CN108886235A - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

在此光源装置中，为了减小其尺寸并减小线宽，第一光纤(12)光学耦合到光源(11)。通过该第一光纤(12)，使从所述光源(11)射出的光进入第二光纤(14)，由此引导该光。光隔离器(13)插入在第一光纤(12)与第二光纤(14)之间。使用容易产生反向散射的光纤用于第一光纤(12)。随着已在第一光纤(12)中反向散射的光返回到光源(11)，并且通过构成长谐振器，能够减小输出光的线宽。

Description

光源装置
技术领域
本发明涉及一种光源装置，并且更具体地，涉及一种其中通过使用光纤引导从光源射出的光的光源装置。本发明还涉及一种光信号发送器、一种光信号接收器、一种光信号收发器、以及一种光传输系统，其各自包括这种光源装置。
背景技术
正在认真研究数字相干通信以扩大通信容量。
在数字相干通信系统中，需要一种以窄线宽配置工作的光源，其具有小的波长或相位变化。例如，当前在实际使用中的双极化-正交相移键控(DP-QPSK)需要500kHz或更小的线宽。作为下一代技术的16正交幅度调制(16QAM)需要100kHz或更小的线宽。此外，就多值调制而言先进的64QAM需要1.5kHz或更小的线宽。
增加谐振器长度对于提供以窄线宽配置工作的激光器是必要的。具有增加的谐振器长度的窄线宽激光器已经商业化为外部谐振器配置。然而，提供的线宽在100kHz附近，该线宽对于64QAM的使用是不足的。
PTL 1描述了一种提供窄线宽的半导体光源。PTL 1中描述的半导体光源包括可调谐分布式反射器半导体激光器和具有预定长度的第一光纤，该第一光纤设置成其一端连接到半导体激光器的射出表面。第一光纤经由光隔离器光学连接到第二光纤。针对第一和第二光纤中的每一个使用单模光纤。
一般来说，光纤在作为波导的芯的直径和折射率方面表现出微观不均匀性。在光纤中，沿光传播方向存在不均匀的折射率分布。非均匀折射率的分布产生分布常数类型的微反射源，并且入射在光纤上的光的一部分作为反向散射光返回到光源。PTL 1描述了当假设第一光纤的光纤长度为1km时，反向散射光的强度约为-40dB。当具有这种光学长度的光纤用于第一光纤时，作为波导的第一光纤也以自对准方式作为反射镜工作。利用PTL 1中描述的半导体光源，通过将入射在第一光纤上的光的一部分反馈到分布式反射器半导体激光器，有效地增加了外部谐振器的长度，这种配置减小了线宽。关于本发明，PTL 2描述了一种用于使振荡波带变窄的半导体激光器模块。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开案第1992-320081号
专利文献2：日本未审查专利申请公开案第2000-077773号
发明内容
技术问题
尽管增加谐振器长度对于实现窄线宽特性是有效的，但是存在由减小的模式间隔引起的不稳定振荡的问题。为了避免这个问题，波长滤波器需要具有相对陡峭的波长选择性，这使滤波器配置复杂化。
报告了另一个计划：通过对光源的驱动电流或腔中的相位的负反馈控制来实现窄线宽特性，以便检测频率噪声分量并消除频率噪声分量。然而，该计划导致复杂的控制系统，该方法不实用。
作为又一个计划，提出了一种通过光学滤波器执行将从光源射出的激光振荡光的频率转换成光强度来减小线宽以实现最佳相位控制的方法。此方法提供比上述负反馈控制更简单的结构。此方法的问题在于必须提供光学滤波器并对其进行控制。
根据PTL 1，通过将在第一光纤中产生的反向散射光反馈到分布式反射器半导体激光器来减小线宽。根据PTL 1，不需要上述复杂结构或控制方法来获得窄线宽。然而，根据PTL 1，第一光纤需要约1km的光纤长度，以便将足够强度的激光反馈到分布式反射器半导体激光器。因此，存在难以减小PTL 1中描述的半导体光源的尺寸的问题。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种能够在减小装置尺寸的同时减小线宽的光源装置，以及提供光信号发送器、光信号接收器、光信号收发器、和光传输个系统，其各自包括这种光源装置。
