CN112039600B - 使用双工媒体、自零差检测的装置、光收发器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括：激光器；耦合到所述激光器的分光器；耦合到所述分光器的第一波长组件；耦合到所述分光器的调制器；耦合到所述调制器的第二波长组件；以及耦合到所述第一波长组件和所述第二波长组件的接收器。一种方法包括：发射输入光；将所述输入光分解为第一本地振荡器(local oscillator，LO)光信号和第一未调制光信号；使用偏振复用高阶调制对所述第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号；将所述第一LO光信号和所述第一调制光信号分别发送出去。

Description

使用双工媒体、自零差检测的装置、光收发器和方法
本申请是国际申请日为2016年3月2日，申请号为“201680012792.1”的中国申请的分案申请，其中，在先的中国申请通过引用结合在本分案申请中。
背景技术
由于稳定性高且可用带宽大，光纤作为数字数据的传输媒介正变得越来越普及。例如，通过大约几百米的光纤进行短距互连在计算机系统、数据中心和园区网中广泛使用。因此，迫切需要用于短距离传输的高容量光收发器，其中，各种方案间的主要权衡包括性能、成本和功耗。许多短距光收发器以1吉比特/秒(gigabit per second，Gb/s)或10Gb/s的速率进行操作，并使用强度调制-直接检测(intensity modulation and directdetection，IM-DD)、一个光纤对、一个波长和一种偏振态。
为了将比特率提高到40Gb/s和100Gb/s，可以同时提高信令速率和信道数量。一个示例是光纤对上的4x25 Gb/s局域网波分复用(local area network wavelength-division multiplexing，LWDM)。另一个示例是针对100吉比特以太网(100GigabitEthernet，100GbE)的并行光纤上的4x25 Gb/s并行单模4通道(parallel single-mode 4-lane，PSM4)。随着以太网数据速率从100GbE扩展到400GbE，需要额外的波长和/或高阶符号率调制来继续IM-DD技术方案。但是，额外的波长和高阶符号率调制使复杂度增加且灵敏度降低。
为了提高系统容量和每比特的功率损耗，需要通过使用高阶调制来减少波长数量。需要具有高频谱效率和灵敏度的偏振复用和相干技术来进一步扩展到下一代以太网数据速率，例如太比特以太网(Terabit Ethernet，TbE)要求4x250G。传统相干方案需要发射器和本地振荡器(local oscillator，LO)使用锁频、窄线宽激光器。然而，对于短距离应用来说，成本和复杂度(例如，频率跟踪)太高。
发明内容
在一项实施例中，本发明包括一种装置，所述装置包括：非制冷激光器；耦合到所述激光器的分光器；耦合到所述分光器的第一波长组件；耦合到所述第一波长组件的本地振荡器(local oscillator，LO)端口；耦合到所述分光器的调制器；耦合到所述调制器的第二波长组件；以及耦合到所述第二波长组件的信号端口。在一些实施例中，所述装置还包括：耦合到所述第二波长组件的接收器；耦合到所述接收器的模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)和数字信号处理器(digital signal processor，DSP)；以及耦合到所述ADC和DSP以及所述调制器的接口集成电路(integrated circuit，IC)，所述第一波长组件和所述第二波长组件是薄膜滤波器(thin-film filter，TFF)；所述第一波长组件和所述第二波长组件是3分贝(decibel，dB)的光耦合器；所述第一波长组件和所述第二波长组件是光隔离器；所述激光器是分布式反馈(distributed feedback，DFB)激光器；所述激光器包括大于100千赫(kilohertz，kHz)的线宽；所述激光器包括1兆赫(megahertz，MHz)或更大的线宽。
