CN1137847A - 光通信系统 - Google Patents

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C·T·H·F·李登包姆
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Koninklijke Philips NV
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Philips Electronics NV
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
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Abstract

光通信系统包括：直接调制的半导体激光器(10)，其输出根据高频调制信号而造成脉冲缩短；行波激光放大器(14)；连接成能把输出提供到光通道(16)；以及用来把从通道接收的信号变换成电信号的光检测器。放大器(14)在响应过激励的阶跃光输入时给出过冲特性，且激光器(10)的输出被安排成提供这样的输出电平。放大器的过冲特性能在系统对阶跃输入的响应时提供额外的光输出。这样可对在高电平比特流的孤立的比特和起始的比特情况下导致的脉冲缩短进行补偿。本发明也涉及在光通信系统中所使用的发射机和中继器。

Description

光通信系统
本发明涉及光通信系统，涉及用于光通信系统中的发射机和中继器。本发明特别适用于很高比特率的数据通信，但并不排除其它的应用。
在光通信系统中，对以合理的价格和不牺牲可靠性的条件下提供增加的通信速率，一直有紧迫感。很多努力都集中在改善接收机的性能上，但在改善发送信号方面也做了一些工作。对送到通道去的光信号进行放大，可得到较大的距离范围，因而对于给定的传输距离只需要较少的中继器。然而，这样的光放大器，例如半导体光放大器，呈现了诸如与模式有关的增益(pattern-dependent gain)这样的特性，它最终会降低系统性能。在Wiesenfeld等的文章“高速多量子阱光功率放大器”IEEEPhotonics Technology Letters，pp708-711，vol.4，No.7，July 1992中，这个问题藉使用更复杂的激光放大器被提出过，但和单独的光源相比较，在给定的信号电平下，它在系统的接收机中仍旧会造成更差的误码率(见图3b和3c)。
本发明的一个目的是提供能克服这个缺点的通信系统。
按照本发明的第一方面，所给出的光通信系统包括：光源；用于按照电信号来调制光源以提供至少具有高电平和低电平的被调制的光信号的装置；连接成能接收被调制的光信号的光放大器，该放大器在饱和时给出输出过冲；一个光通道，放大器的输出通过此通道被发送出去；以及用于把从光通道所接收的信号变换成电信号的光检测器；其特征在于，光源和用于调制光源的装置具有能造成脉冲缩短的电-光传递函数，以及被调制的光信号的高电平使光放大器过激励。
现在可看到，迄今为止被看作为不合适的、或至少性能相当差的半导体激光器，可被用来和也被看作为有缺点的光放大器相结合，以给出在高比特速率下有很好的眼图开口(eye opening)的大幅度的光信号。
如果光源和光放大器的特性与加到放大器输入端的信号强度能匹配到这样的程度，即在强度对时间图中的面积对一种模式的第一比特(或一个孤立的比特)和对位于一个较长模式中的其后的比特基本上相等，那么系统的性能可得以提高。
由于高电平的各单个比特是最容易受损的，已发现，使用其增益饱和时间近似等于比特周期(bit period)的放大器是有好处的。对于特定的器件可借助调整放大器的驱动电流而对这一时间作一定的调整。由于增益恢复时间是和增益饱和时间在同一数量级上，具有较低光学输出电平的单个比特足以使放大器准备好为另一个孤立的比特或阶跃输入所使用。
本发明的第二个目的是提供具有以上优点的在光通信系统中使用的发射机。
按照本发明的第二方面，所给出的用于光通信系统中的发射机包括：光源；用于按照电信号调制光源以提供至少具有高电平和低电平的被调制的光信号的装置；被连接成能接收被调制的光信号的光放大器，该放大器在饱和时给出输出过冲；其特征在于，光源和用于调制光源的装置具有能造成脉冲缩短的电-光传递函数，以及被调制的光信号的高电平使光放大器过激励。
本发明的第三个目的是提供具有以上优点的在光通信系统中使用的中继器。
按照本发明的第三方面，所给出的在光通信系统中使用的中继器包括：用于把从光通道接收的信号变换成电信号的光检测器；光源；用于按照电信号调制光源以提供至少具有高电平和低电平的被调制的光信号的装置；被连接成能接收被调制的光信号的光放大器，该放大器在饱和时给出输出过冲，且放大器输出包括中继器的输出；其特征在于，光源和用于调制光源的装置具有能造成脉冲缩短的电-光传递函数，以及被调制光信号的高电平使光放大器过激励。
现在参照附图，以举例的方式来描述本发明，其中：
图1是按照本发明的通信系统的概略方框图；
图2显示了有助于了解本发明的两个图；
图3显示了说明本发明的作用的两个波形；
图4显示了对于按照本发明的通信系统的误码率对接收信号电平的图，以及
图5是按照本发明的第三方面的光中继器的概略方框图。
图1显示了直接调制的激光器模块(DFB)10，其端口12被加上调制电信号。实际上，激光器模块可以以单个封装来实现，或者替换地可用一个连续发光的激光器和一个分开的调制器来实现。由激光器10输出的被调制的光被送到行波激光放大器14，它的输出又被送到光纤通道16(此处显示成绕在一个鼓筒上)。光纤通道的输出被耦合到检测器18(例如光电二极管和放大器)，从而把光信号重新变回成电信号。为简明起见，耦合器和光隔离器都已省略，而且光纤通道可包括一个或多个中继器。
图2A显示了一对直接调制半导体激光器模块连同方波电调制信号一起的电光传递函数的图。垂直轴显示强度，水平轴显示时间。上面的虚线代表具有良好的幅度和脉冲长度的可接受的传递函数。下面的虚线代表较差的激光器的响应，或者至少是以比其指标规定的速率高的速率工作的激光器的响应。下面的曲线显示了时间缩短的和强度较小的脉冲，比起上面的脉冲，它的光学能量明显减小。对于数字通信系统中的孤立的比特这将导致小得多的“眼”，因而带来范围和误码率的损失。随着通信系统的比特率增加，这个不良的传递函数对通信误码率的影响变得更为明显。对这一问题的以前的解决办法是开发具有较大复杂性和价格较贵的性能较好的激光器。
图2B显示了行波激光放大器对于在时间(水平)轴为零时所加的光阶跃输入的响应(垂直轴)的光强。阶跃输入具有足够的幅度使放大器明显地过激励，其响应是这样的一个过冲，它在大约300psec的恢复时间内稳定到恒定电平。过冲是由于激光器量子阱中的静止载体密度所造成的，它使激光器在未得到大输出强度的时间间隔之后提供更大的放大。过冲量(高达恒定状态电平的四到五倍)关系到恢复时间，这两个量由放大器中的静止载体密度和输入信号的强度所控制。了解了激光器(如果可适用的话，还包括调制器)和激光放大器的特性，就允许把驱动信号的强度调整到使得由于激光器的不良的电-光传递函数所损失的光输出的强度-时间乘积基本上或全部地由激光放大器输出端所提供的更高强度脉冲的强度时间乘积来补偿。
图3显示了对于同样的10GHz调制信号的光强度(垂直轴)对时间的两种波形。图3A的曲线代表直接调制半导体激光器的输出，而图3B的曲线代表如图1所示的激光器和激光放大器组合的输出。图3B的信号强度比图3A所示的幅度大约大两个数量级，但是重要的是要注意到各个孤立比特的相对幅度。正如所看到的，表示一种模式中孤立比特或第一比特的信号强度已被激光放大器有选择地提升。这就为被发送的信号的这些部分给出好得多的“眼”图，它改善了通信系统的误码率。
图4显示了激光放大器的四个不同的过激励电平以及作为性能参照的本身不带放大的激光器的误码率(垂直轴)对接收机输入电平的图。参照值由五个圆点表示。剩下的点代表激光放大器输入电平为-18dBm(孔形三角)，-15dBm(实心三角)，-12dBm(方孔形)，-15dBm(实心方形)。正如所看到的，误码率性能随增加送到激光放大器的输入强度(换言之，随增加过激励)而得以改善。
图5显示了按照本发明的光中继器的概略方框图。进入的光纤被耦合到检测器32，它以类似于图1所示的光检测器18的方式工作。检测器32的电输出被连接到直接调制的激光器34，它被调制到这样的电平以显著地过激励后面的光放大器36。其机理已在以上光通信系统中描述过。放大器36的输出被连接到光纤38，而被提升的信号沿此光纤继续传播。如有需要，对多模传播效应和符号间干扰的影响进行补偿的均衡器可装在检测器32和激光器34之间。

