CN104509004B - 偏振复用光发射机和操作控制方法 - Google Patents

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Abstract

偏振复用光发射机包括：分频装置(21)，用于对具有波特率频率的时钟信号执行分频；相位调制装置(8)，用于根据经过分频的时钟信号，对光信号执行相位调制；分支装置(2)，用于将相位调制光分成两个光信号；延迟装置(10)，用于使一个分支光信号相对于另一个分支光信号延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的光信号；以及偏振复用装置(5)，用于合成所生成的具有正交偏振的光信号来生成偏振复用信号。因此，能实现能进一步提高信号质量的偏振复用光发射机。

Description

偏振复用光发射机和操作控制方法
技术领域
本发明涉及偏振复用光发射机和操作控制方法，更具体地说，涉及合成具有相同波长和相互正交的偏振状态的两个光信号，并且发射合成信号的偏振复用光发射机。
背景技术
在光纤传输系统中，当应用使用具有正交偏振的偏振光来发射信号的偏振复用方案时，变得可以加倍每一光纤的传输能力。近年来，数字信号处理技术应用于光收发器的接收机，由此使得能够有效分离偏振复用信号。因此，现在广泛地使用偏振复用方案。
然而，已知偏振复用信号受来自正交偏振信号的非线性效应(偏振波间相互相位调制：偏振波间XPM)影响。此外，具有相同波长的偏振复用信号不仅在光纤中以相同速度传播，而且当波长分散发生时，也导致类似的波形变化。因此，偏振信号间XPM的不利影响可能被累积，由此，根据传输距离，信号质量显著地劣化。因此，为了长距离传输偏振复用信号，同时保持良好的传输质量，补偿或减轻在传输期间导致的波形畸变的技术很重要。
PTL1公开了在采用偏振复用方案的光信号传输系统的发射机中，通过将不对称线性调频(chirp)添加到两个光信号(偏振波分量)来对两个光信号执行相位调制，合成具有相互正交的偏振条件的那些信号，并且生成偏振复用信号。
根据在PTL1中公开的技术，当在传输线路光纤中，使偏振复用信号发生波长分散时，具有不对称线性调频的一个偏振波分量具有分散(展开)的时间波形，而其他偏振波分量具有压缩(脉冲压缩)的时间波形。因此，当偏振复用信号在光纤中传播时，在任意时隙，在相互正交的偏振波间，示出不同波形变化(分散或压缩)。这是具有偏振波之间的低相关性的波形变化，由此，能减轻偏振波间XPM的不良影响。
[引用列表]
[专利文献]
PTL：国际未审专利公开No.2010/026894
发明内容
[技术问题]
如上所述，在PTL1中公开的技术能减轻偏振波前间XPM的不良影响，由此提高信号质量。然而，对偏振复用方案，不仅补偿或减轻偏振波间XPM的不良影响，而且补偿或减轻源自作为光纤中的不对称光效应的自相位调制(SPM)与波长分散的综合效应的波形畸变也很重要。
本发明的目的是解决上述技术问题，并且提供偏振复用光发射机和能进一步提高信号质量的操作控制方法。
根据本发明的方面的偏振复用光发射机包括：分频装置，其对具有波特率频率的时钟信号执行分频；相位调制装置，其根据已经经过分频的时钟信号，对光信号执行相位调制；分支装置，其将相位调制光分成两个光信号；延迟装置，其使一个分支光信号相对于另一个分支光信号延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的光信号；以及偏振复用装置，其合成所生成的具有正交偏振的光信号来生成偏振复用信号。
根据本发明的另一方面的偏振复用光发射机包括：分频装置，其对具有波特率频率的时钟信号执行分频；相位调制和延迟装置，其根据已经经过分频的时钟信号，对具有相同波长的两个光信号执行相位调制，并且使一个光信号相对于另一个光信号延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的光信号；以及偏振复用装置，其合成所生成的具有正交偏振的光信号来生成偏振复用信号。
根据本发明的其他方面的操作控制方法用于偏振复用光发射机，并且该方法包括：分频步骤，用于对具有波特率频率的时钟信号执行分频；相位调制步骤，用于根据已经经过分频的时钟信号，对光信号执行相位调制；分支步骤，用于将相位调制光分成两个光信号；延迟步骤，用于使一个分支光信号相对于另一个分支光信号延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的光信号；以及偏振复用步骤，用于合成所生成的具有正交偏振的光信号来生成偏振复用信号。
