CN1155795A - 用光学手段恢复一个光学数字信号的同步的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本装置和方法基于，分出一预定线路信号部分，并将它与一连续激励辐射一起输入到包含非线性波导的共振腔中。激励波长值是与线路信号脉冲的波长有关，于是在非线性波导内产生四波混合效应。在非线性波导内传播时，由FWM效应产生一个克隆信号，该信号是以克隆波长复制线路信号的脉冲列。调整共振腔长度，使在输入线路信号时，每个线路信号脉冲准确地以在腔内环行的克隆信号脉冲到来，该克隆信号可以在共振腔内环行，其脉冲列代表所寻求的光学时钟信号。

Description

用光学手段恢复一个光学数字 信号的同步的方法和装置

本发明涉及用光学手段恢复一个光学数字信号同步的方法和装置，它借助于构造一个包含一列相同重复频率脉冲的光学时钟信号。

在一以数字(例如二元)型运行的传输系统中，为了正确地读出输入信息，必须知道组成线路信号脉冲(0或1)的重复频率；事实上，一个0脉冲实际是一个脉冲空位，只要0脉冲或1脉冲在线路信号中预定出现的时间是准确已知的，就可以把0脉冲与两个脉冲之间空格区分开来。知道了线路信号中脉冲重复频率，仅从其脉冲上就可以读出线路信号，因此避免了将相继脉冲之间脉冲空位错当成0脉冲。应该考虑到，通常在数字信号中一个脉冲列的读出差错，可以导致错误估算信息达到不可预见的界限；举例来说，假如一个二元序列010011读成000011(即，读出差错在第二个脉冲上)，就会错误地得出十进制值3而不是17。当数字信号是非二进制代码时显然会遇上类似的情况；在此情况下，就会有0和非0(即，1，2，3等等，与编码有关)信号，而不是0和1信号。在此后的说明中，为了简单，只提到二进制数字信号的场合。当然，不同于二元型的其他型式编码的数字信号也包括在以上的条款中。

导致准确重建线路信号脉冲重复频率的操作一般称之为时钟恢复(clock recovery)。对于数字线路信号，时钟恢复通常用电子学手段来实行。然而，在光纤远程通讯领域中，电子学处理时钟恢复对比特率有一定的极限。而利用现代的技术，光学形式信号的传输能达到的速率在几百Gbit/s数量级上-在未来的年代中可望达到更高的速率-用电子学(或更恰当的是光电子学)方法实现时钟恢复在比特率上有一个10～20Gbit/s的上限，这是由于电子学处理的固有速率较慢。

所以，如果要避开电子学处理的障碍，至关重要的是采用全光学手段实现时钟恢复。

在文献中已经提出了几种光学时钟恢复的方案，但是它们都有缺陷，使得将它们应用到实际系统中时，即使不是行不通的也是很因难的。

一些以前提出的方案(参阅K.Smith and J.K.Lucek，“利用锁模激光器的全光学时钟恢复”，El.Lett.，28，1814-1816页，1992；A.D.Ellis，K.Smith and D.M.Patrick，“比特率高达40Gbit/s的全光学时钟恢复”，El.Lett.，29，1323-1324页，1993；D.M.Patrick and R.J.Manning，“利用半导体非线性的20Gbit/s全光学时钟恢复，”El.Lett.，30，151-152页，1994；WO93/22855)要求有非常高功率的输入线路信号，高于在远程通讯系统中正常可达到的功率；而且，时钟恢复的效率很大地取决于线路信号功率。由于这个缘故，这些方案的实际应用似乎是有问题的。

