CN1212537C - 主动稳定的时间复用器 - Google Patents

Abstract

一种光学时间复用器，用于根据脉冲频率为N/n GHz的n个数据调制输入脉冲流(21，22)，通过被动交织n个输入脉冲流(21，22)的混合器装置产生出N Gb/s的输出信号(36)，其中n∈IN并且n≥2，其特征在于，提供至少n-1个第一移相单元(25)，用来调谐至少n-1个输入脉冲流(22)的光相位，并被连接到控制器装置(32)，控制器装置(32)通过比较n个输入脉冲流(21，22)的光相位得出至少n-1个控制信号，并且控制至少n-1个第一移相单元(25)，使得n个输入脉冲流(21，22)的光相位彼此锁定。该光学时间复用器可减少由于复用器的不稳定性而导致的ODTM信号的漂移恶化，禁止了RZ脉冲的展宽，而且允许容易地产生载波抑制RZ信号或类似的调制格式。

Description

主动稳定的时间复用器

技术领域

此发明涉及光学时间复用器，其中通过被动交织n个输入脉冲流的混合器装置，所述光学时间复用器根据脉冲频率为N/n GHz的n个数据调制输入脉冲流产生出N Gb/s的输出信号，其中n∈IN(IN＝自然序列)并且n≥2。

背景技术

该类型的光学时间复用器及相关信号传输方法在ECOC 2000会议上由M.Nakazawa，T，Yamamoto和K.R.Tamura提供的讲义2.6中有所描述；另可参阅Electron.Lett.36，p.2027-2028(2000)。

光学时间复用技术是一种将多个信道作为单独光学信号传输的方法。对于编码，信道的信号被调制成单独光学信号。通过按照固定时间规划选通单独光学信号的光学解复用，允许恢复初始信道信息。

为了根据4个40GHz的脉冲流产生出例如160Gb/s的RZ(归零)信号，在向这4个信号引入具有0、1/4、1/2和3/4个位周期(一个位周期＝25ps)的适当相互延迟时间后，4个40Gb/s RZ(归零)脉冲流在混合器装置中(耦合器)被动交织。

设备生产公差以及温度漂移通常会在4个信号之间导致非恒定光相位，进而导致不同位之间的非恒定干涉，并由此而产生漂移和最坏情形的信号畸变。考虑到这种情况，必须使用在相邻位的位置上具有30dB衰减的极短脉冲，因此干涉可被忽略。然而，这种短脉冲极易受色散的影响。此外，在由于色散而导致脉冲展宽之后，4个信号之间的非恒定光相位在接收器上会产生严重恶化。

Nakzawa等人使用了大约为200fs的极短脉冲宽度，和一种复杂的预啁啾技术，该技术使用光栅对，空间光调制器和反向色散光纤来补偿复用期间的色散。

I.Moita和N.Edagawa，OFC 2002，讲义TuA4，p.5-6指出，光时分复用(OTDM)信号的良好长距离传输(2000km)特性可通过在两个交织信道之间具有180°相移的载波抑制RZ(归零)信号实现。然而载波抑制RZ信号的产生与时间复用信号的产生面临同样的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学时间复用器，该复用器减少了由于复用器的不稳定性而导致的ODTM信号的漂移恶化，并避免最坏情况的畸变(这种畸变在具有非恒定相互相差的宽RZ脉冲的情况下很可能出现)，并且可以轻易产生载波抑制RZ信号或类似的调制格式。

就装置而言，该目的可通过上述介绍的光学时间复用器来实现，其特征在于至少n-1个第一移相单元，用于调谐至少n-1个输入脉冲流的光相位并被连接到控制器装置上，而控制器装置通过n个输入脉冲流的光相位的比较得出至少n-1个控制信号，并且控制至少n-1个第一移相单元，使得所有n个输入脉冲流的光相位被相互锁定。