在另一项实施例中，本发明包括一种光收发器，所述光收发器包括：激光器，用于提供输入光；分光器，耦合到所述激光器并用于将所述输入光分解为第一本地振荡器(local oscillator，LO)光信号和第一未调制光信号；调制器，耦合到所述分光器并用于对所述第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号；LO端口，用于耦合到第一双工光纤并将所述第一LO光信号传输到所述第一双工光纤；以及信号端口，用于耦合到第二双工光纤并将所述第一调制光信号传输到所述第二双工光纤。在一些实施例中，所述LO端口还用于从所述第一双工光纤接收第二LO光信号，所述信号端口还用于从所述第二双工光纤接收第二调制光信号；所述光收发器还包括接收器，用于：接收所述第二LO光信号，以及接收所述第二调制光信号；所述接收器用于执行相干检测；所述光收发器还包括第一波长组件，其耦合到所述分光器、所述接收器和所述LO端口并用于：将所述第一LO光信号仅传递到所述LO端口，以及将所述第二LO光信号仅传递到所述接收器；所述光收发器还包括第二波长组件，其耦合到所述调制器、所述接收器和所述信号端口并用于：将所述第一调制光信号仅传递到所述信号端口，以及将所述第二调制光信号仅传递到所述接收器；所述光收发器还包括接收器，其中，所述激光器和所述接收器用于实施自零差检测(self-homodynedetection，SHD)；所述光收发器还包括第一薄膜滤波器(thin-film filter，TFF)，其耦合到所述分光器和所述LO端口并用于：传递第一波长的光，以及反射所有其它波长的光；所述光收发器还包括第二TFF，其耦合到所述调制器和所述信号端口并用于：传递第二波长的光，以及反射所有其它波长的光；所述调制器还用于：使用偏振复用高阶正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)来进一步调制所述第一未调制光信号。
在又一项实施例中，本发明包括一种方法，所述方法包括：发射输入光；将所述输入光分解为第一本地振荡器(local oscillator，LO)光信号和第一未调制光信号；使用偏振复用高阶调制对所述第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号；将所述第一LO光信号传输到第一双工光纤；以及将所述第一调制光信号传输到第二双工光纤。在一些实施例中，所述方法还包括：从所述第一双工光纤接收第二LO光信号；从所述第二双工光纤接收第二调制光信号；使用所述第二LO光信号从所述第二调制光信号中检测幅度信息和相位信息以产生模拟检测信号；将所述模拟检测信号转换为数字检测信号；以及处理所述数字检测信号。
结合附图和权利要求书可以从下文的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1是根据本发明一实施例的光通信系统的示意图。
图2是根据本发明一实施例的节点的示意图。
图3是根据本发明另一实施例的节点的示意图。
图4是一个实验装置的示意图。
图5A是图4中的装置不存在路径延时的符号星座图。
图5B是图4中的装置存在42厘米(centimeter，cm)路径延时的符号星座图。
图5C是图4中的装置存在5公里(kilometer，km)路径延时的符号星座图。
图6是图4中的装置使用不同激光器和检测方案的误码率(bit error rate，BER)的图。
图7A是图4中的装置使用具有各种串扰的4级脉冲幅度调制(4-level pulse-amplitude modulation，PAM4)时的BER的图。
图7B是图4中的装置使用相位调制、16级正交幅度调制(quadrature amplitudemodulation，QAM)(phase modulation,16-level QAM，PM-16QAM)时的BER的图710。
图8是根据本发明一实施例的示出SHD传输方法的流程图。
图9是一种设备的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
提高短距光网络中的数据速率有几种方法，短距光网络包括接入光网络，是指传输距离小于2km的光网络。在第一方法中，使用垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emitting laser，VCSEL)作为激光源，但是VCSEL仅限于40Gb/s的操作并且接收器灵敏度较低。在第二方法中，使用通过直接检测的4级脉冲幅度调制(4-level pulseamplitude modulation，4-PAM)，但是PAM4需要宽带光电组件，接收器灵敏度较低，并且对多径干扰(multipath interference，MPI)效应比较敏感。
在第三方法中，使用通过相干检测的偏振复用同相与正交相位(in-phase andquadrature phase，IQ)调制，但是发射器和接收器均需要锁频、具有温度控制需求的窄线宽激光器。线宽必须很窄，这意味着小于或等于100千赫(kilohertz，kHz)，因为相干检测对相位噪声比较敏感。该激光器是例如外腔激光器(external cavity laser，ECL)。该激光器和温度控制的成本和功耗高。
在第四方法中，使用第一偏振与数据信号(或者只是信号)的第二偏振正交的导频音作为本地振荡器(local oscillator，LO)。然而，与偏振复用系统相比，该方法的频谱效率损耗达百分之五十(50％)，并且光收发器的数量必须加倍才能达到与偏振复用方法相同的容量。因此，需要能够解决上述缺陷的收发器。
