CN108631881B - 一种相干光装置 - Google Patents

Abstract

本文公布了一种相干光装置，包括：所述接收端光逻辑器件用于对输入的光信号进行光域信号处理并将处理后的信号送至所述数据信号接口；所述数据信号接口用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡。本申请可以使用多路并行的低速率光发射机阵列和光探测器阵列，大幅降低光模块的功耗，实现400G、1T甚至更高速率的光传输。

Description

一种相干光装置

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种相干光装置。

背景技术

随着视频业务、云计算、数据中心以及移动回传等应用领域流量的持续爆炸式增长，骨干网和城域网面临越来越大的带宽压力。在光通信系统中，光模块是非常关键的部件，光模块的性能在很大程度上决定了光系统的传输性能。光模块一般安装在业务板卡上，与业务板卡之间通过高速电接口进行连接，光模块的主要功能是完成光电和电光转换，光模块的发送侧将业务板卡发来的高数电信号通过编码调制等处理后转换为光信号送入光纤，光模块的接收侧则是将从光纤传来的光信号转换成电信号做解调等一系列处理后恢复出数据信号然后通过高速电接口发送给业务板卡做进一步处理。当前，采用偏振复用正交相移键控及相干接收技术的单波100G光模块已经大规模商用。100G光网络采用常规的50GHz栅格，实现了2bit/s/Hz的频谱效率，比10G光网络的频谱效率提高了10倍。由于采用了相干接收和电域数字信号处理(DSP)技术，100G光系统可以实现2000-2500km的长距离传输，且不再需要配置色散补偿模块。为了进一步提高带宽，业界正在大力投入400G和1T甚至更高速率的光传输技术的研发，其中400G光模块已经开始商用，但是由于多种因素的限制，无法在达到与100G系统同等传输距离的同时将频谱效率提高四倍。这些因素可概括如下：

1、要提高频谱效率就需要降低信号的波特率从而获得较窄的信号频谱，这就需要采用高阶的相位调制技术比如64QAM、128QAM等调制方式，但这类高阶调制方式对光信噪比要求很高，从而导致传输距离非常短(仅数百公里)，无法达到长距传输的要求；

2、如果采用较高的信号波特率，则需要比100G系统中所用芯片速率更高的电子芯片如高速光探测器和跨阻放大器、模数转换器等，而这些芯片成本高、功耗大且技术不够成熟；

3、400G或1T相干接收光模块需要采用比100G光模块算法更加复杂的DSP芯片，这就意味着更大的功耗。目前100G光模块中的DSP芯片功耗约50W、400G光模块中的DSP芯片则可能达到80W以上，1T光模块所需的DSP芯片功耗将更高，这将给散热带来极大挑战。

解决上述问题的关键在于找到突破高速电子瓶颈从而提高信号波特率和降低系统功耗的相干光装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种相干光装置。

本申请提供了如下技术方案：

一种相干光装置，包括：接收端光逻辑器件、数据信号接口；中，

所述接收端光逻辑器件用于对输入的光信号进行光域信号处理并将处理后的信号送至所述数据信号接口；

所述数据信号接口用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡。

其中，所述接收端光逻辑器件用于对光信号进行光域信号处理，包括如下之一或其任意组合：

光混频；

光域模数转换；

光域数字信号处理；

信号/速率转换。

其中，还包括：本振激光器，用于提供本振光信号，所述本振光信号用于与输入所述接收端光逻辑器件的光信号进行混频。

其中，还包括：光发射机阵列，用于将所述数据信号接口发来的电信号转换成光信号，并从所述光信号中分出一束作为本振光，所述本振光用于与输入所述接收端光逻辑器件的光信号进行混频。

其中，还包括：光混频器，用于将输入所述光混频器的光信号与所述本振光信号进行混频，并输出多路线偏振的光信号至所述接收端光逻辑器件；所述接收端光逻辑器件，具体用于对所述多路线偏振的光信号进行光域模数转换和光域数字信号处理。

其中，还包括：光探测器阵列；所述接收端光逻辑器件，还用于将处理后的信号以多路并行低速率的光信号输出至光探测器阵列；所述光探测器阵列，用于将所述多路并行低速率的光信号转换为多路并行电信号再经由所述数据信号接口发送给所述业务板卡。

