的信号14。

可调光学延时装置206允许同步第五耦合器202的两输入端162a和162b的信号位。具体地，调整光学延时装置206从而具有一位时间的整数倍的延迟。

当在输出端162c发出的信号是NRZ-DPSK(非归零DPSK)格式时，光学延时装置206不是必需的，因为载波16是连续的波。

当在输出端162c发出的信号是RZ-DPSK(归零DPSK)格式时，光学延时装置206是必需的，因为载波16是调制的波，且信号之间的同步是必需的。

当然，本发明不限于所叙述和描绘的例子与实施方式，本领域的普通技术人员能够作出多种变化。

例如，实例是在不产生损耗的完美元件下给出元件数值，这些数值必须调整以可将信号振幅的实际值调节到理论值。

Claims (9)

1、用于将强度调制的光信号转换为DPSK格式调制的光信号的全光学转换器(10)，包括：

一设计为在第一光信号(12)及与第一光信号(12)同步的第二光信号之间执行差分编码的差分编码模块(100)；

-设计为根据差分编码模块(100)执行的差分编码调制光信号(16)的相位的调制装置(200)，其中调制装置(200)的输出端(162c)传输DPSK格式调制的光信号(14)；

其中所述差分编码模块(100)包括：

-具有第一输入端(152a)、第二输入端(152b)、第一输出端(152c)、第二输出端(152d)的第一光耦合器(102)，其中

-第一输入端(152a)被提供强度调制的第一光信号(12)，

-第二输入端(152b)被提供第二光信号，

-第二输出端(152d)未被连接；

-具有第一输入端(154a)、第二输入端(154b)、第一输出端(154c)、第二输出端(154d)的第二光耦合器(104)，其中

-第一输入端(154a)由第一耦合器(102)的第一输出端(152c)提供信号，

-第二输入端(154b)不提供信号；

-其输入端由第二耦合器(104)的第二输出端(154d)提供信号的吸收非线性装置(110)；

-具有第一输入端(156a)、第二输入端(156b)、第一输出端(156c)、第二输出端(156d)的第三光耦合器(106)，其中

-第一输入端(156a)由第二耦合器(104)的第一输出端(154c)提供信号，

-第二输入端(156b)由吸收非线性装置(110)的输出端提供信号，

-第一输出端(156c)传输代表异或功能执行结果的信号，

-第二输出端(156d)未被连接；

-具有第一输入端(158a)、第二输入端(158b)、第一输出端(158c)、第二输出端(158d)的第四光耦合器(108)，其中

-第一输入端(158a)由第三耦合器(106)的第一输出端(156c)提供信号，

-第二输入端(158b)不提供信号，

-第一输出端(158c)提供信号给所述调制装置(200)，

-由第四光耦合器(108)的第二输出端(158d)提供信号的反馈回路(30)，所述反馈回路(30)提供用于在第一光耦合器(102)的第二输入端(152b)上执行差分编码的第二光信号；

借助于第一光耦合器(102)、第二光耦合器(104)、第三光耦合器(106)和吸收非线性装置(110)，所述差分编码模块(100)在第一光耦合器(102)的第一输入端(152a)与第二输入端(152b)上出现的光信号之间执行异或功能从而进行差分编码。

2、根据权利要求1所述的全光学转换器(10)，其特征在于第二同步光信号由反馈回路(30)传输。

3、根据权利要求2所述的全光学转换器(10)，其特征在于反馈回路(30)包括光学相移装置(112)和光学放大器(114)。

4、根据权利要求3所述的全光学转换器(10)，其特征在于反馈回路(30)还包括适于将第二光信号相对于第一光信号(12)延迟一位时间的整数倍的可调光学延时装置(116)。

5、根据权利要求1所述的全光学转换器(10)，其特征在于所述调制装置(200)包括具有第一输入端(162a)、第二输入端(162b)、第一输出端(162c)、第二输出端(162d)的耦合器(202)，其中：

-第一输入端(162a)由差分编码模块(100)提供编码信号；

-第二输入端(162b)被提供相对于编码信号相位相差

的信号；

-第二输出端(162d)不连接；

-第一输出端(162c)传输调制为DPSK格式的光信号(14)。

6、根据权利要求1所述的全光学转换器(10)，其特征在于调制装置(200)包括其第二输入端(162b)的上行数据流、适于将相差信号相对于编码信号延迟一位时间的整数倍的可调光学延时装置(206)。

7、根据权利要求1所述的全光学转换器(10)，其特征在于根据异或功能的结果调制为DPSK格式的光信号(14)的相位可从0变到π。

8、根据权利要求1所述的全光学转换器(10)，其特征在于光耦合器(102、104、106、108、202)是3dB光耦合器。

9、根据权利要求8所述的全光学转换器(10)，其特征在于第一光信号(12)的振幅为E₀，第二光信号的振幅为E₀且其相位相对于第一光信号(12)相差光学放大器(114)的增益为12.04dB；吸收非线性装置(110)的阈值超过α²·E₀，其中 $\mathrm{\α}=\frac{\sqrt{2}}{2};$ 在调制装置(200)的耦合器(202)中，提供给其第二输入端(162b)的信号的振幅为

且相对于提供给其第一输入端(162a)的信号有

的相移。

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