CN1095616C - 光学发送器，具有此光学发送器的端站设备，及光学通信系统 - Google Patents

Abstract

一种光学发送器，一种具有此光学发送器的端站设备，和一采用此端站设备的光学通信系统。此光学发送器包括：一产生光学信号的光源单元；一监测依赖于此光学信号波长的参数的监测器；一判断此监测参数是否满足预定条件的判断单元；和一个在此监测参数不满足预定条件时切断所述光学信号的切断单元。通过采用此光学发送器，就有可能在此光学通信系统的WDM(波分复用)信道之间防止发生串音干扰。

Description

光学发送器，具有此光学发送器 的端站设备，及光学通信系统

本发明主要涉及防止在WDM(波分复用)系统的信道之间发生的串音干扰，并特别涉及一种光学发送器，一具有此光学发送器的端站设备及采用此端站设备的光学通信系统。

作为实现多波长信道WDM的端站设备，已知的端站设备含有多个光学发送器以输出波长各不相同的光学信号，和一个光学多路复用器以对由光学发送器输出的光学信号进行WDM并且作为结果输出一WDM信号光。此WDM信号光由光纤传输线传送至另一端站设备。通过对大量波长信道以此方式应用WDM，可实现大传输容量的光纤通信系统。

在采用WDM的光纤通信系统中，相邻波长信道之间的间隔越小，给定波段中可包含的波长信道数就越多，而发生在波长信道之间的串音干扰量也进而越大。相应地，就需要减小发生在波长信道之间的这种串音干扰量，这是为增加光纤通信系统的传输容量而减小相邻波长信道之间的间隔所导致的。

每个光学发送器都具有一个光源单元，以对一个信道产生一光学信号。一般地，此光源单元具有一激光二极管以经受直接或间接调制。此激光二极管的振荡频率决定于其温度及施加其上的驱动电流。由于激光二极管的上述特性，使得光学发送器输出的光学信号的波长易于不稳定。例如，在此光学通信系统冷启动时或由于涉及激光二极管的控制温度的麻烦或其他原因，由光学发送器产生的特定信道的光学信号波长可能偏离为此信道设定的目标波长，从而增加发生在信道间的串音干扰。如果信道间产生了串音干扰，则接收此WDM信号光的端站设备就不能对传输数据进行高精度的解调。

本发明目的在于提供一种光学发送器，它能防止在WDM系统的波长信道间发生串音干扰。

本发明的另一目的在于提供一种能防止在WDM系统的波长信道之间发生串音干扰的端站设备。

本发明目的还在于提供一能防止在WDM系统的波长信道间发生串音干扰的光学通信系统。

根据本发明的第一个方面，提供了一种光学发送器，它包括：一光源单元，以产生光学信号；一监测器，以监测一依赖该光学信号波长的参数；一判定器，以判定此监测参数是否满足预定条件；和一切断单元，以便在监测参数不满足预定条件时切断光学信号。

在上述结构中，如果监测参数，它典型即为光学信号波长本身或者为光源单元的激光二极管的温度，不符合预定条件，则切断光学信号的输出，以便使光学发送器输出的光学信号波长保持在一允许界限范围内。其结果是，通过将本发明应用在端站设备采用的大量光学发送器的每一个上，可防止在WDM信道之间发生串音干扰。

根据本发明的第二方面，提供了实现波分复用的端站设备。此设备包括输出波长各不相同的光学信号的多个光学发送器，和一个光学多路复用器以对上述光学信号进行波分多路复用并作为其结果输出一波分多路复用的信号光。上述每一光学发送器均为根据本发明第一方面提供的光学发送器。

根据本发明的第三方面，提供了一种实现波分复用的光学通信系统。此系统包括第一和第二端站设备及用于连接第一端站设备与第二端站设备的光纤传输线。此第一和第二端站设备至少有一个为根据本发明第二方面提供的端站设备。

本发明的上述及其他目的、特色和优点以及实现它们的方式将通过参考显示本发明优选实施例的附图，研究下述说明及附后的权利要求后变得更加清楚，发明本身也将得以进一步理解。

