CN101057425B - 通过注入使用fp-ld互注入的宽带光源而实现的波长锁定的fp-ld中的光学调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过注入使用FP-LD互注入的宽带光源(BLS)实现的波长锁定的Fabry Perot激光二极管(FP-LD)的光学调制方法和光学调制系统。更具体地说，本发明涉及一种新颖的调制技术，实现了一种波长锁定的FP-LD，其能够被用作基于波分复用无源光学网络(WDM-PON)的光学网络中的经济的光源。根据本发明，提出了一种光学调制系统，包括：通过两个FP-LD之间互注入而构建的BLS和用于光学传输的光纤；第一AWG用于将来自BLS的多个振荡模式的光滤光为n个分组；n个FP-LD，输出由所述第一AWG划分的波长锁定光；在用户的发射端提供的编码器，所述第一AWG的输出向其传输；循环器，输出由所述第一AWG输入的光；第二AWG，将来自所述第一AWG的WDM信号多路分离成n个分组；以及在接收端提供的解码器，所述第二AWG的输出向其传输。因此，本发明通过注入低成本BLS而实现波长锁定的FP-LD可以向WDM-PON用户提供更加经济的光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学调制方法和光学传输系统，其通过注入使用法布里-珀罗激光二极管(FP-LD)的互注入的宽带光源(BLS)而实现波长锁定的FP-LD。更具体的说，本发明涉及一种新颖的调制技术，实现了一种波长锁定的FP-LD，所述波长锁定的FP-LD能够作为基于波分复用无源光学网络(WDM-PON)的光学网络中的经济的光源。
背景技术
在现有的光学网络中需要功能扩展以提供各种多媒体服务，例如渐增的数据流量、高清电视(HDTV)、电子商务、以及视频点播(VOD)等等。基于此目的，对基于PON技术的光纤的研究获得广泛关注。当前PON技术中的波分复用(WDM)技术被认为是最终的替代物。在WDM技术中，必须为每个用户分配一个波长以提供虚拟的点对点连接性。因此，在WDM-PON技术中为用户实现低成本光源非常重要。
近来波长锁定的FP-LD得到推荐并且被认为是WDM-PON的经济光源(见2002年2月28日注册的发明人Chang-Hee，Lee和Hyun-Deok，Kim的名称为“A low-cost WDM source with an incoherent light injected Fabry-Perotsemiconductor laser diode”的韩国专利No.325687)。此处，波长锁定的FP-LD是通过将滤波后的非相干光源或者BLS注入至以多模式振荡的FP-LD并且将FP-LD的振荡波长锁定为注入的BLS的波长以使得FP-LD以单模式振荡而获得的一种光源。
此处，待注入的用于锁定波长的BLS可以为发光二极管(LED)、发射放 大自发发射(ASE)的掺铒光纤放大器(EDFA)、超亮发光二极管(SLD)等等。(见T.W.Oh，et al.，“Broadband Light Source for Wavelength-Division Multiple Access Passive Optical”OECC，2003)。然而，LED、EDFA和SLD等最大的缺点是尺寸大或者成本高。与之不同的是，使用FP-LD互注入的BLS非常紧凑并且可以以低成本实现，因此在实现经济的WDM-PON时更加优选(见K.M.Choi，et al.，“Broadband Light Source by MutuallyInjected FP-LDs”OECC，2004)。
发明内容
本发明的一个目标是通过提出一种新颖的FP-LD调制方法和光学传输系统而解决现有技术问题，所述FP-LD调制方法和光学传输系统通过注入使用FP-LD互注入的BLS能够提高波长锁定FP-LD的传输质量。