根据本发明的又一方面的操作控制方法用于偏振复用光发射机，并且该方法包括：分频步骤，用于对具有波特率频率的时钟信号执行分频；相位调制和延迟步骤，用于根据已经经过分频的时钟信号，对具有相同波长的两个光信号执行相位调制，并且使一个光信号相对于另一个光信号延迟来生成相对于彼此具有反转的相位的光信号；以及偏振复用步骤，用于合成所生成的具有正交偏振的光信号来生成偏振复用信号。
[有益效果]
根据本发明，能实现提高信号质量的有益效果。
附图说明
图1是示例根据本发明的第一示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图2是用于说明根据图1的结构，在偏振复用光信号的生成过程中的调制状态的转变的图；
图3是用于说明根据图1的结构，在偏振复用光信号的生成过程中的调制状态的转变的图；
图4是用于说明根据图1的结构，在偏振复用光信号的生成过程中的调制状态的转变的图；
图5是示例通过图1的偏振复用光发射机的光输出的例子的图；
图6是示例根据本发明的第二示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图7是用于说明根据图6的结构，在偏振复用光信号的生成过程中的调制状态的转变的图；
图8是用于说明根据图6的结构，在偏振复用光信号的生成过程中的调制状态的转变的图；
图9是示例通过图6的偏振复用光发射机的光输出的例子的图；
图10是示例根据本发明的第三示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图11是示例根据本发明的第四示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图12是示例根据本发明的第五示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图13是示例根据本发明的第六示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图14是示例根据本发明的第七示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；
图15是示例根据本发明的第八示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图；以及
图16是示例根据本发明的第九示例性实施例得到偏振复用光发射机的结构的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图，描述本发明的示例性实施例。图1是示例根据本发明的第一示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图。在图1中，根据本发明的第一示例性实施例的偏振复用光发射机包括：作为信号源的激光二极管(LD)1；分频电路21，其将时钟信号9的频率分成一半；相位调制器8，其根据由分频电路21划分的时钟信号，执行相位调制；光耦合器2，其分支光信号；延迟回路10，其延迟由光耦合器2分支的一束光；PSK(相移键控)调制器3,4，其对由光耦合器2分支的各束光执行数据调制；以及偏振合束器5，其复用具有相互正交的偏振状态的PSK调制光。
通过由分频电路21划分的时钟信号驱动的光学相位调制器8，对由LD1输出的光执行相位调制。在这种情况下，时钟信号9的频率与数据调制的速率(波特率)相同，并且该时钟信号9由分频电路21分成一半频率，并且输出到光学相位调制器8。接着，由光耦合器2将相位调制光分支成两束光，并且PSK调制器3根据数据信号6，对两束光中的一束执行数据调制。通过延迟回路10，使另一束光延迟对应于波特率的周期(时钟信号9的周期)的时间，以及根据数据信号7，通过PSK调制器4，对该信号执行数据调制。
在这种情况下，通过延迟回路10提供延迟的原因在于使作为从光耦合器2的输出的两束相位调制光的相位反转，并且根据该结构，以时钟信号9的一半频率执行相位调制。因此，将由延迟回路9的延迟量设定成波特率的周期(时钟信号9的周期)。通过偏振合束器5，通过相互正交的偏振状态，偏振复用通过PSK调制器3和4的输出光，由此生成偏振复用光调制信号。
将参考图2至4，说明根据本示例性实施例的偏振复用光调制信号的生成过程中的调制状态的转变。在该示例性情况下，光强度随时间总是恒定的，由此，将集中在光的相位状态的情况下进行说明。正好在由LD 1输出后，光的相位是恒定的(状态A)。通过分成一半的时钟信号9和相位调制器8，该光变为与被分成一半的时钟信号9同步的相位状态，如状态B。紧接在由光耦合器2分支后的两束光(X偏振和Y偏振)处于相同的相位状态，如状态C。