图1为显示采用本发明的光纤通信系统的方框图；

图2A与2B为用以解释在WDM波分复用中串音干扰的产生的说明性图解；

图3为显示根据本发明的光学发送器的基本结构的方框图；

图4为显示本发明采用的光源单元的方框图；

图5为显示代表激光二极管特性的典型曲线图；

图6为显示根据本发明的光学发送器的第一实施例的方框图；

图7为用以说明图6所示第一实施例中采用的光学带通滤波器特性的说明性图解；

图8A与8B为用以描述替代上述带通滤波器的分光器的示意图。

图9为显示根据本发明的光学发送器的第一实施例的方框图；

图10A，10B及10C为各个显示可用于本发明的光开关的示意图；

图11为显示根据本发明的光学发送器的第三实施例的方框图；和

图12为显示根据本发明的光学发送器的第四实施例的方框图。

本发明通过参照相应图示对优选实施例做如下详细描述而变得更加清楚。需要指出的是，在所有图示中，本质上相同的元件由同样参考数码标示。

图1为显示可采用本发明的光纤通信系统的方框图。如图所示，此光纤通信系统包括一第一端站设备2以输出WDM信号光，一光纤传输线4以传输由第一端站设备2输出的WDM信号光，和一第二端站设备6以接收光纤传输线4传送的WDM信号光。第一端站设备2包括多个光学发送器或光学发射机(OS)12(#1到#N)，和一个光学多路复用器(MUX)14。此光学多路复用器14具有多个输入口，每个与光学发送器12(#1到#N)之一相连，和至少一个输出口，与光纤传输线4相连。光学多路复用器14对提供的大量光学信号进行波分多路复用，并输出一WDM信号光。

在光纤传输线4上的地段，沿线设有多个光学中继站8以对WDM信号光的衰减进行补偿。每个光学中继站8具有一光学放大器10以放大WDM信号光。此光学放大器10包含一接收WDM信号光的光学放大媒质和泵浦此光学放大媒质的装置。该光学放大媒介可采用掺入稀土族元素的光纤。在此情况下，其泵浦装置包含一输出预定波长泵浦光的泵浦光源和将此泵浦光提供给掺杂光纤的第一和第二端至少其一的光路。作为掺杂剂，对于波段为1.55μm的光学信号的放大，Er(铒)为一合适元素。此时，选用0.98或1。48μm作为泵浦光波长。该光学放大媒质同样可采用半导体芯片，在此情况下，其泵浦装置包含向此半导体芯片注入电流的装置。

第二端站设备6包括一光学多路分解器(DMUX)16以将接收的WDM信号光多路分解成其相应信道的光学信号，和多个光学接收器(OR)18(#1到#N)以接收相应的光学信号。

在采用如上所述WDM的光纤通信系统中，其光纤传输线的单线传输容量可通过增加多路复用信道的数目而得以提高。另外，通过在光纤传输线路上设置至少一个光学放大器，可使其传输距离得以延长。

图2A与2B为描述WDM系统中信道之间串音干扰的产生的示意图。为简化说明，图2A所示的进行WDM的信道数为4。其4个信道设定的波长为λ₁到λ₄，并满足关系λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄。现在，由于产生在光学发送器上的麻烦或由于一个冷启动，假定第三信道的波长由λ₃变为短于λ₁的λ’₃(λ’₃＜λ₁)，而其他信道设定的波长保持不变，如图2B所示。为解决此问题，第三信道的波长需调整使其恢复至初始值λ₃。然而，在此调整过程中，存在第三信道波长等于第一和第二信道相应波长λ₁和λ₂的时刻。此时，在第一和第二信道就发生了串音干扰，并很可能导致数据错误。

图3为显示根据本发明的光学发送器的基本结构的方框图。如图所示，此光学发送器包括一光源单元20，一监测单元22，一判断单元或判定器24和一切断单元26。光源单元20产生一光学信号。监测单元22对决定或依赖于此光学信号波长的参数进行监测。判断单元24对监测参数是否满足预定条件进行判定或作出一个判断。切断单元26在监测参数不满足预定条件时切断光信号。未经切断单元26切断的光学信号由输出口28输出。

图1中所示的光学发送器12可采用如图3所示的光学发送器或由下面将描述的诸实施例实现的光学发送器。含有切断单元26的光学发送器，在发现光学信号波长超出其信道设定的允许波长范围时切断与之相连的信道的光学信号，从而防止信道间发生串音干扰。

