CN103493407B - 用于产生相干和频率锁定光副载波的方法和装置 - Google Patents

用于产生相干和频率锁定光副载波的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于产生副载波的方法和装置。产生用于携带正交频分复用（OFDM）信号的具有副载波间隔的相干光副载波。通过级联被不同射频源驱动的多个相位调制器来产生多个峰。

Description

用于产生相干和频率锁定光副载波的方法和装置
发明领域
本发明的领域通常涉及光通信架构，尤其是涉及用于产生副载波的光学方法和系统。
背景
为了满足未来的光网络的带宽增加，高于每信道100Gb/s的速率被要求。因此，1Tb/s和超过1Tb/s的传输速率正成为热点研究话题，如在下列文献中描述的：Y.Ma、Q.Yang、Y.Tang,S.Chen和W.Shieh的“1-Tb/sperchannelcoherentopticalOFDMtransmissionwithsubwavelengthbandwidthaccess”（在Proc.OFC，paperPDPC1（2009）中）；A.Sano、E.Yamada、H.Masuda、E.Yamazaki、T.Kobayashi和E.Yoshida的“No-Guard-IntervalCoherentOpticalOFDMfor100-Gb/sLong-HaulWDMTransmission”（J.Lightw.Technol.,vol.27,no.16,pp.3705-3713,2009）;R.Dishler和F.Buchali的“Transmissionof1.2Tb/scontinuouswavebandPDM-OFDM-FDMsignalwithspectralefficiencyof3.3bit/S/Hzover400kmofSSMF”（在Proc.OFC，paperPDPC2（2009）中）；S.Chandrasekhar等人的“Transmissionofa1.2Tb/s24-Carrierno-guard-intervalconherentOFDMsuperchannelover7200-kmofultra-large-areafiber”（在Proc.ECOC，paperPD2.6（2009）中）；J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.Ji、T.Wang和P.Magill的“400Gb/s(4x100Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMSignalTransmissionover1040kmSMF-28”（OpticsExpress,17,17928-17933（2009））；D.Hillerkuss等人的“SinglesourceopticalOFDMtransmitterandOpticalFFTreceiverdemonstratedatlinerates5.4and10.8Tb/s”（OFC2010，PDPC1）；以及J.Yu的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignaltransmissionover1040kmSMF-28”（Electron.Lett.,Vol.46,No.11,2010:775-777）。
目前，用于光信号生成的最高每信道比特率是5.4Tb/sOFDM极化复用正交相移键（PM-QPSK）和通过梳生成或超连续谱技术的具有16符号星座的10.8Tb/sOFDM极化复用正交振幅调制（PM-16QAM），梳生成或超连续谱技术在D.Hillerkuss等人的“SinglesourceopticalOFDMtransmitterFFTreceiverdemonstratedatlineratesof5.4and10.8Tb/s”（在Proc.OFC2010，PDPC1（2010））中被描述。然而，由于通过超连续光谱技术的OFDM光信号生成的有限的光信噪比（OSNR），传输距离是相当有限的。
级联相位调制器和强度调制器的使用可产生多个光副载波，如在下列文献中描述的：J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.Ji、T.Wang和P.Magill的“400Gb/s(4x100Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMSignalTransmissionover1040kmSMF-28”（OpticsExpress,17,17928-17933（2009））；J.Yu的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignaltransmissionover1040kmSMF-28”（Electron.Lett.,Vol.46,775-777（2010））；T.Healy等人的“Multi-wavelengthsourceusinglowdrive-voltageamplitudemodulatorsforopticalcommunications”（OpticsExpress.,15,2981-2986（2007））；T.Yamamoto等人的“Multicarrierlightsourcewithflattenedspectrumusingphasemodulatorsanddispersionmedium”（J.ofLightwave.Technol.,Vol.27,No.19,2009:4297-4305）;和T.Yamamoto等人的“multicarrierlightsourceswithflattenedspectrumusingphasemodulatorsanddispersionmedium”（J.ofLightwave.Technol.,Vol.27,No.19,2009:4297-4305）。
最近，通过使用该技术，400-Gb/s光信号的生成已被论证，如在J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.Ji、T.Wang和P.Magill的“400Gb/s(4x100Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMSignalTransmissionover1040kmSMF-28”（OpticsExpress,17,17928-17933（2009））中描述的，以及1.2Tb/s光信号的生成在J.Yu的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignaltransmissionover1040kmSMF-28”（Electron.Lett.,Vol.46,775-777（2010））被描述。