其中，所述数据信号接口为光接口或光电混合的接口。

其中，还包括：所述发送端光逻辑器件用于对来自业务板卡的信号进行处理后发出；所述数据信号接口，还用于将所述业务板卡发来的信号送至所述发送端逻辑器件。

一种相干光装置，包括：发送端光逻辑器件、数据信号接口；其中，所述数据信号接口用于将所述业务板卡发来的信号送至所述发送端逻辑器件；所述发送端光逻辑器件用于对来自业务板卡的信号进行处理后发出。

其中，所述发送端光逻辑器件用于对来自业务板卡的信号进行处理，包括如下之一或其任意组合：信号/速率转换；前向纠错编码；调制码型转换及放大。

其中，还包括：光发射机阵列，用于对所述数据信号接口发来的多路低速电信号进行电光转换并输出多路并行光信号至所述发送端光逻辑器件。

其中，还包括：接收端光逻辑器件，用于对输入的光信号进行光域数据处理并将处理后的信号通过所述数据信号接口发送给业务板卡；

所述数据信号接口，还用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡。

本发明实施例中提供一种相干光装置，采用光逻辑器件实现数字信号处理、调制码型转换、信号放大、高速模数转换、信号速率转换等功能，从而突破高速电信号处理的速率瓶颈，可以使用多路并行的低速率光发射机阵列和光探测器阵列，大幅降低光模块的功耗，实现400G、1T甚至更高速率的光传输。

本申请中，与业务板卡之间的数据信号接口可以采用光接口或者光电混合接口实现，当使用光接口进行光模块与业务板卡之间的数据传输时，相干光装置的内部将不再需要进行光电及电光转换，有利于相干光装置可以使用多路并行的低速率光发射机阵列和光探测器阵列，从而大幅降低光模块的功耗，实现400G、1T甚至更高速率的光传输。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例一种相干光装置的组成结构示意图；

图2为本发明实施例另一种相干光装置的组成结构示意图；

图3为本发明实施例一中相干光装置的组成结构示意图；

图4为本发明实施例二中相干光装置的组成结构示意图；

图5为本发明实施例三中相干光装置的组成结构示意图；

图6为本发明实施例四中相干光装置的组成结构示意图；

图7为本发明实施例五中相干光装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

全光逻辑器件由于处理速度快，功耗低，不需要光电转换等众多优点而备受关注。国内外针对全光逻辑器件的研究已取得初步进展，全光异或门、与门、或非门、与非门等已有报道。采用光学逻辑器件在光域实现信号的波长转换、全光3R再生、全光逻辑运算、全光缓存、全光采样、全光时域/空域信号转换、全光模数转换等功能已得以实现。全光逻辑器件的速率高、功耗低等优点正好可以解决当前400G以上速率光传输的问题，有鉴于此，本申请提供一种相干光装置，利用光学逻辑器件实现数字信号处理、调制码型转换、信号放大、高速模数转换、信号速率转换等功能，与业务板卡之间的高速信号接口采用光接口或者光电混合接口实现，可应用于光通信领域的光模块和光通信设备领域，从而突破高速电信号处理的速率瓶颈，使得高速率光模块中可以使用多路并行的低速率光发射机阵列和光探测器阵列，大幅降低光模块的功耗，实现400G、1T以及更高速率的光传输。

如图1所示，本申请提供一种相干光装置，包括：接收端光逻辑器件102、数据信号接口101；其中，所述接收端光逻辑器件102可以用于对输入的光信号进行光域数据处理并将处理后的信号通过所述数据信号接口发送给业务板卡；所述数据信号接口101可用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡。

其中，所述接收端光逻辑器件102可用于对光信号进行光域信号处理，包括如下之一或其任意组合：

光混频；

光域模数转换；

光域数字信号处理；

信号/速率转换。

在一些实现方式中，上述装置可以包括：本振激光器，用于提供本振光信号，所述本振光信号用于与输入所述接收端光逻辑器件的光信号进行混频。在另一种实现方式中，上述装置还可以包括：光发射机阵列，用于将所述数据信号接口发来的电信号转换为光信号，并从所述光信号中分出一束光作为本振光，该本振光用于与输入所述接收端光逻辑器件的光信号进行混频。