在本发明的光学时间复用器中，在基准耦合器中对各个输入数据流的光相位进行相互比较，而基准耦合器输出这些数据流之间的差动信号。在进行慢速光学检测之后，这些差动信号在控制单元中可被用于命令第一移相单元以稳定输入数据流的光相位。

这允许使用脉冲更宽(即更长)的RZ信号进行传输。此外，也可以承受RZ信号的更高色散。

总之，可改进区段长度，PMD容差和色散容差。

为检测差动信号，诸如光电二极管的低速(所以低成本)检测器可被用于稳定。其差动双极输出使必要的控制逻辑保持简单化。

在本发明的光学时间复用器的优选实施例中，N≥1，尤其是N≥10，最好是N≥40。输入脉冲流的数量与位速率，即复用输出信号的信息流成比例。对于较高数值的N，即较高的位速率，该发明的优点尤为明显。

另一优选实施例的特征在于，提供用于n个输入脉冲流的相位比较的基准耦合器，以便将n个输入脉冲流的相位之间的相变转换成信号幅度变化，并将此变化输入到控制器装置。基准耦合器是比较输入脉冲流的光相位的简单装置。

在这个实施例的另一变化形式中，基准耦合器是集成光学芯片的一部分，该芯片包括混合器装置，并且最好还包括至少n-1个第一移相单元。这导致更为紧凑的构造。

在上述实施例的一个可选变化形式中，提供低速光电二极管以便将基准耦合器的输出信号转换成电信号，所述电信号被输入到控制器装置。低速光电二极管是用于转换基准耦合器的信号的非常廉价的装置。

本发明的光学时间复用器的另一优选实施例配有至少n-1个时间延迟单元，用于交织n个输入脉冲流的信号。由时间延迟单元引入的时间延迟可以是可变的，尤其是可调整的，也可以是固定的。时间延迟通常可达到N Gb/s输出数据流的1个位周期。无须预先测量，延迟单元允许适当定义和有目的地选择时间延迟。

基于本发明的另一实施例的特征在于，至少n-1个时间延迟单元被配置在控制器装置的输入之前，用于将n个输入脉冲流的信号偏移到这样的时间位置，即该时间位置允许实现n个输入脉冲流的信号之间的相位比较。因此，即使输入脉冲宽度小于或大约等于输入脉冲的时间位置的差，也可以进行输入信号之间的相位比较。

本发明的光学时间复用器的另一更为优选实施例的特征在于，提供至少n-1个第二移相单元，用于调整n个输入脉冲流的相对相位。这样便可实现非零相移。所引入的相移可以是固定的、或可变的，并且/或者是可调整的。180°相移可用来产生载波抑制RZ输出信号，此信号具有上佳的传输特性。

在另一实施例中，第一和/或第二移相单元和/或时间延迟单元被实现成热光调谐单元，所述单元最好被集成在混合器装置的光基片上。热光调谐单元是具有高可用性的标准装置，可集成在光基片上以提供紧凑的构造。

还通过操作上述光学时间复用器的方法来实现本发明，其特征在于，按照在控制器装置内部提供双极信号的差动模式处理控制器装置的输入信号，以便在其输出端产生至少n-1个控制信号，并且将所有n个输入脉冲流的相位彼此锁定。双极信号允许实现相对简单的控制逻辑。

本发明的操作上述光学时间复用器的方法的特征在于，将所有n个输入脉冲流的相位彼此锁定到0°相差上。此举可使输入数据流的最简单相位相关成为可能。

本发明的操作上迷光学时间复用器的方法的特征在于，将所有n个输入脉冲流的相位彼此锁定在非0°值相差上，尤其是彼此锁定在针对载波抑制调制格式的180°相差上。180°相差导致载波抑制信号模式，此模式可提供极好的长距离传输特性。(在例如n＝4的情况下，相差为90度)

