CN111447014A - 一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤通信技术领域，提供了一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法及装置，使用激光器生成激光，输入到极化复用强度调制器中将该激光分为两束偏振光，两组信号注入到极化复用强度调制器中，对两束偏振光分别进行强度调制，产生两组光信号。使用偏振耦合器将调制后的两个偏振激光耦合，再利用偏振控制器和起偏器调整输出光的偏振方向，最终获得多电平光信号。本发明利用极化复用强度调制器的方法产生多电平光信号，无需使用DAC，仅采用一个极化复用强度调制器实现两个低电平信号的调制和耦合，即可产生高质量的多电平光信号，结构简单，复杂度低且调制效率较高，减少了对发射端器件的需求，有效降低了系统成本。

Description

一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置。

背景技术

随着互联网、数据中心的快速发展以及数据密集型应用的出现，网络流量呈现爆炸式增长，为满足日益增长的容量需求，通信技术必须不断发展。为了提升光传输系统的容量，波分复用技术、偏振复用技术、数字相干接收技术、以及先进的调制格式等等成为备受关注的研究内容。在长距离骨干网传输中，波分复用和相干光通信技术方案占有重要的地位，而在短距离光纤通信传输中，直接检测技术方案因结构简单成本低廉应用广泛。

由于大规模数据中心兴起，短距离光纤通信网络需要承载的数据量越来越多，数据中心内部以及数据中心之间迫切需要短距离、高速率、低功耗、成本可控的技术方案来支撑。强度调制技术因其实现简单，广泛应用于短距离光纤通信。现如今随着数据流量的飞速增长，简单的二进制强度调制技术OOK(On-off keying)由于对器件带宽要求高且对光纤色散匹配度要求高，已经不能够满足当前需求。采用多级幅度调制能够降低信号的波特率，从而能够降低光电器件的带宽要求。在光纤通信系统中，多电平调制技术因为其结构简单、成本效益高以及频谱效率而受到广泛关注。近年来，四电平脉冲幅度调制(4-level pulse-amplitude modulation,PAM4)成为短距离光纤传输的主流，未来甚至可能会发展到更高阶的调制。传统的多电平光信号是由多级电信号直接调制产生，通常需要高性能的任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator,AWG)或者数模转换器(Digital AnalogConverter，DAC)来实现多级电信号的产生，且对于发送端的光电器件线性度要求较高，成本较高且功耗大，这在要求成本低廉可控的短距离通信传输中并不适用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置，简化了发射端的结构，降低了多电平光信号产生对器件的需求，节约了带宽，同时有效降低了系统成本。

本发明提供了一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法，具有这样的特征，包括以下步骤：使用激光器产生激光；将两组信号注入极化复用调制器，然后使用极化复用调制器将激光转化成耦合激光；使用偏振控制器调整耦合激光进入起偏器的偏振方向；使用起偏器使耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的方法中，还可以具有这样的特征：其中，极化复用调制器包括偏振分束器、强度调制器及偏振耦合器，使用偏振分束器将激光经分为两束偏振光；将两组信号注入强度调制器对两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光；使用偏振耦合器使两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的方法中，还可以具有这样的特征：其中，两组信号分别为第一组发射端信号及第二组发射端信号，两束偏振光分别为第一偏振光及第二偏振光，第一组发射端信号由第一数据源产生，表示为：

用于驱动第一偏振光，第二组发射端信号由第二数据源产生，表示为：

用于驱动第二偏振光，耦合激光表示为：

式中，A表示第一组发射端信号的信号幅度，B表示第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的方法中，还可以具有这样的特征：其中，耦合激光以夹角θ的偏振方向进入起偏器，多电平光信号表示为：

式中，A表示第一组发射端信号的信号幅度，B表示第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的方法中，还可以具有这样的特征：其中，激光器为分布反馈半导体激光器或者外腔激光器。

本发明还提供了一种基于单个调制器产生多电平光信号的装置，具有这样的特征，包括：激光器，用于产生激光；第一数据源，用于产生第一组发射端信号；第二数据源，用于产生第二组发射端信号；极化复用调制器，用于将激光转化成耦合激光；偏振控制器，用于调整耦合激光进入起偏器的偏振方向；以及起偏器，用于使耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号，其中，极化复用调制器包括：偏振分束器，用于将激光经分为两束偏振光；强度调制器，用于接收第一组发射端信号及第二组发射端信号，然后对两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光；偏振耦合器，用于使两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的装置中，还可以具有这样的特征：其中，两束偏振光分别为第一偏振光及第二偏振光，第一组发射端信号表示为：

用于驱动第一偏振光，第二组发射端信号表示为：

用于驱动第二偏振光，耦合激光表示为：

式中，A表示第一组发射端信号的信号幅度，B表示第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的装置中，还可以具有这样的特征：其中，耦合激光以夹角θ的偏振方向进入起偏器，多电平光信号表示为：

