CN108259088B - 光调制器及光发射系统 - Google Patents

光调制器及光发射系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种光调制器，包括相干调制器、光旋转组件及半导体光放大器，相干调制器通过光旋转组件与半导体光放大器耦合，相干调制器用于将入射光信号调制成横电光信号和横磁光信号，光旋转组件用于将所述横电光信号和所述横磁光信号旋转预设角度，旋转后的所述横电光信号在第一和第二方向上分别形成第一和第二光分量信号，旋转后的横磁光信号在第一和第二方向上分别形成第三和第四光分量信号，半导体光放大器用于对第一和第三光分量信号进行放大形成横电光分量信号，并对所述第二和第四光分量信号进行放大形成横磁光分量信号。本发明实施例还提供一种光发射系统。所述光调制器可以实现相同功率的横电光信号和横磁光信号输出。

Description

光调制器及光发射系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光调制器及应用该光调制器的光发射系统。
背景技术
光调制器属于光通信系统中的关键组件，其性能的好坏直接关系到光通信的稳定性及可靠性。在现有的相干调制器中，入射光信号进入调制器后被分成X方向与Y方向的两束光信号，该X方向与Y方向的两束光信号分别被调制成偏振态相互垂直的两束正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keyin，QPSK)信号，接着通过相干调制器上集成的偏振合波器(Polarization Beam Combiner，PBC)耦合成一束光信号输出。该耦合光信号的光功率比较小，并不能满足系统功率预算，需要加半导体光放大器(Semiconductor OpticalAmplifier，SOA)进行放大。然而，由于SOA是偏振相关器件，对不同偏振态的光信号的放大倍率不一样，从而导致光调制器输出的横电(Transverse Electric，TE)光信号和横磁(Transverse Magnetic，TM)光信号功率不均衡，进而影响整个光通信系统的传输特性。
目前，解决上述由于偏振相关器件而导致的光调制器输出TE光信号和TM光信号功率不同的问题，消除偏振相关性，主要有两种方案：一种是通过调节相干调制器上的可变光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)，将光功率比较大的一路光信号调小，从而使得从SOA输出的TE光信号和TM光信号的光功率相等，以达到均衡的效果来满足系统性能，如图1所示。然而，在光功率预算如此紧张的器件中，通过增加相干调制器上的光损耗来达到光功率均衡的效果，不利于提升通信效率。同时，对于不同波长的光需要单独标定，导致器件测试标定成本高。另一种可用于消除偏振相关性的方案是采用低偏振相关的SOA，如图2所示。然而，当前低偏振相关的SOA的技术还不成熟，偏振相关性依然较大，还是会有偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss，PDL)，无法满足均衡功率输出的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种光调制器及光发射系统，以在不损耗光功率的情况下实现均衡的横电光信号和横磁光信号的输出。
本发明实施例第一方面提供一种光调制器，包括：相干调制器、光旋转组件及半导体光放大器，所述相干调制器通过所述光旋转组件与所述半导体光放大器耦合，所述相干调制器用于将入射光信号调制成沿第一方向偏振的横电光信号和沿第二方向偏振的横磁光信号，所述光旋转组件用于将所述横电光信号和所述横磁光信号分别旋转预设角度，旋转后的所述横电光信号在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第一光分量信号和第二光分量信号，旋转后的所述横磁光信号在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第三光分量信号和第四光分量信号，所述半导体光放大器用于对所述第一方向上的第一光分量信号和第三光分量信号进行放大，形成横电光分量信号，并对所述第二方向上的第二光分量信号和第四光分量信号进行放大，形成横磁光分量信号。
在一种实施方式中，所述预设角度为45度，所述横电光分量信号与所述横磁光分量信号相等。
在一种实施方式中，所述光旋转组件包括法拉第旋转器，所述法拉第旋转器设置于所述相干调制器的光输出端与所述半导体光放大器的光输入端之间。
在一种实施方式中，所述光旋转组件包括半波片，所述半波片设置于所述相干调制器的光输出端与所述半导体光放大器的光输入端之间。
在一种实施方式中，所述光调制器还包括输入透镜、输出透镜、第一准直器及第二准直器，所述输入透镜与所述相干调制器的光输入端耦合，所述第一准直器与所述输入透镜耦合，所述相干调制器的光输出端通过所述输出透镜与所述光旋转组件的进光侧耦合，所述光旋转组件的出光侧与所述半导体光放大器的光输入端耦合，所述半导体光放大器的光输出端与所述第二准直器耦合。