在文献中报导的其他方案(参阅P.E.Barnsley，H.J.WickesG.E.Wickens and D.M.Spirit，“利用自脉冲1.56μm激光二极管从5Gbit/s归零数据的全光学时钟恢复，”IEEE Photon Technol.Lett.，3，942-945页，1994；S.Kawanishi，H.Takara，M.Saruwatari and T.Kitoh，“利用行波激光二极管放大器作为50GHz相位检测器的超光速锁相环路型时钟恢复电路”，E.Lelt.，29，1714-1716页，1993；O.Kamatami，S.Kawanishi and M.Saruwatari，“在行波激光二极管光学放大器中利用四波混合带有50Ghz PLL的子定标6.3Gbit/s TDM光学信号”，El.Lett.，30，807-809页，1994；P.E.Barnsley and H.J.Wickes，“利用自脉冲1.58μm激光二极管从2.5Gbit/s非归零数据的全光学时钟恢复”，El.Lett.，28，4-6页，1992)涉及到使用一个脉冲光能源。由于很难提供这样一个脉冲源，这些方案是不切实际的。

因此，为了用光学方法在数字线路信号中实行时钟恢复，问题在于采用适当的方式在现实的光纤远程通讯系统中能实际使用。

所以，按照本发明的第一方面，提出借助于构造一个光学时钟信号，它包括具有相同重复频率的一脉冲列，用光学手段恢复光学线路数字信号同步的一个方法，这个信号包括一列以预置脉冲重复频率通过光纤线路的数字脉冲，该方法包括的步骤：

分出一预定部分的线路信号；

将这线路信号部分输入到包含一非线性波导的共振腔内；

把分出的线路信号部分与一连续激励辐射相耦合，该辐射具有预定的功率和预定的激励波长，激励波长值与线路信号脉冲的波长有关，以便与后者在非线性波导内产生四波混合(FWM)效应；

使分出的线路信号部分和激励辐射通过非线性波导，象通过FWM效应，产生一个以克隆(clone)波长复制线路信号脉冲列的克隆信号；

将线路信号部分、激励辐射和克隆信号的组合加以滤波且只让后者通过；

使克隆信号在共振腔内环行；

调整共振腔的长度，使得在线路信号输入到共振腔时，每个线路信号脉冲准确地以在腔内环行的克隆信号脉冲到来；和

从共振腔内分出一部分克隆信号，该克隆信号的脉冲列代表了所寻求的时钟信号。

称之为四波混合(FWM)现象是一非线性型相互作用，它发生在不同波长的信号在具有高非线性系数材料(例如，合适的光纤、半导体晶体、光聚合物、或其他)制成的波导内传播时。此现象的事实是，存在于波导内的三个光学信号产生第四个信号，它与其他三个信号共线传播；一般来说，这第四个信号是不需要的。从它会干扰正常传输的意义上看，它具有噪声的特征。以下提到的大都是指光纤，当然，可以提供任何其他具有非线性特性的波导以替代光纤。

上述现象在例如Journal of Lightwave Technology，Vol8，No.9，Seplember 1990，1402-1408页中有叙述。这个结果是由于三级非线性现象，因波导芯内的高场强和信号相互作用长度大的缘故，此现象可变得十分明显。

在以上刊物中特别提到，对于一给定的光纤，可以通过增加信号频率差、增加色散或传输长度加大而使信号相移也变大来减少产生第四个波的最大效率(即，系统中的噪声效应)。

据发现，如果一个特殊的相位条件，称之为相位匹配，在三个波之间成立，则引发出FWM现象和产生第四个波；这四个波的频率由下列关系相联系：

(1)    ω₁+ω₂＝ω₃+ω₄使相位匹配条件尽可能充分地得到满足，则产生第四个波的效率达到最大，此条件取决于信号波长相对于受该现象影响的光纤色散零点波长的位置。

应当回想到，在光纤中发生的色散现象是由于每个脉冲的不同颜色分量-每种颜色以它本身的波长为其特征-以不同的速度在光纤中传输，导致脉冲宽度加大。由于宽度增大，相继的脉冲在发射时是分开的，到了接收时会部分重叠，且到达某处时不再能辨认出离散的单元。可以利用所谓的阶跃折射率(SI)光纤，由此光学特性可以将色散抑制在约1300nm的波长上。然而，鉴于光纤远程通讯使用的波长在1500至1600nm范围，开发出称之为色散移位(DS)光纤的光纤，其中色散零点移到了1500到1600nm范围。通过在高非线性系数材料内恰当地设计波导结构，可以得到类似的结果。

