CN102722039B - 光调制器 - Google Patents

Abstract

提出一种光调制器，包括第一支路和第二支路，这两个支路可连接到输入，特别是光源；其中第一支路包括幅度调制器和移相器，其中幅度调制器可由基本上为正弦的第一信号操作；其中第二支路包括可由相对第一信号进行基本90度相移的第二信号操作的幅度调制器；包括具有两个输入和两个输出的组合单元，该组合单元将第一支路和第二支路的光场进行组合；其中每个输出被布置成提供光载波。同时，提供了一种包括至少一个这样的光调制器的组合光调制器。此外，提出了一种用于基于输入信号提供光载波的方法。

Description

光调制器

技术领域

本发明涉及光调制器和包括这样的若干光调制器的组合光调制器以及具有至少一个光调制器的通信系统。此外，提出一种用于基于输入信号提供光载波的方法。

背景技术

无源光网络（PON）是关于光纤到户（FTTH）、光纤到楼（FTTB）和光纤到路边（FTTC）方案的一种有前途的途径，特别是因为它克服了传统的点到点解决方案的经济制约。

多种PON类型已经得到标准化，并且目前正在世界范围内被网络服务提供商部署。常规的PON以广播方式从光线路终端（OLT）到光网络单元（ONU）分发下游业务，同时ONU向OLT发送时间复用的上游数据分组。因此，ONU之间的通信需要通过涉及电处理（例如缓冲和/或调度）的OLT来传递，这导致等待时间并使网络吞吐量劣化。

在光纤通信中，波分复用（WDM）是一种通过使用不同波长（颜色）的激光器来承载不同信号而在单根光纤上复用多个光载波信号的技术。这除了允许在一股光纤上进行双向通信之外，还使得容量上倍增。

WDM系统被分成不同的波长模式：常规WDM或粗WDM和密集WDM。WDM系统在大约1550nm的石英光纤的第三传输窗口（C-频带）提供例如高达16个信道。密集WDM使用同样的传输窗口，但具有更密集的信道间隔。信道规划不同，但是典型的系统可以使用100GHz间隔的40个信道或50GHz间隔的80个信道。一些技术能够达到25GHz间隔。放大选择能够使可用波长延伸至L-频带，或多或少地使这些数字加倍。

光接入网络，例如相干超密集波分复用（UDWDM）网络，被认为是用于未来数据接入的一种有前途的途径。

如下一代光接入（NGOA）系统的应用利用谱密集间隔波长的数据传输作为，允许例如100Gbit/s的高数据速率。

在这些光方案中，需要许多光波长以便单独地被调制。这样的光波长可具有若干吉赫兹的谱距离，并且可被用于超密集波长格栅光接入系统（类似NGOA，其中可向每个用户分配他自己的波长）或用于例如100Gbit/s的高数据速率的传输（其中，许多波长打包成束并在小的谱范围上传送）。

通过若干离散的激光提供这些单独的波长导致需要显著数量的精确度的巨量激光源，从而涉及高成本。作为替代方案，在光载波上调制大量的单个边带也导致显著成本，由于需要处理所要求的高频所涉及的电子器件。

要解决的问题是克服上述的缺陷，特别是提出一种用于提供例如若干GHz谱距离的大量光波长的有效解决方案。

该问题根据独立权利要求的特征来解决。其它的实施例由从属权利要求产生。

发明内容

为了克服这个问题，提供光调制器：

－包括第一支路和第二支路，这两个支路可连接到输入，特别是光源；

－其中第一支路包括幅度调制器和移相器，其中幅度调制器可由基本上为正弦的第一信号操作；

－其中第二支路包括可由相对第一信号进行基本90度相移的第二信号操作的幅度调制器；

－包括具有两个输入和两个输出的组合单元，该组合单元将第一支路和第二支路的光场进行组合；

－其中每个输出被布置成提供光载波。

在光调制器支路由基本正弦信号进行电调制的情况下，光调制器以对光源频率的预定频率偏移提供光载波。这些光载波可以利用（电）数据信号进一步调制，且所调制的数据信号可经由光纤传送。另外，可以特别地通过级联或组合的光调制器的装置来处理光载波，例如分离成另外的光载波。