在一种实施方式中，所述光调制器还包括光隔离器、分光片及光电二极管，所述光隔离器和所述分光片依次设置于所述半导体光放大器的光输出端与所述第二准直器之间，所述光电二极管设置于所述分光片一侧，所述光隔离器用于防止反射光进入所述光调制器内，所述分光片用于将所述半导体光放大器放大后输出的横电光分量信号和横磁光分量信号部分反射至所述光电二极管，以通过所述光电二极管监测所述光调制器的输出功率。
在一种实施方式中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
在一种实施方式中，所述相干调制器为马赫-曾德尔调制器。
在一种实施方式中，所述横电光分量信号为
Figure BDA0001197609470000031
所述横磁光分量信号为
Figure BDA0001197609470000032
其中，PX为所述半导体光放大器对所述旋转后的所述横电光信号的放大倍率，PY为所述半导体光放大器对旋转后的所述横磁光信号的放大倍率，AX为旋转后的所述横电光信号，AY为旋转后的所述横磁光信号。
在一种实施方式中，所述半导体光放大器对所述旋转后的所述横电光信号的放大倍率等于所述半导体光放大器对旋转后的所述横磁光信号的放大倍率。
本发明实施例第二方面提供一种光发射系统，包括如本发明实施例第一方面及其任意一种实施方式中所述的光调制器。
所述光调制器通过在所述相干调制器和所述半导体光放大器之间设置所述光旋转组件，并使得所述相干调制器通过所述光旋转组件与所述半导体光放大器耦合，所述相干调制器输出的横电光信号和横磁光信号分别被旋转预设角度，使得所述相干调制器对旋转后的所述横电光信号和旋转后的所述横磁光信号具有相同的放大倍率，并将旋转后的所述横电光信号和旋转后的所述横磁光信号分别投影到所述第一方向和所述第二方向上，形成相等横电光分量信号和横磁光分量信号，在不损耗光功率的情况下，实现了均衡的横电光信号和横磁光信号的输出，有利于降低所述光调制器的功耗，提升所述光调制器的调制性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术中以及本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是现有的光调制器的第一结构示意图；
图2是现有的光调制器的第二结构示意图；
图3是本发明实施例提供的光调制器的第一结构示意图；
图4是本发明实施例提供的光调制器的横电光信号和横磁光信号的初始偏振方向示意图；
图5是本发明实施例提供的光调制器的横电光信号和横磁光信号旋转后的偏振方向示意图；
图6是本发明实施例提供的光调制器的第二结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
请参阅图3，在本发明一个实施例中，提供一种光调制器10，包括：相干调制器13、光旋转组件及15半导体光放大器17，所述相干调制器13通过所述光旋转组件15与所述半导体光放大器17耦合，所述相干调制器13用于将入射光信号调制沿第一方向偏振的的横电(Transverse Electric，TE)光信号ATE和沿第二方向偏振的横磁(Transverse Magnetic，TM)光信号ATM，并通过偏振合波器131合成一束光信号耦合输出，所述光旋转组件15用于将所述横电光信号ATE和所述横磁光信号ATM分别旋转预设角度，得到旋转后的旋转后横电光信号AX和旋转后的横磁光信号AY。所述旋转后的横电光信号AX在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第一光分量信号A1和第二光分量信号A2，所述旋转后的横磁光信号AY在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第三光分量信号A3和第四光分量信号A4。所述半导体光放大器17用于对所述第一方向上的第一光分量信号A1和第三光分量信号A3进行放大，形成横电光分量信号
Figure BDA0001197609470000041
并对所述第二方向上的第二光分量信号A2和第四光分量信号A4进行放大，形成横磁光分量信号
Figure BDA0001197609470000042
在本实施例中，所述预设角度为45度，所述横电光分量信号
Figure BDA0001197609470000043
与所述横磁光分量信号
Figure BDA0001197609470000044
相等。在本实施例中，所述相干调制器13为马赫-曾德尔调制器。
其中，所述相干调制器13通过所述光旋转组件15与所述半导体光放大器17耦合是指：所述相干调制器13的光输出端与所述半导体光放大器17的光输入端相对，所述光旋转组件15设置于所述相干调制器13的光输出端与所述半导体光放大器17的光输入端之间。当所述相干调制器13的光输出端输出的横电光信号ATE和横磁光信号ATM通过所述光旋转组件15时，偏振方向被旋转预设角度。在本实施例中，所述横电光信号ATE的偏振方向被逆时针旋转45度，得到旋转后的横电光信号AX，所述横磁光信号ATM的偏振方向同样被逆时针旋转45度，得到旋转后的横磁光信号AY。