对于本发明有意义的FWM是所谓退化的FWM，其中频率ω₁和ω₂是一致的。在此情况下，关系式(1)可以重新写成如下：(2)    2ω_p＝ω_s+ω_c其中，ω_p是激励频率，ω_s是线路信号频率，ω_c是克隆信号频率。换一种表述，如果频率为ω_p的激励辐射和频率为ω_s的线路信号存在于光纤中，由于FWM现象，就得到一个频率为ω_c的克隆信号。克隆信号功率取决于该现象的非线性程度、所用光纤段的长度、激励辐射和线路信号的功率以及相位匹配中达到的完整程度。

当上述现象在共振腔内发生时，若通过腔中一完整路径所获得的FWM增益超过环路损耗，则可以在克隆信号频率上产生激光作用。如果这个条件在传输线路的寻常功率量级上不能满足，可以放大克隆信号(仍是光学手段，使用一个光学放大器)；在放大之前，将克隆信号从线路信号和激励辐射中滤出，这为了防止线路信号和激励辐射使放大器饱和。

最好，本方法包括放大克隆信号这一步，且放大率调整到克隆信号的增益比通过环路的总衰减低一个预定值。

调整放大率增益，使得上述预定值趋近于0，可以安排成，在无FWM时腔中不发生激光作用，而随着在单一圈上来自FWM的贡献使增益加大，环路就会在克隆信号的波长上产生激光作用。

最好，把分出的线路信号部分与连续激励辐射之间耦合这一步先于将线路信号部分输入到共振腔这一步。

共振腔可以包括一环状光程，且非线性波导包含在环状路程内。或者，共振腔可以包括一线性腔，在其端部带有光学反馈装置，使得至少有一部光学信号在其中传输，且非线性波导包含在线性腔内。

非线性波导可以是不同类型的，最好包括一个光学色散零点移位过的光纤。

根据第二方面，本发明涉及一个恢复光学藉助于构造一个光学时钟信号，此信号包括一列具有相同重复频率的脉冲，恢复光学数字线路信号同步的光学时钟恢复装置，该信号包括一列在预置脉冲重复频率下通过光纤线路的数字脉冲，该装置包括：

第一分路器，用于从线路上分出一部分线路信号；

具有预定功率和预定激励波长的连续激励辐射发生器，激励波长值与线路信号脉冲的波长有关，使得产生四波混合(FWM)效应；

第二分路器，用于耦合分出的线路信号部分和激励辐射；

共振腔；

第三分路器，用于将分出的线路信号部分和激励辐射输入到共振腔；

在共振腔内，由于FWM效应，一个足够长的非线性波导就会在其中产生一个克隆信号，该信号是以克隆波长复制线路信号的脉冲列；

在共振腔内的光学滤波器装置，只容许克隆信号在共振腔内环行；

调整共振腔长度的装置；和

共振倥上的第四分路器，用于从共振腔内分出一部分在共振腔内传播的克隆信号，克隆信号的脉冲列是所寻求的时钟信号。

最好，共振腔包括一个克隆信号的光学放大装置。

共振腔可以包括一环状光程，且非线性波导包含在环状路程中。或者，共振腔可以是一线性腔，在其端部带有光学反馈装置，使得至少有一部分光学信号在其中传播，且非线性波导包含在线性腔内。

非线性波导可以是不同类型的；更可取的是，波导包括一个光纤，它的光色散零点已移位到接近光学线路信号波长的预定值。

根据本发明的一个装置的两个优选实施例的详细描述并结合附图来看，本发明更多的特征和优点是更加显而易见，其中：

图1是根据本发明的一个装置的光路框图；

图2至图5叙述一个例子，即：图2示出用于本例中一部分线路信号，图3示出图2中线路信号谱，图4示出按照本发明建立的时钟信号，图5示出图4中时钟信号谱；

图6是图1中装置改型的光路框图；和

图7是图6中包含在光路框图中更详细的放大器框图。

在绘图中，一般10表示一光纤传输线的光纤，例如一远程通讯线路，使一如二元型的光学线路数字信号通过它。所以，这线路信号是由一列0和1脉冲所组成。1脉冲是以线路信号波长和相应的线路信号频率(ω_s)为其特征，而0脉冲基本上是脉冲空位。脉冲(0和1)在预定的相互之间空格下沿着线路10一个接一个行进，即，具有预定的重复频率。