在一些实现方式中，上述装置还可以包括：光混频器，用于将输入所述光混频器的光信号与所述本振光信号进行混频，并输出多路线偏振的光信号至所述接收端光逻辑器件；所述接收端光逻辑器件102，具体可用于对所述多路线偏振的光信号进行光域模数转换和光域数字信号处理。

在一些实现方式中，上述装置还可以包括：光探测器阵列；所述接收端光逻辑器件102，还可用于将处理后的信号以多路并行低速率的光信号输出至光探测器阵列；所述光探测器阵列，用于将所述多路并行低速率的光信号转换为多路并行电信号再经由所述数据信号接口发送给所述业务板卡。

实际应用中，所述数据信号接口可以为光接口或光电混合的接口。

在一些实现方式中，图1所示的相干光装置还可以包括：发送端光逻辑器件，用于对来自业务板卡的信号进行处理后发出；所述数据信号接口101，还用于将所述业务板卡发来的信号送至所述发送端逻辑器件。

如图2所示，本申请另一种相干光装置，包括：发送端光逻辑器件103、数据信号接口101；其中，所述数据信号接口101可用于将所述业务板卡发来的信号送至所述发送端逻辑器件；所述发送端光逻辑器件103可用于对来自业务板卡的信号进行处理后发出。

其中，所述发送端光逻辑器件103可用于对来自业务板卡的信号进行处理，包括如下之一或其任意组合：

信号/速率转换；

前向纠错编码；

调制码型转换及放大。

在一些实现方式中，上述装置还可以包括：光发射机阵列，用于对所述数据信号接口发来的多路低速电信号进行电光转换并输出多路并行光信号至所述发送端光逻辑器件。

在一些实现方式中，上述装置还可以包括：接收端光逻辑器件102，用于对输入的光信号进行光域数据处理并将处理后的信号通过所述数据信号接口发送给业务板卡；所述数据信号接口101，还可用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡。

本申请中，使用光学逻辑器件实现数字信号处理、调制码型转换、信号放大、高速模数转换、信号速率转换等功能，可以在高速相干光装置中使用低速率(比如10G，2.5G)多路并行的光探测器或发射机阵列，从而降低成本和功耗；本申请中，相干光装置与业务板卡的数据接口可以采用光接口或光电混合的接口，当使用光接口进行光模块与业务板卡之间的数据传输时，相干光装置的内部将不再需要进行光电及电光转换。

实施例一

如图3所示，本申请的相干光装置可以包括：接收端光逻辑器件201、数据信号接口202、发送端光逻辑器件203和本振激光器204。

其中，接收端光逻辑器件201(包括光接收口)与数据信号接口202、本振激光器204连接；数据信号接口202与接收端光逻辑器件201、发送端光逻辑器件203以及业务板卡连接；发送端光逻辑器件203(包括光发送口)与数据信号接口202连接，本振激光器204与接收端光逻辑器件201连接。

所述接收端光逻辑器件201用于对来自光接收口的光信号进行光域数据处理，处理的信号后通过数据信号接口202发给业务板卡，接收端光逻辑器件201可以包括光混频、光域模数转换、光域数字信号处理和信号/速率转换等功能模块。

所述数据信号接口202用于将相干光装置与业务板卡连接起来，将相干光装置接收的数据发送至业务板卡，同时把业务板卡处理后的数据传送给相干光装置。实际应用中，数据信号接口202可以是单路或多路电信号接口，也可以是单路或多路光信号接口或者是光电混合接口。例如，数据信号接口202可以是下文实施例中的高速数据电接口304、高速数据电接口404、光信号接口503等。

所述发送端光逻辑器件203用于对来自业务板卡的信号进行信号/速率转换、纠错编码及调制码型转换、放大等处理后通过光发送口发出。实际应用中，发送端光逻辑器件203可以包含信号/速率转换、前向纠错编码、调制码型转换及放大等功能模块。

所述本振激光器204用于提供本振光信号，该本振光信号可以与光接收口的光信号在接收端光逻辑器件201中进行混频。实际应用中，本振激光器204可以为窄线宽可调谐激光器。