为了实现上述目标，本发明提供了一种光学网络，包括：通过两个FP-LD之间互注入而构建的BLS和用于光学传输的光纤；第一AWG(阵列波导)，用于将来自BLS的多个振荡模式的光滤光到n个分组中；n个FP-LD，通过所述第一AWG输出波长锁定光(wavelength locked light)；在用户的发射端提供的编码器，其中所述发射端包括FP-LD；循环器，输出通过所述第一AWG和光纤输入的光；第二AWG，将来自所述第一AWG的WDM信号多路分离成n个分组；以及在接收端提供的解码器，其中所述接收端包括接收来自所述第二AWG的输出的接收器(RX)。
实施效果
根据本发明，当将基于特定波长被滤波的BLS注入至用作用户激光器的FP-LD 3时，波长锁定的FP-LD的特性可以随图1所示的FP-LD 3的温度改变而改变。
如图10所示，可以实现无误差传输，尽管在测量BER以分析在如图6所示实验结构图中获得的波长锁定FP-LD 3的最佳和最差性能情况下传输的信号时发生大约2.5dB的功率损失。
也就是说，通过具有一定区域中的电频谱(electrical spectrum)的调制格式来调制信号而实现的任何波长锁定的FP-LD适合于作为用户的光源而不管环境温度如何改变，所述调制格式能够避免注入的使用FP-LD互注入的BLS的噪声。
附图说明
图1显示了根据本发明一个实施例的注入使用FP-LD互注入的BLS的波长锁定FP-LD的结构图；
图2显示了使用FP-LD互注入的BLS的光谱；
图3显示了使用FP-LD互注入的BLS和波长锁定FP-LD的噪声特性；
图4显示了通过如图1所示结构实现的波长锁定FP-LD的误码率(BER)特性；
图5显示了调制格式的电频谱；
图6显示了根据本发明一个实施例的通过注入使用FP-LD互注入的BLS的波长锁定FP-LD的调制方法的结构图；
图7显示了基于图6的WDM-PON的结构图；
图8显示了滤波后BLS的频谱，以及在实验中使用的Manchester数据，以及作为调制格式的NRZ；
图9显示了随着BPF中低频截止的变化，波长锁定FP-LD的接收敏感度；
图10显示了在传输NRZ和Manchester数据时的最佳和最差BER；
图11显示了在传输NRZ和Manchester数据时依赖于所注入BLS的功率的最佳BER；以及
图12显示了基于图6的双向WDM-PON的结构图。
具体实施方式
下面参考附图更加详细描述根据本发明的优选实施例的结构和功能。
在本发明中，具有如图1中虚线所示结构的BLS被注入以实现波长锁定FP-LD。所注入的BLS是使用两个FP-LD(FP-LD1，FP-LD2)之间的互注入原理实现的光源，在所述FP-LD的前端面具有防反射(AR)涂覆。互注入之前单个FP-LD的线宽在互注入之后被加宽至大约0.2nm。并且，图1所示的BLS具有如下特性，即FP-LD的一个模式中的模分配噪声被降低。使用FP-LD互注入的BLS的光谱如图2所示，并且噪声特性如图3所示。图2和图3证实了线宽被加宽并且噪声被降低。
使用如图1所示的结构被用于通过注入BLS而实现波长锁定的FP-LD，所述BLS是通过FP-LD 1、2的互注入而实现的。BLS的输出功率被滤波为所需波长并且滤波后的输出功率被注入至用户方的以多模式振荡的FP-LD3。为了容纳更多用户，FP-LD可以连接到AWG 1的输出端口。此处，使用一个光纤放大器(EDFA)以补偿BLS的功率，同时使用极化控制器(PC)以随着用户方的FP-LD 3的极化而调节BLS的极化。对此，当环境温度改变时，FP-LD3的激光波长被改变从而波长锁定的FP-LD的性能依赖于温度。因此，本发明的一个目标是实现一种独立于温度改变的用户光源，这是作为波分复用(WDM)光源的一个重要因素。
图4显示了在通过注入FP-LD 1、2互注入的BLS的一个模式而实现的波长锁定FP-LD 3在通过使用100Mb/s的NRZ数据被调制的情况下，依赖于温度在最佳和最差情况下测量的比特误差率(BER)特性。图4显示了如果实施的光源的传输特性在最差情况下下降时，不能获得无误差传输，这与最佳情况不同。这是由于如图3所示的在FP-LD 1、2互注入的BLS的一个模 式的相对强度噪声(RIN)频谱中低频区域存在的噪声成分而导致的。因此，本发明提出一种使用FP-LD 1、2互注入的BLS的波长锁定FP-LD作为用户方的独立于温度改变的光源的方法。基于此目的，传输的光的性能可以通过以下方法而得到改善，该方法将被滤波和被注入的BLS的一个模式的低频区域中存在的噪声影响最小化。