幅度调制器调制与控制信号（即，第一信号）成比例的光信号的电磁场，并且移相器在光信号的过零点提供180度的相位切换。

组合单元的输出包含与该组合单元的另一输出相同的调制数据，但是在光源提供的载波信号的相反谱侧上（关于载波信号具有不同偏移）。

第一支路和第二支路的幅度调制器优选地工作在相同频率上，从而提供从光源的输入信号偏移该频率的载波信号。有利地，该途径允许基于输入信号的载波生成两个载波。可以基于幅度调制器的频率灵活地调整所述载波。

注意到，基本正弦信号可包括调制指数总计小于10％以及调制频率总计小于10MHz的幅度调制。基本正弦信号还可包括调制频率总计小于10MHz的频率调制。

在一个实施例中，光调制器包括两波束干涉仪。

在另一实施例中，光调制器的第一支路和第二支路每个都包括马赫－曾德尔（Mach-Zehnder）调制器。

马赫－曾德尔调制器（MZM）允许控制光调制器的第一支路与第二支路相位相反。

在又一实施例中，第一支路的相位或第二支路的相位被调整成至少部分地补偿光源频率的不足抑制。

因此，光调制器可以调整成使得载波原则上完全被消除。由于载波消除的程度可受限于干涉臂的不良对称性、调制器支路中相位偏差的轻微失调，特别地，可以提供具有更好消光比的支路。

在下一实施例中，组合单元的每个输出用电数据信号调制成光输出信号，其被组合并且经由光纤传递。

因此，组合单元的输出提供可以用基带上的电数据信号进行调制的光载波。注意到，这样的电数据信号本身可以包括用至少两个载波调制的数据信号。

还有一个实施例为，组合单元的每个输出经由分离器传递到调制器，并且进一步传递到偏振转换器，并且偏振的输出信号被组合并且经由光纤传递。

因此，该途径允许特别通过利用λ/4偏振转换器进行偏振复用。

按照另一实施例，光调制器包括提供输入信号的第三输出。

因此，输入的信号可以特别在光调制器的级联结构中使用以便进一步处理。

按照一个实施例，光调制器在光部件中特别在光线路终端中提供本地振荡器信号。

按照另一实施例，光调制器的每个输出连接到所述光部件的接收器。

因此，由光调制器提供的载波信号可以被用作所述光部件处的本地振荡器信号，特别用于解调经由光纤接收的数据信号。

特别地，若干并联的和/或级联的光调制器可以用在这样的光部件中以基于例如单个光源提供适当频率上的所需数量的光载波。

上述问题还通过组合的光调制器来解决，该组合的光调制器包括这里描述的若干光调制器，其中该若干光调制器通过公共光源来馈给。

这种光源可以提供经由分离器传递给若干光调制器的光载波。光调制器并联设置并提供若干载波，该载波可用于利用经由单个光纤传递的数据信号来调制。

上述问题还通过组合的光调制器来解决，该组合的光调制器包括这里描述的若干光调制器，其中第一光调制器的第一输出连接到第二光调制器的输入，且第一光调制器的第二输出连接到第三光调制器的输入。

因此，光调制器可以彼此顺序地（级联地）设置，从而提供关于光源频率的不同偏移上的若干载波。

注意到，若干光调制器可以工作在不同的频率，以便获得彼此适当间隔的光载波的栅格。

特别的一种选择是将这里描述的光调制器的并联和串联布置进行组合，以便获得组合的光调制器。

因此，这里描述的光调制器可以彼此并联地和/或顺序地设置。单个光源可以馈给到若干光调制器，并且每个光调制器的输出可以馈给到另一光调制器的至少一个输入等等。这允许生成具有期望间隔的光载波的栅格，其中每个光载波可用于利用数据信号进行调制，并且调制的信号可以被馈给到组合器并跨越光纤传递。