本文公开了改进的光收发器的实施例。这些收发器使用双工媒体、SHD等相干检测和非制冷激光器。在这一背景下，双工是指光纤等媒介可同时在下游和上游方向通信。双工通信增加了链路容量。SHD是指：发射器传输波长相同的LO光信号和调制光信号，然后，当LO光信号与调制光信号之间的光路差足够小时，接收器使用LO光信号来执行相位噪声消除。换言之，发射器可具有既提供LO光信号又提供调制光信号的单个激光器，接收器无需激光器来提供LO光信号。使用单个激光器降低了复杂度和成本。此外，SHD是指LO光信号和调制光信号的相位噪声相互抵消，这使得数字信号处理器(digital signal processor，DSP)中的相位跟踪得到简化，从而使得成本和功耗更低。相干检测是指接收器检测所接收的信号中的幅度信息和相位信息。相干检测提高了对MPI效应的容忍度并且提高了接收器灵敏度。非制冷激光器可以是非制冷分布式反馈(distributed feedback，DFB)激光器，等等。可以使用非制冷激光器是因为LO光信号和调制光信号的波长相同，所以对于激光器没有线宽要求。这降低了成本和功耗。最后，收发器支持使用偏振复用高阶正交幅度调制(quadratureamplitude modulation，QAM)，与其它高级幅度调制格式相比，偏振复用高阶QAM提供了高频谱效率和对MPI效应的容忍度，提高了接收器灵敏度，增加了系统容量和每比特的功率损耗。在这一背景下，高阶QAM是指同相(in-phase，I)和正交相位(quadrature phase，Q)信号都使用3阶或更高阶的高级幅度调制。这种收发器适用于短距光网络。但是这种收发器也可在长距离网络和其它合适的网络中使用。
图1是根据本发明一实施例的光通信系统100的示意图。系统100通常包括通过LO光纤130和信号光纤133相互耦合的节点103和节点135。节点103、135两者相互发射并接收信号。因此，节点103、135包括收发器并在系统100中提供双向通信。在本示例中，从节点103到节点135的第一方向称为下游方向，从节点135到节点103的第二方向称为上游方向。节点103、135可以是数据中心中的不同位置处的独立交换机，等等。节点103、135可位于彼此的2km范围内，因此可组成短距光网络。节点103、135还可包括其它组件。
节点103包括激光器105、接口集成电路107、分光器110、调制器113、模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)和DSP 115、滤波器117、滤波器120、接收器123、LO端口125和信号端口127。激光器105是任何提供具有预定波长λ1的连续波(continuous wave，CW)光的激光器。波长λ1可在从约1260纳米(nanometer，nm)到约1360nm的O波段中，或者在从约1530nm到约1625nm的C/L波段中。例如，激光器105是没有温度控制或其它波长控制的DFB激光器。在此情况下，激光器105可称为非制冷激光器。激光器105的线宽可大于100kHz，甚至达到1兆赫(megahertz，MHz)或更高。节点103无需包括其它激光器。
接口IC 107向调制器113提供电数据信号并处理来自ADC&DSP 115的数字检测信号。分光器110将来自激光器105的输入光分解为LO光信号和未调制光信号。分光器110可以是3分贝(decibel，dB)的分光器，或者分路器，因此可以均匀地分解输入光，使得输入光的50％形成LO光信号，输入光的50％形成未调制光信号，等等。或者，可以基于系统100的配置将分光百分比优化为一个不同的百分比。
调制器113是偏振复用IQ调制器。调制器113使用幅度信息和相位信息，例如使用高阶QAM，基于来自接口IC 107的电数据信号，来调制光载波。调制器113还可使用任何其它合适的调制信息。
ADC&DSP 115包括相干DSP。因为LO光信号和调制光信号的相位噪声由于SHD而相互抵消，所以DSP的相位跟踪可得到简化。ADC&DSP 115从接收器123接收模拟检测信号，对该模拟检测信号进行处理，将该模拟检测信号转换为数字检测信号，并将该数字检测信号转发给接口IC 107以进行进一步处理。
滤波器117、120传递波长为λ1的光，并反射波长在已设计的阻带中、包括具有预定波长λ2的所有其它光。波长λ2可以在O波段或C/L波段中。滤波器117、120可以是薄膜滤波器(thin-film filter，TFF)。接收器123是相干接收器。LO端口125耦合到LO光纤130，信号端口127耦合到信号光纤133。