问题的解决方案
为了实现上述目的，本发明提供一种光源装置，其包括：光源；第一光纤，其光学连接到所述光源；第二光纤，其用于将从光源射出的光通过第一光纤输入，并引导所入射的光；以及光隔离器，其插入在所述第一光纤与所述第二光纤之间；与所述第二光纤相比，所述第一光纤容易产生反向散射。
本发明还提供了一种光信号发送器，其包括根据本发明的光源装置。
本发明提供一种光信号接收器，其包括根据上述发明的光源装置。
本发明提供一种光信号收发器，其包括根据上述发明的光源装置。
此外，本发明提供一种光传输系统，其包括根据上述发明的光信号发送器、光信号接收器和光信号收发器中的至少一个。
根据本发明的光产生方法的特征在于：使从光源射出的光通过第一光纤，所述第一光纤与第二光纤相比容易产生反向散射；在所述第一光纤与所述第二光纤之间设置光隔离器；使透射通过所述第一光纤的所述光通过所述光隔离器；以及将透射通过所述光隔离器的光输入到所述第二光纤。
发明的有益效果
根据本发明的光源装置、光信号发送器、和光传输系统能够在减小光源装置尺寸的同时减小线宽。
附图说明
图1是示出根据本发明的光源装置的示例实施例的框图。
图2是示出根据本发明示例实施例的光源装置的框图。
图3是示出根据示例实施例的包括光信号发送器和光信号接收器的光传输系统的框图，光信号发送器和光信号接收器中的每个包括光源装置。
图4是示出包括光信号发送器和光信号接收器的光信号收发器的框图。
具体实施方式
在描述本发明的示例实施例之前，将概述本发明。图1示出了根据本发明的光源装置的示例实施例。光源装置10包括光源11、第一光纤12、光隔离器13、和第二光纤14。光源11射出光。光源11例如是射出激光的激光光源。第一光纤12是用于引导从光源11射出的光的光纤。第一光纤12光学连接到光源11。
第二光纤14是用于输入从光源11通过第一光纤12射出的光并引导入射光的光纤。光隔离器13插入在第一光纤12与第二光纤14之间。光隔离器13对沿着从第二光纤14到第一光纤12的方向上行进的光的插入损耗比对沿着从第一光纤12到第二光纤14的方向上行进的光的插入损耗更大。
由于第一光纤12中的各种类型的散射，入射在第一光纤12上的光的一部分返回到光源11。通过将光反馈到光源11来增加谐振器长度，这种配置实现了激光振荡的小相位波动，从而减小输出激光的线宽。
在图1所示的光源装置10中，使用与第二光纤14相比容易产生反向散射的光纤用于第一光纤12。当容易产生反向散射的光纤用于第一光纤12时，可以从第一光纤12向光源11反射足够强度的光，而不会极大地增加第一光纤12的光纤长度。因此，利用光源装置10，可以在减小设备尺寸的同时减小射出的光的线宽。
将参考附图详细描述本发明的示例实施例。图2示出了根据本发明示例实施例的光源装置。光源装置100包括光源101、耦合光学系统102、第一光纤103、光隔离器10和第二光纤105。光源101例如由半导体激光光源构成。光源101可以是射出单个波长的光的半导体激光光源或射出多个波长的光的可调半导体激光光源。
从光源101射出的光经由耦合光学系统102入射在第一光纤103上。耦合光学系统102包括例如多个透镜。更具体地，耦合光学系统102包括例如准直透镜和聚光透镜。通过使用准直透镜使从光源101射出的光准直，并且通过使用聚光透镜将光会聚在第一光纤103的光入射端。光源101和耦合光学系统102例如设置在装置主体的机壳或模块机壳中。
第二光纤105是用于输入从光源101通过第一光纤103射出的光并引导入射光的光纤。例如，使用单模光纤用于第二光纤105。第二光纤105可以是保偏光纤(polarizationmaintaining fiber)。
光隔离器104插入在第一光纤103与第二光纤105之间。光隔离器104是具有在从第一光纤103到第二光纤105的方向(第一方向)与在从第二光纤105到第一光纤103的方向(第二方向)之间不同的插入损耗的元件。光隔离器104在第一方向上的插入损耗小于在第二方向上的插入损耗。
