CN111614431A - 具有改进的光放大的、基于wdm梳状源的光链路 - Google Patents

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Abstract

一种用于光链路的接收器(RX)，被配置为从光链路的发送器(TX)发送的光信号(IN)解码至少一个数据流(c1‑c4)，其中光信号(IN)包括具有不同频率(f)的多个光载波，其中多个光载波已经被相应的调制器(FSM，RRM，MZM)根据数据流(c1‑c4)调制，其中接收器(TX)包括具有一个输入端口和两个输出端口的偏振分割元件(PSC)、被调谐到根据数据流(c1‑c4)调制的至少一个光载波的至少一个谐振分插复用器(ADM)，以及将光强度转换成电信号的至少一个检测器(PD)，其中来自偏振分割元件(PSC)的两个输出端口的光在相反方向上耦合到谐振分插复用器(ADM)中，并且光在两个相反方向上从谐振分插复用器(ADM)耦合到至少一个检测器(PD)。

Description

具有改进的光放大的、基于WDM梳状源的光链路
本申请是申请人为亚琛工业大学、申请日为2015年3月26日、申请号为201580078254.8、发明名称为“具有改进的光放大的、基于WDM梳状源的光链路”的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用梳状源作为光源的WDM光链路，其中光放大器比以前更高效地被使用。
背景技术
在波分复用(WDM)光链路中，通过使用具有不同频率的光经光路径发送多个数据信道，在发送器和接收器之间的同一条光路径被多次使用。为此，光源生成具有不同频率的多条离散线路。这些线路根据数据流彼此单独地被调制，使得每条线路支持用于数据传输的独立信道。这种链路在本领域中是众所周知的，例如，(A.Akrout，A.Shen，R.Brenot，F.van Dijk，O.Legouezigou，F.Pommereau，F.Lelarge，A.Ramdane，G.-H.Duan，“SeparateError-Free Transmission of Eight Channels at 10Gb/s Using Comb Generation ina Quantum-Dash-Based Mode-Locked Laser”，IEEE Photonics Technology Letters 21(23)，1746-1748(2009))。
如果使用单独的激光器来生成每条线路，那么发送器变得庞大、昂贵并且消耗大量电力。但是，如果使用单个源来同时生成所有频率，那么所有生成的线路共享源的有限总功率。由于大部分功率在调制期间或者由于光学元件之间的接口丢失，因此链路预算是有限的。为了改善链路(例如，为了增加范围或改善误码率)，使用同时放大所有光线路的光放大器。用于这种放大器的示例作为半导体光放大器(SOA)在(D.Yin，A.Gubenko，I.Krestnikov，D.Livshits，S.Mikhrin，A.Kovsh，G.Wojcik，“Laser Diode Comb SpectrumAmplification Preserving Low RIN for WDM applications”，SPIE-OSA-IEEE 7631,7631IR-1至76311R-7(2009))中给出。
关于链路质量的主要兴趣是可实现的范围和误码率。使用SOA作为光放大器需要关于每个信道的功率进行权衡。虽然每个信道的越高功率增加可实现的范围并增加信噪比(同时考虑到由SOA生成的过多噪声)，这进而改善误码率，但是如果放大器超出线性状态(regime)被操作，那么信号失真。但是，如果放大器在其线性状态工作，那么在SOA输出端处的每个信道的功率受到限制。而且，由于SOA的总输出功率有限，因此在共同放大的信道数量与SOA的输出端处可实现的每个信道的功率之间存在权衡，同时维持SOA在其线性状态。虽然光信道的放大可以利用饱和掺铒光纤放大器(EDFA)执行而不使数据失真，但是与SOA相比，EDFA也是庞大、昂贵且高功耗的。在EDFA或可比较的掺铒波导放大器的情况下，次优的放大也导致例如增加的功耗。
可以通过WDM复用器或通过频率选择性调制器来获得WDM系统中各个信道的调制。但是，频率选择性调制器的众所周知的问题是，它们的操作频率一般不同于作为调制目标的线路的频率，除非它们被主动调谐。这种调谐导致附加的功耗。促进频率选择性调制器的调谐的方法在本领域是众所周知的。一种这样的方法例如在(Y.Zheng，P.Lisherness，M.Gao，J.Bovington，S.Yang，K.-T.Cheng，“Power-Efficient Calibration andReconfiguration for On-Chip Optical Communication”，Proc.of the Design,Automation&Test in Europe Conference，1501至1506(2012))。这种方法的缺点是频率选择性调制器的自由频谱范围需要接近最高和最低频率信道的频率之间的差异。
发明内容
本发明的目标
因此，本发明的目标是降低WDM链路的功耗。
此目标由根据主要权利要求的接收器、根据另一独立权利要求的光链路和根据另一独立权利要求的操作接收器和/或光链路的方法来实现。在从属权利要求中给出其它有利的实施例。
本发明的公开内容
用于光链路的发送器包括生成具有不同频率的多个离散线路的光源和多个调制器。每个调制器被配置为根据数据流来调制离散线路中的一条。发送器还包括被配置为同时放大多条线路的至少一个光放大器。
根据本公开，只有所生成的线路的子集被路由到光放大器(分别路由到每个光放大器)。发明人已经发现，这可以被利用来将稀缺的放大器功率预算更好地分配给根据数据流被调制的线路。此外，线路的重路由使得能够使用多个光放大器。
适于生成多个离散线路的许多源实际上同时生成比可用于数据传输的更多的线路。例如，如果使用梳状源，那么其频谱包含具有高功率的可用线路的集合，而且还包含具有不能支持数据信道的较低功率的许多线路。但是，这些具有较低功率的线路加起来占了源的总功率的相当一部分。此外，许多这种源生成比预期应用实际需要的更多可用的高功率线路。如果使用具有高插入损耗(或者更一般地具有低的最大发送功率电平(例如，与振幅调制系统中的“1”位对应))的调制器，那么这个问题进一步加剧，因为经调制的线路的功率之和相对于未经调制的线路的功率的总和进一步减小，从而进一步降低了利用SOA任意地对所有线路的放大的有效性，无论线路是否被调制。在依赖于半导体模式锁定激光器和硅光子技术中的谐振环形调制器的实现中，调制器的插入损耗可以例如大于4dB，并且在引起调制器的插入损耗之后，未经调制的线路的总功率等于或大于经调制的线路的总平均功率。由于梳状源是用于生成多个离散线路的非常高效的源，并且本公开减轻了它们先前被束缚的缺点，因此梳状源被优选地用作光源。
基本上，未根据数据流被调制但被光放大器放大的所有光都是宝贵的放大器功率的浪费。这将最终导致增加的功耗，具有与未使用的线路的放大相关联的功率消耗。在最坏的情况下，这将导致预期承载数据流的被放大的线路的功率的过度降低(由于SOA的总输出功率有限)，所述功率的过度降低导致数据不能从经调制的线路恢复。因此，在本公开的特别有利的实施例中，发送器包括用于阻止未根据数据流被调制的至少一条线路被路由到光放大器或多个光放大器的任一个的装置。
在本公开的特别有利的实施例中，光源是梳状源，并且发送器包括用于阻止连续体或无限系列的线路被路由到光放大器或多个光放大器中的一个的装置。本发明人已经发现，如果使用梳状源代替先前的多个激光器的布置，那么，因为它包含非常大量的离散线路，所以这会带来调节所发射的光的固有困难。在另一个有利的实施例中，那些装置被配置为：
·允许根据数据流被调制的离散线路被路由到光放大器或多个光放大器(SOA)中的至少一个；
·阻止所有未经调制的离散线路或者至少具有相对于绝对值减去以分贝(dB)表示的预定阈值的以分贝(dB)表示的最高功率线路的功率的光功率的至少未经调制的离散线路被路由到光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的任何一个。
例如，阈值可以被设置为6dB。为了进一步提高一个或者多个光放大器的功率效率，在另一个有利的实施例中，阈值可以被设置为10dB。这意味着，不需要通过这种装置阻止未根据数据流被调制但具有如此低的光功率以至于它们对放大器功率预算或放大器饱和度几乎没有影响的离散线路。通常，根据数据流被调制的所有离散线路都被允许被路由到光放大器或者多个光放大器(SOA)中的至少一个。
发明人已经发现，以下三种设备单独地或组合地最适于以最高效地将线路分配到一个或多个光学放大器的方式处理这种大量的线路：
·频率选择性调制器链，其中每个调制器将其被调谐到的线路添加到将被路由到一个或多个光放大器的频率的“肯定列表”，从而允许立即丢弃无限数量的不需要的线路；
·带有周期性阻带(stop band)的滤光器，其允许阻止许多线路的连续体；
·交织器，可被配置为将非常多的线路的频谱均匀地分成两个无限系列的离散线路，这些离散线路可以被分配给单独的光放大器，以减轻功率约束。
源的频谱包含比实际可用来支持数据信道多得多的线路以至于一条接一条地阻止不期望的线路不切实际是固有的缺点。在连续频率范围中阻止光的常规装置(诸如薄膜滤光器)是庞大的、由于混合组装而难以集成并且昂贵的。由于本公开利用直接集成在平面光子电路(PLC)内部并且便于将被选的线路朝着调制器并朝着一个或多个SOA路由的设备来缓解这一缺点，因此使梳状源对于用作WDM光链路中的光源更实用。而且，SOA与包括适于通过例如倒装芯片集成或附连到PLC上的SOA微型包装来处理大量线路的所述设备的PLC的集成允许SOA的集成，而无需在SOA和PLC之间插入光纤，从而降低成本以及光接口数量及其相关联的损耗。而且，调制器和/或光电检测器可以集成在所述PLC上。接收器和发送器可以组合在PLC上。
梳状源被定义为生成耦合到单个光波导的多个光梳线路的光学光源，其中这些光梳线路的至少子集具有足够高的功率和足够低的相对强度噪声(RIN)，以支持光通信信道并且被用作用于光链路的光信道的光载波。这种梳状源可以例如采用半导体模式锁定激光器(MLL)的形式，诸如具有可饱和吸收体的半导体MLL、单部分MLL或主动锁定的半导体MLL。这种梳状源也可以采取由激光器泵浦的微腔体的形式，其中通过非线性光学过程将来自所述激光器的微腔体光转换成光梳。由梳状源生成的光梳线路在频率上基本上等间隔隔开，这个频率间隔被称为梳状源的自由频谱范围(FSR)。
优选地，多个光放大器中的至少一个是半导体光放大器(SOA)。梳状源可以连接到若干级联的频率选择性调制器。在频率选择性调制器之后，光信道可以被半导体光放大器(SOA)放大，以便维持或增强链路预算，其中若干光信道被相同的SOA放大。SOA优选地在线性状态(regime)或弱饱和度下操作，以免使由频率选择性调制器生成的数据过度失真，如在深饱和度下操作的SOA的情况。用于线性状态的公共截止标准是3dB增益压缩点，即，SOA增益不小于小信号增益的一半的最大输入功率被称为在3dB增益压缩处的输入功率。可以由SOA放大的光信道的数量通常受到SOA的饱和输出功率的限制。梳状源通常具有以中心频率为中心的有用的梳状线路(这些梳状线路被用作光载波并被调制)，以及具有更远离中心频率的频率的梳状线路(其功率太低以至于不能支持光信道)，或者还有由于SOA的饱和输出功率有限而不能由SOA放大的梳状线路。由于SOA生成的最大功率是有限的并且应当在经调制的光载波之间进行最佳的共享，因此期望其它梳状线路在到达SOA之前被滤除。