请参阅图4，假设所述横电光信号ATE和所述横磁光信号ATM的初始偏振方向如图4所示。其中，ATE表示第一方向，ATM表示第二方向，且ATE与ATM垂直。如果直接将沿所述第一方向偏振的横电光信号ATE和沿所述第二方向偏振的横磁光信号ATM输入所述半导体光放大器17，由于所述半导体光放大器17为偏振相关器件，对不同偏振态的光信号的放大倍率不一样，则会导致所述光调制器10输出的横电光信号ATE和横磁光信号ATM不均衡，从而影响光通信系统的信号传输性能。
例如，对于偏振相互垂直的所述横电光信号ATE和所述横磁光信号ATM来说，若所述横电光信号ATE的偏振方向与所述半导体光放大器17的结平面垂直，所述横磁光信号ATM的偏振方向与所述半导体光放大器17的结平面平行，由于所述半导体光放大器17在输入光信号的偏振方向与结平面垂直时的增益要大于输入光信号的偏振方向与结平面平行时的增益，从而导致所述半导体光放大器17输出的横电光信号ATE和横磁光信号ATM不均衡。
在本实施例中，假设所述横电光信号ATE的初始偏振方向与所述半导体光放大器17的结平面垂直，所述横磁光信号ATM的初始偏振方向与所述半导体光放大器17的结平面平行，则经过旋转45度之后，所述旋转后的横电光信号AX与所述半导体光放大器17的结平面的夹角等于所述旋转后的横磁光信号AY的偏振方向与所述半导体光放大器17的结平面的夹角，从而使得所述半导体光放大器17对所述旋转后的横电光信号AX和所述旋转后的横磁光信号AY具有相同的增益。
请参阅图5，所述旋转后的横电光信号AX和所述旋转后的横磁光信号AY的偏振方向如图5所示。旋转后的横电光信号AX的偏振方向相对于所述第一方向及旋转后的横磁光信号AY的偏振方向相对于所述第二方向的旋转角度均为45度。其中，所述旋转后的横电光信号AX在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第一光分量信号A1和第二光分量信号A2，所述旋转后的横磁光信号AY在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第三光分量信号A3和第四光分量信号A4。其中，
Figure BDA0001197609470000051
可以理解，由于A2和A4相等，故在图5中相互重叠。
在本实施例中，假设所述半导体光放大器17对所述旋转后的横电光信号AX的放大倍率为PX，所述半导体光放大器对旋转后的所述横磁光信号的放大倍率为PY，则PX＝PY。同时，由于所述旋转后的横电光信号AX在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第一光分量信号A1和第二光分量信号A2，所述旋转后的横磁光信号AY在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第三光分量信号A3和第四光分量信号A4，则经过所述半导体光放大器17放大后，在所述第一方向上形成的横电光分量信号
Figure BDA0001197609470000061
和在所述第二方向上形成的横磁光分量信号
Figure BDA0001197609470000062
分别为：
Figure BDA0001197609470000063
可以理解，由于PX＝PY，则
Figure BDA0001197609470000064
从而使得所述横电光信号ATE和所述横磁光信号ATM在通过所述半导体光放大器17放大后，得到相等的横电光分量信号和横磁光分量信号。
请参阅图6，在一种实施方式中，所述光旋转组件15包括法拉第旋转器151，所述法拉第旋转器151设置于所述相干调制器13的光输出端与所述半导体光放大器17的光输入端之间。在另一种实施方式中，所述光旋转组件15包括半波片153，所述半波片153设置于所述相干调制器13的光输出端与所述半导体光放大器17的光输入端之间。
所述光调制器10还包括输入透镜101、输出透镜102、第一准直器103及第二准直器104，所述输入透镜101与所述相干调制器13的光输入端耦合，所述第一准直器103与所述输入透镜101耦合，所述相干调制器13的光输出端通过所述输出透镜102与所述光旋转组件15的进光侧耦合，所述光旋转组件15的出光侧与所述半导体光放大器17的光输入端耦合，所述半导体光放大器17的光输出端与所述第二准直器104耦合。
所述光调制器10还包括光隔离器105、分光片106及光电二极管107，所述光隔离器105和所述分光片106依次设置于所述半导体光放大器17的光输出端与所述第二准直器104之间，所述光电二极管107设置于所述分光片106一侧，所述光隔离器105用于防止反射光进入所述光调制器10的内部而影响所述相干调制器13的稳定工作，所述分光片106用于将所述半导体光放大器17放大后输出的横电光分量信号和横磁光分量信号部分反射至所述光电二极管107，以通过所述光电二极管107监测所述光调制器10的输出功率。