然后，通过仅使Y偏振光延迟波特率周期的延迟回路10，如状态D，该光变为具有相对于X偏振侧的光反转的相位的相位调制光。接着，当PSK调制器3,4对各自的相位调制光执行数据调制时，获得如状态E的PSK光调制信号。
X和Y偏振光信号分别变为基于数据信号6,7，经过不同数据调制的PSK调制信号，如图4的状态E和并且如图5所示，当在相同时隙，使光的相变曲线相互比较时，在X和Y偏振之间，相位曲线反转。注意图5是示例通过图1的偏振复用光发射机的光输出的例子的图。
如上所述，根据本发明的第一示例性实施例，通过不同极性的信号，调制X和Y偏振光信号(在本例子中，术语极性是指相位调制波形(相位曲线)是向上凸还是向下凹)。即，在X偏振和Y偏振之间，极性反转。此外，根据本发明的第一示例性实施例，如图5所示，进一步反转同一偏振波中的相邻位之间的相位的极性(对每一位来说，凹和凸交替出现)。
取决于相位调制波形(相位曲线)是向上凸还是向下凹，当该偏振复用信号在传输线中经过波长分散时的波形改变(分散或压缩)不同。换句话说，当偏振复用信号经过波长分散时，对其应用具有一个极性的相位调制的信号(比特)具有分散(展开)的时间波形，而对其应用具有另一极性的相位调制的信号(比特)具有压缩(脉冲压缩)的时间波形。
因此，当偏振复用信号在光纤中传播时，在任意时隙，在X/Y偏振之间导致不同波形改变(分散或压缩)。这是在偏振波之间具有低相关性的波形改变。因此，能减轻偏振波间XPM的不良影响。
此外，由于在同一偏振波的相邻比特时隙之间反转相位调制的极性，在光纤中传播期间，在相邻比特之间发生不同波形改变(根据分散和压缩，反转波形改变)。因此，能抑制源自作为在光纤中的非线性光学效应的自相位调制(SPM)与波长分散的组合效应的波形畸变，由此提高传输后的信号质量。
为便于理解上述本发明的第一示例性实施例，接着，将说明本发明的第二示例性实施例。图6是示例根据本发明的第二示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图1相同的组件。如图6所示，根据本发明的第二示例性实施例的偏振复用光发射机不同第一示例性实施例之处在于该示例性实施例的偏振复用光发射机不具有图1中的分频电路21，而是光相位调制器8以与波特率相同的频率执行相位调制。此外，在第二示例性实施例中，将延迟回路10延迟的量设定为波特率的一半周期(时钟信号9的半周期)。
现在，将参考图7和8，说明根据本发明的第二示例性实施例，在偏振复用光调制信号的生成过程中的调制状态的转变。在该示例性情况下，由于光强度随时间总是恒定，说明将集中在光的相位状态上。紧接在由LD 1输出后，该光的相位恒定(状态A)。根据时钟信号9和通过相位调制器8，相位落在如与时钟信号9同步的状态B的光状态中。紧接在由光耦合器2分支后，各自的两束光(X偏振和Y偏振)均处于同一相位状态，如状态C。
接着，通过仅使Y偏振光延迟波特率的半周期的延迟回路10，如状态D，这种光变为具有从在X偏振侧的光的相位反转的相位的相位调制光。接着，PSK调制器3,4对各自的相位调制光执行数据调制，由此获得如状态E的PSK光调制信号。
尽管X和Y偏振光信号分别变为由基于数据信号6,7的不同数据调制调制的PSK调制信号，如图8的状态E并且如图9所示，当在同一时隙，使光的相变曲线相互比较时，在X偏振和Y偏振之间反转相位曲线。注意图9是示例通过图6中的偏振复用光发射机的光输出的例子的图。
根据如上所述的第二示例性实施例，通过不同极性的信号，调制X和Y偏振光信号。即，由于在X偏振和Y偏振之间反转极性，因此，当在光纤中的传输期间发生波长分散时，能实现偏振之间的不同波形改变状态。因此，能实现偏振波之间的波形变化的低相关性的状态，由此减轻偏振波间XPM的不良影响。相反，不同于本发明的第一示例性实施例，根据第二示例性实施例，如图9所示，如图5所示的同一偏振波之间的相邻比特之间的相位极性的反转状态不会发生。
图10是示例根据本发明的第三示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图1相同的组件。如图10所示，第三示例性实施例的偏振复用光发射机具有相对于图1的结构改变的延迟回路的位置，并且延迟回路11位于数据信号7和PSK调制器4之间。将由延迟回路11延迟的量设定成波特率的周期(时钟信号9的周期)。不必说，根据采用上述结构的本发明的第三示例性实施例也能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。