阻止至少一条线路的装置可以有利地包括滤光器。为了同时阻止许多不想要的线路，在特别有利的实施例中，滤光器包括至少两个彼此耦合的谐振器，使得谐振器的谐振频率加宽，以形成至少一个连续的阻带。这种连续阻带的一个优点是，与使用非耦合的谐振器相比，这种阻带的频率对准(其依赖于制造公差，并且也可以例如随着温度而变化)可以被放宽。
为了同样的目的，阻止未被数据流调制的至少一条线路的装置可以包括直接或者经由一个或多个公共波导耦合的两个谐振器。这种波导可以例如是公共输入总线或下拉总线。
在SOA之前滤除不期望的梳状线路的一种可能性是在梳状源的下游和SOA的上游实现滤光器，其中滤光器具有分别与光梳的低频部分和光梳的高频部分频谱重叠的至少两个阻带。还希望将所述滤光器放置在调制其频率最接近这些阻带的光载波的调制器的上游，因为这放宽了阻带与光梳的频谱对准所需的精度并且放宽了阻带边缘的所需陡度。
具有周期性间隔阻带的滤光器可以通过基于耦合谐振光波导(CROW)的滤光器(还被称为CROW滤波器)来实现。这种滤波器由直接耦合在一起或者借助附加的光波导耦合在一起的若干谐振器组成，其中各个谐振器的谐振频率足够接近以支持谐振器模式之间的实质光耦合。于是，这些耦合的谐振器形成高阶滤波器。在通过配置(throughconfiguration)而不是丢弃配置(drop configuration)中使用它具有在通带(即，滤波器的阻带之外)引起可忽略的光学损耗的优点。另一方面，在丢弃配置中，通带中的光必须传播通过CROW并引起对应的传播损耗。为了避免疑问，在本说明书的上下文中，两个或更多个耦合的谐振器构成CROW。耦合在CROW中的谐振器通常是双向耦合的，因为来自第一谐振器的模式的光可以耦合到第二谐振器的模式，并且来自第二谐振器的所述模式的光可以相反地耦合到第一谐振器的所述模式。这是例如两个环形谐振器经由倏逝耦合或经由多模干涉仪部分直接耦合的情况。例如，这不是两个环形谐振器共享与它们耦合的公共波导总线但不彼此直接耦合的情况。在那种情况下，第一环形谐振器中的逆时针传播模式可以耦合到第二环形谐振器的逆时针传播模式，并且第二环形谐振器的顺时针传播模式可以耦合到第一环形谐振器的顺时针传播模式。但是，第二环形谐振器的逆时针传播模式不能耦合到第一环形谐振器的模式，并且第一环形谐振器的顺时针传播模式不能耦合到第二环形谐振器的模式，使得如上所述的两个谐振器的两种模式之间的双向耦合未被验证。
在基于CROW的滤波器中，各个谐振器的锐谐振通过强谐振器-谐振器耦合被加宽，从而形成具有尖锐过渡(transition)的连续阻带。过渡的尖锐度由形成CROW滤波器的各个谐振器的质量因子给出，而阻带的宽度主要由谐振器-谐振器耦合强度给出。以这种方式，可以共同实现尖锐的带边缘和宽的阻带。虽然阻带需要足够宽以滤除不期望的梳状线路，但是最靠近光载波的阻带的边缘需要足够尖锐以适合梳状源的自由频谱范围(FSR)。
在本公开的另一个特别有利的实施例中，发送器(特别是阻止至少一条线路的装置)可以包括级联的频率选择性元件和/或调制器，其中至少一个被配置为将一条线路路由到通向至少一个光放大器或者多个光放大器中的至少一个的光路径，并将输入光的剩余部分路由到被调谐到不同频率的另一个频率选择性元件和/或调制器。例如，频率选择性元件可以是选择线路并将其路由到单独的调制器的分插(add-drop)复用器，在调制器中线路被调制并被传递到光放大器。调制器可以被配置为同时根据数据流执行线路的选择和线路的调制。如果级联多个频率选择性元件和/或调制器，那么包含许多线路的光可以从一个频率选择性元件传递到下一个。只有匹配频率选择性元件的一个的频率的线路被这种级联选择并被调制。优选地，这种级联可以在丢弃配置中操作，以确保仅经调制的线路被传递到放大器。然后可以将剩余的光处理掉，例如在光束收集器(beam dump)中。但是，级联也可以在通过配置中操作，并与保持未经调制的线路到达放大器的滤光器组合。使用频率选择性元件的级联带来的优点是可以非常灵活地重新配置和扩展发送器。为了增加用于数据传输的可用带宽，可以简单地通过向级联添加再多一个频率选择性元件或调制器来添加另外的数据信道。另一方面，如果要牺牲一些带宽以增加链路预算(即，在至少一个光放大器的输出处或者在多个光放大器的任何一个的输出处每个经调制的线路的功率)，那么可以从级联中移除一些频率选择性元件。不需要单独的滤波器。
链路预算依赖于范围，这可能是长距离应用中的主要问题。在短距离应用中，大多数光在系统的许多光界面处丢失，而不是路径损耗。不同光学元件之间的对准对于最小化界面处的损耗是至关重要的。
在本公开的特别有利的实施例中，至少一个调制器是具有输入端口、通过端口、添加端口和丢弃端口(drop port)的频率选择性调制器。这种频率选择调制器被配置为根据数据流调制在输入端口上提供的至少一条线路，并且在丢弃端口上输出经调制的线路，并将所有其它光频率从输入端口传递到通过端口，从添加端口传递到丢弃端口。这种配置使得级联调制器非常容易：一个调制器的丢弃端口可以简单地耦合到下一个或前一个调制器的添加端口，并且一个调制器的通过端口可以耦合到下一个调制器的输入端口。有利地，频率选择性调制器共享两条单独的总线。第一总线是输入总线，在其输入端口处进入每个调制器并在其通过端口处离开那个调制器。第二总线是丢弃总线，在其添加端口处进入每个调制器并在其丢弃端口处离开那个调制器。例如，两条总线可以被实现为波导。
频率选择性调制器是具有至少可以连接到光波导的光输入端口和光通过端口的光学器件，其中从光输入端口进入的光载波根据电信号被调制，如果其载波频率与频率选择性调制器的目标频率一致的话，并且其中从输入端口进入的、具有与频率选择性调制器的目标频率不一致的载波频率的多个光载波被发送到通过端口而不被频率选择性调制器调制。经调制的光载波可以被发送到通过端口，在这种情况下，频率选择性调制器被称为在通过配置中操作，或者经调制的光载波可以被发送到附加的丢弃端口，在这种情况下，频率选择性调制器被称为在丢弃配置中操作。在丢弃配置中操作的频率选择性调制器可以具有被称为添加端口的第四光端口。从添加端口进入的、具有与频率选择性调制器的目标频率不一致的频率的光被简单地发送到丢弃端口而不进一步调制。频率选择性调制器还可以具有自由频谱范围(FSR)，其中由一个或若干个FSR与经调制的光载波隔开的光载波也被调制，而与经调制的光载波隔开不同频率量的光载波不被频率选择性调制器调制(即，频率选择性调制器的FSR是其目标频率之间的频率差)。存在在光载波仍然被调制的情况下光载波频率可以在其中变化的小频率范围。这个频率范围的宽度被称为频率选择性调制器的线宽。当载波频率与频率选择性调制器的目标频率一致(具有落在频率选择性调制器的线宽内的边际)时，光载波和频率选择性调制器也被称为频谱对准。
每个调制处于不同目标频率的不同光载波的若干频率选择性调制器可以一个接一个地级联，以便用独立的数据流调制多于一个光载波。在通过配置中操作的频率选择性调制器可以通过将频率选择性调制器的通过端口与下一个频率选择性调制器的输入端口连接进行级联。在丢弃配置中操作的频率选择性调制器可以通过将第一频率选择性调制器的通过端口与第二频率选择性调制器的输入端口相连并将第一或第二频率选择性调制器的输入端口分别与第二或第一频率选择性调制器的添加端口连接进行级联。在这种情况下，连接两个调制器的输入和通过端口的波导被称为输入总线(或输入总线波导)，并且连接两个调制器的丢弃和添加端口的波导被称为丢弃总线(或丢弃总线波导)。在丢弃配置中操作的若干级联的调制器可以共享公共的丢弃总线。可替代地，在丢弃配置中操作的级联频率选择性调制器的子集可以具有公共的输入总线，但是可以具有多于一条丢弃总线，其中每个子集共享丢弃总线。然后，这第二配置还允许经调制的光载波的子集被路由到不同的丢弃总线波导，从而组合频率选择性调制和波长域解复用功能。在通过配置中操作的级联频率选择性调制器的情况下，输入总线波导也简称为“总线波导”，因为没有丢弃总线波导，因此对所涉及的内容没有歧义。
有利地，在丢弃配置中操作并共享相同的输入总线的级联频率选择性调制器可以被细分为两组或更多组，每组具有它们自己的丢弃总线。两条丢弃总线可以被发送到两个单独的SOA。SOA的输出可以利用交织器重新组合，或被路由到单独的光纤。为了使两个SOA输出利用交织器重新组合，调制偶数光载波的频率选择性调制器可以被分组到共享连接到第一SOA的第一丢弃总线的第一组中，并且调制奇数光载波的频率选择性调制器必须被分组到共享连接到第二SOA的第二丢弃总线的第二组中。
级联的频率选择性调制器还可以被细分为多于2组，每组共享连接到单个SOA的丢弃总线波导。由于将多于两个SOA输出重新组合到单个波导中更困难，因此可以将SOA输出例如各自发送到单个的光纤或单个的纤维芯，或者SOA输出可以首先利用交织器配对，然后发送到单个的光纤或单个的纤维芯。
频率选择性调制器可以是谐振环调制器(RRM)。这在一个单一的部件中实现频率选择性元件和调制器，这降低了由光在多个部件之间过渡引起的损耗并减少了需要被调谐的频率选择性设备的数量。
频率选择性调制器还可以是Mach-Zehnder调制器，其通过第一谐振分插复用器(ADM)或通过被调谐到不同频率的多个谐振分插复用器(ADM)的第一并联配置耦合到输入端口和通过端口，并且通过第二谐振分插复用器(ADM)或通过被调谐到不同频率的多个谐振分插复用器(ADM)的第二并联配置耦合到丢弃端口和添加端口。这种调制器比谐振环调制器(RRM)更复杂，但也更灵活：如果使用多个谐振分插复用器(ADM)的并联配置，并且分插复用器(ADM)被调谐到的频率与离散线路对应，那么可以在分插复用器(ADM)的一个被调谐到的任何一条线路上使用同一个调制器。没有必要所有并联的分插复用器保持调谐到数据信道的载波频率(线路)。更确切地说，频率选择性调制器可以通过仅将分插复用器的一个调谐到数据信道的载波频率(线路)同时将其他复用器调谐到不与任何载波频率对应的频率(线路)而被光学重新配置。然后，其它的复用器被有效地禁用。如下所述，这种配置可以被用来补偿分插复用器的制造可变性，同时降低与所述补偿相关联的功耗。通常，一组分插复用器(ADM)中只有一个分插复用器被调谐到数据信道的载波频率(线路)。
频率选择性调制器可以采用利用输入端口和通过端口耦合到总线波导的谐振环调制器(RRM)的形式。频率选择性调制器还可以采用利用输入和通过端口耦合到输入总线波导并且利用添加和丢弃端口耦合到丢弃总线波导的谐振环调制器(RRM)的形式。频率选择性调制器还可以采用利用谐振ADM(诸如环谐振器ADM)耦合到总线波导的集总元件、分段或行波Mach-Zehnder调制器(MZM)的形式。频率选择性调制器还可以采用利用谐振ADM耦合到输入总线波导的MZM的形式，所述输入总线波导具有输入和通过端口，并且MZM还利用第二ADM耦合到丢弃总线波导，所述丢弃总线波导具有添加端口和丢弃端口。频率选择性调制器可以被主动调谐，以使目标频率与光载波频率频谱对准，或者使目标频率与光载波频率频谱偏移。
滤除不期望的梳状线路的可能性是使用丢弃配置中的频率选择性调制器并将丢弃总线连接到SOA。在这种情况下，过滤自然发生，因为不期望的梳状线路留在输入总线中并且因此不被路由到SOA。换句话说，在丢弃配置中操作的级联的频率选择性调制器将过滤功能与调制功能相结合。
为了使频率选择性调制器调制单个光载波，期望频率选择性调制器的自由频谱范围(FSR)大于最高频率与最低频率光载波的频率之间的差。滤光器可以以具有被自由频谱范围隔开的多个阻带(与被滤除的频率范围对应)的滤光器的形式实现。在这种情况下，滤光器的FSR也需要大于最高频率与最低频率光载波的频率之间的差。