LO光纤130和信号光纤133是双工光纤或双工媒体。具体而言，LO光纤130和信号光纤133均包括相互耦合的两个子光纤。这两个子光纤可“紧套(zipcord)”或并排耦合。一个子光纤提供下游通信，另一个子光纤提供上游通信，使得LO光纤130和信号光纤133提供双向通信。因此，系统100无需包括其它光纤，例如用于下游LO光信号的第一光纤、用于上游LO光信号的第二光纤、用于下游调制光信号的第三光纤和用于上游调制光信号的第四光纤。LO光纤130和信号光纤133可以是2km或更短。LO光纤130和信号光纤133不使用空分复用(space-division multiplexing，SDM)。
节点135与节点103类似。具体而言，节点135包括LO端口137、信号端口140、滤波器143、滤波器145、接收器147、分光器150、调制器153、ADC&DSP 155、激光器157和接口IC160，它们分别与LO端口125、信号端口127、滤波器117、滤波器120、接收器123、分光器110、调制器113、ADC&DSP 115、激光器105和接口IC 107类似。但是，与激光器105不同，激光器157提供波长为λ2的光。此外，与滤波器117、120不同，滤波器143、145传递波长为λ2的光，并反射波长在已设计的阻带中、包括波长为λ1的所有其它光。
在第一示例中，为了供节点103向节点135进行下游传输，激光器105向分光器110发射波长为λ1的输入光。分光器110将输入光分解为波长均为λ1的LO光信号和未调制光信号，将LO光信号传递到滤波器117，并将未调制光信号传递到调制器113。滤波器117通过LO端口125向LO光纤130传递LO光信号。调制器113从接口IC 107接收电数据信号，使用幅度信息和相位信息并基于电数据信号对未调制光信号进行调制以产生调制光信号，并将调制光信号转发给滤波器120。滤波器120通过信号端口127向信号光纤133传递调制光信号。
节点135通过LO端口137接收LO光信号，通过信号端口140接收调制光信号。滤波器143接收LO光信号并向接收器147反射该LO光信号。滤波器145接收调制光信号并向接收器147反射该调制光信号。接收器147使用LO光信号对调制光信号进行相干检测以确定数字检测信号。具体而言，接收器147检测幅度信息和相位信息。接收器147向ADC&DSP155传递模拟检测信号，ADC&DSP 155对该模拟检测信号进行处理，将该模拟检测信号转换为数字检测信号，并将该数字检测信号转发给接口IC 160以进一步处理。
在第二示例中，为了供节点135向节点103进行上游传输，发生第一示例的镜像。具体而言，激光器157向分光器150发射波长为λ2的输入光。分光器150将输入光分解为波长均为λ2的LO光信号和未调制光信号，将LO光信号传递到滤波器143，并将未调制光信号传递到调制器153。滤波器143通过LO端口137向LO光纤130传递LO光信号。调制器153从接口IC 160接收电数据信号，使用幅度信息和相位信息并基于电数据信号对未调制光信号进行调制以产生调制光信号，并将调制光信号转发给滤波器145。滤波器145通过信号端口140向信号光纤133传递调制光信号。
节点103通过LO端口125接收LO光信号，通过信号端口127接收调制光信号。滤波器117接收LO光信号并向接收器123反射该LO光信号。滤波器120接收调制光信号并向接收器123反射该调制光信号。接收器123使用LO光信号对调制光信号进行相干检测以确定数字检测信号。具体而言，接收器123检测幅度信息和相位信息。接收器123向ADC&DSP 115传递模拟检测信号，ADC&DSP 115对该模拟检测信号进行处理，将该模拟检测信号转换为数字检测信号，并将该数字检测信号转发给接口IC 107以进一步处理。
一方面的节点103、135与另一方面的LO光纤130、信号光纤133之间的光纤连接器可创建一个闭环，这导致LO光信号和调制光信号来回循环，在每个反射点处有一定量的衰减，因此对原始LO光信号和原始调制光信号造成干扰。这一现象导致了MPI效应。连接器越多就导致MPI效应越高。由于系统100使用LO光纤130和信号光纤133，这两种光纤是双工光纤，因此使用的光纤和连接器较少，所以系统100更能抵抗MPI效应。
系统100提供双工媒体、SHD、相干检测和非制冷激光器。具体而言，LO光纤130和信号光纤133实施双工媒体。激光器105、157(它们产生波长相同的LO光信号和未调制光信号)实施SHD。接收器123、147(它们检测幅度信息和相位信息这两者)实施相干检测。最后，激光器105、157是非制冷激光器，可能是因为激光器105、157产生波长相同的LO光信号和非调制光信号，所以无需进行波长控制，从而无需窄线宽激光器。