本实施例中的相干光装置采用光逻辑器件，大幅降低光模块的功耗，使得功耗不再成为研发400G或更高速率光模块的限制因素；此外，本申请的相干光装置还通过低速率多路并行光发射机阵列和多路并行光接收机阵列将可以用于高速光模块中，从而降低成本。采用光接口进行光模块和业务板卡之间的数据传输，提高数据接口传输速率。本申请的相干光装置不需要使用光发射机和光电探测器，降低光模块功耗。

实施例二

本发明的实施例一如图4所示。该实施例中，相干光装置可以包括光混频器301、接收端光逻辑器件302、光探测器阵列303、高速数据电接口304、激光器305、编码及速率转换芯片306、驱动器307和调制器308等部分。

本实施例中的相干光装置，在接收侧，光接收口收到的光信号先进入光混频器301与激光器305分束的光信号进行混频，混频后输出多路线偏振的光信号至接收端光逻辑器件302，接收端光逻辑器件302对光信号进行模数转换、光域数字信号处理、光域模数转换之后输出多路并行低速率的光信号给光探测器阵列303，光探测器阵列303将收到的多路并行光信号转换为多路并行电信号再经由高速数据电接口304发送给业务板卡。

本实施例中的相干光装置，在发送侧，高速数据电接口304发来的多路低速电信号首先进入编码及速率转换芯片306进行预编码、前向纠错编码和速率转换等一系列处理，得到的若干路并行高速电信号送入驱动器307中进行幅度放大，放大后的电信号送入调制器308对激光器305发来的光信号进行调制，从而将数据信号加载到光载波上经光发送口送入光纤。

实施例三

本实施例中相干光装置的结构如图5所示，可以包括光混频器401、接收端光逻辑器件402、光探测器阵列403、高速数据电接口404、光发射机阵列405、发送端光逻辑器件406等部分。

本实施例中的相干光装置，在接收侧，光接收口收到的光信号先进入光混频器401与光发射机阵列405(任取一路光信号)发来的本振光信号进行混频，混频后输出多路线偏振的光信号至接收端光逻辑器件402，接收端光逻辑器件402对所述多路线偏振的光信号进行速率转换、光域数字信号处理、光域模数转换等处理后输出多路并行低速率的光信号至光探测器阵列403，光探测器阵列将所述多路并行光信号转换为多路并行电信号再经由高速数据电接口404发送给业务板卡。

本实施例中的相干光装置，在发送侧，高速数据电接口404发来的多路低速电信号首先进入光发射机阵列405进行电光转换输出多路并行的光信号，多路并行光信号送入发送端光逻辑器件406进行速率转换、前向纠错编码和调制码型转换及放大等一系列处理后输出一路高速光信号并经由光发送口发给光纤。

实施例四

本实施例中相干光装置的结构如图6所示，可以包括光混频器501、接收端光逻辑器件502、光信号接口503、发送端光逻辑器件504和本振激光器505等部分组成。

本实施例中的相干光装置，在接收侧，光接收口收到的光信号先进入光混频器501与本振激光器505发来的本振光信号进行混频，混频后输出多路线偏振的光信号送入接收端光逻辑器件502，接收端光逻辑器件502对所述多路线偏振的光信号进行速率转换、光域数字信号处理、光域模数转换等处理后输出一路高速或多路并行低速率的光信号并经由光信号接口503送至业务板卡。

本实施例中的相干光装置，在发送侧，业务板卡通过光信号接口503发来的一路高速或多路低速的光信号进入发送端光逻辑器件504，发送端光逻辑器件504对所述一路高速或多路低速的光信号进行速率转换、前向纠错编码和调制码型转换及放大等一系列处理后输出一路高速光信号并经由光发送口发给光纤。

实施例五

本发明的实施例五如图7所示。该实施例中，相干光装置可以包括集成相干接收机601、电域DSP芯片602、高速数据电接口603、光发射机阵列604和发送端光逻辑器件605等部分。

本实施例中的相干光装置，在接收侧，光接收口收到的光信号先进入集成相干接收机601与光发射机阵列604分束的光信号进行相干检测和光电转换得到高速电信号，该高速电信号被送入电域DSP芯片602进行电域模数转换、电域数字信号处理之后输出多路并行低速率的电信号再经由高速数据电接口603发送给业务板卡。