在示例性实施例中，使用与第二光纤105相比容易产生反向散射的光纤用于第一光纤103。第一光纤103例如是保偏光纤。或者，第一光纤103可以是色散位移光纤。注意，第一光纤103可以是与第二光纤105相比容易产生反向散射的任何光纤，并且第一光纤103和第二光纤105之间的光纤类型不需要不同。换句话说，可以使用相同类型的光纤用于第一光纤103和第二光纤105中的每一个。例如，可以使用保偏光纤用于第一光纤103和第二光纤105两者。在这种情况下，与构成第二光纤105的保偏光纤相比，使用容易产生反向散射的保偏光纤用于第一光纤103。
第一光纤103可以是包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤。这里的词FBG指的是光纤型装置，其中折射率的周期性变化发生在光纤芯的折射率中。在FBG中，折射率的变化用作光栅或衍射光栅。第一光纤103例如在光隔离器104的近侧附近，即，在光源101的远侧包括FBG(衍射光栅)或衍射光栅。
一般而言，FBG反射基于衍射光栅的周期确定的入射光的被称为布拉格波长(Bragg wavelength)的特定波长分量，并且透射其它波长分量。假设n是光纤芯中的有效折射率并且Λ是衍射光栅的周期，则布拉格波长λB由λB＝2nΛ表示。包括在第一光纤103中的FBG的布拉格波长不同于从光源101射出的光的波长。FBG将从光源101入射在第一光纤103上的光的一部分朝向光源101反射。
包括在第一光纤103中的FBG的衍射光栅的周期被设置为例如通过将衍射光栅的周期Λ乘以预定系数而获得的周期，该周期Λ通过将从光源101射出的光的波长代入上述等式中的布拉格波长λB而计算得出。换句话说，包括在第一光纤103中的FBG的衍射光栅的周期被设置为例如将假设当布拉格波长等于从光源101射出的光的波长时的衍射光栅的周期乘以预定系数而获得的周期。预定系数可以是例如1.5或1.2的值。在这种情况下，第一光纤103包括FBG，在其中形成周期是经由上述计算获得的周期Λ的1.5倍的衍射光栅，或者形成周期是经由上述计算获得的周期Λ的1.2倍的衍射光栅。
第一光纤103中的FBG的衍射光栅的周期可以具有预定的变化宽度而不是恒定的。换句话说，用于经由上述计算获得的周期Λ的乘法运算的系数在FBG的整个长度上不需要是恒定的固定值。例如，是经由上述计算获得的周期Λ的1.5倍的周期以及是经由上述计算获得的周期Λ的1.2倍的周期可以在FBG中共存。当在FBG中共存多个衍射光栅周期时，例如当光源101是可调谐激光光源等时，有可能将具有宽频率范围的光反馈到光源101。
代替上述配置，第一光纤103可以是具有比普通光纤更小的芯直径的光纤。例如，第一光纤103的芯直径小于第二光纤105的芯直径。具有减小的芯直径的光纤趋于在结构上变得不均匀。与使用具有普通芯直径的光纤的情况相比，由于非线性效应，使用具有相对小的芯直径的光纤用于第一光纤103增加了第一光纤103中的反向散射。
当根据示例性实施例的光源装置100中的强光入射在第一光纤103上时，由于第一光纤103中的各种散射，光被反向散射，从而产生从第一光纤103返回到光源101的光。通过将光反馈到光源101来增加谐振器长度，该配置实现了激光振荡的小的相位波动，从而减小了输出激光的线宽。
根据示例性实施例的光源装置100包括在第二光纤105与容易产生反向散射的第一光纤103之间的光隔离器104。在从第一光纤103到第二光纤105的方向上行进通过光隔离器104的光的损耗很小。光隔离器104以很小的损耗透射沿从第一光纤103到第二光纤105的方向传播的光。注意，在第一光纤103和光隔离器104的连接部分处，假设几乎没有发生光学反射，或者光学反射——如果有的话——比在第一光纤103中反向散射并返回到光源101的光足够弱。
另一方面，在从第二光纤105到第一光纤103的方向上行进通过光隔离器104的光损失很大。光隔离器104对在从第二光纤105到第一光纤103的方向上行进的光进行衰减。通过使用以这种方式配置的光隔离器104，有可能将返回光源101的光限制为在第一光纤103的从光源101的角度观察的远端之前的某一点处产生的返回光。