图4为用于本发明的光源单元的方框图。图4所示的光源单元可用于如图3所示的基本结构及下述实施例中。如图4所示，此光源单元包括一激光二极管30，一为其提供驱动电流I_D的驱动单元32和一ATC(自动温度控制)环路34以使激光二极管30的温度保持在一恒定值。驱动单元32包括一电流源36，一电流控制电路38，它与电流源36相连以产生一受控直流偏置电流I_B，一调制电路40，通过利用提供给它的时钟信号(CLK)和数据信号(DATA)产生一调制电流I_M，和一加法器42，通过将调制电流I_M叠加到偏置电流I_B上而产生驱动电流I_D。通过将以此方式产生的驱动电流I_D提供给激光二极管30，可由其输出一强度调制的光学信号。

激光二极管30固定在一基座44的上表面上。基座44的下表面通过一珀尔帖(Peltier)装置46固定在一外壳48的内壁上。ATC环路34包含一热敏元件50，设置在基座44上与激光二极管30最接近的位置以监测激光二极管30的温度，一温度控制电路52，以输出一使热敏元件50监测的温度保持在恒定值的控制信号，和一可调电流源54，以将由上述控制信号控制的电流提供给珀尔帖装置46。珀尔帖装置46的作用在于使与所提供电流相对应的热量由基座44传向外壳48。因而，如果珀尔帖装置46对于由激光二极管30散失的热量具有一定的冷却能力，则激光二极管30得到冷却以使其温度实质上保持在一恒定值。其结果是，根据ATC环路34的工作原理，使激光二极管30的振荡波长保持在一恒定值。

图5为显示代表激光二极管30的特性的典型曲线图。图形的纵轴和横轴分别代表激光二极管30的振荡波长和温度。如图所示，激光二极管的振荡波长随其温度增加而增加。其特性曲线还说明，随着驱动电流水平，也即驱动电流绝对值的增加，其振荡波长向上移动。

图6为显示根据本发明的光学发送器的第一实施例的方框图。如图所示，光源单元20包括一激光二极管30，一驱动单元32，和一ATC环路34，如图4中同样所示。监测单元22包括一光束分离器56，以将激光二极管30输出的光学信号分解为一主光束和一辅光束；一光学带通滤波器58，以滤去由光束分离器56输出的辅光束；和一光电探测器(PD)60，以接收通过光学带通滤波器58的光束。光电探测器产生一代表提供给光电探测器60的光束的功率的光电流。电阻62与光电探测器相连，以将此光电流转换为响应于光电流的监测电压V。

判断单元24包含一比较器64，以将监测单元22产生的监测电压V与参考电压(或阈值电压)V_th进行比较。切断单元26包含一设置在光束分离器56与输出口28之间的光开关66。光开关66根据比较器64的信号输出，用以接通或断开由光束分离器56产生的主光束信号。具体地说，当发现监测电压V大于参考电压V_th时，光开关66接通，允许光学信号(严格地说，为主光束)通过至输出口28。另一方面，当发现监测电压V等于或小于参考电压V_th时，光开关66断开，切断了光学信号。

如图7所示，光学带通滤波器58具有在光学信号的目标波长λ_m处呈现最大透过率的特征。图中所示曲线的纵轴为光输出功率，即通过光学带通滤波器58的光束功率，横轴为其波长。假定不用担心在其他信道会产生串音效应的波长范围为λ_m±Δλ。在此情况下，参考电压V_th应设置为如下阈值，它使得在波长λ_m-Δλ与λ_m+Δλ处的光功率P_th对应于其阈值。通过将参考电压V_th设置为此值，可使得在通过光学带通滤波器58的光束功率大于P_th时光开关66接通，而在通过光学带通滤波器58的光束功率等于或小于P_th时光开关66断开。

由此可知，在第一实施例中，由监测单元22监测的参数为通过光学带通滤波器58的光束的功率，即监测电压V，而判断单元24在作出判定时采用的预定条件为通过光学带通滤波器58的光束功率大于阈值P_th或监测电压V高于V_th。

根据监测单元22及判断单元24的上述操作，由输出口28输出的光学信号波长得以限制在不影响其他信道的范围内。因而，通过在WDM端站设备或WDM光学通信系统中采用此光学发送器，就有可能防止在信道间发生串音干扰。