通常，11指的是线路10上一个线路信号的光学时钟恢复装置。装置11包括一个连在线路10上具有一个输入13的第一分路器和两个输出：主输出14，它把线路信号重新引入到线路10和副输出15，它从线路信号功率上分出一部分，如5％数量级，并把它重新引到光纤16。确切地说，分路器(比如12标明的那个，和其他在以下描述的)往往带有四个接头，即两个输入和两个输出。其中一个接头是不用的，所以一端不通；这个接头不在绘图中示出。

装置11也包括一个能产生预定波长激励辐射的激励激光源17，使线路信号的相位匹配条件得到满足。激励辐射从激光泵浦的输出18出来并提供给光纤19。

装置11还包括一个第二分路器20，它具有两个输入21和22，光纤16和19分别与之相通，及一个输出23，光纤24与它相连。第二分路器20是所谓的50/50型，即，进入到两个输入21和22的输入信号从输出23出来时成衰减3dB的简单叠加关系。

装置11附加地包括一个共振腔，它由一个通过第三分路器26连接到光纤24的环状光程25所组成。具体地说，分路器26具有两个输入27，28和一个输出29。进入到输入27的是光纤24，而环状光程25是跨接输出29和输入28闭合的。同第二分路器20一样，第三分路器26是所谓的50/50型，进入到两个输入27，28的输入信号从输出29出来时成衰减3dB的简单叠加关系。

环状路程25包括下列互相串联的单元，按照从输出29到第三分路器26的输入28的下列顺序：一个由光纤段30组成的波导，光纤段足够长可促成FWM现象，一个滤波器单元31和一个光学放大器32。此外，在光学放大器32与第三分路器26的输入28之间有一个第四分路器33，它具有一个连接到环状路程25的输入34和两个输出：一个连接在环状路程25中的主输出35和一个副输出36，它从环状路程25上传播的信号中分出一预定功率部分，例如50％量级，并重新把它引入到输出光纤37。

环状路程25还包括一个调整路程本身长度的装置。这个装置包括一个作用在环状路程25的光纤段上的珀耳贴(Peltier)元件38，通过温度变化来改变其长度。元件38是由电子控制单元39来驱动的，它是由输出光纤37上来自环状路程25中一部分输出信号加以反馈控制。为此目的，在光纤37上连接一个第五分路器40，此分路器具有一个输入41、一个与输出光纤37串联的主输出42和一个副输出43，它从输出光纤37上传输信号中分出一预定功率部分，例如在1％量级上，并把它沿着光纤44重新引到控制单元39中去。

此外，装置11包括两个偏振控制单元，在光纤19上用于激励辐射的第一单元45和在环状路程25上、第四分路器33与第三分路器26之间的第二单元46，以及两个附加光学放大器，即，在光纤19上的第二光学放大器47处在第一偏振控制单元45下游方向，和在光纤24上的第三光学放大器48。

滤波器单元31包括一个设置在克隆波长上的滤波器，它在其他波长上的透射率小于20dB。单元31的功能是把FWM过程中产生的克隆信号与线路信号和激励信号分开，并且能用与本发明目的相当等同的方式的各种常规技术来实现，例如，可以利用光色光栅滤波器(与一循环器相联)；这种类型的滤波器在文献上是众所周知的且已成为商品，由于它们完全与光纤光路相容，所以特别适用于这种应用。

这些滤波器由诸如光纤的一部分光波导组成，折射率沿着光纤经历周期性变化，部分信号在折射率变化处发生反射；如果在每个折射率变化处反射的信号部分彼此同相，则形成相长干涉，因此入射信号反射了回来。