在示例性实施例中，使用容易产生反向散射的光纤用于光学地连接到光源101的第一光纤103。通过将在第一光纤103中反向散射的光反馈回光源101来增加谐振器长度，该配置显着地减小了输出光的线宽。例如，根据示例实施例的光源装置100能够将从光源101输出的光的线宽减小大约一个数量级。根据示例实施例的光源装置100可以适用于数字相干通信，其中需要以窄线宽配置工作的光源。
在示例性实施例中，具体地，使用容易产生反向散射的光纤用于第一光纤103，因此与PTL 1中描述的半导体光源相比，可以进一步减小第一光纤103的光纤长度。例如，虽然在PTL 1中需要约1km的光纤长度，但是根据示例实施例可以在光源装置100中将第一光纤103的光纤长度减小到几十厘米。在示例性实施例中，可以使用具有短光纤长度的光纤用于第一光纤103，从而允许与PTL 1相比进一步减小装置尺寸。
接下来，将描述将光源装置100应用于光信号发送器和光信号接收器的示例。图3示出了包括光信号发送器和光信号接收器的光传输系统。光传输系统200例如构成为采用数字相干传输技术的光通信系统。光传输系统200包括光信号发送器210和光信号接收器220。
光信号发送器210和光信号接收器220经由由光纤等构成的光传输路径240彼此连接。光传输系统200使用例如双极化-正交相移键控(DP-QPSK)作为光信号的调制方案。
光信号发送器210通常包括数字信号处理单元211、光源212、IQ调制器213、214、和偏振光束组合器(或偏振组合耦合器)215。数字信号处理单元211对发送数据信号执行数字信号处理。数字信号处理单元211由例如数字信号处理器(DSP)或大规模集成电路(LSI)等组成。例如，数字信号处理单元211产生要叠加在彼此正交的两个偏振X和Y上的数据XI和YI以及数据XQ和YQ，分别作为同相(I)分量和正交(Q)分量。数据XI和XQ分别表示要叠加在偏振X上的I分量数据和Q分量数据，并且数据YI和YQ分别表示要叠加在偏振Y上的I分量数据和Q分量数据。
光源212射出光以进行发送。例如，光源212包括其中图2所示的光源装置100的输出被分支的配置。从光源212射出的光被输入到IQ调制器213、214。IQ调制器213、214各自被构成为多值相位调制器。IQ调制器213是对应于X偏振的调制器，IQ调制器214是对应于Y偏振的调制器。IQ调制器213、214各自例如由马赫-曾德(Mach-Zehnder)光调制器构成。IQ调制器213通过使用对应于数据XI或XQ的驱动信号调制从光源212输入的光来产生X偏振调制信号光。IQ调制器214通过使用对应于数据YI或YQ的驱动信号调制从光源212输入的光来产生Y偏振调制信号光。
偏振光束组合器215对由IQ调制器213产生的X偏振调制信号光和由IQ调制器214产生的Y偏振调制信号光进行偏振组合。光信号发送器210向光传输路径240发送调制信号光，也称为偏振复用信号光，其已被偏振组合。光信号接收器220接收通过光传输路径240的偏振复用信号光。
光信号接收器220通常包括偏振光束分离器221、本地振荡光源222、90度光学混合器223、224、光电转换器225-228、模数(AD)转换器229-232，以及数字信号处理单元233。偏振光束分离器221将通过光传输路径240的接收的偏振复用信号光分离成两个彼此正交的偏振分量。换句话说，偏振光束分离器221将偏振复用信号光分离成X偏振分量和Y偏振分量。通过偏振光束分离器221分离得到的X偏振分量光或X偏振调制信号光被输入到90度光学混合器223，Y偏振分量光或Y偏振调制信号光被输入到90度光学混合224。
本地振荡光源222是输出用于检测90度光学混合器223、224中的光的本地振荡光的光源。本地振荡光源222使用例如其中图2所示的光源装置100的输出被分支的配置。90度光学混合器223是对应于X偏振分量的解调器，而90度光学混合器224是对应于Y偏振的解调器。90度光学混合器223通过使用从本地振荡光源222输入的本地振荡光来检测从偏振光束分离器221输入的X偏振调制信号光，并输出I分量和Q分量的检测光。