在本发明一个实施例中，还提供一种应用所述光调制器10的光发射系统。其中，所述光调制器10的具体结构及功能可以参照图3至图6所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
所述光调制器通过在所述相干调制器和所述半导体光放大器之间设置所述光旋转组件，并使得所述相干调制器通过所述光旋转组件与所述半导体光放大器耦合，所述相干调制器输出的横电光信号和横磁光信号分别被旋转预设角度，使得所述相干调制器对旋转后的所述横电光信号和旋转后的所述横磁光信号具有相同的放大倍率，并将旋转后的所述横电光信号和旋转后的所述横磁光信号分别投影到所述第一方向和所述第二方向上，形成相等横电光分量信号和横磁光分量信号，在不损耗光功率的情况下，实现了均衡的横电光信号和横磁光信号的输出，有利于降低所述光调制器的功耗，提升所述光调制器的调制性能。

Claims (11)

1.一种光调制器，其特征在于，包括：相干调制器、光旋转组件及半导体光放大器，所述相干调制器通过所述光旋转组件与所述半导体光放大器耦合，所述相干调制器用于将入射光信号调制成沿第一方向偏振的横电光信号和沿第二方向偏振的横磁光信号，所述光旋转组件用于将所述横电光信号和所述横磁光信号分别旋转预设角度，旋转后的所述横电光信号在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第一光分量信号和第二光分量信号，旋转后的所述横磁光信号在所述第一方向和第二方向上分别形成相等的第三光分量信号和第四光分量信号，所述半导体光放大器用于对所述第一方向上的第一光分量信号和第三光分量信号进行放大，形成横电光分量信号，并对所述第二方向上的第二光分量信号和第四光分量信号进行放大，形成横磁光分量信号；
其中，所述横电光分量信号与所述横磁光分量信号相等。
2.如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述预设角度为45度。
3.如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述光旋转组件包括法拉第旋转器，所述法拉第旋转器设置于所述相干调制器的光输出端与所述半导体光放大器的光输入端之间。
4.如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述光旋转组件包括半波片，所述半波片设置于所述相干调制器的光输出端与所述半导体光放大器的光输入端之间。
5.如权利要求3或4所述的光调制器，其特征在于，所述光调制器还包括输入透镜、输出透镜、第一准直器及第二准直器，所述输入透镜与所述相干调制器的光输入端耦合，所述第一准直器与所述输入透镜耦合，所述相干调制器的光输出端通过所述输出透镜与所述光旋转组件的进光侧耦合，所述光旋转组件的出光侧与所述半导体光放大器的光输入端耦合，所述半导体光放大器的光输出端与所述第二准直器耦合。
6.如权利要求5所述的光调制器，其特征在于，所述光调制器还包括光隔离器、分光片及光电二极管，所述光隔离器和所述分光片依次设置于所述半导体光放大器的光输出端与所述第二准直器之间，所述光电二极管设置于所述分光片一侧，所述光隔离器用于防止反射光进入所述光调制器内，所述分光片用于将所述半导体光放大器放大后输出的横电光分量信号和横磁光分量信号部分反射至所述光电二极管，以通过所述光电二极管监测所述光调制器的输出功率。
7.一种光调制器，其特征在于，所述光调制器具有权利要求1至6任意一项所述光调制器的特征，并且，所述第一方向与所述第二方向垂直。
8.一种光调制器，其特征在于，所述光调制器具有权利要求1至7任意一项所述光调制器的特征，并且，所述相干调制器为马赫-曾德尔调制器。
9.一种光调制器，其特征在于，所述光调制器具有权利要求1至8任意一项所述光调制器的特征，并且，所述横电光分量信号为
Figure FDA0002903448310000021
所述横磁光分量信号为
Figure FDA0002903448310000022
其中，PX为所述半导体光放大器对所述旋转后的所述横电光信号的放大倍率，PY为所述半导体光放大器对旋转后的所述横磁光信号的放大倍率，AX为旋转后的所述横电光信号，AY为旋转后的所述横磁光信号。
10.如权利要求9所述的光调制器，其特征在于，所述半导体光放大器对所述旋转后的所述横电光信号的放大倍率等于所述半导体光放大器对旋转后的所述横磁光信号的放大倍率。
11.一种光发射系统，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的光调制器。
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半导体光放大器的光网络若干关键功能中的应用研究;王飞;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20101115;全文 *

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