如图3所示，通过FP-LD 1、2互注入实现的BLS中被滤波的一个模式在低频区域中具有高噪声成分。因此，通过注入具有如上所述噪声特性的BLS实现的波长锁定光源也具有相同的噪声成分，如图3所示。如果波长锁定光源的性能最佳，则噪声特性显示出与注入BLS的噪声特性相同的形式，并且注入的BLS的噪声被降低。相反地，如果波长锁定光源的性能最差，图3显示了并没有出现噪声抑制效果而且噪声相反的增加了。对本发明应用如下原理，即在执行信号调制以提高通过注入FP-LD 1、2互注入实现的BLS而实现的波长锁定FP-LD的传输性能时，即使在低频区域中不包含噪声成分，噪声特性仍被提高。
如果以图5所示调制方法中在低频部分中不具有电频谱成分的方式而调制传输信号，则传输的信号可以具有BLS的低频噪声成分和调制后的信号频谱(signal spectrum)。接收器方接收具有BLS的低频噪声成分和调制后信号频谱的传输信号，并且仅通过调制后的信号频谱成分，从而去除BLS的低频噪声成分。在此情况下，如果通过了调制后信号频谱成分的大部分，则可以接收传输信号而没有任何失真。通过使用上述方法去除低频成分中的噪声，可以改善由于低频噪声成分导致的传输质量降低。
本发明基于图5所示各种调制格式中的Manchester格式的50Mb/s调制产生的结果而描述了该结构及其工作原理。本发明的结构显示于图6中，其中显示了波长锁定FP-LD光源的实验结构图。
在图6中，本发明中使用的BLS为利用FP-LD 1、2之间的互注入原理 的BLS，其中FP-LD 1、2中每个在其前端面具有AR涂覆。BLS的光能量在通过PC(极化控制器)之后通过EDFA放大，并且然后通过光纤(20Km)进行传输并且进入第一AWG，第一AWG对传输的光进行滤波并且将其划分为n个分组，其中n是第一AWG的输出端口个数或者WDM信号的通道个数。一个划分的BLS输出被注入FP-LD 3，FP-LD 3输出波长锁定的光源。
在本发明中，FP-LD的温度由加热器和TEC控制，并且用户方的FP-LD 3在使用Manchester编码调制数据之后传输数据。实验中使用的调制格式为Manchester格式，该格式从NRZ信号进行编码，并且在图8中显示了各个测量的电频谱。
优选的，可以应用到本发明的调制格式为双极(bi-polar)、归零(归零交替记号转换)(RZ(RZ-AMI))、差分曼彻斯特(差分Manchester)、双极性8零替换(B8ZS)、三阶高密度双极性码(HDB3)以及伪三进制(pseudoternary)等等。如果数据通过在如图8所示的低频区域中不具有电气成分(electrical component)的Manchester编码等格式调制，则注入的BLS的低频噪声成分不会影响传输的数据。
上述的调制后数据通过第一AWG和循环器(其置于光纤和EDFA之间)并且在通过中央处理室中设置的第二AWG之后被传输至接收端。传输的数据在光电二极管(Rx 1)经历光电转换并且在数据的低频区域中存在的噪声通过带通滤波器(BPF)被滤除。滤波后的数据通过解码器从Manchester格式解码为原始NRZ数据。
在本发明中，接收到的信号的性能根据BPF中的低频截止而受到影响，图9显示了获得10-9BER的灵敏度。最优低频截止通过图9确定，并且在确定的最优低频截止被应用到中央处理室中的接收端的BPF时获得的BER特性如图10所示被改善。也就是说，可以理解，即使在波长锁定的FP-LD的50Mb/sManchester的BER特性最差的情况下，也可以进行无误差传输。而且，-21dBm 或者更多的BLS功率需要在最佳情况中被注入以获得无误差传输。通过图11可见，这意味着所需的注入功率与当使用与如图7所示接收器相同带宽但是没有BPF的接收器并且传输100Mb/s NRZ数据时所需的注入功率相比低3dB。