90度光学混合器224通过使用从本地振荡光源222输入的本地振荡光来检测从偏振光束分离器221输入的Y偏振调制信号光，并输出I分量和Q分量的检测光。
光电转换器225-228将光转换为电信号。光电转换器225、226是对应于X偏振分量的转换器，并且光电转换器227、228是对应于Y偏振分量的转换器。光电转换器225将对应于X偏振分量的由90度光学混合器223输出的I分量的检测光转换为电信号，并且光电转换器226将由90度光学混合器223输出的Q分量的检测光转换为电信号。光电转换器227将对应于Y偏振分量的由90度光学混合器224输出的I分量的检测光转换为电信号，并且光电转换器228将由90度光学混合器224输出的Q分量的检测光转换为电信号。
A-D转换器229-232将模拟电信号转换为数字信号。A-D转换器229、230是对应于X偏振分量的A-D转换器，并且A-D转换器231、232是对应于Y偏振分量的A-D转换器。A-D转换器229将通过光电转换器225的转换而获得并且对应于X偏振I分量的检测光的电信号转换为数字信号。A-D转换器230将通过光电转换器226的转换而获得的并且对应于X偏振Q分量的检测光的电信号转换为数字信号。A-D转换器231将通过光电转换器227的转换而获得的并且对应于Y偏振I分量的检测光的电信号转换为数字信号。A-D转换器232将通过光电转换器228的转换而获得的并且对应于Y偏振Q分量的检测光的电信号转换为数字信号。
数字信号处理单元233对从A-D转换器229-232输入的数字信号执行数字信号处理。数字信号处理单元233例如基于输入的数字信号从在光信号发送器210中调制的发送数据再现接收数据。数字信号处理单元233例如由DSP或LSI等组成。
在上面示出的示例中，光信号发送器210和光信号接收器220跨光传输路径240彼此面对。然而，光信号发送器210和光信号接收器220不一定必须彼此分离，而是光信号发送器210和光信号接收器220可以包括在单个设备中。图4示出了包括光信号发送器210和光信号接收器220的光信号收发器。光信号发送器210和光信号接收器220的配置可以类似于图3中所示的配置。光传输系统可以在光传输路径240的任一端包括图4中所示的光信号收发器300。在这种情况下，光传输系统执行通过光传输路径240的光信号的双向发送和接收。
虽然根据前述示例实施例的光源装置100在前述示例中应用于光传输系统，但是光源装置100不限于此。根据前述示例的光源装置100可以应用于需要以窄线宽配置工作的其它应用。例如，光源装置100可以用于光学测量应用，其中通过使用从光源101射出的光进行测量。
上述示例实施例的一部分或全部可以在以下补充说明中描述，但不限于此。
(补充说明1)
一种光源装置，其包括：
光源；
第一光纤，其光学连接到所述光源；
第二光纤，其用于将从光源射出的光通过所述第一光纤输入，并引导所入射的光；以及
光隔离器，其插入在所述第一光纤与所述第二光纤之间，
其中，
与所述第二光纤相比，所述第一光纤容易产生反向散射。
(补充说明2)
根据补充说明1所述的光源装置，其中所述第一光纤是保偏光纤。
(补充说明3)
根据补充说明1所述的光源装置，
其中，
所述第一光纤包括光纤布拉格光栅，并且
所述光纤布拉格光栅的布拉格波长不同于从所述光源射出的光的波长。
(补充说明4)
根据补充说明3所述的光源装置，其中
所述光纤布拉格光栅的衍射光栅的周期是通过将假设当所述布拉格波长等于从所述光源射出的光的波长时的衍射光栅的周期乘以预定系数得到的周期。
(补充说明5)
根据补充说明1所述的光源装置，其中所述第一光纤是色散位移光纤。
(补充说明6)
根据补充说明1所述的光源装置，其中所述第一光纤的芯直径小于所述第二光纤的芯直径。
(补充说明7)
根据补充说明1至6中任一项所述的光源装置，还包括在所述光源与所述第一光纤之间的耦合光学系统。
(补充说明8)