图11是示例根据本发明的第四示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图1相同的组件。如图11所示，第四示例性实施例的偏振复用光发射机采用相对于图1的结构改变相位调制器的位置的结构。在分频电路21将时钟信号9的频率分成一半后，通过时钟分配器14，将时钟信号分支成两个信号分量，并且这些信号分量提供给位于相对于光耦合器2的下一级的相位调制器12,13。延迟回路15位于时钟分配器14和相位调制器13之间，并且将由延迟回路15延迟的量设定成波特率的周期(时钟信号9的周期)。
因此，相位调制器12根据来自时钟分配器14的时钟信号，对输入光执行相位调制，同时，相位调制器13根据由延迟回路15提供延迟的时钟信号，对输入光执行相位调制。不必说，根据采用上述结构的本发明的第四示例性实施例能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。注意，在图11的结构中，PSK调制器3,4可以分别位于光耦合器2和相位调制器12,13之间。
图12是示例根据本发明的第五示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，以及将由相同的参考数字表示与图11相同的元件。如图12所示，第五示例性实施例的偏振复用光发射机采用相对于图11的结构，改变延迟回路的位置的结构，并且延迟回路10位于相位调制器13和PSK调制器14之间。注意，将由延迟回路10延迟的量设定成波特率的周期(时钟信号9的周期)。不必说，根据采用上述结构的第五示例性实施例也能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。
图13是示例根据本发明的第六示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图11相同的元件。如图13所示，第六示例性实施例的偏振复用光发射机采用相对于图11的结构，改变延迟回路的位置的结构，并且延迟回路11位于数据信号7到PSK调制器4的路径中。将由延迟回路11延迟的量设定成波特率的周期(时钟信号9的周期)。不必说，根据采用上述结构的第六示例性实施例也能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。
图14是示例根据本发明的第七示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图1相同的元件。如图14所示，第七示例性实施例的偏振复用光发射机采用根据振幅调制(AM调制)过程被进一步添加到图1并且增加了时钟分配器14和AM调制器16,17的结构。时钟分配器14将时钟信号9提供给分频电路21和AM调制器16,17。
AM调制器16根据来自时钟分配器14的时钟信号，对输入光执行振幅调制，而AM调制器17根据来自时钟分配器14的时钟信号，对由延迟回路10延迟的输入光执行振幅调制。不必说，根据采用上述结构的第七示例性实施例也能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。注意，在图14的结构中，AM调制器16,17可以分别位于PSK调制器3,4和偏振合束器5之间。
图15是示例根据本发明的第八示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图11相同的组件。如图15所示，相对于图11的结构，第八示例性实施例的偏振复用光发射机具有在LD 1和光耦合器2之间添加的AM调制器18。与图11不同，在图15中，相位调制器12,13位于PSK调制器3,4和偏振合束器5之间，但不必说，类似于图11，这些相位调制器12,13也可以位于光耦合器2和PSK调制器3,4之间。
时钟分配器22可以将时钟信号9提供给分频电路21和AM调制器18。AM调制器18根据来自时钟分配器22的时钟信号9，对输入光执行振幅调制。不必说，根据采用上述结构的第八示例性实施例也能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。
图16是示例根据本发明的第九示例性实施例的偏振复用光发射机的结构的图，并且将由相同的参考数字表示与图15相同的组件。如图16所示，第九示例性实施例的偏振复用光发射机采用相对于图15的结构，改变延迟回路的位置的结构，并且延迟回路10位于PSK调制器4和相位调制器13之间。不必说，根据采用上述结构的第九示例性实施例也能实现与第一示例性实施例相同的有益效果。