图2是根据本发明一实施例的节点200的示意图。节点200可以是与系统100类似的光通信系统的一部分。该节点类似于图1中的节点103。具体而言，节点200包括激光器205、接口IC 210、分光器215、调制器220、ADC&DSP 225、接收器240、LO端口245和信号端口250，它们与激光器105、接口IC 107、分光器110、调制器113、ADC&DSP 115、接收器123、LO端口125和信号端口127类似。但是，与节点103不同，节点200包括代替滤波器117的耦合器230和代替滤波器120的耦合器235。
耦合器230、235是包括端口1、端口2和端口3的光定向耦合器。因此，耦合器230从激光器205、分光器215和端口1接收LO光信号，然后将该LO光信号从端口2传递到LO端口245。耦合器230不从端口3传递LO光信号。此外，耦合器230从另一节点、LO端口245和端口2接收LO光信号，然后将该LO光信号从端口3传递到接收器240。耦合器230不从端口1传递LO光信号。同样地，耦合器235从调制器220和端口1接收调制光信号，然后将该调制光信号从端口2传递到信号端口250。耦合器235不从端口3传递调制光信号。此外，耦合器235从另一节点、信号端口250和端口2接收调制光信号，然后将该调制光信号从端口3传递到接收器240。耦合器235不从端口1传递调制光信号。耦合器230、235可以是3dB的耦合器。
耦合器230、235通过以下方式提供灵活性：支持激光器205提供波长为λ1的光，其中波长λ1无需预先确定。同样地，节点200可接收波长为λ2的光，其中波长λ2无需预先确定。λ1和λ2无需预先确定是因为节点200不包括传递并反射预定波长的光的滤波器，比如滤波器117、120、143、145。
为了避免由于耦合器230、235而造成的反射噪声，节点200可实施双波长操作，这意味着λ1和λ2不同。λ1和λ2可能随环境温度的变化而变化，变化范围可以是约-40摄氏度(℃)到约85℃。因此，如果λ1和λ2每摄氏度变化约0.1nm，则λ1和λ2应至少相距12.5nm。
图3是根据本发明另一实施例的节点300的示意图。该节点类似于图2中的节点200。具体而言，节点300包括激光器305、接口IC 310、分光器315、调制器320、ADC&DSP 325、接收器340、LO端口345和信号端口350，它们与激光器205、接口IC 210、分光器215、调制器220、ADC&DSP 225、接收器240、LO端口245和信号端口250类似。但是，与节点200不同，节点300包括代替耦合器230的隔离器330和代替耦合器235的隔离器335。
隔离器330、335是光隔离器，功能上与耦合器230、235类似。具体而言，隔离器330、335包括端口1、端口2和端口3。因此，隔离器330从激光器305、分光器315和端口1接收LO光信号，然后将该LO光信号从端口2传递到LO端口345。隔离器330不从端口3传递LO光信号。此外，隔离器330从另一节点、LO端口345和端口2接收LO光信号，然后将该LO光信号从端口3传递到接收器340。隔离器330不从端口1传递LO光信号。同样地，隔离器335从调制器320和端口1接收调制光信号，然后将该调制光信号从端口2传递到信号端口350。隔离器335不从端口3传递调制光信号。此外，隔离器335从另一节点、信号端口350和端口2接收调制光信号，然后将该调制光信号从端口3传递到接收器340。隔离器335不从端口1传递调制光信号。与耦合器230、235相比，隔离器330、335可降低插入损耗。插入损耗是指将设备添加到通信媒体或设备中而造成的信号功率损耗。
图1中的系统100使用滤波器117、120、143、145；图2中的节点200使用耦合器230、235；图3中的节点300使用隔离器330、335。在本文中，这些组件统称为波长组件。可使用其它合适的波长组件来代替这些组件。
图4是实验装置400的示意图。装置400被用来模拟节点103、135、200、300的性能。装置400包括激光器405、分光器410、LO光纤415、调制器420、数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)&驱动器425、衰减器430、可调谐延迟435、信号光纤440、接收器445、数字存储示波器(digital store oscilloscope，DSO)和离线处理器450。装置400被用来模拟上述节点103、135、200、300，以便提供下文描述的性能指标。