式中，A表示第一组发射端信号的信号幅度，B表示第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的装置中，还可以具有这样的特征：其中，激光器为分布反馈半导体激光器或者外腔激光器。

在本发明提供的基于单个调制器产生多电平光信号的装置中，还可以具有这样的特征：其中，强度调制器为马赫曾德尔调制器或者电吸收调制器。

发明的作用与效果

根据本发明所提供的基于单个调制器产生多电平光信号的方法及装置，该装置包括激光器、第一数据源、第二数据源、由偏振分束器、强度调制器和偏振耦合器集成的极化复用调制器、偏振控制器以及起偏器。该方法为使用激光器生成激光；使用第一数据源和第二数据源产生两组信号，将两组信号注入极化复用调制器，然后使用极化复用调制器将激光转化成耦合激光；再使用偏振控制器调整耦合激光进入起偏器的偏振方向；最后使用起偏器使耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号。其中，使用极化复用调制器中的偏振分束器将激光经分为两束偏振光，将两组信号注入强度调制器，使用强度调制器对两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光；使用偏振耦合器使两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。

本发明采用一个极化复用强度调制器实现实现两个双电平信号(即第一发生端信号与第二发射端信号)信号的调制和耦合，经偏振控制器调整激光输入起偏器的偏振方向，经起偏器后得到高质量多电平光信号，结构简单，复杂度低且调制效率较高。不需要使用DAC等昂贵器件，有效降低了成本和功耗，非常适合用于产生多电平脉冲幅度调制信号(如PAM4)，将在短距离光纤通信中发挥巨大作用。

本发明提出一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置，简化了发射端的结构，降低了多电平光信号产生对器件的需求，节约了带宽，同时有效降低了系统成本，对于以更经济的方式产生高质量的多电平光信号具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的实施例中的基于单个调制器产生多电平光信号装置的结构示意图；以及

图2是本发明的实施例中的极化复用调制器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置作具体阐述。

<实施例>

本实施例对一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置做详细阐述。

图1是本发明的实施例中的基于单个调制器产生多电平光信号装置的结构示意图，图2是本发明的实施例中的极化复用调制器的结构示意图。

如图1、2所示，基于单个调制器产生多电平光信号装置包括激光器1、第一数据源2、第二数据源22、极化复用调制器3、偏振控制器4及起偏器5。

激光器1、极化复用调制器3、偏振控制器4及起偏器5通过单模光纤依次连接在一起。第一数据源2及第二数据源22通过高速电缆与极化复用调制器3分别连接在一起。

其中，极化复用调制器3由偏振分束器31、强度调制器32、偏振耦合器33集成。偏振分束器31、强度调制器32及偏振耦合器33通过单模光纤依次连接起来。

激光器1产生激光作为光载波，该激光输入到极化复用调制器3中。激光器1可以是分布反馈半导体激光器或外腔激光器，也可以是其他激光器。在本实施例中，激光器1为分布反馈半导体激光器(DFB-LD)。

偏振分束器31，接受激光器1发生的激光，然后将激光经分为两束偏振光。该两束偏振光分别为第一偏振光和第二偏振光。

第一数据源2，产生第一组发射端信号，用于驱动第一偏振光。第二数据源22，产生第二组发射端信号，用于驱动第二偏振光。第一组发射端信号与第二组发射端信号均为二进制的光开关(on/off keying)信号，且二者的极化方向是正交的。

第一组发射端信号表示为：

第二组发射端信号表示为：

其中，A表示第一组发射端信号的信号幅度，B表示第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

在本实例中，信号为基带信号，第一数据源2和第二数据源22为二进制数据，则A、B作为信号幅度均为1，＝0。

将第一组发射端信号及第二组发射端信号注入强度调制器32中，第一组发射端信号及第二组发射端信号分别驱动强度调制器32产生开关(on-off keying)光信号，然后强度调制器32对两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光。开关(on-offkeying)光信号为二进制，因此第一组发射端信号及第二组发射端信号为两个极化正交的二进制的双电平信号。

偏振耦合器33，对两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。耦合激光的信号表示为：

即第一组发射端信号与第二组发射端信号之和。由于第一组发射端信号与第二组发射端信号的极化方向是正交的，因此耦合激光具有两个正交的极化方向。

偏振控制器4，调整耦合激光进入起偏器5的偏振方向。起偏器5，使耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号。耦合激光输出多电平光信号的偏振方向即耦合激光进入起偏器5的偏振方向。