由于相位调制器上的射频（RF）信号的有限的振幅，只有12个副载波（具有25GHz间隔）被产生，覆盖具有平谱振幅的约300GHz带宽，如在J.Yu的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignaltransmissionover1040kmSMF-28”（Electron.Lett.,Vol.46,775-777（2010））中描述的。为了增加单信道OFDM信号的比特率，更多的副载波需要被产生。
用于使用再循环移频器（RFS）产生副载波的方案用于根据两个相位调制器的频率移动来产生112个副载波（或峰）。然而，因为由RFS产生的多个副载波的音噪比为仅仅约20至25dB，它不足以用于在长距离上的高速信号传输。
用于产生多个副载波的相位和强度调制器的级联可实现具有平振幅的高音噪比，因为所产生的副载波可用于长距离传输。然而，为了获得平振幅，在强度调制器中有大的损失（通常需要超过10dB的损失）。
发明概述
本发明目的在于通过级联由不同射频源驱动的至少两个相位调制器来以小的插入损失产生平振幅的方法和系统。
在这些方法和系统中，光波被具有半波电压的相位调制器调制，该相位调制器被具有比半波电压大至少几倍的振幅的第一固定频率射频时钟信号驱动。该光波然后由也具有比半波电压大至少几倍的振幅的另一固定射频时钟信号所驱动的级联相位调制器调制。第一固定频率可等于第二固定频率且与第二固定频率同步地被驱动。
在本发明的另一方面中，这些方法和系统包括通过由等于第一或第二固定频率信号的两倍的第三固定射频信号驱动的级联的第三相位调制器来调制光波。第三级联相位调制器不需要与其他相位调制器同步地被驱动。此外，级联调制器的顺序没有严格地被规定。
改进的另外的方面和优点将从优选实施方式的附图和描述中出现。
附图的简要说明
本发明的实施方式通过附图示出，其中：
图1为多副载波生成系统；
图2示出在（a）相位调制器1、（b）相位调制器2以及（c）光耦合器2之后的光波的光谱（具有0.02nm分辨率）。
图3示出（a）在被25GHz信号驱动的一个相位调制器之后、（b）在使用同步时钟（0度移位）单独地被25和12.5GHz驱动的级联相位调制器之后、（c）在使用不同步时钟（25度移位）单独地被25和12.5GHz驱动的级联相位调制器之后以及（d）在使用不同步时钟（50度移位）单独地被25和12.5GHz驱动的级联相位调制器之后的光谱。
优选实施方式的详细描述
图1示出通过级联被不同射频（RF）源驱动的相位调制器，产生多个副载波的原理。ECL为外腔激光器，PM1为第一相位调制器，以及EA为电子放大器。
与如在下列文献中描述的前面的方案相反：Y.Ma、Q.Yang、Y.Tang、S.Chen和W.Shieh的“1-Tb/sperchannelcoherentopticalOFDMtransmissionwithsubwavelengthbandwidthaccess”（在Proc.OFC，paperPDPC1（2009）中）；J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.Ji、T.Wang,和P.Magill的“400Gb/s(4x100Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMSignalTransmissionover1040kmSMF-28”（OpticsExpress,17,17928-17933（2009））；和J.Yu的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignaltransmissionover1040kmSMF-28”（Electron.Lett.,Vol.46,No.11,2010:775-777）,两个级联相位调制器被采用。从一个窄线宽激光器产生的连续波（CW）光波被不同RF时钟信号所驱动的两个级联相位调制器调制。相位调制器被具有固定频率f的RF时钟信号驱动。在高功率升压电子放大器之后的RF信号的振幅是第一相位调制器（PM1）的半波电压的几倍，以便产生具有高音噪比的多个副载波。
图2（a）示出在PM1之后的光谱。图2（a）中，RF时钟频率为25GHz，在升压电子放大器之后的RF峰-峰电压为17V，以及相位调制器的半波电压为4V。为了产生更多副载波，被频率f驱动的更多相位调制器可被级联。在图1中，第二相位调制器（PM2）被级联。
图2（b）示出在PM2之后的光谱。RF时钟频率也为25GHz，在升压电子放大器之后的RF峰-峰电压为17V，以及相位调制器的半波电压为4V。为了获得平振幅副载波，第三相位调制器（PM3）被级联。该相位调制器被具有固定频率2f的低电平RF信号驱动。例如，驱动第三相位调制器的RF信号可与相位调制器的半波电压相同。PM1、PM2和PM3可按任何顺序放置在级联内。
图2（c）示出在PM3之后的光谱。在PM1、PM2和PM3上的电信号的相位关系可被调节以实现副载波总平直度。PM1和PM2优选地被同步地驱动，而PM3不需要被完全同步地驱动。
图3（a）-（d）示出模拟结果。图3（a）示出当具有3.5Vpi（半波电压）的25GHz时钟源所驱动的仅仅一个相位调制器被采用时的光谱。
图3（b）示出当使用同步时钟由具有1Vpi的12.5GHz时钟源驱动的另一相位调制器被采用时的光谱。
图3（c）示出当使用不同步时钟（25度移位）由具有Vpi的12.5GHz时钟源驱动的相位调制器被采用时的光谱。
图3（d）示出当使用同步时钟（50度移位）由具有Vpi的12.5GHz时钟源驱动的相位调制器被采用时的光谱。相对于图3（a）-（c），图3（d）中的副载波有平的振幅。
在本发明的某些方面中，所提供的一个或多个元件可采取计算设备的形式。如本文所使用的“计算设备”指的是包括处理器的通用计算设备。处理器一般包括中央处理器单元（CPU），例如微处理器。CPU一般包括执行算术和逻辑操作的算术逻辑单元（ALU）和从计算机可读介质例如存储器提取指令（例如，代码）并且解码和执行它们的控制单元，当必要时访问ALU。
如本文所使用的“存储器”一般指的是能够存储数据的例如以芯片或驱动器的形式的一个或多个设备或介质。存储器可采取一个或多个随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）或电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）芯片的形式，仅作为另一非限制性的例子。存储器可采取一个或多个固态驱动器、基于光或磁的驱动器的形式，仅作为另一非限制性的例子。存储器可以在包括处理器的集成单元的内部或外部。存储器可以在计算设备的内部或外部。存储器可存储计算机程序，例如，由处理器可操作的指令的代码或序列。在本发明的某些方面中，所提供的一个或多个元件可采取使用一个或多个计算设备执行的代码的形式，例如以存储在存储器中的计算设备可执行程序或应用的形式。
虽然示出和描述了本发明的实施方式，对本领域技术人员将明显，更多修改是可能的，而不偏离本文的创造性构想。作为一个例子，本文所述的信号处理可在软件中或硬件中被实现。本发明因此不被限制，除了在下面的权利要求的精神中以外。