作为基于CROW的滤波器的滤光器的实现在这里是特别优良的，因为CROW滤波器可以利用与也用于频率选择性调制器(例如，用于谐振环调制器(RRM)或用于与Mach-Zehnder调制器(MZM)联合使用的谐振ADM)中的相似的谐振器来实现，从而确保为CROW滤波器支持足够的自由频谱范围(FSR)的技术也为频率选择性调制器带来足够的FSR。而且，频率选择性调制器的线宽也通常依赖于构成频率选择性调制器的谐振器的品质因子，并且线宽必须小于梳状源的FSR。由于CROW滤波器的阻带边缘的尖锐度也依赖于其构成谐振器的品质因子，因此可以通过使用类似的谐振器类型使阻带边缘的尖锐度是足够落入梳状源的FSR内的。类似的谐振器类型可以例如指的是形成频率选择性调制器的RRM或谐振ADM和CROW滤波器都包括在同一SOI芯片的硅设备层中完全或部分蚀刻的环形谐振器的事实。
频率选择性调制器通常包括谐振器。例如，RRM基于环形谐振器。这里描述的其它类型的频率选择性调制器(诸如包括MZM和至少一个谐振ADM的频率选择性调制器)还包括谐振ADM内的谐振器。因此，这里描述的滤波方案(CROW滤波器)或通过经由级联的频率选择性调制器选择性耦合到丢弃波导的滤波可以依赖耦合到输入总线波导的至少一个谐振器。而且，由于CROW滤波器包括多于一个彼此耦合的谐振器，并且由于多于一个频率选择性调制器的阵列还包括多于一个谐振器，因此这里描述的优选滤波器实现都包括多于一个谐振器。这与以下事实是一致的：由于滤波器阻带宽度与由单个谐振的Lorentzian线形状产生的阻带边缘的尖锐度之间的折衷是不可接受的，因此这里所需的滤波功能不能利用单个谐振器来实现。在强双向耦合谐振器的情况下，谐振利用平顶传递函数(flat-top transferfunction)加宽，从而使得构成滤波器的谐振器的各自的调谐不太关键。在弱耦合或非双向耦合谐振器的情况下，滤波器的传递函数由各个谐振器的传递函数的并置给出，这通常使谐振器的各自调谐成为必需，以便补偿制造可变性。由于谐振器的各自调谐导致过多的功耗，因此期望使用相同的谐振器集合既用于调制又用于过滤。
在本公开的另一个有利的实施例中，发送器(特别是阻止至少一条线路的装置)可以包括交织器，该交织器被配置为将传入的线路的第一子集路由到第一光放大器并将传入的线路的第二子集路由到第二光放大器。例如，在通过频率排序的线路的加索引序列中，交织器可以被配置为将具有奇数索引的线路路由到第一光放大器并将具有偶数索引的线路路由到第二光放大器。
即使所有线路最终都到达光放大器(即，如果未根据数据流被调制的线路不被阻止路由到光放大器)，那么在两个或更多个光放大器之间分配总功率已经大大减轻了饱和问题。但是，线路的这种重新分配也可以与光学滤波、频率选择性元件的级联或频率选择性调制器的级联结合使用。
由于链路支持的信道数量可以受到SOA的输出功率的限制，因此可能有必要在链路中使用多于一个SOA并在SOA之间分配光信道。这种分割可以例如利用交织器将光载波路由到两个SOA中的一个来完成。交织器被定义为具有端口A、B和C的三端口设备，其在输出端口B和C之间分配到达输入端口A的线路(载波)。其可以以这样一种方式来配置，使得进入端口A的每个第二光载波(如按照频率排序的)被发送到端口B(偶数光载波)，并且进入端口A的每个其它光载波被发送到端口C(奇数光载波)。相反，进入端口B的偶数光载波以及进入端口C的奇数光载波被发送到端口A。交织器可以被用来将偶数光载波发送到第一SOA并将奇数光载波发送到第二SOA，其中交织器的端口B连接到第一SOA的输入端口，并且交织器的端口C连接到第二SOA的输入端口。然后，可以利用第二交织器将这两个SOA的输出重新组合，其中第二交织器的端口B连接到第一SOA的输出端，并且第二交织器的端口C连接到第二SOA的输出端。然后，可以将这个第二交织器的端口A直接或间接地路由到提供到接收器的连接性的光纤。可替代地，两个SOA的输出端口可以被路由到单独的光纤而不是首先被重新组合。例如，交织器可以被实现为具有定向耦合器的不平衡Mach-Zehnder干涉仪或用作组合器之一的2×2多模干涉仪。
根据本发明的光链路包括如上描述的所请求的接收器和发送器。从这个发送器发送的信号可以例如经由直接视线或经由镜子的布置被发送到接收器。它也可以经由光纤被路由到接收器。这些光纤中的大多数不是偏振维持。偏振维持光纤要贵得多，并且这种光纤的角度对准(慢轴与快轴相对于光子芯片的光学元件的对准)也导致贵得多的组装过程。即使光纤标称是偏振维持，偏振也将在一定程度上混合，这依赖于例如光纤的长度以及沿着光纤路径的环境条件(尤其是温度)的稳定性，或依赖于偏振维持光纤的慢轴和快轴相对于发送器和接收器的对准精度。
为了尽可能地利用到达接收器的所有光(即使偏振被混合)，本发明人已经开发出了用于光链路的偏振不敏感接收器。光链路包括这种接收器。接收器被配置为发送器发送的光信号解码至少一个数据流。有利地，此发送器可以是如上描述的发送器。光信号包括多个光载波，光载波例如可以是由发送器生成的离散线路。可选地，光载波可以已经被至少一个光放大器放大。接收器包括具有一个输入端口和两个输出端口的偏振分割元件、被调谐到根据数据流调制的至少一条线路的至少一个谐振分插复用器以及将光强度转换成电信号的至少一个检测器。
根据本发明，来自偏振分割元件的两个输出端口的光在相反方向上耦合到谐振分插复用器中，并且光在两个相反方向上从谐振分插复用器耦合到至少一个检测器。
发明人已经发现，在这种配置中，不管光的偏振状态如何，都可以使用同一个相同分插复用器将与一条线路对应的光路由到检测器。在根据现有技术的设计中，来自偏振分割元件的两个输出端口中的每一个的光被路由到用于承载数据信道的不同线路的单独的分插复用器集合。因此，根据本发明的配置将所需的分插复用器的数量削减了一半。这使得接收器体积不太笨重并且还降低了接收器的功耗。
从在两个相反方向上的谐振分插复用器耦合的光可以被路由到同一检测器的两个单独的输入端口，例如，通过将来自分插复用器的光耦合到回路并将这个回路的每一端连接到检测器的一个输入端口。于是，光的偏振状态仅确定它将沿着回路传播的方向。但是，光也可以被路由到两个单独的检测器，并且那两个检测器的信号可以在电域中组合。
发送器的至少一个调制器可以是具有输入端口(I)、通过端口(T)、添加端口(A)和丢弃端口(D)的频率选择性调制器，频率选择性调制器被配置为：根据数据流对输入端口(I)上提供的至少一条线路(EL)进行调制，将经调制的线路(EL)输出到丢弃端口(D)，将所有其它具有不同频率(f)的线路(EL)从输入端口(I)传递到通过端口(T)，并将所有其它具有不同频率(f)的线路(EL)从添加端口(A)传递到丢弃端口(D)。然后，在另一特别有利的实施例中，
·发送器(TX)的光源(CS)可以是梳状源，
·发送器(TX)的光放大器(SOA)可以是半导体光放大器，
·发送器(TX)可以包括多个离散线路(EL)被路由到其的公共输入总线波导，
·发送器(TX)还可以包括至少一个丢弃总线波导，以及
·频率选择性调制器(FSM)可以被布置在丢弃配置中，以共享公共输入总线波导作为它们的输入总线，并共享丢弃总线波导作为它们的丢弃总线，其中丢弃总线被路由到半导体光放大器(SOA)，以便只有被至少一个频率选择性调制器(FSM)调制的所生成的线路(EL)被路由到半导体光放大器(SOA)或者多个半导体光放大器(SOA)中的每一个。
在本发明的特别有利的实施例中，多个分插复用器耦合到形成偏振分割元件的两个输出端口之间的光路径的一部分的公共波导。这个光路径可以例如是回路的形状。但是，这个路径或回路也可以例如通过引入分相元件来分支。无论其偏振状态如何，进入偏振分割元件的所有光都沿着所有的分插复用器传递。偏振状态仅确定传播的方向。从公共波导，每个分插复用器挑选与其被调谐到的线路匹配的光分量。
在本发明的另一个有利的实施例中，来自多个分插复用器的光可以被耦合到相同的检测器或检测器集合。然后，这多个分插复用器形成多个分插复用器的并联配置。然后，使检测器对分插复用器被调谐到的任一条线路敏感。通过将那些分插复用器的一个调谐到从链路的发送端发送的线路，接收器因此可以被光学重新配置，以使用一个具体的分插复用器将光耦合到所述检测器或检测器集合。
接收来自上述发送器的光的光纤可以被路由到接收器。如果这个光纤不偏振维持，那么根据其偏振，光在接收器中被分解成两个波导。实现这种功能的设备可以是例如偏振分割光栅耦合器或后面跟着偏振敏感波导分割器的边缘耦合器。依赖于实现，最终的偏振可能在两个波导中不同地结束，或者两个波导中的最终偏振可能相同，在这种情况下，对于输入偏振中的至少一个，偏振被偏振分割装置旋转。在前一种情况下，波导的一个中的偏振可以利用偏振旋转设备进一步旋转，以便在两个波导中获得完全相同的偏振，并且促进下游设备的设计。在这两种情况下，来自给定光信道的光都根据从光纤传入的光的偏振(输入偏振)在两个波导之间被分割。分割通常基本上根据正交偏振发生，但在具有有限插入损耗的设备中不需要精确正交。在偏振分割设备之后，与给定信道对应的光的分割部分被称为两个信道分量或两个经调制梳状线路分量。
在优选实施例中，接收两个偏振的两个波导彼此连接并形成回路。单个的光信道利用光ADM从回路中被丢弃，并被路由到特定于信道的光电二极管。可以使用具有支持两个简并(degenerate)逆传播模式的谐振器的单个谐振设备将(在回路中的相反方向上传播的)给定信道的两个信道分量都从回路丢弃并将它们各自耦合到ADM的两个输出端口的一个(谐振器的简并模式具有相同的谐振频率)，其中第一和第二信道分量分别经由第一和第二简并模式分别耦合到ADM的第一和第二输出端口。然后，这两个信道分量经由两个波导从谐振ADM的两个输出端口被路由到相同的特定于信道的光电二极管或路由到若干个特定于信道的光电二极管。这里使用的ADM具有两个输出端口，其中谐振器耦合到丢弃波导，并且输出端口位于谐振器的任一侧上的丢弃波导上，以丢弃波导接头。ADM可以利用单个谐振器来实现。这种谐振器可以例如被实现为波导环、盘谐振器或者基于其它回音廊(whisperinggallery)型谐振器。
由于信道从沿着回路的不同位置被丢弃，因为对于两个信道分量，偏振分割设备和特定于信道的(一个或多个)光电二极管之间的光路径长度是不同的，除非得到补偿。可以通过根据两个信道分量沿着波导回路的路径长度差来调节将两个光学ADM输出端口连接到(一个或多个)光电二极管的两个波导的相对长度来实现这种补偿。偏振分割设备与特定于信道的光电二极管的两个输入端口之间(或者偏振分割设备和两个信道的输入端口与特定于信道分量的光电二极管之间)的光路径长度对于两个信道分量应当基本相等，其中基本相等是指由两个信道分量引起的组延迟的差异应当小于0.1单位间隔(UI)，其中UI是一个符号的持续时间(组延迟是由脉冲传播通过波导引起的时间延迟)。这可以变换成小于0.1·UI·c0/ng的路径长度差ΔL，其中c0是真空中的光速，ng是波导的组索引。如果构成光路径的波导的几何形状在所述光路径上变化，那么ng是由各个波导段的长度进行加权的组索引的加权平均值。
虽然这里使用具有两个输入端口的光电二极管来描述体系架构，但是可以通过使用两个或更多个不同的光电二极管来同样实现这一点，后面跟着电域中的信号重新组合，或者通过在信号转换之前并联电连接特定于信道的光电二极管并利用跨阻放大器进行放大，或者通过在稍后阶段(例如在第一前置放大阶段之后)组合/添加电信号。
作为替代方案，两个谐振ADM(对于接收两个输入偏振的两个波导中的每一个有一个)可以丢弃光信道的分量并且将它们路由到特定于信道的光电二极管。在这种配置中，光路径也应当在长度上平衡，以使两个信道分量以相同的组延迟到达光电二极管。在这种配置中，接收两个输入偏振的两个波导不需要形成回路，但是在体系架构中需要两倍数量的谐振ADM，从而导致如果ADM需要被主动调谐的话功耗的显著增加。