本实施例中的相干光装置，在发送侧，高速数据电接口603发来的多路低速电信号首先进入光发射机阵列604进行电光转换输出多路并行的光信号，多路并行光信号送入发送端光逻辑器件605进行速率转换、前向纠错编码和调制码型转换及放大等一系列处理后输出一路高速光信号并经由光发送口发出。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上显示和描述了本申请的基本原理和主要特征和本申请的优点。本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。

Claims (9)

1.一种相干光装置，其特征在于，包括：接收端光逻辑器件、数据信号接口；其中，

所述接收端光逻辑器件用于对输入的光信号进行光域信号处理并将处理后的信号送至所述数据信号接口；

所述数据信号接口用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡；所述接收端光逻辑器件用于对光信号进行光域信号处理，包括如下之一或其任意组合：

光混频；

光域模数转换；

光域数字信号处理；

信号速率转换；

所述相干光装置，还包括：多路并行的低速率光发射机阵列，用于将所述数据信号接口发来的电信号转换成光信号，并从所述光信号中分出一束作为本振光信号，所述本振光信号用于与输入所述接收端光逻辑器件的光信号进行混频。

2.根据权利要求1所述的相干光装置，其特征在于，还包括：

光混频器，用于将输入所述光混频器的光信号与所述本振光信号进行混频，并输出多路线偏振的光信号至所述接收端光逻辑器件；

所述接收端光逻辑器件，具体用于对所述多路线偏振的光信号进行光域模数转换和光域数字信号处理。

3.根据权利要求1所述的相干光装置，其特征在于，

还包括：光探测器阵列；

所述接收端光逻辑器件，还用于将处理后的信号以多路并行低速率的光信号输出至光探测器阵列；

所述光探测器阵列，用于将所述多路并行低速率的光信号转换为多路并行电信号再经由所述数据信号接口发送给所述业务板卡。

4.根据权利要求1所述的相干光装置，其特征在于，所述数据信号接口为光接口或光电混合的接口。

5.根据权利要求1至4任一项所述的相干光装置，其特征在于，

还包括：发送端光逻辑器件用于对来自业务板卡的信号进行处理后发出；

所述数据信号接口，还用于将所述业务板卡发来的信号送至所述发送端光逻辑器件。

6.一种相干光装置，其特征在于，包括：接收端光逻辑器件、数据信号接口；其中，

所述接收端光逻辑器件用于对输入的光信号进行光域信号处理并将处理后的信号送至所述数据信号接口；

所述数据信号接口用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡；所述接收端光逻辑器件用于对光信号进行光域信号处理，包括如下之一或其任意组合：

光混频；

光域模数转换；

光域数字信号处理；

信号速率转换；

所述相干光装置，还包括：多路并行的低速率光发射机阵列，用于将所述数据信号接口发来的电信号转换成光信号；

所述相干光装置，还包括：

本振激光器，用于提供本振光信号，所述本振光信号用于与输入所述接收端光逻辑器件的光信号进行混频。

7.一种相干光装置，其特征在于，包括：发送端光逻辑器件、数据信号接口；其中，

所述数据信号接口用于将业务板卡发来的信号送至所述发送端光逻辑器件；

所述发送端光逻辑器件用于对来自业务板卡的信号进行处理后发出；

所述相干光装置还包括：接收端光逻辑器件，用于对输入的光信号进行如下之一或其任意组合的光域信号处理：

光混频；

光域模数转换；

光域数字信号处理；

信号速率转换；

所述相干光装置，还包括：光发射机阵列，用于对所述数据信号接口发来的多路低速电信号进行电光转换并输出多路并行光信号至所述发送端光逻辑器件。

8.根据权利要求7所述的相干光装置，其特征在于，所述发送端光逻辑器件用于对来自业务板卡的信号进行处理，包括如下之一或其任意组合：

信号速率转换；

前向纠错编码；

调制码型转换及放大。

9.根据权利要求7至8任一项所述的相干光装置，其特征在于，

还包括：接收端光逻辑器件，用于将处理后的信号通过所述数据信号接口发送给业务板卡；

所述数据信号接口，还用于将所述接收端光逻辑器件处理后的信号送至业务板卡。