Claims (12)

1.一种产生光副载波信号的方法，包括：
由具有半波电压和被第一射频时钟信号驱动的第一相位调制器调制光波，所述第一射频时钟信号具有(i)第一固定频率和(ii)比所述半波电压大至少几倍的第一振幅；
由被第二射频时钟信号驱动的级联的第二相位调制器调制所述光波，所述第二射频时钟信号具有(i)第二固定频率和(ii)比所述半波电压大至少几倍的第二振幅；
还包括由级联的第三相位调制器调制所述光波；
其中所述级联的第三相位调制器被第三射频信号驱动，所述第三射频信号具有实质上等于所述第一固定频率或所述第二固定频率之一的两倍的固定频率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一固定频率实质上等于所述第二固定频率。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第三相位调制器在所述第一相位调制器和所述第二相位调制器中的一个或两个之前或之后被级联。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一相位调制器和所述第二相位调制器被同步地驱动。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第三相位调制器不与所述第一相位调制器或所述级联的第二相位调制器同步地被驱动。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一固定频率和所述第二固定频率每个为26GHz，所述第一振幅和所述第二振幅每个为17V，且所述半波电压为4V。
7.一种用于产生光副载波信号的系统，包括：
第一相位调制器，其具有半波电压并且被第一射频时钟信号驱动，所述第一射频时钟信号具有(i)第一固定频率和(ii)比所述半波电压大至少几倍的第一振幅；
级联的第二相位调制器，其被第二射频时钟信号驱动，所述第二射频时钟信号具有(i)第二固定频率和(ii)比所述半波电压大至少几倍的第二振幅；
还包括级联的第三相位调制器；
其中所述级联的第三相位调制器被配置为被第三射频信号驱动，所述第三射频信号具有实质上等于所述第一固定频率或所述第二固定频率之一的两倍的固定频率。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述第一固定频率实质上等于所述第二固定频率。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述第三相位调制器在所述第一相位调制器和所述第二相位调制器中的一个或两个之前或之后被级联。
10.如权利要求7所述的系统，其中所述第一相位调制器和所述级联的第二相位调制器被同步地驱动。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述第三级联相位调制器不与所述第一相位调制器或所述级联的第二相位调制器同步地被驱动。
12.如权利要求7所述的系统，其中所述第一固定频率和所述第二固定频率每个为26GHz，所述第一振幅和所述第二振幅每个为17V，且所述半波电压为4V。
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