在本发明的特别有利的实施例中，偏振分割元件的每个输出端口与分插复用器之间的光路径包括至少一个分相元件。然后可以将具有不同相位的光分量分配到不同的分插复用器。这种相位敏感检测可以被用来例如解码相移键控(PSK)信号。
上述接收器体系架构与开-关键控(OOK)兼容，但也可以适于与其它调制格式(诸如差分相移键控(DPSK)或差分正交相移键控(DQPSK))兼容。为了解调DPSK或DQPSK信号，具有与施加到其一个臂上的一位的持续时间(单位间隔)对应的组延迟的干涉仪形式的解调器可以连接到接收这两个偏振的两个波导中的每一个。此外，可以选择在干涉仪臂的一个中产生组延迟的过多的波导长度，使得梳状源的FSR是解调器的FSR的倍数。以这种方式，所有信道可以利用相同的解调器进行解调。当梳状源的FSR是数据速率的倍数时，这种状况是可能的。例如，如果数据速率为25Gbps，那么1UI的延迟将导致25GHz的干涉仪FSR，这与100GHz的梳状源FSR兼容(100GHz是25GHz的倍数，因为4x25 GHz＝100GHz)。然后，两个解调器的对应输出(例如，用于DPSK的2个输出，用于DQPSK的4个输出)可以或者利用每个解调器输出类型的单个波导回路和从回路中丢弃的信道彼此连接(如前面关于每个信道和回路有单个ADM所描述的(其中单个ADM丢弃来自回路的两个信道分量))，或者两个干涉仪的输出连接到单独的波导(每个波导连接到每个信道、每个干涉仪输出类型和每个干涉仪的ADM(在这里，所需ADM的数量也加倍))。该体系架构可以推广到更复杂的编码，诸如DQPSK，在这种情况下，两个解调器中的每一个将具有更多数量的输出端口，每个输出端口连接到单独的回路。例如，在DQPSK的情况下，解调器将各自具有通过将干涉仪内的两个波导连接到九十度混合而产生的4个输出端口(代替形成用于DPSK编码的干涉仪输出的定向耦合器)。如在前面描述的OOK接收器的情况下，将ADM连接到一个或多个光电二极管的两个输入端的波导长度被选择为使得均衡在到达(一个或多个)光电二极管之前由两个信道分量看到的组延迟(或等效地，光路径长度)。
接收器中的ADM已经滤除了由(一个或多个)SOA生成的放大的自发发射(ASE)噪声。为了尽可能多地滤除ASE，让ADM的通带尽可能小但同时仍然支持数据速率是有益的。但是，ADM还可以具有由FSR周期性隔开的若干个通带，如在基于环形谐振器的ADM的情况下。如果SOA的增益频谱与ADM通带中的几个通带(例如，环形谐振器的几个谐振)重叠，那么与相邻通带对应的ASE也将被发送到光电二极管，从而在没有进一步过滤的情况下导致过多的ASE噪声(以ASE-ASE差拍噪声的形式)。为了滤除这个不必要的过多的ASE，可以实现附加的滤波器，例如在单个SOA之后或者在重新组合两个SOA的交织器之后，滤波器通带宽度等于或小于ADM的FSR。
如果SOA的增益频谱相对窄并且仅比光载波覆盖的频率范围稍宽，那么可能不需要这种附加过滤。由于SOA的增益频谱依赖于温度并且可以因芯片而异，因此在一般情况下，这种窄增益频谱会是有问题的。如果梳状源以半导体MLL的形式实现，那么绕过这个问题的优良途径是在相同的III-V芯片上实现SOA和MLL，从而保证良好的增益介质均匀性以及MLL与SOA之间的共享温度，以及因此增益频谱的频谱对准。
本发明人已经开发出了如上描述的接收器，和/或光链路的方法。在此光链路中，接收器(RX)，和/或光链路的发送器(TX)包括多个谐振分插复用器(ADM)的至少一个并联配置。该方法包括以下步骤：
·评估最小所需功耗，以将并联配置的每个谐振分插复用器与具有足够光功率的光载波对准，以维持光链路；
·选择具有比并联配置中的至少一个其它谐振分插复用器(ADM)更小功耗的谐振分插复用器(ADM)；
·将选定的谐振分插复用器(ADM)调谐到所述光载波；以及
·留下至少一个未选择的谐振分插复用器(ADM)关于任何光载波不对准，和/或使至少一个未选择的谐振分插复用器(ADM)从光载波失谐。
可能地，如上描述的，光载波可以是所生成的路线(EL)。
发明人已经发现，并不是所有这种复用器都可以被同等良好地调谐到生成线路，例如由于制造公差。不是试图不惜一切代价消除这种公差，为发送器和/或接收器配备冗余分插复用器(ADM)并且仅使用利用较低功耗可被调谐到光信道的载波频率(线路)的那些ADM会更经济。未使用的复用器比完善非冗余数量的复用器便宜，尤其是当集成在PLC中时。该方法的优点在于可以在系统启动或运行时重新配置复用器。这意味着选择不必是出厂设置的，而是可以例如还考虑由于环境温度变化引起的复用器的性能差异。
发明人已经发现，在包括多个频率选择性元件(如分插复用器(ADM)和/或频率选择性调制器)的设置中，由于制造可变性、环境中的热波动和/或其它干扰，与其它此类频率选择性元件相比，这些部件中的一些将需要较少的调谐以主动地将它们对准到被用来承载数据信道或适于承载数据信道的线路。较少的调谐也导致较低的功耗。这节省了电力，其代价是牺牲用于数据传输的可能信道，除非系统内置了冗余。
通常，基于谐振器的设备(诸如谐振ADM和依赖谐振器的频率选择性调制器)需要被主动调谐以补偿制造可变性和/或对环境中的热波动的敏感性。这种调谐导致附加的和不期望的电功率消耗。若干谐振设备的谐振频率之间的差异通常可以比给定设备的绝对谐振频率被更好的控制。这可以被用来促进设备调谐，尤其是如果相对谐振频率差可以利用比梳状源的一个FSR更好的公差来保证的话。代替实现支持光信道数量所需的确切数量的设备，可以实现更大数量的设备。在链路初始化阶段期间，具有最接近载波频率的谐振频率并且其调谐可以在预期温度波动上利用最小电功率来维持的设备被控制系统选择并用来支持光链路。其它设备不被主动利用或被断电，以降低功耗。这可能还需要电连接性的重新配置，因为固定数量的电数据流需要被路由到激活的频率选择性调制器，或者从激活的频率选择性接收器块(特定于信道的(一个或多个)ADM加上(一个或多个)光电二极管)路由。在发送器中，这个方案通常将导致这样的情况：其中频率选择性调制器的子集具有不与任何梳状线路谱对准的调制频率(掉电的频率选择性调制器，其可能仍然需要最低限度的调谐以确保它们不干扰光信道，这与需要更多调谐以使其与信道频谱对准相反)。在接收器中，这种方案通常将导致这样的情况：其中谐振ADM的子集不丢弃任何传入的光载波(掉电的ADM，其可能仍然需要最低限度的调谐以确保它们不干扰光信道，这与需要更多调谐以使其与信道频谱对准相反)。
在本发明的特别有利的实施例中，在该方法的评估步骤中，对于与环境温度不同的温度，计算最小所需的功耗。优选地，它们在发送器(TX)和/或接收器(RX)将被操作的温度范围内被计算。在本发明的另一个有利的实施例中，对于每个分插复用器(ADM)，可以使用在所述温度范围上其最小所需功耗的最大值作为选择步骤的基础。
以这种方式，如果系统的操作温度可预见地与启动温度不同，那么可以考虑这一点。在许多应用中，在链路的正常操作期间重新配置是不期望的，因为这需要链路的短暂中断。于是，不是针对链路仅在非常短的时间内以其操作的启动温度，而是针对它将以其操作长得多的时间的温度优化功率消耗会是有意义的。例如，如果可以预见，由于内部功耗，发送器和/或接收器将从30℃的启动温度变热至50℃，那么可以使用50℃作为确定功耗的基础。如果链路被指定在0℃至70℃之间的外壳温度下工作，那么这个温度范围上的最坏情况功耗可以被用来安全地避免过多的功耗和过热。作为另一个示例，如果链路被指定在0℃至50℃之间的环境温度下操作，那么这个温度范围上的最坏情况功耗可以被用来安全地避免过多的功耗和过热。外壳温度和环境温度是表征多源协议(MSA)中的操作的温度的常用途径。
调谐功率随温度的变化的预测是相当直接的。或者调谐器是实际的热调谐器，在这种情况下，附加的温度变化只需要被补偿，或者温度变化被转换成材料的折射率变化，由此计算进一步需要的调谐。
有利地，设备不是由电开关矩阵而在光学域中被重新配置。这避免了由这种开关矩阵造成的寄生电容，其中寄生电容影响高速电子元件的性能。此外，需要使用更少的频率选择性调制器来为其它信道提供可重新配置性。在发送器中，在频率选择性调制器的子集中，单个ADM可以由标称针对不同光载波频率的2个ADM代替，其中每对冗余的ADM中的一个可以在启动阶段由控制系统选择，以与在其调谐范围内的光载波主动对准，而另一个ADM在选择之后在其相对于主动调制的梳状线路失谐的意义上不被主动使用。两个冗余ADM可以被描述为并联的，因为它们都从公共输入波导提取信道并将它们耦合到公共的丢弃波导。在接收器中，ADM的子集也可以由标称针对不同光载波频率的两个并联ADM代替，从而产生允许可重新配置性的冗余性，其中两个ADM中的一个在启动阶段被选择并与光载波对准，而另一个ADM在启动阶段之后不被主动使用，因为它的构成谐振器的谐振不与到达接收器的梳状线路对准(即，到达接收器的经调制的梳状线路没有一条被这另一个ADM丢弃)。
在一个有利的实施例中，可以如下获得最佳可重新配置性：我们假设N个信道选择性地分布在M个选择性激活的频率选择性调制器或接收器ADM上，其中M>N并且M＝N+R(R是冗余设备的数量)。假设，即使存在制造变化，M个调制器或ADM的标称目标频率也保持如下排序：f1＜f2＜..＜fM-1＜fM，存在依赖于目标频率fi和载波频率fc1..fcN之间的全局不匹配而最有意义的R+1种配置。这些配置存在于具有标称目标频率f1至fN，或具有标称目标频率f2至fN+1，或具有标称目标频率f3至fN+2等等直到fR+1至fN+R的范围的激活设备中。由于具有标称目标频率fR+1至fN的N-R个设备始终被激活，因此对于这些设备提供可重新配置性没有任何意义，即，它们可以永久地连接到给定的传入电数据流或者耦合到永久连接到传出电信号线路的光电检测器，而无需在电域中的重新配置，或者，在光学可重新配置性的情况下，通过复制ADM来提供冗余是没有意义的。另一方面，具有标称目标频率f1..fR和具有标称目标频率fR+1至fN+R的设备不需要被提供有重新配置机制，因为或者具有标称目标频率f1的设备或者具有标称目标频率fN+1的设备被使用，因为或者具有标称目标频率f2的设备或者具有标称目标频率fN+2的设备被使用，等等。换句话说，在电可重新配置性的情况下，具有标称目标频率fi＝f1至fR的设备中的每一个需要分别利用具有标称目标频率fj＝fN+1至fN+R的设备来复制，其中电开关允许将数据流路由到两个设备中的一个(如果它们是频率选择性调制器的话)，或者允许路由来自连接到设备的两个光电检测器中的一个的数据流(如果它们是接收器中的ADM的话)。在那个意义上，电开关通常将提供比所需更多的可重新配置性。在光学可重新配置性的情况下，具有标称目标频率fi＝f1至fR的ADM需要分别利用具有标称目标频率fj＝fN+1至fN+R的并联ADM来复制。虽然这种动态可重新配置性对发送器中电数据流和光载波之间的分配加扰，但是可以在接收器中实现相同的重新配置，使得电发送器输入端口和电接收器输出端口之间的最终分配保持不变。这些匹配的重新配置可以通过在发送器和接收器中都使用相同的决策算法自动发生，假定标称目标频率的制造和温度变化足够小，或者可以通过在连接在相同的(一根或多根)光纤的任一侧上的收发器(发送器接收器对)之间交换信息在链路训练序列期间强制匹配的重新配置。