激光器405是线宽为1.5MHz的非制冷DFB激光器。分光器410将来自激光器405的输入光分解为LO光信号和未调制光信号，并将LO光信号传递到顶部路径，将未调制光信号传递到底部路径。顶部路径包括LO光纤415，底部路径包括调制器420、衰减器430、可调谐延迟435和信号光纤440。DAC&驱动器425包括具有四个信道且采样率为56千兆赫(gigahertz，GHz)的DAC以产生高速电数据。DAC&驱动器425将215个伪随机二进制序列(pseudorandombinary sequence，PRBS)映射到28吉波特(gigabaud，Gbaud)的双偏振16阶QAM(order16QAM，16-QAM)。衰减器430调整调制光信号的功率，而LO光信号的功率被设为8.5分贝毫瓦(decibel milliwatt，dBm)。可调谐延迟435提供可调谐延迟，以便调整顶部路径与底部路径之间的路径长度差。
图5A是图4中的装置400不存在路径延时的符号星座图500。图5B是图4中的装置400存在42cm路径延时的符号星座图510。图5C是图4中的装置400存在5km路径延时的符号星座图520。对于图500、510、520，x轴和y轴都代表恒定或任意单位。可以看出，图500表明，在光路对准很完美时，换言之，在没有路径延时，星座图可以整齐地定义，表示相位噪声完全消除。图510表明，在路径延时为42cm时，星座图不能那么整齐地定义，而是呈长圆形且沿着角方向扩展，表示存在一些相位噪声。图520表明，在路径延时为5km时，星座图与图510中的星座图非常相似，不同之处在于，由于从相位噪声转换到幅度噪声，所以幅度噪声略有增加，其中该转换是由信号光纤440的色散引起的。图500、510、520表明，在使用激光器405时，其中该激光器是一个非制冷DFB激光器，LO光信号与调制光信号之间的相位不相关，开始有约42cm的路径延时。换言之，噪声主要是由于路径延时而引起的，而不是由于激光器405的线宽。
图6是图4中的装置400使用不同激光器和检测方案的BER的图600。x轴代表接收器445所接收到的信号的功率，单位为dBm，y轴代表恒定或任意单位的BER。圆形图610是由于激光器405使用线宽小于100kHz的ECL激光器以及使用内差检测而得到的，在这一背景下，这意味着对LO光信号和未调制光信号使用不同的激光器。三角形图620是由于激光器405使用线宽为1.5MHz的非制冷DFB激光器、使用SHD以及不插入任何路径延时而得到的。正方形图630是由于激光器405使用DFB激光器、使用SHD以及插入5km路径延时而得到的。如图所示，圆形图610和三角形图620几乎相同，这意味着在不存在路径延时时，使用非制冷DFB激光器几乎不会引起性能下降，其中非制冷DFB激光器的线宽是ECL激光器的线宽的至少10倍。正方形图630比圆形图610和三角形图620略微偏右。因此，正方形图630表明，即使存在5km的路径延时，对于接收功率也只有0.6dBm的损耗。换言之，非制冷DFB激光器和SHD方法对路径延时的容忍度非常高。
图7A是图4中的装置400使用具有各种串扰的PAM4时的BER的图700。图7B是图4中的装置400使用PM-16QAM时的BER的图710。对于图700、710，x轴代表接收器445所接收到的信号的功率，单位为dBm，y轴代表恒定或任意单位的BER。图700和图710都包括代表无串扰的星形图、代表串扰为30dB的三角形图、代表串扰为25dB的圆形图和代表串扰为20dB的菱形图。在这种情况下，串扰表现为MPI。对于4e-3的BER，图710显示接收功率约为-20dBm，比图700优越8.7dB。通过将串扰增加到25dB，图710显示接收功率有约0.5dB的损耗，而图700显示约1.3dB的损耗。通过将串扰增加到20dB，图710显示接收功率有约1dB的额外损耗，而图700显示由于BER约为9e-3的大BER下限而导致的信号故障。因此，PM-16QAM对于MPI效应的容忍度比PAM4高。
图8是根据本发明一实施例的示出SHD传输方法800的流程图。节点103、135、200、300在传输信号时实现方法800。在步骤810处，发射输入光。例如，激光器105发射输入光。在步骤820处，将输入光分解为第一LO光信号和第一未调制光信号。例如，分光器110将输入光分解为第一LO光信号和第一未调制光信号。在步骤830处，使用偏振复用高阶调制对第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号。例如，调制器113使用PM-16QAM对第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号。在步骤840处，将第一LO光信号传输到第一双工光纤。例如，LO端口125将第一LO光信号传输到LO光纤130。最后，在步骤850处，将第一调制光信号传输到第二双工光纤。例如，信号端口127将第一调制光信号传输到信号光纤133。