当将上述原理应用到用户方的多个FP-LD时可以实现WDM-PON系统。在此情况下，BLS必须具有通过使用两个PC和一个极化分光器(PBS)而获得的非极化输出。参考图7中的结构图，通过光纤(20Km)进行传输的极化多路复用BLS通过对BLS的各种振荡模式进行滤波的第一AWG被划分为n个分组，其中n是第一AWG的输出端口个数或者WDM信号的通道个数，并且然后被注入n个FP-LD，每个FP-LD输出波长锁定的光。
在用户方的n个FP-LD将数据调制为Manchester编码格式。上述调制后的数据通过第一AWG、传输光纤、循环器(输出通过第一AWG和光纤输入的光)并且在通过中央处理室中的将WDM信号多路分离成n个分组的第二AWG之后被传输至接收端。通过该方法，可以获得无误差的信号传输而不受环境温度改变的影响。此处，用户的各个激光器仅仅只是FP-LD，从而所有用户可以使用相同类型的激光器而不管注入波长如何。也就是说，可以独立于波长实现用户设备。
如上所述，本发明描述了用户传输数据至中央处理室的上行流情况。然而，本发明提出的方法可以应用到中央处理室传输数据至用户的下行流情况。在此情况下，BLS和FP-LD均位于中央处理室中。应用到中央处理室和用户之间的双向通信的实验结构图如图12所示。在图12中，BLS存在于中央处理室一方，并且发射器和接收器被构建为一个组合单元，其中输入和输出信号通过WDM滤波器被划分而传输。
根据本发明优选实施例的通过注入使用FP-LD互注入的BLS而实现的例如波长锁定的FP-LD等光源可以应用到光学通信的通用光源，其中在低频区域中存在1/f噪声。也就是说，通过注入发光二极管(LED)、放大自发发射 (ASE)二极管以及超亮发光二极管，1/f噪声仍然存在于波长锁定FP-LD的低频区域中，因此可以通过应用本发明中提出的调制方法降低1/f噪声带来的影响从而提高调制信号的性能。
工业适用性
根据本发明，当基于特性波长被滤波的BLS被注入用户的激光器时，波长锁定的激光器的特性可以随着激光器的温度改变而变化。
根据本发明，可以进行无误差传输，尽管在测量BER以分析在波长锁定FP-LD 3的最佳和最差性能情况下传输的信号时发生大约2.5dB的功率损耗。也就是说，通过将信号调制为具有一定区域中的电频谱的调制格式而实现的任何波长锁定的FP-LD适合于作为用户的光源而不管环境温度如何改变，所述调制格式能够避免使用FP-LD互注入的注入BLS的噪声。
Claims (6)
1.一种使用在低频区域中具有噪声的光源的光学通信系统中的光调制方法，包括：在发射器方将来自低频区域中具有噪声的所述光源的数据调制为在低频区域中不具有电频谱的调制格式以传输被调制的数据；以及在接收方从被调制的数据中去除低频噪声而不影响传输数据，从而改善所述光学通信系统的性能，其中所述在低频区域中具有噪声的光源为通过从外部注入宽带光源而实现的波长锁定法布里-珀罗激光二极管，从外部注入的宽带光源为使用法布里-珀罗激光二极管互注入的宽带光源。
2.根据权利要求1所述的光调制方法，其中所述从外部注入的宽带光源是从包含发光二极管、放大自发发射二极管以及超亮发光二极管的组中选择的一者。
3.根据权利要求1所述的光调制方法，其中所述使用法布里-珀罗激光二极管互注入的宽带光源所使用的各个所述波长锁定的法布里-珀罗激光二极管具有防反射涂覆。
4.根据权利要求1所述的光调制方法，其中所述使用法布里-珀罗激光二极管互注入的宽带光源通过使用增益带宽很宽的宽带法布里-珀罗激光二极管而改善带宽。
5.根据权利要求1所述的光调制方法，其中所述光调制方法在发射器方调制信号时利用在低频区域中不具有电气成分的调制格式，例如双极，归零(归零交替记号转换)，曼彻斯特，差分曼彻斯特，双极性8零替换，三阶高密度双极性码以及伪三进制等等。
6.根据权利要求1所述的光调制方法，其中所述光调制方法通过使用带通滤波器在接收方去除噪声而不影响传输信号。
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