这里公开的可重新配置性的相对优点以及在(Y.Zheng，P.Lisherness，M.Gao，J.Bovington，S.Yang，K.-T.Cheng，“Power-Efficient Calibration andReconfiguration for On-Chip Optical Communication”，Proc.of the Design,Automation&Test in Europe Conference，1501至1506,(2012))中教导的可重新配置性比较如下：Y.Zheng等人教导的方法的缺点是频率选择性调制器的FSR需要接近最高与最低频率信道的频率之间的差异。但是，在这里公开的方法中，频率选择性调制器的FSR可以显著大于最高与最低频率信道的频率之间的差异而不损害该方法减少必要调谐范围的能力。较大的FSR由较小的设备获得，这些设备需要较少的功率来调谐并且，在谐振设备也是调制器的情况下，也需要较少的功率来调制光(这是由于较小的谐振器也具有较高的精细度的事实)。因此，可以进一步降低功耗。
虽然在这些系统体系架构中使用的光电检测器优选地是光电二极管(包括充分利用雪崩效应的光电二极管)，但是术语“光电二极管”的使用并不意味着将本发明限于利用光电二极管的体系架构，因为该体系架构也可以利用其它类型的光电检测器来实现。此外，虽然若干优选实施例依赖环形谐振器，但是它们也可以利用盘谐振器来实现。术语“自由频谱范围”以及对“频域/周期性频谱间隔中的周期性间隔”的引用都是指频域中基本上周期性的间隔，但不限于精确的周期性间隔。实际上，诸如RRM、谐振ADM和CROW的设备在频域中具有基本上周期性的特点(诸如周期性谐振或周期性通带/阻带)，但是，由于构成的波导的组指数色散(group index dispersion)，这个间隔缓慢变化。那么对“基本上周期性间隔”的引用可以被理解为：如果设备在假设完美无色散的波导中实现，暗示完美的周期性间隔，但是由于波导色散而与完美周期性具有小的偏差。
位于第二元件下游的第一元件是指由梳状源生成的光首先传播通过第二元件然后通过第一元件的事实。位于第一元件上游的第一元件是指由梳状源生成的光首先传播通过第一元件然后通过第二元件的事实。虽然“上游”和“下游”对于其中偏振分割元件的两个输出端口或解调器的输出端口利用波导回路彼此连接的接收器体系架构的不定期检查可能显得不明确，但实际上存在明确的方向性，因为经调制的梳状线路通过分插复用器从回路被丢弃。换句话说，由偏振分割元件的一个输出端口注入的信道分量不到达另一个输出端口，从而导致信号流的明确的方向性。
被描述为耦合到第二元件、连接到第二元件或路由到第二元件的第一元件意味着在所有情况下光都从第一元件的输出端口传播到第二元件的输入端口，或者光经由耦合结从第一元件传播到第二元件。它们可以经由波导、耦合结、自由空间光束或另一个耦合装置被直接地耦合、连接或路由，而无需其他插入的设备，或者经由插入的设备被间接地耦合、连接或路由。当梳状线路被调制时，它们获取较大的频谱分布，从而可以参考它们的中心频率，或者参考底层光载波的频率。双偏振耦合器之后的偏振分割耦合器或偏振分割设备都是偏振分割元件。由于本描述中的光载波都是梳状线路，因此术语“经调制的光载波”或“经调制的梳状线路”可以互换使用。在本描述中，独立术语“光载波”和独立术语“梳状线路”之间的区别仅仅是一些梳状线(诸如像半导体模式锁定激光器的频谱边缘上的梳状线路)可能没有足够好的性能规格(RIN、光功率)来在所描述的系统中可靠地传输数据，而光载波暗示梳状线路实际上用于系统内部某些点处的数据传输。对于“信道”和“经调制的梳状线路”也保持类似的考虑。由于所描述的光收发器子系统处于最低的物理级并且，从信号处理的角度来看，位于电预编码之后且电解码之前，因此低级信道可以与经调制的梳状线路一一关联，并且“信道”可以与“经调制的梳状线路”互换。例如“信道分量”和“经调制的梳状线路分量”是可互换的。这并不排除这种体系架构在更大系统中的使用，如果更高级的超级信道分布在这里描述的低级信道上。
本公开包括波分复用(WDM)光链路，其中光链路支持多个信道，用于光信道的光由梳状源生成，级联的频率选择性调制器用来调制信道，由梳状源生成的光在到达半导体光放大器(SOA)之前被包括在丢弃配置中操作的耦合的谐振器或频率选择性调制器的滤光器的一个部分滤除。可以使用多于一个SOA来放大光，其中光信道然后优先在两个SOA之间交织。接收器优先利用后面跟着偏振分割设备的双偏振耦合器或偏振分割耦合器来实现，其中偏振分割耦合器或偏振分割设备的两个输出端口利用波导回路彼此连接，光信道利用谐振分插复用器(ADM)从波导回路被丢弃，并且ADM通过平衡掉组延迟的两条光路径连接到光电二极管。发送器子系统的频率选择性调制器、接收器子系统的谐振ADM和接收器子系统的光电二极管可以优先以绝缘体上硅(SOI)技术制造，其中SOI芯片的设备层支持光波导设备并且在硅设备层上生长的锗为光电二极管提供合适的吸收材料。SOA和某些类型的光学梳状源(诸如半导体模式锁定激光器(MLL))优先以与SOI收发器子系统混合地或非均匀地集成的III-V材料制造。本文所述的系统体系架构尤其是因为它们适于在硅光子技术中集成而选择的。
本公开还包括根据以下几点的光链路。这些不应当被解释为限制根据本公开的本发明的范围。
1.一种光链路，其中所述光链路的发送器包括
-梳状源，生成多于一条梳状线路并具有自由频谱范围，
-多于一个频率选择性调制器，共享输入总线波导并调制由梳状源生成的梳状线路，
-第一半导体光放大器
其中所述多于一条梳状线路的子集由位于梳状源的下游和第一半导体光放大器的上游的滤波器滤除，所述滤波器包括耦合到输入总线波导的至少第一谐振器和至少第二谐振器，并且以下其中之一成立
-第一谐振器和第二谐振器彼此耦合，或者
-滤光器存在于选择性地将经调制的梳状线路耦合到一个或多个丢弃总线波导的多于一个频率选择性调制器中。
2.如点1的光链路，其中半导体光放大器以低于其3dB增益压缩点的输入功率操作，并且其中半导体光放大器位于频率选择性调制器的下游。
3.如点1的光链路，其中发送器还包括第二半导体光放大器和具有自由频谱范围的交织器，其中所述交织器根据经调制的梳状线路的中心频率将经调制的梳状线路耦合到第一或第二交织器输出端口的一个，其中交织器的第一输出端口和第二输出端口分别被路由到第一半导体光放大器和第二半导体光放大器，其中耦合到交织器的第一输出端口的经调制的梳状线路的中心频率彼此间隔开交织器的自由频谱范围的偶数倍，并且其中耦合到交织器的第二输出端口的经调制的梳状线路的中心频率相对于耦合到交织器的第一输出端口的频率隔开交织器的自由频谱范围的奇数倍。
4.如点1的光链路，其中发送器还包括第二半导体光放大器，其中多于一个频率选择性调制器在丢弃配置中操作，其中多于一个频率选择性调制器被分组为第一子集和第二子集，其中频率选择性调制器的第一子集共享第一丢弃总线波导，并且频率选择性调制器的第二子集共享第二丢弃总线波导，并且其中第一丢弃总线波导连接到第一半导体光放大器，并且第二丢弃总线波导连接到第二半导体光放大器。
5.如点4的光链路，其中发送器还包括具有自由频谱范围的交织器，其中频率选择性调制器的第一子集调制具有彼此隔开交织器的自由频谱范围的偶数倍的中心频率的梳状线路，并且其中频率选择性调制器的第二子集调制具有相对于由频率选择性调制器的第一子集的频率选择性调制器调制的梳状线路的频率彼此隔开交织器的自由频谱范围的奇数倍的中心频率的梳状线路。
6.如点1的光链路，其中光链路还包括通过光纤连接到点1的发送器的接收器，其中所述接收器包括根据光纤内的梳状线路的偏振将来自每个经调制的梳状线路的光分割为第一经调制的梳状线路分量和第二经调制的梳状线路分量的偏振分割元件，其中第一经调制的梳状线路分量和第二经调制的梳状线路分量分别被路由到偏振分割元件的第一输出端口和第二输出端口，其中从相同的经调制的梳状线路分割的第一经调制的梳状线路分量和第二经调制的梳状线路分量都通过一个或多个谐振分插复用器耦合到以下当中的一个
-同一个光电二极管，
-并联电连接到单个跨阻放大器的输入端的若干光电二极管，或者
-电连接到多于一个放大器或前置放大器阶段的若干光电二极管，其中由所述多于一个放大器或前置放大器阶段生成的电信号在稍后的阶段被组合。
7.如点6的光链路，其中偏振分割元件的第一输出端口和第二输出端口利用波导回路彼此连接，或者其中偏振分割元件的第一输出端口和第二输出端口分别连接到第一解调器和第二解调器，其中第一解调器的至少一个输出端口通过波导回路连接到第二解调器的输出端口。
8.如点7的光链路，其中从相同的经调制的梳状线路分割出的第一经调制的梳状线路分量和第二经调制的梳状线路分量都经由具有第一输出端口和第二输出端口的单个谐振分插复用器从波导回路路由到一个或多个光电二极管，其中所述谐振分插复用器包括具有耦合到丢弃波导的第一简并模式和第二简并模式的谐振器，其中所述分插复用器的输出端口存在于谐振器和丢弃波导之间的结的任一侧上的所述丢弃波导上的两个位置，其中所述第一经调制的梳状线路分量耦合到谐振器的第一模式，并且谐振器的第一模式耦合到所述分插复用器的第一输出端口，并且其中所述第二经调制的梳状线路分量耦合到谐振器的第二模式，并且谐振器的第二模式耦合到所述分插复用器的第二输出端口。
9.如点8的光链路，其中分插复用器的第一输出端口和第二输出端口分别经由第一波导和第二波导连接到一个或多个光电二极管，其中所述第一波导和第二波导的长度为不同的并被选择为使得偏振分割元件与用于两个梳状线路分量的所述一个或多个光电二极管之间的组延迟之间的差小于0.1单位间隔。
10.如点1的光链路，其中频率选择性调制器包括通过至少两个并联的谐振分插复用器耦合到输入总线波导的调制器，其中两个并联的谐振分插复用器的一个具有与由梳状源生成的梳状线路频谱对准的谐振，并且其中两个并联的谐振分插复用器中的一个不具有任何与由梳状源生成的梳状线路频谱对准的谐振。
11.如点10的光链路，其中所述至少两个并联的谐振分插复用器包括调谐其谐振频率的装置，并且其中控制系统在训练序列期间选择所述至少两个并联的谐振分插复用器中的哪一个谐振分插复用器被调谐成使其谐振的一个与由梳状源生成的梳状线路频谱对准。
12.如点6的光链路，其中光电二极管通过至少两个并联的谐振分插复用器耦合到上游系统，其中两个并联的谐振分插复用器的一个具有与由发送器生成的经调制的梳状线路频谱对准的谐振并且两个并联的谐振分插复用器中的另一个不具有任何与由发送器生成的经调制的梳状线路频谱对准的谐振。
13.如点12的光链路，其中所述至少两个并联的谐振分插复用器包括调谐其谐振频率的装置，并且其中控制系统在训练序列期间选择所述至少两个并联的谐振分插复用器中的哪一个谐振分插复用器被调谐成使其谐振与由发送器的梳状源生成的经调制的梳状线路频谱对准。
14.如点1的光链路，其中至少一个频率选择性调制器不与由梳状源生成的任何梳状线路频谱对准，并且其中电开关被配置为不将电数据流路由到所述不频谱对准的频率选择性调制器。
15.如点1的光链路，其中频率选择性调制器是谐振环调制器。
16.如点1的光链路，其中频率选择性调制器包括通过至少一个谐振分插复用器耦合到总线波导的Mach-Zehnder调制器。
17.如点1的光链路，其中梳状线路通过位于梳状源的下游和半导体光放大器的上游的滤光器被滤除，其中所述滤光器包括彼此双向耦合的耦合谐振器，其中滤光器具有自由频谱范围，并且其中滤光器的自由频谱范围大于最高频经调制的梳状线路的中心频率与最低频经调制的梳状线路的中心频率之间的差。
18.如点1的光链路，其中梳状源是半导体梳状激光器，其中半导体梳状激光器和半导体光放大器在III-V化合物半导体的单个芯片上单片制造，并且其中频率选择性调制器在绝缘体上硅芯片中制造。
附图说明
现在将使用附图来说明其它有利的实施例，但不限制本发明的范围。附图示出：
图1：在通过配置和丢弃配置中操作的频率选择性调制器的示例。
图2：级联的频率选择性调制器的配置的示例。