对应于最大反射的相长干涉条件是由关系式2l＝λs/n给出，其中l是由折射率变化确定的光栅栅距，λs是入射辐射的波长，和n是光波导芯的折射率。刚才描述的现象在文献中称之为布拉格分布反射。

可以用常规的技术来获得折射率的周期性变化，例如，将剥去聚合物保护层的一段光纤放在强紫外线下(诸如准分子激光器，双倍频氩激光器或四倍频Nd：YAG激光器产生的紫外线)形成的干涉条纹中曝光，在适当的干涉仪系统中引起互相之间的干涉，如美国专利5,351,321中描述的一堆硅相位模板。

光纤，更明确的是光纤芯，是这样的在紫外辐射下曝光，其辐射强度沿着光轴呈周期性变化。在最大强度紫外辐射达到的芯部，Ge-O键发生部分断裂，导致折射率经受永久性变化。

通过选择光栅栅距来检验相长干涉的关系，反射波段的中心波长可以根据需要用常规的方法确定。

利用这个技术，例如，可以得到波段在典型值0.2至0.3nm范围的滤波器，波段中心的反射率高达99％，反射波段的中心波长在制作阶段可以设置在约±0.1nm范围，波段中心波长随温度的变化为0.02nm/℃或更低。

利用固定栅距的光栅可以得到上述数值。

在允许波长更宽的范围内滤波时，可以提供布拉格分布反射型的光纤滤波器，其足够宽的反射型波段是由于在光栅上刻制了变化的栅距，这样就得到了所谓的线性调频光栅。

可以利用常规的技术来达到此目的，例如，P.C.Hill等人在Electronic Letters，Vol30，No.14，07/07/941172-1174页上发表的一篇文章上公布的。

这种光栅是可以得到的，例如从Photonetics，Inc.，Wakafield，MA(U.S.A)得到所需反射波长的光栅。

装置11运行如下：

促使一个数字型，如二元型的线路信号沿着线路10传输，该信号由一列0和1的脉冲组成，脉冲之间间隔取决于给定的重复频率。装置11的用途是构造一列1脉冲组成的时钟信号，且与线路信号有相同的重复频率。通过第一分路器12分出一部分线路信号，并重新把它引入装置11。线路信号功率仅仅改变(减少)极小，因为，以前提到过，分路器12引出极小部分(在5％范围)的线路信号功率。分出的部分传输给光纤16，且具有线路信号的全部特征，除了它的功率较低以外；特别是，这脉冲按相同的顺序及相同的频率一个接一个地传输。

分出的线路信号部分在第二分路器20内叠加到激励辐射(由激光器17产生，并被光学放大器47放大)上。合成的信号传输到光纤24，由光学放大器48随意地放大，并通过第三分路器26传给环状光程25。

因为线路信号波长与激励辐射波长之间的相位匹配条件是满足的，通过光纤段30组成的环状光程25起始部分，线路信号部分和激励辐射的同时存在就会导致FWM现象产生的一个克隆信号。由于激励辐射是连续的，一个与线路信号相同且与线路信号有同样重复频率的脉冲列就会在克隆信号下复现；这个克隆信号脉冲显然具有克隆信号波长。

随后，在滤波器单元31中，线路信号部分和激励辐射二者都受到抑制，而只允许克隆信号通过。然后，克隆信号被光学放大器32加以放大，并被环状路程25与输出光纤37之间的第四分路器分割开。

单在环状路程25中的克隆信号就会到达第三分路器26，在其中它与来自光纤24的输入信号相耦合。通过适当调整环状路程255的长度，使得克隆信号脉冲同时地出现在线路信号脉冲上。必须特别精确调整环状路程25的长度，这可以通过单元39控制下的帕耳贴元件38加热或冷却一光纤段来实现。