一种光信号发送器，其包括根据补充说明1至7中任一项所述的光源装置。
(补充说明9)
一种光信号接收器，其包括根据补充说明1至7中任一项所述的光源装置。
(补充说明10)
一种光信号收发器，其包括根据补充说明1至7中任一项所述的光源装置。
(补充说明11)
一种光传输系统，其包括根据补充说明8所述的光信号发送器、根据补充说明9所述的光信号接收器和根据补充说明10所述的光信号收发器中的至少一个。
(补充说明12)
一种光产生方法，其用于：
使从光源射出的光通过第一光纤，所述第一光纤与第二光纤相比容易产生反向散射；
在所述第一光纤与所述第二光纤之间设置光隔离器；
使透射通过所述第一光纤的所述光通过所述光隔离器；以及
将透射通过所述光隔离器的光输入到所述第二光纤。
虽然已经详细描述了本发明的示例实施例，但是本发明不限于上述示例实施例。在本发明的精神内的示例实施例的修改或变化包括在本发明中。
本申请要求基于2016年3月24日提交的日本专利申请第2016-059869号的优先权，该日本专利申请的全部公开内容并入本文中。
附图标记列表
10：光源装置
11：光源
12：第一光纤
13：光隔离器
14：第二光纤
100：光源装置
101：光源
102：耦合光学系统
103：第一光纤
104：光隔离器
105：第二光纤
200：光传输系统
210：光信号发送器
211：数字信号处理单元
212：光源
213、214：IQ调制器
215：偏振光束组合器
220：光信号接收器
221：偏振光束分离器
222：本地振荡光源
223、224：90度光学混合器
225-228：光电转换器
229-232：A-D转换器
233：数字信号处理单元
240：光传输路径
300：光信号收发器

Claims (12)

1.一种光源装置，包括：
光源；
第一光纤，所述第一光纤光学连接到所述光源；
第二光纤，所述第二光纤用于将从所述光源射出的光通过所述第一光纤输入，并引导所入射的光；以及
光隔离器，所述光隔离器插入在所述第一光纤与所述第二光纤之间，
其中
与所述第二光纤相比，所述第一光纤容易产生反向散射。
2.根权利要求1所述的光源装置，其中，所述第一光纤是保偏光纤。
3.根据权利要求1所述的光源装置，
其中
所述第一光纤包括光纤布拉格光栅，并且
所述光纤布拉格光栅的布拉格波长不同于从所述光源射出的光的波长。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其中，所述光纤布拉格光栅的衍射光栅的周期是通过将假设当所述布拉格波长等于从所述光源射出的光的波长时的衍射光栅的周期乘以预定系数得到的周期。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第一光纤是色散位移光纤。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第一光纤的芯直径小于所述第二光纤的芯直径。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光源装置，还包括在所述光源与所述第一光纤之间的耦合光学系统。
8.一种光信号发送器，所述光信号发送器包括根据权利要求1至7中任一项所述的光源装置。
9.一种光信号接收器，所述光信号接收器包括根据权利要求1至7中任一项所述的光源装置。
10.一种光信号收发器，所述光信号收发器包括根据权利要求1至7中任一项所述的光源装置。
11.一种光传输系统，所述光传输系统包括根据权利要求8所述的光信号发送器、根据权利要求9所述的光信号接收器和根据权利要求10所述的光信号收发器中的至少一个。
12.一种光产生方法，包括：
使从光源射出的光通过第一光纤，所述第一光纤与第二光纤相比容易产生反向散射；
在所述第一光纤与所述第二光纤之间设置光隔离器；
使透射通过所述第一光纤的光通过所述光隔离器；以及
将透射通过所述光隔离器的光输入到所述第二光纤。
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