图3：利用CROW滤波器过滤不期望的梳状线路。
图4：利用在丢弃配置中的级联的频率选择性调制器过滤不期望的梳状线路。
图5：利用具有周期性阻带的滤光器进行过滤。
图6：在通过和丢弃配置中的CROW滤波器的图。
图7：具有滤光器和两个交织器的发送器。
图8：具有两条丢弃总线和一个交织器的发送器。
图9：在偏振分割元件的两个输出端口之间具有闭环的接收器。
图10：每个载波频率具有两个分插复用器的接收器。
图11：用于DPSK编码信号的接收器。
图12：发送器中频率选择性调制器的电气重新配置。
图13：发送器中频率选择性调制器的光学重新配置。
图14：接收器的光学重新配置。
图15：两个谐振器之间的单向耦合的示例。
具体实施方式
图1图示了在通过和丢弃配置中操作的频率选择性调制器的示例。
图1a是在通过配置中操作的频率选择性调制器FSM的框图。频率选择性调制器FSM具有输入端口I和通过端口T。根据数据流c1-c4(为了清楚起见而未示出)来调制与频率选择性调制器FSM被调谐到的线路匹配的输入信号的分量。输入信号的其余部分保持不变。在通过端口T处的输出是经调制和未经调制的信号的叠加。
图1c示出了使用谐振环形调制器RRM的图1a所示的配置的实现。这种谐振环形调制器RRM通过总线波导B连接到输入端口I和通过端口T。箭头示出了信号传播的方向。
图1e示出了使用Mach-Zehnder调制器MZM的图1a所示的配置的另一种实现。频率选择性位于分插复用器(ADM)中。在端口I处输送的输入信号当中，分插复用器ADM挑选与这个分插复用器ADM被调谐到的线路(载波)匹配的一个分量。这个分量耦合到调制环ML中。在通过Mach-Zehnder调制器MZM并根据数据流进行调制之后，这个分量再次到达分插复用器ADM，并被耦合到通过端口T。这个频率选择性调制器可以利用包括单个谐振器的单个谐振分插复用器ADM来实现。输入端口I和通过端口T通过总线波导B被实现并被耦合到分插复用器ADM。
图1b示出了在丢弃配置中的频率选择性调制器FSM。在输入端口I处输送的信号当中，根据数据流调制与频率选择性调制器FSM被调谐到的线路匹配的分量，并将其输出到丢弃端口D。输入信号中未被调制的部分被传递到通过端口T。在添加端口A处输送的、不与频率选择性调制器FSM被调谐到的线路匹配的信号被添加到丢弃端口D处的输出信号。
图1d示出了具有谐振环调制器RRM的图1b所示的配置的实现。输入端口I和通过端口T通过输入总线波导IB被实现并被耦合到谐振环调制器RRM。丢弃端口D和添加端口A通过丢弃总线波导DB被实现并被耦合到谐振环调制器RRM。
图1f示出了具有两个分插复用器ADM和一个Mach-Zehnder调制器MZM的图1b所示的配置的实现。在输入总线波导IB上的输入信号当中，分插复用器ADM挑选与其被调谐到的线路对应的分量。这个分量耦合到Mach-Zehnder调制器MZM中，并根据数据流被调制。其结果通过被调谐到与第一分插复用器ADM相同的线路的第二分插复用器ADM耦合到丢弃端口波导DB上。
图2a示出了在通过配置中的两个频率选择性调制器FSM1和FSM2的级联。在输入端口I1处的信号当中，FSM1挑选与其被调谐到的线路对应的分量。这个分量根据第一数据流被调制。输入信号的其余部分保持未被调制。经调制的信号和未经调制的信号都作为通过端口T1上的叠加被输出，该通过端口T1耦合到第二频率选择性调制器FSM2的输入端口I2。
第二频率选择性调制器FSM2挑选与其被调谐到的线路对应的第二信号分量。这个分量根据第二数据流被调制。在第一调制器FSM1中被调制的分量不被进一步调制。与FSM1和FSM2被调谐的线路都不匹配的信号分量根本不被调制。两个经调制的分量和未经调制的信号的叠加在通过端口T2处输出。
图2b示出了在丢弃配置中的两个频率选择性调制器FSM1和FSM2的级联。这种配置与图2a所示的配置的不同之处在于，FSM1将其经调制的信号输出到丢弃端口D1，并将输入信号的未经调制的部分传递到通过端口T1。FSM1的丢弃端口D1耦合到FSM2的添加端口A2。FSM1的通过端口T1耦合到FSM2的输入端口I2。
在端口I2处的FSM1未调制的输入信号中，FSM2挑选与其被调谐到的线路对应的分量。在利用第二数据流调制这个分量之后，它将与先前被FSM1调制的信号一起在丢弃端口D2上输出；由于这个信号与FSM2被调谐到的线路不匹配，因此它仅仅被添加到在丢弃端口D2处的由FSM2调制的分量。
这种级联的净效应是，D2现在只承载已经被或者FSM1或者FSM2调制的信号分量，而通过端口T2仅承载尚未被调制的分量。根据本发明的实施例，只有D2耦合到光放大器SOA，使得其可用功率仅用于放大已经利用数据流实际被调制的载波。来自通过端口T2的信号被丢弃到光束收集器中。
图2c示出了具有四个谐振环调制器RRM的图2a所示的配置的实现。它们共享公共总线波导B。
图2d示出了具有四个Mach-Zehnder调制器MZM的图2b所示的配置的实现，其中四个Mach-Zehnder调制器MZM中的每一个通过单独的分插复用器ADM耦合到输入总线波导IB。每个调制器挑选与其被调谐到的线路对应的信号分量，并将其输出到两条丢弃总线DBA和DBB中的一个上。丢弃总线DBA以第一添加端口AA开始，并在第一丢弃端口DA中结束。丢弃总线DBB以第二添加端口AB开始，并在第二丢弃端口DB中结束。未经调制的信号分量沿着整个输入总线波导传递到通过端口T并被丢弃。丢弃总线DBA和DBB中的每一条仅承载已根据数据流被调制的载波(线路)。两个丢弃端口DA和DB都可以连接到单独的光放大器SOA，以便它们的功率可以被组合，以放大由全部四个Mach-Zehnder调制器MZM调制的信号。
图2e示出了丢弃配置中的布置在公共输入总线波导IB和丢弃总线波导DB之间的谐振环调制器(RRM)的级联。与根据图2d的频率选择性调制器的级联相比的主要区别在于，添加端口和丢弃端口颠倒了。因此，沿着丢弃总线波导DB的传播方向也是相反的。
在每个频率选择性调制器中，第一谐振ADM将来自输入总线波导的目标频率耦合到连接到MZM的输入端的第二波导。第二谐振ADM将与第一谐振ADM的目标频率一致的目标频率从连接到MZM的输出端口的第三波导耦合到频率选择性调制器的丢弃总线波导。应当注意的是，每个ADM还具有输入波导和丢弃波导，其中第一ADM的输入波导是频率选择性调制器的输入总线波导，第一ADM的丢弃波导是连接到MZM的输入端口的第二波导，第二ADM的输入波导是连接到MZM的输出端口的第三波导，并且第二ADM的丢弃波导是频率选择性调制器的丢弃总线波导。示出了频率选择性调制器的两个子集，其中第一子集共享第一丢弃总线波导并且第二子集共享第二丢弃总线波导。
图3示出了如何升级图2c所示的配置以消除通过端口T上的未经调制的信号分量。图3a示出了一种配置，其中包括耦合谐振器R1、R2、R3和R4的光学CROW滤波器F放置在利用最接近滤光器的阻带的边缘的频率f调制梳状线路的频率选择性调制器RRM前面。图3b示出了其中滤光器放置在所述频率选择性调制器后面的配置。滤光器示例性地被示为基于CROW的滤光器F，并且四个经调制的信道被示例性地示为落入CROW滤光器的相邻阻带之间(相当于落入CROW滤光器F的通带中)。插图(i)至(vi)示出了沿着总线波导B的光谱，其中PSD代表功率谱密度。EL一般表示来自梳状源的发射线路，而SL表示被过滤的不想要的未经调制的边线。在这里有两个相关的CROW滤波器F阻带：一个紧接在最低频率载波的频率之下(进一步被称为下限阻带)，一个紧接在最高频率载波的频率之上(进一步被称为上限阻带)。在(i)中，两条垂直虚线示出了对于配置(a)上限阻带的下边缘必须落入其中的频率范围。这允许滤除图中所示的不被期望的两个最高频梳状线路(因为它们的功率太低)，而不影响最高频率的光载波。对于下限阻带的上边缘也有类似的公差。(v)中的两条垂直虚线示出了对于配置(b)上限阻带的下边缘必须落入其中的频率范围。这个频率范围小于(i)中的频率范围，因为相邻的光载波已经被调制，并且因此其频谱已经在频域中加宽。对于下限阻带的上边缘，类似减小的公差也是适用的。光谱中的垂直箭头表示Dirac峰并符号化未经调制的光载波。经调制的光载波用加宽的分布表示。
图4示出了其中不期望的梳状线路在其中级联的频率选择性调制器在丢弃配置中操作的配置中被过滤的实施例。每个频率选择性调制器由通过一个分插复用器ADM连接到输入总线波导IB和丢弃总线波导DB的Mach-Zehnder调制器MZM组成。插图示出了结构中不同位置处的光谱。由于只有经调制的光载波被路由到丢弃总线，因此在这个结构中自然发生滤波，而不需要添加附加的滤波器。这可以被看出，因为较低功率的未经调制的梳状线路保留在输入总线波导中并被路由到通过端口，通过端口可以例如进一步连接到抑制背向反射的波导负载/光束转储设备或者连接到用于系统监视或用于控制系统的监视器光电二极管。光谱中的垂直箭头表示Dirac峰并符号化未经调制的光载波。经调制光载波用加宽分布表示。
图5示出了梳状源的频谱和滤光器F的透射函数TF之间的叠加，滤光器F具有由自由频谱范围FSR隔开的周期性间隔的阻带SB。梳状源被示例性地示为具有用作光载波的四个高功率梳状线路。还表示了六个附加的不期望的梳状线路，在光载波的任一侧有三个。滤光器传递函数的高透射区域与通带对应，而滤光器传递函数的低透射区域与阻带对应。(i)中的水平箭头表示阻带的边缘必须落入其中的频率区域。(ii)中的水平箭头表示滤光器的FSR。这个FSR必须大于最高频率与最低频率光载波的频率之间的差异。
图6示出了(a)通过配置和(b)丢弃配置中的CROW滤波器的图。插图分别示出了从输入端口到通过端口以及从输入端口到丢弃端口的传递函数。请注意，“通过配置中的CROW滤波器”是指数据信道路径通过通过端口(即，通过端口直接或间接路由到SOA(例如，利用插入的频率选择性调制器)的事实。通过配置中的CROW滤波器可以具有或不具有丢弃端口，其中可选的丢弃端口可以用于其它目的，诸如像连接到用于监视系统的监视器光电二极管、为控制系统提供反馈信号，或连接到抑制背向反射的波导负载/光束转储。如(b)中所示，到达丢弃端口的信号通常甚至在丢弃端口的通带内被衰减，从而使通过配置更为理想。
图7示出了完整发送器TX的实施例。光源CS是梳状源。不期望的线被滤波器F滤除，滤波器F被实现为具有耦合谐振器R1、R2、R3、R4的CROW滤波器。频率f1、f2、f3和f4处的剩余线路根据不同数据流利用谐振环调制器RRM被各自调制。第一交织器INT1将奇数线路f1、f3转发到第一半导体光放大器SOA，将偶数线路f2、f4转发到第二半导体光放大器SOA，使得这些放大器中的每一个必须仅占经调制的信号的功率的一半。然后，两个放大器SOA的输出被重新组合成一个馈送到光纤的输出O。
图8示出了发送器TX的另一个实施例，其中频率选择性调制器FSM在丢弃配置中被级联，并且其中两组频率选择性调制器FSM各自共享其自己的丢弃总线DBA、DBB。两条丢弃总线DBA、DBB各自连接到单个的SOA。SOA的输出利用交织器INT被重新组合。共享第一丢弃总线DBA的第一组频率选择性调制器FSM调制具有中心频率f1和f3的奇数光载波，而共享第二丢弃总线的第二组频率选择性调制器FSM调制具有中心频率f2和f4的偶数光载波。这种划分为偶数和奇数载波允许由两个丢弃总线波导DBA、DBB传输的载波随后通过交织器INT被重新组合到单个输出波导O中。