如果克隆信号的0脉冲遇上线路信号的1脉冲，则在通过环状路程25的下一圈上，克隆信号的0脉冲由于FWM效应变成1脉冲，这是因为同时存在着来自线路信号的1脉冲。

如果输入线路信号和克隆信号二者都是0脉冲，则克隆信号脉冲在整个下一圈上保持为一个0脉冲。

如果输入线路信号和在环状路程上环行的克隆信号二者都是1脉冲，则这个克隆信号脉冲就会在下一圈上被FWM放大，即，线路信号的1脉冲就会产生一个克隆波长上的1脉冲。它被叠加到现有的1脉冲上。

另一方面，如果克隆信号的1脉冲遇上线路信号的0脉冲，则克隆信号脉冲能够被FWM放大之前，它不得不完成另一圈；万一这个克隆信号1脉冲在环状路程25上绕圈时总是遇上线路信号的0脉冲，则这个克隆信号1脉冲渐渐地失去功率。在它消失之前-即，成为0脉冲之前-所能绕过的圈数取决于FWM增益(它决定了脉冲的初始功率，并且对于一给定的线路信号功率，可以通过增加激励辐射功率而加大增益)和通过环状路程25的净损耗二者。这些净损耗等于无放大器32的损耗与放大器32的增益之差，并且通过适当选择放大器32的增益按照需要减少净损耗，即，使增益尽可能地补偿通过环状路程25的损耗。

所以，在一短时期内，在环状路程25中有一列全1脉冲的信号在传播，这个脉冲具有与线路信号完全相同的重复频率。因此，这个信号就是所寻求的时钟信号，并且能从通过输出光纤37的环状路程25中分出。

环绕环状路程25的在隆信号1脉冲且仍然在输入处遇上线路信号的0脉冲时所绕过的圈数，定义了所谓的时钟恢复装置的坚固性(robustness)，即，经受住长序列0脉冲而仍发射1脉冲的能力。无需改变线路信号减损的功率数量，而是改变放大器32的增益或激励辐射功率，还是改变放大器47或48的增益，都可以使装置11的坚固性按需提高。(增加放大器47的增益等同于增加激励功率，而增加放大器48的增益等同于同时增加激励辐射功率和线路信号功率。)

当线路信号的重复频率变化时，只要保持环状路程25的同步(藉助于控制单元39和元件38)，使得克隆信号的1脉冲到达第三分路器26时，线路信号的脉冲(0或1)在每一圈上同时到达，这个条件是很充分的。

为了使装置11运行正常，最好使在环状路程25上环行的光的偏振态加以控制，这是由偏振控制器45和46来实现。另一种选择是，可以考虑使用偏振保持光纤或装置，这能使FWM现象与输入到环状路程25中线路信号的偏振态无关。例如，可以使用直流激光器泵浦，藉助于消偏器去掉偏振，或者是由于它们固有的运行原理，正象长腔光纤激光器那样。

所以，本发明就可以用金光学方法重建一个时钟信号，由此避开了电子学处理的障碍。

此外，无需使线路上信号损失大量功率而完成时钟恢复。所以，时钟恢复工作可以在沿着线路上任一点实行，而不会干扰传输系统的其余部分。

本发明的另一个优点是，时钟恢复可以在线路信号任何功率水平上实行，即使是在一个很低的功率水平上。事实上，供给时钟信号的功率来自激励辐射，正如以前提到过的。

此外，一个显著的优点是，系统可以按照需要做得很完善，只要它能给激励辐射提供适当的功率，而不用考虑线路信号。

最后，注意到激励功率以连续方式而不是脉冲方式供给的，所以它可以非常容易得到和控制。

本发明的改型实例是用图6中示出的装置111加以说明。在这个改型实例中，共振腔包括一个线性腔取代环状路程25；共振腔的外部单元与前一实例装置11中的一样，所以用同样的参照数字表示。特别是，腔125是通过分路器26连接到光纤24。