Claims (6)

1.一种光通信系统，包括：光源；用于按照电信号来调制光源以提供至少具有高电平和低电平的被调制光信号的装置；被连接成能接收被调制光信号的光放大器，该放大器在饱和时给出输出过冲；一个光通道，放大器的输出所通过该光通道被发送，以及用于把从光通道所接收的信号变换成电信号的光检测器，其特征在于，光源和用于调制光源的装置具有能造成脉冲缩短的电-光传递函数，以及被调制的光信号的高电平使光放大器过激励。
2.如权利要求1中所要求的通信系统，其进一步的特征在于，系统具有比特周期T，并且放大器的输出过冲和由电-光传递函数造成的被调制光信号的脉冲缩短是匹配的，使得放大器输出的高电平在周期T内的强度积分对于孤立比特和更长的数据流中的一个比特基本上都是相等的。
3.如权利要求2中所要求的通信系统，其特征在于，光放大器具有这样的过冲特性，即其增益饱和时间近似等于周期T。
4.如权利要求1至3中任一项所要求的通信系统，其特征在于，光放大器是半导体光放大器。
5.一种在光通信系统中使用的发射机，包括：光源；用于按照电信号调制光源以提供至少具有高电平和低电平的被调制的光信号的装置；和被连接成能接收被调制光信号的光放大器，该放大器在饱和时给出输出过冲；其特征在于，光源和用于调制光源的装置具有能造成脉冲缩短的电-光传递函数，以及被调制光信号的高电平使光放大器过激励。
6.一种在光通信系统中使用的中继器，包括：用于把从光通道接收的信号变换成电信号的光检测器；光源；用于按照电信号调制光源以提供至少具有高电平和低电平的被调制的光信号的装置；被连接成能接收被调制的光信号的光放大器，该放大器在饱和时给出输出过冲，且放大器输出包含中继器的输出，其特征在于，光源和用于调制光源的装置具有能造成脉冲缩短的电-光传递函数，以及被调制的光信号的高电平使光放大器过激励。
CN95190918A 1994-09-15 1995-09-06 光通信系统 Pending CN1137847A (zh)

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EP94202661 1994-09-15
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EP0729675A1 (en) 1996-09-04
US5648863A (en) 1997-07-15
WO1996008886A2 (en) 1996-03-21
WO1996008886A3 (en) 1996-05-30

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