图8A与8B各显示了一个典型分光器，可用以替代监测单元22的光学带通滤波器58。

如图8A所示，第一种分光器具有一反射式衍射光栅68，以使来自光束分离器56的辅光束产生角色散。此角色散光束提供给光电探测器60。具体地说，调节光电探测器60与衍射光栅68之间的位置关系，使具有目标波长λ_m的角色散光束射向光电探测器60的接收表面中心。另一方面，波长为λ_m+1(＞λ_m+Δλ)的光束及波长为λ_m-1(＞λ_m-Δλ)的光束不会进入光电探测器60的接收表面。也就是说，图8A所示的分光器具有与图7所示相等的工作性能。

如图8B所示，第二种分光器具有一棱镜70，以对来自光束分离器56的辅光束提供角色散。与第一种分光器很相似，角色散光束提供给光电探测器60。具体来说，调节光电探测器60与棱镜70之间的位置关系，使具有目标波长λ_m的角色散光束射向探测器60的接收表面中心。另一方面，波长为λ_m+1(＞λ_m+Δλ)的光束及波长为λ_m-1(＞λ_m-Δλ)为的光束不会进入光电探测器60的接收表面。这就是说，图8B所示的分光器同样具有与图7所示相等的工作性能。

图9为显示根据本发明的光学发送器的第二实施例的示意图。由于激光二极管30输出的光学信号波长决定于其温度，在第二实施例中，选用激光二极管30的温度作为监测参数。具体地说，设置了一包含温度监测器72的监测单元22’，以产生反映激光二极管30温度的监测电压V_mon。因为ATC环路34如图4所示包含一热敏元件50以探测激光二极管30的温度，所以通过向温度监测器72提供由热敏元件50输出的信号，可方便地获得监测电压V_mon。

这里同样设置了一判断单元24’，以对监测电压V_mon是否位于第一参考电压(或第一阈值电压)V₁与第二参考电压(或第二阈值电压)V₂之间的范围内作出判断，其中V₂＜V₁。判断单元24’包含一第一比较器74，以将监测电压V_mon与第一参考电压V₁进行比较；一第二比交器76，以将监测电压V_mon与第二参考电压进行比较；和一“与”电路78，以输出由第一和第二比较器74和76输出的信号的逻辑结果。

判断单元24’工作如下。如果V₁＜V_mon，则第一比较器74输出低电平，而第二比较器76输出为高电平，结果是“与”电路78输出低电平。另一方面，如果V₂≤V_mon≤V₁，则第一比较器74输出电平为高而第二比较器输出电平也为高，结果“与”电路78输出电平为高。相反地，如果V_mon＜V₂，则第一比较器74输出高电平而第二比较器76输出低电平，结果“与”电路7 8输出低电平。“与”电路78的高和低输出电平相应地接通和断开光开关66。

因而，只有在满足条件V₂≤V_mon≤V₁时，光学信号和由输出口28输出。设定此条件以保证光学信号的波长在一允许范围内。具体地说，由于光学信号的波长随激光二极管30的温度而增加，分别将V₁和V₂设定在对应于最大和最小允许波长的数值。

通过采用上述监测单元22’和判断单元24’，可使光学信号在其波长位于允许范围外时得以切断。因而，通过在图1所示的光学发送器12(#1到#N)之每一个上采用此光学发送器，就有可能防止在信道之间发生串音干扰。

图10A，10B和10C各显示了一种可用于本发明的光开关的示意图。

如图10A所示，第一种光开关包含一马赫-策德尔光学调制器80，一可调电压源82，和一控制电路84。马赫-策德尔光学调制器80包括一输入口86；一与输入口86相连的Y形分支88，它将由输入口86提供的光学信号分割成第一和第二光束；第一和第二光路90和92，它们与Y形分枝88相连，分别传导第一和第二光束；第一和第二电极94和96，它们分别位于第一和第二光路90和92上，以便在第一和第二光束间产生一相位差；一与第一和第二光路相连的Y形分支98，它将提供给它的具有相位差的第一和第二光束合并；和一与Y形分支98相连的输出口100。电极94接地，而电极96与可调电压源82相连，它给电极96提供一电压。提供给电压96的电压大小由控制电路84根据判断单元24(24’)的输出信号进行控制。当在电极94和96之间施加一电场使第一和第二光束同相时，它们在Y形分支98处互相加强地叠加在一起，结果此状态相当于光开关接通。另一方面，当施加在电极94和96之间的电场使第一和第二光束反相时，它们在Y形分支98处相互抵消，结果此状态相当于光开关断开。