以通过分路器26来自光纤24的信号为输入方向，线性腔125包括一段位于分路器26下游的125a和一段位于其上游的125b。

线性腔125的那段125a包括一个光纤126，其中一个波导与装置11中波导30的那些单元相串联，这一波导是由具有相应特性的光纤段30所组成，所以FWM现象也会在其中发生。线性腔125在其下游端以滤波器131为其终端，光纤126通向该波波器。沿着这同一光纤126的反向，滤波器131反射与克隆波长相同的信号，而允许其他的信号通过。一个光色光栅滤波器用作滤波器131，它优于先前描述的与滤波器31有关的相同类型滤波器。

线性腔125的那段125b包括一个光纤127，与其串联连接的是一双向光学放大器132，那是一个无输入输出隔离器的放大器，所以，它能作用在沿任意方向通过的信号上。特别是(见图7)，这放大器132包括一个有源光纤段150、一个激光泵浦、一个互连光纤152、和一个二向色耦合器153。

线性腔125在其上游端以带有四个接头134，135，136a和136b的分路器133为其终端，所有这些接头可供使用且连接如下：接头134引到线性腔125的光纤126，接头136a和136b连在一起成一回路，接头135引到线性腔125的输出光纤137。

装置11还包括一个调整线性腔125长度的装置，具体地说是一个类似于装置11的单元38的帕耳帖单元38。单元38与光纤126或127中的一个相串联。(图6中是光纤127)，并且由类似于装置11的单元39的一个电子控制单元39所控制。同装置11的情况一样，电子控制单元39是由通过光纤137来自线性腔125的一部分输出信号反馈运行的。

装置111的运行类似于装置11的运行，除了在共振腔内信号(尤其是克隆信号)不是在一闭合的环状路程上环行，而是使它在滤波器131与耦合器133之间沿着直线路程往复传输以外。

在两个实例的情况下，线路信号在装置11和装置111中都是叠加在共振腔外的激励辐射上，因而，共振腔装上单个输入分路器用于线路信号和激励辐射。或者，在图中未画的一个改型发明中，线路信号和激励辐射可以安排在共振腔内叠加。在这种情况下，共振腔必须装有两个分开的分路器，一个用于线路信号，另一个用于激励辐射。在后一个改型装置中，由于共振腔路程上附加的分路器引入更多的衰减，显然就需要有相应的高放大率。

举例

利用图1所示的配置，本发明在下列条件下已做了实际检验。

使用了主动锁模光纤激光器产生的线路信号，该激光器具有的脉冲重复频率为500MHz，其输出功率在100μW至1mW之间可变，发射波长在1525nm至1570nm之间可变，设定在1533nm上。

使用DFB激光器产生激励辐射，该激光器的发射波长为1536nm，用来自Pirelli型号TPA12光学放大器加以放大，得到10mW功率量级。

因此产生的克隆信号波长为1539nm。

使用来自Direlli型号TPA17光学放大器作为放大器48，因此使线路信号和激励辐射的功率量级达到50mW。线路信号功率与激励辐射功率之比在放大过程中维持不变(后者要高得多)。

使用光纤线圈DS作为环状路程25的光纤段25，该线圈的零色散点在1536nm，长度为10km。

为了利用现有的元件提供所需要的滤波特性，本例中用的滤波器单元31在两级上都使用。在第一级上用了一个波段2.3nm、中心波长1539nm的干涉滤波器，在第二级上用了波段0.6nm、中心波长也是1539nm的法布里-珀罗滤波器。

使用来自Direlli型号Ampliphos F10光学放大器作为放大器32，其增益调整到几乎完全补偿围绕环状路程25的损耗，估计为20dB左右。

利用这个装置就可能为线路信号提供一个准确的时钟信号，该信号的重复频率为2500Mhz，它是一包含80％0脉冲的脉冲列；这样的一个信号仅仅从包含一列1脉冲组成的500MHz的原有信号中获得，并把它解释成2500MHz。特别是，图2示出线路信号中一部分脉冲串，其中两个1脉冲可以看成被几个0脉冲所分开；图3示出线路信号的谱，其中在主频500Mhz处的线是显而易见的。