上述问题还通过包括这里描述的至少一个光调制器或这里另外描述的至少一个组合光调制器的通信系统来解决。

上述问题还通过用于基于输入信号提供若干光载波的方法来解决：

－其中，输入信号由分离器馈给到第一支路和第二支路；

－其中输入信号通过第一支路进行调制和相移，其中输入信号通过基本为正弦的第一信号进行幅度调制；

－其中输入信号通过第二支路中的第二信号进行幅度调制，其中第二信号相对第一信号基本90度的相移；

－其中，第一支路和第二支路的光场通过组合单元进行组合，该组合单元提供两个输出；

－其中每个输出提供光载波。

组合单元的输出包含与该组合单元的另一输出相同的调制数据，但是在由输入信号提供的载波信号的相反谱侧上（关于输入的载波具有不同偏移）。

注意到，关于以上设备所描述的特征以类似方式适用于所述方法。特别地一个选择是提供若干光载波，其用作在光部件中（例如在OLT中）针对解调目的的本地振荡器。

另一实施例是，组合单元的每个输出利用电信号进行调制，并且特别地，该调制的信号经由组合器馈给到光纤上。

附图说明

本发明实施例在下图中示出和说明：

图1示出了光调制器，其提供相对于输入给光调制器的光源频率的光载波；

图2示出了包括示例性光多信道产生器的示意性框图；

图3示出了其中对图2的结构进行扩展以提供偏振复用（PolMux）的示意图；

图4示出了提供六个载波的光多信道产生器的可替换块结构；

图5示出了提供14个载波的光多信道产生器的另一示意性块结构；

图6示出了提供8个载波的具有并联结构的光多信道产生器的另一示意性块结构；

图7示出了包括四个用在OLT中的信道收发器的示意图，其中收发器包括如图2所示的光多信道产生器；

图8示出了如图1的更为一般化的结构。替代所提到的MZM，不同的调制器方案可以如两个调制器支路所指示的那样应用。

具体实施方式

特别地提出使用单个边带调制器（SSBM）的两个输出，其中若干这样的调制器可以串联或并联连接，使得基于来自单个光源（即，单个载波）的输入，可以产生彼此相隔例如仅若干吉赫兹的若干载波（频率）。这些频率（或波长）可以被单独地调制，并且从而用于NGOA系统或UDWDM网络。

SSBM可以特别通过马赫曾德尔调制器（MZM）实现为两波束干涉仪，例如迈克尔逊（Michelson）干涉仪。

图1示出了包括耦合器104（也称为分离器）的调制器结构，其中向该耦合器104馈给输入信号（光）101。该耦合器104还连接到耦合器105和耦合器106，从而传递输入信号101。

耦合器105经由相位调整110和相位调制器111向耦合器107传递输入光，并且还直接经由相位调制器112向所述耦合器107传递输入光。

相应地，耦合器106经由相位调整113和相位调制器114向耦合器108传递输入光，并且还直接经由相位调制器115向所述耦合器108传递输入光。

耦合器107的输出经由端子119向监测二极管117馈给，以及经由相位调整116向耦合器109馈给。耦合器108的输出经由端子120向监测二极管118以及耦合器109馈给。

耦合器109提供两个输出信号102和103。具有其输入和输出端口101、102、103、119和120的调制器单元也描绘为块121，其将同样地用在下面的图中。

输出信号103包含与输出信号102相同的调制数据，但是在载波信号101的相反谱侧。

调制器121以频率ω例如5GHz驱动。输出信号102的光从载波频率偏移＋5GHz，而输出信号103的光从载波频率偏移－5GHz。

由于驱动信号是单个频率，因此驱动电路和电极结构可以适合于各自的频率（例如通过使用谐振电路），从而减轻对电子器件的要求。

调制器121可以被调整成使得载波原则上完全被消除。实际上，在没有附加的措施情况下，如果调制器被用作幅度调制器，则载波消除的程度受限于有限消光比中可见的干涉仪臂的对称性。应对由调制器的弱对称性导致的弱载波抑制的计数器测量可以是具有更好消光比的调制器臂中相位偏差的轻微失调。