图9是设备900的示意图。设备900适用于实施所公开的实施例。例如，设备900实现接口IC 107、160、210、310；调制器113、153、220、320；ADC&DSP 115、155、225、325；以及接收器123、147、240、340。设备900包括：入端口910和接收器单元(Rx)920，用于接收数据；处理器、逻辑单元或中央处理器(central processing unit，CPU)930，用于处理数据；发射器单元(Tx)940和出端口950，用于发送数据；以及存储器960，用于存储数据。设备900还可包括光电(optical-to-electrical，OE)组件和电光(electrical-to-optical，EO)组件，它们耦合到入端口910、接收器单元920、发射器单元940以及用于光信号或电信号的出入的出端口950。
处理器930通过硬件、中间件和软件的任意合适组合来实施。处理器930可以实施为一个或多个CPU芯片、核(例如，实施为多核处理器)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)和数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。处理器930与入端口910、接收器单元920、发射器单元940、出端口950和存储器960通信。
存储器960包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和固态硬盘，并可用作溢流数据存储设备，用来在程序被选择执行时存储这类程序，以及用来存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器960可以是易失性的和非易失性的，并且可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、三态内容寻址存储器(ternary content-addressable memory，TCAM)和静态随机存取存储器(static random-access memory，SRAM)。
当第一组件与第二组件之间不存在除了线、轨迹或其它媒体之外的中间组件时，第一组件直接耦合到第二组件。当第一组件与第二组件之间存在中间组件时，第一组件间接耦合到第二组件。术语“耦合到”及其派生词包括直接耦合和间接耦合。除非另有说明，否则使用术语“约”是指包括随后数字的±10％在内的范围。
在一示例实施例中，一种装置或光收发器包括：光发射模块，其发射输入光；分光器模块，其将输入光分解为第一本地振荡器(local oscillator，LO)光信号和第一未调制光信号；调制器模块，其使用偏振复用高阶调制对第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号；第一光纤传输模块，其将第一LO光信号传输到第一双工光纤；以及第二光纤传输模块，其将第一调制光信号传输到第二双工光纤。在一些实施例中，该装置或光收发器可包括其它或额外的模块，用于执行实施例中所描述的任一步骤或步骤的组合。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (18)

1.一种相干检测装置，其特征在于，包括：
激光器；
耦合到所述激光器的分光器；
耦合到所述分光器的第一波长组件；所述第一波长组件用于向对端装置发送光信号，所述第一波长组件还用于接收来自所述对端装置的对端光信号，并向接收器发送所述对端光信号；
耦合到所述分光器的调制器；
耦合到所述调制器的第二波长组件；所述第二波长组件用于接收所述调制器产生的调制光信号，并向所述对端装置发送所述调制光信号；所述第二波长组件还用于接收来自所述对端装置的对端调制光信号，并向所述接收器发送所述对端调制光信号；以及
耦合到所述第一波长组件和所述第二波长组件的所述接收器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收器使用所述对端光信号对所述对端调制光信号进行相干检测。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相干检测装置还包括：
耦合到所述接收器的模数转换器（analog-to-digital converter，ADC）和数字信号处理器（digital signal processor，DSP）；以及
耦合到所述ADC和DSP以及所述调制器的接口集成电路（integrated circuit，IC）。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述相干检测装置还包括：
耦合到所述第一波长组件的本地振荡器（local oscillator，LO）端口，以及与所述LO端口耦合的第一光纤；