如图10B所示，第二种光开关包括一场致吸收光学调制器102，一可调电压源104，和一控制电路106。电场吸收光学调制器102包含一吸收光学信号的吸收层108和向吸收层108提供电场的电极110和112。电极110接地，而电极112与可调电压源104相连，它为电极112提供电压。施加给电极112的电压水平由控制电路106根据判断单元24(24’)的输出信号进行控制。由于吸收层108的光学信号吸收率根据由电极110和112提供的电场变化，所以通过调整可调电压源104，可接通或切断通过光开关的光学信号。

如图10C所示，第三种光开关包括一活动棱镜114，以对光学信号的光路进行机械转换；和一控制电路116，以根据判断单元24(24’)的输出信号控制活动棱镜114的驱动装置。需要指出，图中没有显示驱动装置本身。当活动棱镜114位于图中实线所示位置时，所提供光学信号的光路由活动棱镜114改变方向，通向吸收光学信号的光学终端118。在此状态下，光开关为断开的。另一方面，当活动棱镜114位于图中标记数码114’指示的位置时，所提供光学信号的光路按原方向通向输出口28。在此状态下，光开关为接通的。

需要指出的是，虽然本发明参照实施例进行描述，其中的切断单元26包含有为接通和断开光学信号的光开关66，此描述也不应解释为具有限定意味。这就是说，应理解为本发明实现的主题并不局限于上述实施例。事实上，本发明可通过未采用光开关的实施例来实现。此种实施例将参照图11和12加以解释。

图11为显示根据本发明的光学发送器的第三实施例的方框图。如图所示，采用了图6中所示的光源单元20，监测单元22，和判断单元24，但未采用光开关66。作为光开关66的替代物，为驱动单元32设置了一包含一切断电路130的切断单元26’。切断电路130根据判断单元24的输出信号控制由驱动单元32对激光二极管30驱动电流的提供。

更具体地说，当监测电压V等于或大于参考电压V_th时，光学信号的波长被判定为在允许范围内。此时，切断电路130控制驱动单元32使其向激光二极管30正常地提供驱动电流。另一方面，当监测电压V小于参考电压V_th时，光学信号的波长被判定为超出允许范围。此时，切断电路130控制驱动单元32，使其减小向激光二极管30提供的驱动电流强度。这里，至于为何仅减小驱动电流强度而不是使其完全变为零，其原因在于，通过仅减小驱动电流强度，一旦光学信号的波长落回允许范围，可方便地实现恢复驱动电流至其原先值的操作。

图12为显示根据本发明的光学发送器的第四实施例的方框图。如图所示，第四实施例是通过对图11所示第三实施例修改后得到的，其修改方式与图6所示第一实施例修改为图9所示第二实施例相同。这就是说，第三和第四实施例具有共同的光源单元20与切断单元26’，而第三实施例中采用的监测单元22和判断单元24被分别修改为监测单元22’和判断单元24’。由于第四实施例的工作原理可通过已描述的实施例方便地理解，其解释予以省略。

根据第三或第四实施例，可使光学信号的波长位于一允许范围内。作为其结果，通过在图1所示的光纤通信系统中采用此第三或第四实施例，可防止在信道间发生串音干扰。

需要指出的是，虽然本发明的描述参照的说明性实施例中，在其激光二极管30上实现了直接调制，如图4所示，但其不应解释为具有限定意义。这就是说，应理解为本发明实现的主题并不局限于上述实施例。例如，通过采用一外部光学调制器也可在激光二极管30上实现间接调制。

Claims (15)

