CN101321021B - 直接调制的光差分相移键控调制器 - Google Patents
直接调制的光差分相移键控调制器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种直接调制的光差分相移键控调制器，时钟信号和数据信号同步输入高速电与非逻辑门，高速电与非逻辑门输出反非归零码电信号去调制分布反馈式激光器，分布反馈式激光器工作在高偏置位置，大的绝热啁啾导致频移，适当调整直流驱动偏置，驱动信号强度，滤波器的滤波特性，使窄带滤波器的输出光信号在功率最低的位置产生一个大啁啾，该啁啾正好产生π相移，从而产生光差分相移键控信号。本发明省去了传统差分相移键控信号产生需要经过的差分编码的过程，并且组成器件成本低，易于集成，可以很快实用化。
Description
技术领域
本发明涉及一种直接调制的光差分相移键控调制器，尤其涉及一种基于高速电与非逻辑门，分布反馈式激光器(Distribute feedback laser，DFB laser)和光窄带滤波器的直接调制的光差分相移键控调制器，用直接调制的方法产生了光差分相移键控信号，属于光通信技术领域。
背景技术
使光的强度或相位随着数据信号变化而变化的技术称为光调制技术。光调制格式分为强度调制，相位调制和频率调制。常见的强度调制码型有非归零码(Non-Return-to-Zero，NRZ)，归零码(Return-to-Zero，RZ)；常见的相位调制码型有二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)，差分相移键控(DifferentialPhase Shift Keying，DPSK)等。DPSK调制格式有较大的色散容限、高偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)容限和非线性容限，还可以使用平衡接收，相对于强度调制接收机灵敏度能提高大约3dB，非常适用于长途传输。
光调制是将电信号变换成光信号时不可缺少的关键技术。光调制通过调制器实现，基带信号通过调制器调制到光上，实现信号的发送。调制器有直接调制和外调制两种方式，前者是信号直接调制光源产生信号，后者是信号通过外调制器对输入的连续光进行调制。直接调制是利用输入的电信号直接驱动激光器产生已调制的输出光信号，实现方法简单方便，但由于容易产生啁啾。有啁啾的强度调制信号将降低信号的抗色散性能，从而限制了系统的传输距离。一种叫啁啾管理调制器(Chirp Management Laser，CML)的直接调制激光器大大改善了直接调制的信号质量，它利用绝热啁啾(adiabatic chirp)引起的调制频移和通带边沿斜率很高的多腔滤波器实现了高消光比，低啁啾的强度调制信号与直接调制相比，外调制技术产生的啁啾几乎为零，并且已经有可以产生多种码型的外调制器。
在现有的相位调制技术中，均使用的是外调制器，特别是铌酸锂LiNbO3晶体外调制器。这种晶体在某些方向有非常大的电光系数，利用电光效应改变晶体折射率，从而实现光信号相位的改变。已有的相位调制器根据掩埋波导的结构分为马赫-曾德尔(mach-zehnder，MZ)型调制器和单波导相位调制器。MZ调制器需要设置适当的偏置电压来实现调相，单波导相位调制器则只需要设置适当的驱动电压峰峰值。外调制器较直接调制器成本较高，而且无法与激光器集成。
发明内容
本发明的目的在于针对实际系统的需要，提出一种直接调制的差分相移键控光调制器，结构简单，基本模块都有成熟的器件支持，益于集成，并能随着相关技术的发展而进一步提升性能。
为实现这一目的，本发明以基于高速电与非逻辑门，分布反馈式激光器和光窄带滤波器为基础，利用电信号预处理，分布反馈式激光器直接调制中产生的绝热啁啾和工作在通带边沿的窄带滤波器来实现直接调制的差分相移键控光调制器。分布反馈式激光器的偏置电压在门限电压以上，调制电压约等于分布反馈式激光的门限电压。
本发明的方案具体描述如下：
直接调制的光差分相移键控调制器主要的构成包括：高速电与非逻辑门，分布反馈式激光器和光窄带滤波器。数据信号和时钟信号同步输入高速电与非逻辑门，高速电与非逻辑门的输出连接分布反馈式激光器的调制驱动端，高速电与非逻辑门输出反向非归零码(inverse-return-to-zero，inverse-RZ)电信号去调制分布反馈式激光器。分布反馈式激光器输出的光信号穿过一个棱镜输入到光窄带滤波器上，光窄带滤波器反射的尾光经棱镜反射到光电探测器，光电探测器与分布反馈式激光器的反馈控制端相连，用于稳定分布反馈式激光器输出信号的波长；光窄带滤波器的输出光信号经一个聚光镜耦合到光纤尾纤输出。调整分布反馈式激光器的直流驱动偏置，驱动信号强度，以及光窄带滤波器的滤波特性，使窄带滤波器输出的每个“1”比特的光信号在功率最低的位置产生π的相移。