该发明的其它优点可通过描述和所包含的附图认识到。以上和以下所描述的特征可依照本发明单独或以任意组合集中使用。所提及的实施例不能被理解成全部，而是对该发明的描述起着示例性作用。

附图说明

附图示出了本发明。

图1示出了现有技术的4∶1光学时间复用器的基本结构；

图2示出了本发明的主动稳定2∶1光学时间复用器的混合器部分的第一实施例；

图3通过不同位置的延迟线示出了本发明的第二实施例；

图4通过附加延迟线示出了本发明的第三实施例。

具体实施方式

图1示出了现有技术的4∶1光学时间复用器的基本构造，所述光学时间复用器混合4个数据流以产生出N Gb/s的RZ信号，例如160Gb/s的RZ信号。

光脉冲源11产生频率为N/4GHz，即在所选例子中为40GHz的光波。此信号被扩展在4条分离的线路(波导)12a-12d上，并且被输入到一组4个调制器13a-13d。调制器13a-13d将要传送的信息(包括4个N/4 Gb/s ETDM信号)调制到光信号分支上。所述信息是通过一组信息线路15从光学时间复用器外部提供的。这样便产生出4个N/4Gb/s的光数据流。调制器13a-13d被连接到接收调制光信号的延迟线15a-15d。

线15b的延迟时间为(N/4 Gb/s光数据流的)1/4个位周期，比线15a的延迟时间要长；线15c的延迟时间为1/2个位周期，比线15a的延迟时间要长；线15d的延迟时间为3/4个位周期，比线15a的延迟时间要长。在所给的例子中，40Gb/s数据流的一个位周期为25ps。4个经调制和适当延迟的数据流(信号)被输入到混合器16中，混合器16将数据流交织成N Gb/s(在所给例子中为160Gb/s)的单独复用信号。

温度漂移和生产公差致使4个信号在其分布于线12a-12d和被调制于混合器16期间失去其良好定义的相位相关。此问题可依据本发明予以解决，即当其在混合器中被交织之前立即主动稳定调制数据流的相位。

此举可用本发明的光学时间复用器来完成，其混合器部分示出在图2中。整个混合器部分可安排在集成光学芯片上。所展示的实施例属于2∶1光学时间复用器，即处理两个输入信号流21，22。这些位速率为M/2 Gb/s的输入信号21，22分别通过输入线23和24进入混合器。下方信号22被输入到第一移相器25，其输出信号被馈送到线26。线26的部分信号被基准线27分流；输入线23的部分信号被基准线28分流。基准线28的信号被输入到可调整的第二移相器29中。其输出信号和线27的信号一起被输入到基准1∶1耦合器30，其中两个信号被交织，即形成干涉。基准1∶1耦合器30输出差动控制信号，差动控制信号被两个低速(所以费用不高)的光电二极管31a，31b检测。差动控制信号在电子控制逻辑32(控制器)中被处理，电子控制逻辑32通过控制线33驱动第一移相器25。例如，移相器25，29可以是混合器的集成光学基片上的热光调谐单元。

如果电子控制逻辑32在输入信号21和22之间探测到的相移不是可调第二移相器29所选择的相移，则受控制的第一移相器25运用其偏移能力在两个信号之间建立(或重新建立)期望的相位相关。通过可调第二移相器29，可以设定任意恒定非零值的光相位。对于载波抑制调制格式(输出位之间的相差在0和180°之间交替)，可选用180°值。借助本发明的装置，下方的线26中的信号的相位相对上方的输入线23中的信号被锁定。

依据本发明，出现在输入线23和26中的信号已经获得所需的相位相关。在图2所示的实施例中，线26接通到延迟线34。延迟线34的相应延迟时间一般可达到复用(M Gb/s)信号的1个位周期，但如果需要时，可以调整。延迟线34和输入线23被一起送入1∶1信号耦合器35，信号耦合器35在其输入端交织这两个信号。1∶1信号耦合器35产生具有M Gb/s位速率的复用信号36。