图4中示出的信号是在装置11输出上得到的，它的谱在图5上示出，其中2500Mhz线是明显的。

应当注意到，系统工作频率，即脉冲重复频率，不能从时钟恢复中获得，而应该在设计阶段时是已知的。特别是，藉助于电子控制单元，腔的长度应该调整到在2500MHz范围内运行，而不是在其倍频的范围。

Claims (12)

1.一个藉助于构造一个具有相同重复频率的脉冲列的光学时钟信号，用光学手段恢复光学线路数字信号同步的方法，该信号包括一列在预置脉冲重复频率下在光纤中传播的数字脉冲，本方法包括的步骤为：

分出一预定部分的线路信号；

将这线路信号部分输入到包含一非线性波导的共振腔内；

把分出的线路信号部分与一连续激励辐射相耦合，该辐射具有预定的功率和预定的激励波长，激励波长值与线路信号脉冲的波长有关，使得激励波长与后者在非线性波导内产生四波混合(FWM)效应；

使分出的线路信号部分和激励辐射传播通过非线性波导，象通过FWM效应一样，产生一个以克隆波长复制线路信号脉冲列的克隆信号；

将线路信号部分、激励辐射和克隆信号的组合加以滤波且只让后者通过；

使克隆信号在共振腔内环行；

调整共振腔的长度，使得在线路信号输入到共振腔时，每个线路信号脉冲准确地以在腔内环行的克隆信号脉冲到来；和

从共振腔内分出一部分克隆信号，该克隆信号的脉冲列代表了所寻求的时钟信号。

2.根据权利要求1的方法还包括下一步：

放大克隆信号，调整其放大率，使克隆信号的增益低于通过环状路程的总衰减一预定值。

3.根据权利要求1的方法，其中分出的线路信号部分与连续激励辐射耦合这一步骤先于将线路信号部分输入到共振腔内这一步骤。

4.根据权利要求1的方法，其中共振腔包括一环状光程，且非线性波导包含在该环状路程中。

5.根据权利要求1的方法，其中共振腔包括一线性腔，在其端部带有光学反馈装置，使得至少有一部分光学信号在其中传播，且非线性波导包含在线性腔内。

6.根据权利要求1的方法，其中非线性波导包括一个光色散零点移位过的光纤。

7.根据权利要求1的方法，其中从线路中分出的线路信号部分的功率约为线路信号总功率的百分之五。

8.用于恢复光学数字线路信号的同步的一个光学时钟恢复装置，该信号包括一列在预置脉冲重复频率下在光纤线路中传播的数字脉冲，利用了构造一个光学时钟信号，该信号包括一列具有相同重复频率的脉冲，该装置包括：

第一分路器，用于从线路上分出一部分线路信号；

具有预定功率和预定激励波长的连续激励辐射发生器，激励波长值与线路信号脉冲的波长有关，于是就产生四波混合(FWM)效应；

第二分路器，用于耦合分出的线路信号部分和激励辐射；

共振腔；

第三分路器，用于将分出的线路信号部分和激励辐射输入到共振腔；

在共振倥内，由于FWM效应，一个足够长的非线性波导就会在其中产生一个克隆信号，该信号是在克隆波长下复制线路信号的脉冲列；

在共振腔内的光学滤波器装置，只容许克隆信号在共振腔内环行；

调整共振腔长度的装置；和

共振腔上的第四分路器，用于从共振腔内分出一部分在共振腔内传播的克隆信号，克隆信号的脉冲列是所寻求的时钟信号。

9.根据权利要求8的装置，其中共振腔包括一个克隆信号的光学放大器。

10.根据权利要求8的装置，其中共振腔包括一环状光程，且非线性波导包含在环状路程内。

11.根据权利要求8的装置，其中共振腔包括一线性腔，在其端部带有光学反馈装置，使得至少有一部分光学信号在其中传播，且非线性波导包含在线性腔内。

12.根据权利要求8的装置，其中非线性波导包括一个光色散零点移位到接近于光学线路信号波长值的光纤。

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