在本实施例中，耦合激光的方向与起偏器5的方向夹角为θ，最后经过起偏器5输出的多电平光信号可以表示为：

其中，A表示第一组发射端信号的信号幅度，B表示第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

实施例的作用与效果

根据本实施所提供的基于单个调制器产生多电平光信号的方法及装置，该装置包括激光器、第一数据源、第二数据源、由偏振分束器、强度调制器和偏振耦合器集成的极化复用调制器、偏振控制器以及起偏器。该方法为使用激光器生成激光；使用第一数据源和第二数据源产生两组信号，将两组信号注入极化复用调制器，然后使用极化复用调制器将激光转化成耦合激光；再使用偏振控制器调整耦合激光进入起偏器的偏振方向；最后使用起偏器使耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号。其中，使用极化复用调制器中的偏振分束器将激光经分为两束偏振光，将两组信号注入强度调制器，使用强度调制器对两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光；使用偏振耦合器使两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。

本发明的实施例采用一个极化复用强度调制器实现两个双电平信号(即第一发生端信号与第二发射端信号)的调制和耦合，经偏振控制器调整激光输入起偏器的偏振方向，经起偏器后得到高质量多电平光信号，结构简单，复杂度低且调制效率较高。不需要使用DAC等昂贵器件，有效降低了成本和功耗，非常适合用于产生多电平脉冲幅度调制信号(如PAM4)，将在短距离光纤通信中发挥巨大作用。

本发明的实施例提出一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法和装置，简化了发射端的结构，降低了多电平光信号产生对器件的需求，节约了带宽，同时有效降低了系统成本，对于以更经济的方式产生高质量的多电平光信号具有重要意义。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于单个调制器产生多电平光信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用激光器产生激光；

将两组信号注入极化复用调制器，然后在所述两组信号的驱动下，使用所述极化复用调制器将所述激光转化成耦合激光；

使用偏振控制器调整所述耦合激光进入起偏器的偏振方向；

使用起偏器使所述耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号。

2.根据权利要求1所述的基于单个调制器产生多电平光信号的方法，其特征在于：

其中，所述极化复用调制器包括偏振分束器、强度调制器及偏振耦合器，

使用所述偏振分束器将所述激光经分为两束偏振光；

将所述两组信号注入所述强度调制器，使用所述强度调制器对所述两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光；

使用所述偏振耦合器使所述两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。

3.根据权利要求2所述的基于单个调制器产生多电平光信号的方法，其特征在于：

其中，所述两组信号分别为第一组发射端信号及第二组发射端信号，所述两束偏振光分别为第一偏振光及第二偏振光，

所述第一组发射端信号由第一数据源产生，表示为：

用于驱动所述第一偏振光，

所述第二组发射端信号由第二数据源产生，表示为：

用于驱动所述第二偏振光，

所述耦合激光表示为：

式中，A表示所述第一组发射端信号的信号幅度，B表示所述第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

4.根据权利要求3所述的基于单个调制器产生多电平光信号的方法，其特征在于：

其中，所述耦合激光以夹角θ的偏振方向进入所述起偏器，

所述多电平光信号表示为：

式中，A表示所述第一组发射端信号的信号幅度，B表示所述第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

5.根据权利要求1所述的基于单个调制器产生多电平光信号的方法，其特征在于：

其中，所述激光器为分布反馈半导体激光器或者外腔激光器。

6.一种基于单个调制器产生多电平光信号的装置，其特征在于，包括：

激光器，用于产生激光；

第一数据源，用于产生第一组发射端信号；

第二数据源，用于产生第二组发射端信号；

极化复用调制器，用于将所述激光转化成耦合激光；

偏振控制器，用于调整所述耦合激光进入起偏器的偏振方向；以及

所述起偏器，用于使所述耦合激光按照一定的偏振方向输出多电平光信号，

其中，所述极化复用调制器包括：

偏振分束器，用于将所述激光经分为两束偏振光；

强度调制器，用于接收所述第一组发射端信号及所述第二组发射端信号，然后对所述两束偏振光分别进行强度调制，得到两束调制后的偏振光；

偏振耦合器，用于使所述两束调制后的偏振光进行耦合，得到耦合激光。

7.根据权利要求6所述的基于单个调制器产生多电平光信号的装置，其特征在于：

其中，所述两束偏振光分别为第一偏振光及第二偏振光，

所述第一组发射端信号表示为：

用于驱动所述第一偏振光，

所述第二组发射端信号表示为：

用于驱动所述第二偏振光，

所述耦合激光表示为：

式中，A表示所述第一组发射端信号的信号幅度，B表示所述第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

8.根据权利要求7所述的基于单个调制器产生多电平光信号的装置，其特征在于：

其中，所述耦合激光以夹角θ的偏振方向进入所述起偏器，

所述多电平光信号表示为：

式中，A表示所述第一组发射端信号的信号幅度，B表示所述第一组发射端信号的信号幅度，w₀表示信号角频率，j表示复数单位，t表示时间。

9.根据权利要求6所述的基于单个调制器产生多电平光信号的装置，其特征在于：

其中，所述激光器为分布反馈半导体激光器或者外腔激光器。

10.根据权利要求6所述的基于单个调制器产生多电平光信号的装置，其特征在于：

其中，所述强度调制器为马赫曾德尔调制器或者电吸收调制器。

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