数据信号和时钟信号经同步后输入高速电与非逻辑门，结果是产生反向非归零码信号，该信号的特点是在“1”比特有半个比特是低电平，半个比特是高电平，“0”比特则全是高电平，它保证了每个比特内都有高电平信号。该驱动信号幅度约等于分布反馈式激光器门限电压，连接到分布反馈式激光器的调制驱动端。分布反馈式激光器的直流偏置电流高于其门限电压约5倍，这样产生的调制信号具有低瞬态啁啾，高绝热啁啾，低消光比的特点。高的绝热啁啾同时导致高电平驱动产生的光信号和低电平驱动产生的光信号不仅强度有不同，频率也有不同，高电平驱动产生的光信号频率较高。分布反馈式激光器产生的光信号穿过棱镜输入到光窄带滤波器，棱镜从左往右是直通，从右往左是90度全反射。光窄带滤波器工作在通带边沿斜率较高的部分，高电平产生的光信号通过，低电平产生的光信号被反射，从而对光信号进行滤波整形。因为低电平驱动产生的光信号和高电平驱动产生的光信号在频率上的不同，该滤波整形增大了光信号的消光比，同时在光信号最小的位置产生一个大的啁啾，导致相邻信号相位变化。适当调整直流驱动偏置，驱动信号强度，滤波器的滤波特性，使这个在光信号最小位置产生的啁啾恰好产生π的相移。1比特输入时，输出光信号产生π相移，而0比特输入时相位不变，从而产生了DPSK信号。滤波器反射的尾光经棱镜反射到光电探测器上，用于反馈控制分布反馈式激光器输出信号的波长。光窄带滤波器后的DPSK光信号经聚光镜耦合到尾纤输出。
本发明具有多方面的优越性。本发明通过数据信号与时钟信号的与非逻辑运算产生的反向非归零码电信号去驱动分布反馈式激光器，利用该信号在每个比特间隔内都有光信号的特点，结合分布反馈式激光器在高偏置下产生的绝热啁啾和光窄带滤波器的边沿特性，实现了直接调制的DPSK信号。本发明省去了传统DPSK信号产生需要经过的差分编码的过程，并且组成器件成本低，工艺成熟，易于集成，可以很快实用化。
附图说明
图1为本发明直接调制的光差分相移键控调制器的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步描述。
图1给出了本发明直接调制的光差分相移键控调制器的结构示意图，其主要功能模块(器件)包括：高速电与非逻辑门，分布反馈式激光器，光窄带滤波器，棱镜，光电探测器，聚光镜，光纤尾纤；各模块(器件)均通过空间光路或电路连接。
如图1所示，数据信号和时钟信号同步输入高速电与非逻辑门，高速电与非逻辑门的输出连接分布反馈式激光器的调制驱动端，高速电与非逻辑门输出反非归零码电信号去调制分布反馈式激光器。分布反馈式激光器输出的光信号穿过一个棱镜输入到光窄带滤波器上，光窄带滤波器反射的尾光经棱镜反射到光电探测器。光电探测器与分布反馈式激光器的反馈控制端相连。光窄带滤波器的输出光信号输入到一个聚光镜上，聚光镜的输出输入到光纤尾纤。
数据信号和时钟信号经同步后输入高速电与非逻辑门，高速电与非逻辑门输出反向非归零码电信号，该信号的特点是在1比特有半个比特是低电平，半个比特是高电平，0比特则全是高电平，它保证了每个比特内都有高电平信号。该驱动信号的幅度约等于分布反馈式激光器门限电压，连接到分布反馈式激光器的调制驱动端。分布反馈式激光器的直流偏置工作与其门限电压约5倍的位置，这样产生的调制信号具有低瞬态啁啾，高绝热啁啾，低消光比的特点。高的绝热啁啾导致高电平驱动产生的光信号和低电平驱动产生的光信号不仅强度有不同，频率也有不同，高电平驱动产生的光信号频率较高。分布反馈式激光器产生的光信号输入棱镜，棱镜从左往右是直通，从右往左是90度全反射，光信号从左到右穿过棱镜输入到光窄带滤波器。光窄带滤波器工作在通带边沿，斜率较高的线性部分，高电平产生的光信号频率高，在通带部分，低电平产生的光信号频率较低，被滤除反射，从而对光信号得到了滤波整形。滤波整形增大了光信号的消光比，同时在光信号功率最低的位置产生一个大的啁啾，导致相邻光信号的相位变化。适当调整直流驱动偏置，驱动信号强度，滤波器的滤波特性，使这个在光信号最小位置产生的啁啾恰好产生π的相移。1比特输入时，输出光信号产生π相移，而0比特输入时相位不变，从而产生了DPSK信号。该DPSK信号的特点是，1比特相邻光信号产生π相移，但有半个比特无光。光窄带滤波器反射的尾光经棱镜反射到光电探测器上，用于反馈控制分布反馈式激光器的波长。光窄带滤波器输出的DPSK光信号经聚光镜耦合到尾纤输出。
Claims (1)
1.一种直接调制的光差分相移键控调制器，其特征在于：数据信号和时钟信号同步输入高速电与非逻辑门，高速电与非逻辑门的输出连接分布反馈式激光器的调制驱动端，高速电与非逻辑门输出反向非归零码电信号去调制分布反馈式激光器；分布反馈式激光器输出的光信号穿过一个棱镜输入到光窄带滤波器上，光窄带滤波器反射的尾光经棱镜反射到光电探测器，光电探测器与分布反馈式激光器的反馈控制端相连，用于稳定分布反馈式激光器输出信号的波长；光窄带滤波器的输出光信号经一个聚光镜耦合到光纤尾纤输出；调整分布反馈式激光器的直流驱动偏置，驱动信号强度，以及光窄带滤波器的滤波特性，使窄带滤波器输出的每个数据为1的比特的光信号在功率最低的位置产生π的相移。
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