载波被引导到包含监测二极管117，118的输出，其可被用于对偏差相位的适当调整。在某些情况下，该载波还可用于另外的处理目的。

为了避免由谐波引起的强烈失真，在SSB生成效率和低的谐波之间最好的折衷看起来是导致大约30％的效率的大约90°到110°的调制深度。

图8示出了如图1的更为一般化的结构。替代所提到的MZM，不同调制器方案可以如块801和802所示地应用。

第一支路801提供具有第一信号的幅度调度，所述第一信号基本上是正弦的。另外，第一支路提供相移，即在光信号的过零点处的180度相移。第二支路802提供具有第二信号的幅度调制，其中第二信号相比第一信号基本为90度相移。例如，第一信号可以是具有预定义频率的正弦，而第二信号可以是具有相同频率的余弦。由于相位调整116，馈给到耦合器109的信号具有（基本）90度的光相位差。

注意到，下文中调制器121可以如图1或图8中所示和说明的那样实现。

图2示出了包括示例性光多信道产生器的示意块图。

单模式激光器201经由分离器202向调制器203和调制器204馈给光信号。每个调制器203和204对应于如图1所示的调制器121。调制器203工作在5GHz的频率，而调制器204工作在2GHz的频率。

调制器203的输出信号提供具有5GHz偏移的频率，其经由光放大器205馈给到调制器209，在这里它利用数据信号D1进行调制。调制器209的输出被传递给组合器213。相应地，调制器203的另一输出信号提供具有－5GHz偏移的频率，其经由光放大器206馈给到调制器210，在这里它利用数据信号D2进行调制。调制器210的输出被传递给组合器213。

另外，调制器204的输出信号提供具有2GHz偏移的频率，其经由光放大器207馈给到调制器211，在这里它利用数据信号D3进行调制。调制器211的输出被传递给组合器213。相应地，调制器203的另一输出信号提供具有－2GHz偏移的频率，其经由光放大器208馈给到调制器212，在这里它利用数据信号D4进行调制。调制器212的输出被传递给组合器213。

组合器213的输出被馈给到光放大器214。

因此，调制器203产生与载波（即单模式激光器201的频率）具有偏移5GHz和－5GHz的两个波长。调制器204产生与载波具有偏移2GHz和－2GHz的两个波长。来自调制器203和204的四个输出中的每个输出随后在数据基带处利用数据信号D1至D4单独地调制，并且该四个调制信号被组合以用于传输目的。

光放大器205至208和214可以被包括在所述结构中；它们的量度（dimensioning）可以具体地依赖于光功率预算。

图3示出了其中对图2的结构进行扩展以提供偏振复用（PolMux）的示意图。

光信号301被馈给到分离器302并进一步馈给到调制器303和调制器304。调制器303和304中的每个对应于如图1所示的调制器121。

调制器303的输出信号经由分离器305、306被馈给到调制器309至312，在这里它们利用数据信号D_k（k=1…4）进行调制。调制器309、311的每个输出经由λ/4偏振转换器318、319传递给组合器317，而调制器310、312的每个输出直接传递给组合器317。

相应地，调制器304的输出信号经由分离器307、308被馈给到调制器313至316，在这里它们利用数据信号D_k（k=5…8）进行调制。调制器313、315的每个输出经由λ/4偏振转换器320、321传递给组合器317，而调制器314、316中的每个输出直接传递给组合器317。

图4示出了提供六个载波的光多信道产生器的可替换块结构。

光信号401被馈给到调制器402并进一步馈给到调制器403以及调制器404。调制器402至404中的每个对应于如图1所示的调制器121。调制器402工作在5GHz的频率上，而调制器403、404中每个都工作在3GHz的频率上。

调制器403和404的输出提供如在右手侧示出的载波频率，即等于相对于由光信号401提供的载波频率的频率f₀而言的5GHz,8GHz,2GHz,-2GHz,-8GHz以及－5GHz。