图9示出了接收器RX的实施例，其中根据光纤内部的光的偏振由偏振分割光栅耦合器PSC将来自每个信道的光分割成两个信道分量，其中光纤将输入光信号IN输送到偏振分割光栅耦合器PSC。两个信道分量各自被路由到偏振分割光栅耦合器PSC的各个输出端口。两个输出端口连接到形成回路PL的波导，其中回路PL连接到被调谐到不同载波频率f1-f5的频率选择性分插复用器(ADM)。ADM各自将相同信道的两个分量都耦合到单个的光电二极管PD，其中光电二极管PD可以具有两个输入端口，每个输入端口接收一个信道分量。ADM和光电二极管(PD)之间的两个波导的长度一般彼此不同，并且随着信道的不同而不同，因此对于每个信道f1-f5，在偏振分割光栅耦合器和光电二极管输入端口之间的光路径长度对于两个信道分量基本相同。由具有光载波频率f1的信道的两个信道分量遵循的光路径分别由虚线箭头和连续箭头示出，并且被设计为基本上等长。
图10示出了接收器RX，其中根据光纤内部的光的偏振由偏振分割光栅耦合器PSC将来自每个信道的光IN分割成两个信道分量，其中光纤连接到偏振分割光栅耦合器PSC。两个信道分量各自被路由到偏振分割光栅耦合器PSC的各个输出端口。两个输出端口连接到两个波导，每个波导连接到频率选择性分插复用器(ADM)。ADM各自将信道的分量耦合到单个的特定于信道的光电二极管，其中光电二极管可以具有两个输入端口，每个输入端口接收一个信道分量。选择特定于信道的ADM和光电二极管(PD)之间的两个波导的长度，使得偏振分割光栅耦合器和光电二极管输入端口之间的光路径长度对于两个信道分量基本相等。
图11示出了用于DPSK编码信号的接收器RX。偏振分割光栅耦合器PSC的两个输出各自连接到作为分相元件PSE的DPSK解调器，每个DPSK解调器PSE具有两个输出端口。在图中由PCA或PCB标记的对应的输出端口分别利用第一和第二波导环彼此连接。谐振分插复用器ADM将给定信道和解调器输出端口类型的两个信道分量耦合到单个的光电二极管PD，其中各自将来自耦合到第一波导环的对应ADM的一个信道分量路由到第一特定于信道的光电二极管PD的第一对波导以这样一种方式来确定尺寸：使得对于两个信道分量，偏振分割耦合器PSC和第一特定于信道的光电二极管PD之间的光路径长度基本相等。此外，各自将来自连接到第二波导环的对应ADM的同一信道的一个信道分量路由到第二特定于信道的光电二极管PD的第二对波导以这样一种方式来确定尺寸：使得偏振分割耦合器PSC和第二特定于信道的光电二极管PD之间的光路径长度彼此基本相等并且与偏振分割耦合器PSC和第一特定于信道的光电二极管PD之间的光路径长度基本相等。DPSK解调器PSE由Mach-Zehnder干涉仪构成，其中附加的波导长度施加到干涉仪臂之一。干涉仪的输出阶段存在于定向耦合器中。
图12示出了具有标称目标频率f1至f6的六个频率选择性调制器，用来根据四个电数据流c1至c4传输数据。在启动阶段，利用主动控制系统基于将它们与实际光载波频率对准的容易性来选择频率选择性调制器RRM的子集(这里是6个中选4个)。电连接性矩阵被重新配置，以将四个电数据流c1至c4电连接到已被选择并激活的四个频率选择性调制器。连接性矩阵中的方框表示允许将数据流到三个可能的频率选择性调制器中的一个的选择性连接性的电气开关。
图13示出了在光学域中具有可重新配置性的发送器TX的实施例。频率选择性调制器子集中的ADM各自由针对标称不同的光载波频率EL的两个ADM替代。在这里，两个最左侧的频率选择性调制器利用这种冗余ADM示例性地实现，其中将输入总线耦合到MZM的ADM和将MZM耦合到总线的ADM都被两个冗余ADM替代。在第一频率选择性调制器(从左计数)中，ADM由标称针对f1和f5的两个ADM替代，而在第二频率选择性调制器中，ADM被标称针对f2和f6的两个ADM替代。标称目标频率被排序为f1＜f2＜f3＜f4＜f5＜f6并且被一个梳状源FSR隔开。发送器可以示例性地配置在三种状态中的一种，利用具有标称目标频率f1＜f2＜f3＜f4、f2＜f3＜f4＜f5或f3＜f4＜f5＜f6的ADM，这依赖于哪个子集更容易调谐到实际的光载波频率(包括对于哪个子集更容易在预期的温度变化上维持与光载波频率的频谱对准)。在这些配置中的每一个中，每个频率选择性调制器仅利用与一对冗余并联ADM内的一个ADM的目标丢弃频率对应的频率有效地调制一个光载波。ADM对的另一个ADM相对于任何其它梳状线路失谐，被调谐到由上游或下游滤光器滤除的梳状线路或被调谐到没有耦合到接收器内的光电二极管的梳状线路。用于两个最左侧的频率选择性调制器中的每一个的冗余ADM都具有由4个梳状源FSR隔开的目标光载波频率，而主动利用的频谱存在于仅覆盖3个梳状源FSR的4条梳状线路中。因此，具有跨越略超过3个梳状源FSR的通带的滤光器可以被实现，从而滤除不期望的梳状线路。可替代地，在启动选择之后标称未使用的ADM可以被失谐，以便不让梳状线路穿过，在这种情况下，不需要上述过滤功能。
图14示出了在光学域中具有可重新配置性的接收器RX的实施例。ADM的子集各自被两个针对标称不同的光载波频率的ADM替代。在这里，两个最左侧的光电二极管PD示例性地通过这种冗余ADM耦合到环波导PL。一个光电二极管与标称针对f1和f5的两个ADM耦合，另一个光电二极管与标称针对f2和f6的两个ADM耦合。标称目标频率被排序为f1＜f2＜f3＜f4＜f5＜f6并且由梳状源CS的一个FSR隔开。接收器RX可以示例性地配置为三种状态中的一种，利用具有目标载波频率f1＜f2＜f3＜f4、f2＜f3＜f4＜f5或f3＜f4＜f5＜f6的ADM，这依赖于哪个子集更容易调谐到实际的光载波频率(包括对于哪个子集更容易在预期的温度变化上维持与传入的光载波的频谱对准)。在每个配置中，每个光电二极管PD仅接收一个光载波EL，因为两个冗余ADM的目标频率之间的频率差超出了梳状源频谱的被利用部分的总频谱宽度。
图15示出了两个环形谐振器R1和R2之间的单向耦合(非双向耦合)的示例。第一环形谐振器R1的逆时针传播模式可以耦合到第二环形谐振器R2的逆时针传播模式，并且第二环形谐振器R2的顺时针传播模式可以耦合到第一环形谐振器R1的顺时针传播模式。但是，第一环形谐振器的顺时针传播模式不能耦合到第二环形谐振器，并且第二环形谐振器的逆时针传播模式不能耦合到第一环形谐振器，因此没有给出在第一谐振器的模式和第二谐振器的模式之间的双向耦合。
本公开申请还包括以下示例。
示例1：一种用于光链路的发送器(TX)，包括生成具有不同频率(f)的多条离散线路(EL)的光源(CS)，还包括多个调制器(FSM，RRM，MZM)，每个调制器(FSM，RRM，MZM)被配置为根据数据流(c1-c4)调制离散线路(EL)的一个，还包括被配置为同时放大多条线路(EL)的至少一个光放大器(SOA)，其特征在于，只有所生成的线路(EL)的子集被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的每一个。
示例2：根据示例1的发送器(TX)，其特征在于，光源(CS)是梳状源。
示例3：根据示例1至2中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，包括阻止未根据数据流(c1-c4)被调制的至少一条线路(SL)被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的任何一个的装置。
示例4：根据示例2至3中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，包括阻止连续体或无限序列的线路被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的一个的装置。
示例5：根据示例4所述的发送器(TX)，其特征在于，所述装置被配置为：
允许根据数据流(c1-c4)被调制的离散线路(EL)被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的至少一个；
阻止所有未经调制的离散线路(SL)或者至少具有相对于绝对值减去以分贝(dB)表示的预定阈值的以分贝(dB)表示的最高功率线路的功率的光功率的至少未经调制的离散线路(SL)被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的任何一个。
示例6：根据示例3至5中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，阻止未被数据流(c1-c4)调制的至少一条线路(SL)的装置包括或者直接或者经由一个或多个公共波导耦合的两个谐振器。
示例7：根据示例3至6中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，所述装置包括滤光器(F)。
示例8：根据示例7所述的发送器(TX)，其特征在于，滤光器(F)包括彼此耦合的至少两个谐振器(R1，R2，R3，R4)，使得谐振器(R1，R2，R3，R4)的谐振频率被加宽以形成至少一个连续阻带(SB)。
示例9：根据示例1至8中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，包括频率选择性元件(ADM)和/或调制器(RRM，FSM)的级联，频率选择性元件(ADM)和/或调制器(RRM，FSM)中的至少一个被配置为将一条线路(EL)路由到通向至少一个光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的至少一个的光路径中，并将输入光的剩余部分路由到被调谐到不同频率的其他频率选择元件(ADM)和/或调制器(RRM，FSM)。
示例10：根据示例1至9中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，所述发送器(TX)包括被配置为将传入的线路(EL)的第一子集路由到第一光放大器(SOA)并将传入的线路的第二子集路由到第二光放大器(SOA)的交织器(INT，INT1，INT2)。
示例11：根据示例1至10中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，至少一个调制器是具有输入端口(I)、通过端口(T)、添加端口(A)和丢弃端口(D)的频率选择性调制器(FSM)，所述频率选择性调制器(FSM)被配置为：
根据数据流(c1-c4)对输入端口(I)上提供的至少一条线路(EL)进行调制，并将经调制的线路(EL)输出到丢弃端口(D)，并将所有其它光频率从输入端口(I)传递到通过端口(T)和从添加端口(A)传递到丢弃端口(D)。
示例12：根据示例11所述的发送器(TX)，其特征在于，至少一个频率选择调制器(FSM)是谐振环调制器(RRM)。
示例13：根据示例11至12中任一项所述的发送器，其特征在于，至少一个频率选择性调制器(FSM)是Mach-Zehnder调制器(MZM)，所述Mach-Zehnder调制器(MZM)通过第一谐振分插复用器(ADM)或者通过被调谐到不同频率的多个谐振分插复用器(ADM)的第一并联配置耦合到输入端口(I)和通过端口(T)，并且通过第二谐振分插复用器(ADM)或者通过被调谐到不同频率的多个谐振分插复用器(ADM)的第二并联配置耦合到丢弃端口(D)和添加端口(A)。
示例14：根据示例1至13中任一项所述的发送器(TX)，其特征在于，至少一个光放大器(SOA)是半导体光放大器。
示例15：一种光链路，包括根据示例1至14中任一项所述的发送器(TX)。
示例16：一种光链路，还包括根据示例17至21中任一项所述的接收器。