1.一种光学发送器，包括：

光源单元，用于产生光学信号；

监测器，用于监测依赖于上述光学信号的波长的参数；

判定器，用于判定所述监测参数是否满足预定条件；和

切断单元，用于在所述监测参数不满足上述预定条件时切断所述光学信号，

其中所述监测器包括：

光束分离器，以将所述光学信号分离成一主光束和一辅光束；

光学带通滤波器，向其提供所述辅光束；和

光电探测器，用于探测通过所述光学带通滤波器的光束；

所述参数为通过上述光学带通滤波器的所述光束的功率；且

所述预定条件为通过上述光学带通滤波器的所述光束的功率大于一个阈值。

2.如权利要求1所述的光学发送器，其特征在于所述切断单元包含一光开关以接通和切断所述主光束。

3.如权利要求1所述的光学发送器，其特征在于：

所述光源单元包含一激光二极管及为此激光二极管提供驱动电流的装置；和

所述切断单元包含用于控制向所述激光二极管提供所述驱动电流的装置。

4.如权利要求1所述的光学发送器，其特征在于所述光源单元包含一激光二极管。

5.如权利要求4所述的光学发送器，其特征在于：

所述光源单元还包括监测所述激光二极管温度的装置；

所述监测器包含用于产生反映所述激光二极管的上述温度的监测电压的装置；和

所述预定条件为上述监测电压幅值位于第一和第二阈值之间。

6.如权利要求5所述的光学发送器，其特征在于所述切断单元包含一光开关以接通和切断所述主光束。

7.如权利要求5所述的光学发送器，其特征在于：

所述光源单元还包括向所述激光二极管提供驱动电流的装置；和

所述切断单元包括用于控制向所述激光二极管提供所述驱动电流的装置。

8.如权利要求1所述的光学发送器，其特征在于：

所述监测器包括：

一光束分离器，以将所述光学信号分离成一主光束和一辅光束；

为所述辅光束提供角色散的装置；和

一光电探测器，以探测具有所述角色散的所述辅光束；且

所述参数为上述光电探测器的输出信号。

9.如权利要求1所述的光学发送器，其特征在于所述切断单元包含一光开关以接通和切断所述主光束。

10.如权利要求9所述的光学发送器，其特征在于所述光开关含有一马赫-策德尔光学调制器。

11.如权利要求9所述的光学发送器，其特征在于所述光开关含有一电场吸收光学调制器。

12.如权利要求9所述的光学发送器，其特征在于所述光开关含有一活动棱镜，以对所述光学信号的光路进行机械转换。

13.一种用以进行波分复用的端站设备，包括：

多个光学发送器，以输出波长各不相等的光学信号；和

一光学复用器，以对所述光信号进行波分复用并据此输出一波分复用的信号光；

每个上述光学发送器包括：

光源单元，用于产生光学信号；

监测器，用于监测依赖于上述光学信号的波长的参数；

判定器，用于判定上述监测参数是否符合预定条件；和

切断单元，用于在上述监测参数不满足所述预定条件时切断所述光学信号；

其中所述监测器包括：

光束分离器，以将所述光学信号分离成一主光束和一辅光束；

光学带通滤波器，向其提供所述辅光束；和

光电探测器，用于探测通过所述光学带通滤波器的光束；

所述参数为通过上述光学带通滤波器的所述光束的功率；且

所述预定条件为通过上述光学带通滤波器的所述光束的功率大于一个阈值。

14.一种用以进行波分复用的光学通信系统，包括：

第一和第二端站设备；和

连接所述第一端站设备与所述第二端站设备的光纤传输线；

所述第一和第二端站设备中至少有一个包括：

多个光学发送器，以输出波长各不相同的光学信号；和

光学复用器，以对所述光学信号进行波分复用并据此输出一波分复用的信号光；

每个上述光学发送器包括：

光源单元，用于产生光学信号；

监测器，用于监测依赖于上述光学信号的波长的参数；

判定器，用于判定上述监测参数是否符合预定条件；和

切断单元，用于在上述监测参数不满足所述预定条件时切断所述光学信号；

其中所述监测器包括：

光束分离器，以将所述光学信号分离成一主光束和一辅光束；

光学带通滤波器，向其提供所述辅光束；和

光电探测器，用于探测通过所述光学带通滤波器的光束；

所述参数为通过上述光学带通滤波器的所述光束的功率；且

所述预定条件为通过上述光学带通滤波器的所述光束的功率大于一个阈值。

15.根据权利要求14所述的光学通信系统，还包含一光学放大器，设置在所述光纤上，以放大所述波长复用的信号光。

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