调制器403和404的每个输出信号利用数据信号（图4中未示出）通过调制器404至409来调制。

对于要提供的更大数量的载波频率，可以组合所述并联的和级联的方案。另外，如果需要，可以组合偏振复用。

图5示出了提供14个载波的光多信道产生器的另一示意块结构。

光信号501被馈给到调制器502，接着馈给到调制器503以及调制器504并进一步馈给到调制器505至508。调制器502至508的每个对应于如图1所示的调制器121。调制器502工作在11GHz的频率上，调制器503、504的每个都工作在6GHz的频率上，而调制器505至508的每个都工作在3GHz的频率上。

调制器的输出提供等于相对于由光信号501提供的载波频率的频率f₀而言的11GHz、17GHz、20GHz、14GHz、8GHz、2GHz、5GHz以及－11GHz、－17GHz、－20GHz、－14GHz、－8GHz、－2GHz、－5GHz载波频率。

调制器的输出信号利用数据信号（图5未示出）通过调制器509至522来调制。

图6示出了提供8个载波具有并联结构的光多信道产生器的另一示意性块结构。

光信号601被馈给到1：4分离器602以及进一步馈给到具有11GHz工作频率的调制器603、7GHz工作频率的调制器604、5GHz工作频率的调制器605、以及2GHz工作频率的调制器606。调制器603至606中的每一个对应于如图1所示的调制器121。

调制器603至606的输出信号利用数据信号（图6中未示出）通过调制器607至614来调制。

注意到，出于易读性原因，经数据信号调制的波长的组合未在图4至图6中示出。然而，作为最后阶段（按照图2和图3），可以提供将所有波长传递到单个光纤上的组合器。

还注意到，作为选择，光放大器可以被提供用于功率再生目的。这种光放大器可以被提供为SOA（半导体光放大器），其允许所有结构集成在InP中。

还有一个选择是，被调制到所产生的波长上的调制信号本身包括若干n个子载波，从而将整个发射器产生的波长数量乘以n。

这可以通过施加图2或图3中描述的电信号D_k使用MZM（或基于迈克尔逊干涉仪，一般是基于双路干涉仪的IQ调制器）来实现，其中电信号D_k具有两个或多个基带信号以及附加的电载波。优选地，总相位调制指数可以不超过导致高谐波产生的值，在没有电预失真的简单设计情况下，总调制指数可以低于110°。

用于相比按照图2的载波激光源产生具有频偏的八个波长的数字示例如下：利用等于0.5GHz的频率来驱动调制器203以及利用等于6.5GHz的频率来驱动调制器204在调制器203、204的输出传递了±0.5GHz和±6.5GHz的频偏。使用等于1.5GHz和4.5GHz的数据调制部分处的载波，光载波的输出可以达到±2GHz，±5GHz，±8GHz和±11GHz。

图7示出了包括将用在OLT中的四个信道收发器的示意图。收发器包括如图2所示的光多信道产生器。

除图2外，光放大器的输出被馈给到循环器701，该循环器701还连接到光纤712。此外，循环器702经由光放大器702连接到1：4分离器703，从而向接收器704至707传递入射信号。

接收器704至707中的每个都接收由光多信道产生器提供的光本地振荡器信号708至711。因此，光多信道产生器被用于调制输出数据信号D1至D4以及用于解调传递给接收器704至707的输入信号。

该途径通过使用多波长光本地振荡器，还减少了相干接收器处的电需求，其中多波长光本地振荡器具有多个光输出，每个光输出承载一个波长。单个本地振荡器波长704至707被用于选择和解调一个光信道或者光信道的子集。

另外的优点：

所提供的方案可应用于例如100G系统。四个波长、偏振复用以及DQPSK的组合得到4×2×6.25Gsymbols/s，其对应于100Gb/s。在该设置中，数据处理速度、电子电路、模数转换器以及数模转换器的相应带宽可以应付6.25Gb/s的处理速度，这是针对100G解决方案的显著降低。