图3示出了图2中本发明的光学时间复用器的混合器部分的变体。与线26相连的延迟线34被除去，但延迟线37被插入到基准线28中。这允许在1∶1基准耦合器30中对其相位进行比较之前，调整基准线27和28中基准信号的位位置(bit position)。

图4示出了图2中本发明的光学时间复用器的混合器部分的另一变体。它包括线26中的延迟线34以及基准线28中的延迟线37。在1∶1基准耦合器30中对其相位进行比较之前，延迟线37允许对基准线27和28中基准信号的位位置进行调整，而其输入进入1∶1信号耦合器35之前，延迟线34允许对上方和下方信号的位位置进行调整。如果不同输入数据流(信号)的位位置调整(即延迟)在调制器13a-13d中的信号调制和信号进入光学时间复用器的混合器16之间不能得到执行或执行不完全的话，后一种调整便显得尤为必要。对于2∶1调制器来讲，两个输入信号之间的时间延迟一般为输入信号的1/2个位周期。

Claims (13)

1.一种光学时间复用器，用于根据脉冲频率为N/n GHz的n个数据调制输入脉冲流(21，22)，通过被动交织n个输入脉冲流(21，22)的混合器装置产生出N Gb/s的输出信号(36)，其中n∈IN并且n≥2，

其特征在于

提供至少n-1个第一移相单元(25)，用来调谐至少n-1个输入脉冲流(22)的光相位，并被连接到控制器装置(32)，控制器装置(32)通过比较n个输入脉冲流(21，22)的光相位得出至少n-1个控制信号，并且控制至少n-1个第一移相单元(25)，使得n个输入脉冲流(21，22)的光相位彼此锁定，

提供用于比较n个输入脉冲流(21，22)的相位的基准耦合器(30)，以便将n个输入脉冲流(21，22)的相位之间的相变转换成信号幅度变化，信号幅度变化作为输入被馈送到控制器装置(32)，

并且提供基准线(27，28)以便分流n个输入脉冲流(21，22)中的部分脉冲流，并且将n个输入脉冲流(21，22)中的这些部分脉冲流馈送到基准耦合器(30)。

2.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于N≥1。

3.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于N≥10。

4.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于N≥40。

5.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于，基准耦合器(30)是集成光学芯片的一部分，所述集成光学芯片包括混合器装置，并且还包括至少n-1个第一移相单元(25)。

6.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于，提供低速光电二极管(31a，31b)，用来将基准耦合器(30)的输出信号转换成输入到控制器装置(32)的电信号。

7.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于，提供至少n-1个时间延迟单元(34)，用来交织n个输入脉冲流(21，22)的信号。

8.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于，至少n-1个时间延迟单元(37)被配置到控制器装置(32)的输入之前，用于将n个输入脉冲流信号(21，22)的信号偏移到使得能够实现n个输入脉冲流信号(21，22)的信号之间的相位比较的时间位置上。

9.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于，提供至少n-1个第二移相单元(29)，用来调整n个输入脉冲流(21，22)的相对相位。

10.根据权利要求1的光学时间复用器，其特征在于，第一和/或第二移相单元(25，29)和/或时间延迟单元(34，37)被实现成热光调谐单元，被集成在混合器装置的光基片上。

11.一种操作权利要求1所述的光学时间复用器的方法，其特征在于，按照在控制器装置(32)内部提供双极信号的差动模式处理控制器装置(32)的输入信号，以便在其输出端产生至少n-1个控制信号，所有n个输入脉冲流(21，22)的相位彼此锁定。

12.根据权利要求11的操作光学时间复用器的方法，其特征在于，所有n个输入脉冲流(21，22)的相位彼此锁定到0°相差上。

13.根据权利要求11的操作光学时间复用器的方法，其特征在于，所有n个输入脉冲流(21，22)的相位彼此锁定在针对载波抑制调制格式的180°相差上。

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