耦合到所述第二波长组件的信号端口，以及与所述信号端口耦合的第二光纤。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一光纤和所述第二光纤均为双工光纤。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一波长组件是薄膜滤波器（thin-film filter，TFF）、光耦合器和光隔离器中的任意一种；
所述第二波长组件是TFF、光耦合器和光隔离器中的任意一种。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器是非制冷激光器。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述激光器包括大于100千赫（kilohertz，kHz）的线宽。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述激光器包括1兆赫（megahertz，MHz）或更大的线宽。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器是分布式反馈（distributed feedback，DFB）激光器。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器和所述接收器用于实施自零差检测（self-homodyne detection，SHD）。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一波长组件包括第一薄膜滤波器（thin-film filter，TFF），用于：
传递所述第一TFF传递的第一波长的光；以及
反射所有其它波长的光。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二波长组件包括第二TFF，用于：
传递所述第二TFF传递的第二波长的光；以及
反射所有其它波长的光。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述调制器还用于：使用偏振复用高阶正交幅度调制（quadrature amplitude modulation，QAM）方式对来自于所述分光器的光信号进行调制。
15.一种光通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-14中任一项所述的相干检测装置，以及如权利要求1-14中任一项所述的对端装置。
16.一种相干检测方法，其特征在于，包括：
发射输入光；
将所述输入光分解为第一本地振荡器（local oscillator，LO）光信号和第一未调制光信号；
使用偏振复用高阶调制对所述第一未调制光信号进行调制以产生第一调制光信号；
将所述第一LO光信号和所述第一调制光信号发送出去；
接收第二LO光信号和第二调制光信号；
使用所述第二LO光信号对所述第二调制光信号进行相干检测。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述第一LO光信号通过第一双工光纤发送出去，将所述第一调制光信号通过第二双工光纤发送出去；
通过所述第一双工光纤接收第二LO光信号，通过所述第二双工光纤接收第二调制光信号。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述相干检测包括幅度信息检测和相位信息检测以产生模拟检测信号；
将所述模拟检测信号转换为数字检测信号；以及
处理所述数字检测信号。
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Coherent detection in self-homodyne systems with single and multi-core transmission;Ruben S. Luís等;《Proc. SPIE 9389, Next-Generation Optical Communication: Components,Sub-Systems, and Systems IV, 93890P》;20150215;第93890P-1至93890P-12页 *
Ruben S. Luís等.Coherent detection in self-homodyne systems with single and multi-core transmission.《Proc. SPIE 9389, Next-Generation Optical Communication: Components,Sub-Systems, and Systems IV, 93890P》.2015, *

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