示例17：一种用于光链路的接收器(RX)，被配置为从根据示例1至14中任一项所述的发送器(TX)发送的光信号(IN)解码至少一个数据流(c1-c4)，包括具有一个输入端口和两个输出端口的偏振分割元件(PSC)、被调谐到根据数据流(c1-c4)调制的至少一条线路(EL)的至少一个谐振分插复用器(ADM)，以及将光强度转换成电信号的至少一个检测器(PD)，其特征在于，来自偏振分割元件(PSC)的两个输出端口的光在相反方向上耦合到谐振分插复用器(ADM)中，并且光在两个相反方向上从谐振分插复用器(ADM)耦合到所述至少一个检测器(PD)。
示例18：根据示例17所述的接收器(RX)，其特征在于，多个分插复用器(ADM)被耦合到形成偏振分割元件(PSC)的两个输出端口之间的光路径(PL)的一部分的公共波导。
示例19：根据示例18所述的接收器(RX)，其特征在于，来自多个分插复用器(ADM)的光被耦合到相同的检测器(PD)或检测器(PD)集合。
示例20：根据示例18至19中任一项所述的接收器(RX)，其特征在于，偏振分割元件(PSC)的输出端口中的每一个和分插复用器(ADM)之间的光路径包括至少一个分相元件(PSE)。
示例21：一种操作根据示例15至16中任一项所述的光链路的方法，其中发送器(TX)和/或接收器(RX)包括多个谐振分插复用器(ADM)的至少一个并联配置，所述方法包括以下步骤：
评估将并联配置的每个谐振分插复用器与具有足够光功率的所生成的线路(EL)对准以维持光链路的最小所需功耗；
选择并联配置中比至少一个其它谐振分插复用器(ADM)具有更小的这种功耗的谐振分插复用器(ADM)；
将所选择的谐振分插复用器(ADM)调谐到所述生成的线路(EL)；以及
使至少一个未选择的谐振分插复用器(ADM)不与任何生成的线路(EL)对准，和/或使至少一个未选择的谐振分插复用器(ADM)与所生成的线路失谐。
示例22：根据示例21所述的方法，其特征在于，在评估步骤中，对于与环境温度不同的温度计算最小所需功耗。
示例23：根据示例21至22中任一项所述的方法，其特征在于，在评估步骤中，在发送器(TX)和/或接收器(RX)待在其中操作的温度范围内计算最小所需功耗。
示例24：根据示例23所述的方法，其特征在于，对于每个分插复用器(ADM)，其在所述温度范围上的最小所需功耗的最大值被用作选择步骤的基础。
标号列表
A，A1，A2 添加端口
AA 丢弃总线波导DBA的添加端口
AB 丢弃总线波导DBB的添加端口
ADM 分插复用器
B 总线波导
CS 光源
D，D1，D2 丢弃端口
DA 丢弃总线波导DBA的丢弃输出端口
DB 丢弃总线波导DBB的丢弃输出端口
DB，DBA，DBB 丢弃总线波导
EL 由光源CS生成的线路
c1-c4 数据流
F 滤光器
f，f1-f6 频率
FSM，FSM1-2 频率选择性调制器
FSR 自由频谱范围
I，I1，I2 输入端口
IB 输入总线波导
IN 用于接收器RX的输入光信号
INT，INT 1-2 交织器
ML 包含Mach-Zehnder调制器MZM的回路
MZM Mach-Zehnder调制器
O 输出端口
RRM 谐振环调制器
R1-R4 谐振器
RX 接收器
PCA 用于相位分量A的分相元件PSE的输出端口
PCB 用于相位分量B的分相元件PSE的输出端口
PD 光电二极管
PL 偏振分割元件PSC的输出端口之间的回路
PSC 偏振分割元件
PSD 功率谱密度
PSE 分相元件
SB 阻带
SL 未经调制的边线
SOA 半导体光放大器
T，T1，T2 通过端口
TF 滤光器F的透射函数
TX 发送器

Claims (20)

1.一种用于光链路的接收器(RX)，被配置为从所述光链路的发送器(TX)发送的光信号(IN)解码至少一个数据流(c1-c4)，其中所述光信号(IN)包括具有不同频率(f)的多个光载波，且所述多个光载波已经被相应的调制器(FSM，RRM，MZM)根据所述数据流(c1-c4)调制，其中所述接收器(RX)包括具有一个输入端口和两个输出端口的偏振分割元件(PSC)、被调谐到根据数据流(c1-c4)调制的至少一个光载波的至少一个谐振分插复用器(ADM)，以及将光强度转换成电信号的至少一个检测器(PD)，其特征在于，来自所述偏振分割元件(PSC)的两个输出端口的光在相反方向上耦合到所述谐振分插复用器(ADM)中，并且光在两个相反方向上从所述谐振分插复用器(ADM)耦合到所述至少一个检测器(PD)。
2.如权利要求1所述的接收器(RX)，其特征在于，多个分插复用器(ADM)被耦合到形成所述偏振分割元件(PSC)的两个输出端口之间的光路径(PL)的一部分的公共波导。
3.如权利要求2所述的接收器(RX)，其特征在于，来自所述多个分插复用器(ADM)的光被耦合到相同的检测器(PD)或检测器(PD)集合。
4.如权利要求2至3中任一项所述的接收器(RX)，其特征在于，所述偏振分割元件(PSC)的输出端口中的每一个和分插复用器(ADM)之间的光路径包括至少一个分相元件(PSE)。
5.一种光链路，包括如权利要求1至4中任一项所述的接收器(RX)并进一步包括发送器(TX)，其中所述发送器(TX)包括生成具有不同频率(f)的多条离散线路(EL)的光源(CS)，其中，离散线路(EL)的至少子集是由所述接收器(RX)接收的光载波，其中所述发送器(TX)还包括多个调制器(FSM，RRM，MZM)，每个调制器(FSM，RRM，MZM)被配置为根据数据流(c1-c4)调制离散线路(EL)中的一个，其中所述发送器还包括被配置为同时放大多条线路(EL)的至少一个光放大器(SOA)，其特征在于，只有所生成的线路(EL)的子集被路由到所述发送器(TX)的所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的每一个。
6.如权利要求5所述的光链路，其中所述发送器(TX)
包括频率选择性元件(ADM)和/或调制器(RRM，FSM)的级联，所述频率选择性元件(ADM)和/或调制器(RRM，FSM)中的至少一个被配置为将一条线路(EL)路由到通向至少一个光放大器(SOA)或多个光放大器(SOA)中的至少一个的光路径，并将输入光的剩余部分路由到被调谐到不同频率的另一个频率选择性元件(ADM)和/或调制器(RRM，FSM)；和/或
包括交织器(INT，INT1，INT2)，所述交织器(INT，INT1，INT2)被配置为将传入的线路的第一子集路由到第一光放大器(SOA)并将传入的线路的第二子集路由到第二光放大器(SOA)。
7.如权利要求5至6中任一项所述的光链路，其中所述发送器(TX)的至少一个调制器是具有输入端口(I)、通过端口(T)、添加端口(A)和丢弃端口(D)的频率选择性调制器(FSM)，所述频率选择性调制器(FSM)被配置为：
根据数据流(c1-c4)对输入端口(I)上提供的至少一条线路(EL)进行调制，将经调制的线路(EL)输出到丢弃端口(D)，将所有其它具有不同频率(f)的线路(EL)从输入端口(I)传递到通过端口(T)，并将所有其它具有不同频率(f)的线路(EL)从添加端口(A)传递到丢弃端口(D)。
8.如权利要求7所述的光链路，其中：
所述发送器(TX)的所述光源(CS)是梳状源，
所述发送器(TX)的所述光放大器(SOA)是半导体光放大器，
所述发送器(TX)包括多个离散线路(EL)路由至其的公共输入总线波导，
所述发送器(TX)还包括至少一个丢弃总线波导，以及
所述频率选择性调制器(FSM)被布置在丢弃配置中，以共享所述公共输入总线波导作为它们的输入总线，并共享所述丢弃总线波导作为它们的丢弃总线，其中所述丢弃总线被路由到所述半导体光放大器(SOA)，使得只有被至少一个频率选择性调制器(FSM)调制的所生成的线路(EL)被路由到所述半导体光放大器(SOA)或者多个半导体光放大器(SOA)中的每一个。
9.如权利要求7或8所述的光链路，其中，所述发送器(TX)的至少一个频率选择性调制器(FSM)是谐振环调制器(RRM)。
10.如权利要求7至9中任一项所述的光链路，其特征在于，所述发送器(TX)的至少一个频率选择性调制器(FSM)是Mach-Zehnder调制器(MZM)，所述Mach-Zehnder调制器(MZM)通过第一谐振分插复用器(ADM)或者通过被调谐到不同频率的多个谐振分插复用器(ADM)的第一并联配置耦合到输入端口(I)和通过端口(T)，并且通过第二谐振分插复用器(ADM)或者通过被调谐到不同频率的多个谐振分插复用器(ADM)的第二并联配置耦合到丢弃端口(D)和添加端口(A)。
11.如权利要求5至10中任一项所述的光链路，其中，
所述发送器(TX)的光源(CS)是梳状源；和/或
所述发送器(TX)的至少一个光放大器(SOA)是半导体光放大器。
12.如权利要求5至11中任一项所述的光链路，其中所述发送器(TX)包括阻止未根据数据流(c1-c4)调制的至少一条线路(SL)被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的任何一个的装置。
13.如权利要求11至12中任一项所述的光链路，其中，所述发送器(TX)包括阻止连续体或无限序列的线路被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的一个的装置。
14.如权利要求13所述的光链路，其中所述发送器(TX)的所述装置被配置为：
允许根据数据流(c1-c4)调制的离散线路(EL)被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的至少一个；
阻止所有未经调制的离散线路(SL)或者至少具有相对于绝对值减去以分贝(dB)表示的预定阈值的以分贝(dB)表示的最高功率线路的功率的光功率的至少未经调制的离散线路(SL)被路由到所述光放大器(SOA)或者多个光放大器(SOA)中的任何一个。
15.如权利要求12至14中任一项所述的光链路，其中，阻止未由数据流(c1-c4)调制的至少一条路线(SL)的所述发送器(TX)的所述装置包括：
或者直接或者经由一个或多个公共波导耦合的两个谐振器；和/或
滤光器(F)，
其中所述滤光器(F)可选地包括彼此耦合的至少两个谐振器(R1，R2，R3，R4)，使得谐振器(R1，R2，R3，R4)的谐振频率被加宽以形成至少一个连续阻带(SB)。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的接收器(RX)，和/或根据权利要求5至15中任一项所述的光链路，其中所述接收器(RX)和/或所述光链路的所述发送器(TX)包括多个谐振分插复用器(ADM)的至少一个并联配置。
17.一种操作如权利要求16所述的接收器(RX)和/或光链路的方法，包括以下步骤：
评估将并联配置的每个谐振分插复用器与具有足够光功率的光载波对准以维持光链路的最小所需功耗；
选择并联配置中比至少一个其它谐振分插复用器(ADM)具有更小的这种功耗的谐振分插复用器(ADM)；
将所选择的谐振分插复用器(ADM)调谐到所述光载波；以及
使至少一个未选择的谐振分插复用器(ADM)不与任何光载波对准，和/或使至少一个未选择的谐振分插复用器(ADM)与光载波失谐。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在评估步骤中，对于与环境温度不同的温度计算最小所需功耗。
19.如权利要求17至18中任一项所述的方法，其中，在评估步骤中，在发送器(TX)和/或接收器(RX)待在其中操作的温度范围内计算最小所需功耗。
20.如权利要求19所述的方法，其中，对于每个分插复用器(ADM)，其在所述温度范围上的最小所需功耗的最大值被用作选择步骤的基础。
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