尽管在此参考示例性实施例示出和描述了本发明，但本发明不限于这些实施例。本领域的普通技术人员将理解到能在不脱离如由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在形式和细节方面做出各种改变。
本申请基于并要求2012年8月1日提交的日本专利申请No.2012-170697的优先权，其全部内容在此引入以供参考。
[参考符号列表]
1 LD
2 光耦合器
3,4 PSK调制器
5 偏振合束器
6,7 数据信号
8,12,13 相位调制器
9 时钟信号
10,11,15 延迟回路
14,22 时钟分配器
16,17,18 AM调制器
21 分频电路

Claims (7)

1.一种偏振复用光发射机，包括：
分频单元，所述分频单元对具有波特率频率的时钟信号执行分频；
相位调制单元，所述相位调制单元根据已经经过分频的时钟信号，对光信号执行相位调制；
分支单元，所述分支单元将相位调制光分成X偏振和Y偏振的两个分支光信号；
延迟单元，所述延迟单元使所述X偏振的分支光信号或所述Y偏振的分支光信号之一延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的偏振正交的光信号；以及
偏振复用单元，所述偏振复用单元合成已经基于不同的数据信号分别进行数据调制的、具有相互正交的偏振状态的所述偏振正交的光信号来生成偏振复用信号。
2.根据权利要求1所述的偏振复用光发射机，其中
所述分频单元将具有所述波特率频率的所述时钟信号的频率分成一半频率，并且
所述延迟单元使所述X偏振的分支光信号或者所述Y偏振的分支光信号之一延迟具有所述波特率频率的所述时钟信号的周期。
3.一种偏振复用光发射机，包括：
分频和时钟分支单元，所述分频和时钟分支单元对具有波特率频率的时钟信号执行分频，并且将已经经过分频的所述时钟信号分成两个分支时钟信号；
光信号分支单元，所述光信号分支单元将光信号分成X偏振和Y偏振的两个分支光信号；相位调制单元，所述相位调制单元根据各分支时钟信号，对所述两个分支光信号执行相位调制；
延迟单元，所述延迟单元使所述X偏振的相位调制分支光信号或者所述Y偏振的相位调制分支光信号之一延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的偏振正交的光信号；以及
偏振复用单元，所述偏振复用单元合成已经基于不同的数据信号分别进行数据调制的、具有相互正交的偏振状态的所述偏振正交的光信号来生成偏振复用信号。
4.根据权利要求3所述的偏振复用光发射机，其中，
所述分频和时钟分支单元将具有所述波特率频率的所述时钟信号的频率分成一半频率，并且
所述延迟单元使所述X偏振的相位调制分支光信号或者所述Y偏振的相位调制分支光信号之一延迟具有所述波特率频率的所述时钟信号的周期。
5.一种偏振复用光发射机，包括：
分频和时钟分支单元，所述分频和时钟分支单元对具有波特率频率的时钟信号执行分频，并且将已经经过分频的所述时钟信号分成两个分支时钟信号；
光信号分支单元，所述光信号分支单元将光信号分成X偏振和Y偏振的两个分支光信号；
延迟单元，所述延迟单元使所述分支时钟信号中的一个相对于另一个分支时钟信号延迟；
相位调制单元，所述相位调制单元根据所述分支时钟信号中的一个，对所述分支光信号中的一个执行相位调制，并且根据所述另一个分支时钟信号，对所述另一个分支光信号也执行相位调制，来生成具有相对于彼此反转的相位的偏振正交的光信号；以及
偏振复用单元，所述偏振复用单元合成已经基于不同的数据信号分别进行数据调制的、具有相互正交的偏振状态的所述偏振正交的光信号来生成偏振复用信号。
6.一种用于偏振复用光发射机的操作控制方法，所述方法包括：
分频步骤，用于对具有波特率频率的时钟信号执行分频；
相位调制步骤，用于根据已经经过分频的时钟信号，对光信号执行相位调制；
分支步骤，用于将相位调制光分成X偏振和Y偏振的两个分支光信号；
延迟步骤，用于使所述X偏振的分支光信号或者所述Y偏振的分支光信号之一延迟来生成具有相对于彼此反转的相位的偏振正交的光信号；以及
偏振复用步骤，用于合成已经基于不同的数据信号分别进行数据调制的、具有相互正交的偏振条件的所述偏振正交的光信号来生成偏振复用信号。
7.根据权利要求6所述的操作控制方法，其中，
所述分频步骤将具有所述波特率频率的所述时钟信号的频率分成一半频率，并且
所述延迟步骤使所述X偏振的分支光信号或者所述Y偏振的分支光信号之一延迟具有所述波特率频率的所述时钟信号的周期。
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