因此，该方案需要用于电子电路（特别是在数字处理情况下关于模数转换器以及数模转换器）的较少带宽。

所提出的构思是高度可扩展的，以灵活地提供适当数量的波长。

通过优化考虑到电带宽需求所需的光部件的数量（即，芯片尺寸），整个系统的成本可以降低。

缩略词列表：

DQPSK差分QPSK

HF高频

MZM马赫曾德尔调制器

NGOA下一代光接入

OLT光线路终端

PolMux偏振复用

PSK相移键控

QPSK正交PSK

SSB单边带

SSBMSSB调制器

ONU光网络单元

PON无源光网络

FTTH光纤到户

FTTB光纤到楼

FTTC光纤到路边

WDM波分复用

UDWDM超密集WDM

Claims (15)

1.一种光调制器，

－包括第一支路和第二支路，这两个支路可连接到包括光载波的输入，特别是光源；

－其中第一支路包括幅度调制器和移相器，其中幅度调制器由基本上为正弦的第一电信号操作；

－其中第二支路包括由相对第一电信号进行基本90度相移的第二电信号操作的幅度调制器；

－包括具有两个输入和两个输出的组合单元，该组合单元将第一支路和第二支路的光场进行组合；

－其中所述组合单元的每个输出被布置成提供单个光载波，其中由所述两个输出的第一输出提供的光载波的频率与由所述两个输出的第二输出提供的光载波的频率不同。

2.按照权利要求1所述的光调制器，其中光调制器包括两波束干涉仪。

3.按照前述权利要求中任一项所述的光调制器，其中光调制器的第一支路和第二支路每个都包括马赫－曾德尔调制器。

4.按照权利要求1或2所述的光调制器，其中第一支路的相位或第二支路的相位被调整成至少部分地补偿光源频率的不足抑制。

5.按照权利要求1或2所述的光调制器，其中组合单元的每个输出用电数据信号调制成光输出信号，该光输出信号被组合并且经由光纤传递。

6.按照权利要求1或2所述的光调制器，其中组合单元的每个输出经由分离器传递到调制器，并且进一步传递到偏振转换器，并且偏振的输出信号被组合并且经由光纤传递。

7.按照权利要求1或2所述的光调制器，其中光调制器包括提供输入信号的第三输出。

8.按照权利要求1或2所述的光调制器，其中光调制器在光部件中特别在光线路终端中提供本地振荡器信号。

9.按照权利要求8所述的光调制器，其中光调制器的每个输出连接到所述光部件的接收器。

10.一种组合光调制器，包括按照权利要求1－9中之一所述的若干光调制器，其中所述若干光调制器经由公共光源来馈给。

11.一种组合光调制器，包括按照权利要求1－9中任一项所述的若干光调制器，其中第一光调制器的第一输出连接到第二光调制器的输入，且第一光调制器的第二输出连接到第三光调制器的输入。

12.一种组合光调制器，包括按照权利要求10所述的至少一个组合光调制器以及按照权利要求11所述的至少一个组合光调制器。

13.一种通信系统，包括按照权利要求1－9中任一项所述的至少一个光调制器或者按照权利要求10－12中任一项所述的至少一个组合光调制器。

14.一种用于基于包括光载波的输入信号提供若干光载波的方法，

－其中，输入信号由分离器馈给到第一支路和第二支路；

－其中输入信号通过第一支路进行调制和相移，其中输入信号通过基本为正弦的第一电信号进行幅度调制；

－其中输入信号通过第二支路中的第二电信号进行幅度调制，其中第二电信号相对第一电信号基本90度相移；

－其中，第一支路和第二支路的光场通过组合单元进行组合，该组合单元提供两个输出；

－其中所述组合单元的每个输出提供单个光载波，其中由所述两个输出的第一输出提供的光载波的频率与由所述两个输出的第二输出提供的光载波的频率不同。

15.按照权利要求14所述的方法，其中组合单元的每个输出利用电信号进行调制，并且所产生的调制的信号经由组合器被馈送到光纤中。