CN1450731A - 数据载波光学信号及可选择载波波长发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少M个可选择载波波长及数据载波光学信号发生器(G1)，M为大于1的一整数，所述发生器包括N个彼此不同的恒定波长激光源(Si)，N为大于1的一整数，及一光电调制器(Mod1)，所述调制器可形成所述M个数据载波光学信号中的一个。其特征在于它包括：－其它M－1个光电调制器(Mod2至ModM)，所述各调制器可形成其它M－1个数据载波光学信号中的一个，－一一至少局部扩散型光学转换器(100)，所述转换器有N个输入口(PEi)和M个输出口(PSi)，所述N个输入口和N个激光源相连，所述M个输出口与M个调制器相连，光学转换器可向多个调制器传输在激光源所提供的信号中选择出的同一信号，以形成所述M个信号。

Description

数据载波光学信号及可选择载波波长发生器
技术领域
本发明涉及数据的光学传输领域，尤其是可选择载波波长及数据载波光学信号发生器。
背景技术
众所周知，本领域技术人员研究以光学载波调幅的形式，增加数据传输光学系统的传输能力。这就是为什么目前许多研究用于向尽可能广泛的用户群实施数据的同步传输。
优点在于，每波长的数据路径通过波长多路转接器的偏移是无源的。但若想充分利用这一优势，必要时，调整分配给各接收站的载波波长是有用的。从一个波长到另一波长的时间，即所谓可调谐时间，必须尽可能短。
要实施一可选择载波波长的数据载波信号发生器，文献《RINGO：一WDM环形光学信号包网络示例)》(作者：R.Gaudino及其它，Th.L.2.6.，ECOC’2001，2001年9月)中描述了一种方案，即使用同样多的恒定波长激光源和可利用波长，所述激光源通向一光学多路转换器。为此，已选定波长的信号射入一光电调制器中，形成可传输到相连接收站的数据载波信号。
激光源数量与接收站数量成正比，所述装置体积庞大，能量消耗过多，且不能集成到目前日趋小型化的光学传输系统如通信节点、大城市网络或光学路由系统中。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可选择载波波长及数据载波光学信号发生器。所述发生器的结构必须能使其集成到光学传输系统中，且价格具有竞争优势，可调谐时间缩短。
为此，本发明提出了一种可选择载波波长及至少M个数据载波的光学信号发生器，M为大于1的一整数，所述发生器包括N个彼此不同的恒定波长激光源，N为大于1的一整数，及一光电调制器，所述调制器可形成所述M个数据载波光学信号中的一个，其特征在于它包括：
——其它M-1个光电调制器，所述各调制器可形成其它M-1个数据载波光学信号中的一个，
——一至少局部扩散型光学转换器，所述转换器有N个输入口和M个输出口，所述N个输入口和N个激光源相连，所述M个输出口与M个调制器相连，光学转换器可向多个调制器传输在激光源所提供的信号中选择出的同一信号，以形成多个信号。
根据本发明的至少局部扩散型光学转换器，可把任何输入口连接到若干输出口处。因此，使用根据本发明的至少局部扩散型光学转换器，可使若干接收站共享激光源。根据本发明的发生器相对于上述解决方法，体积很小，因为可调谐性所必需的激光源数量减少，尺寸也减小了，这有利于发生器的集成。
另外，使用恒定波长源可很容易控制各载波的波长。
根据本发明的发生器有良好的比例可变性：增加可使用的波长数量及/或接收站数量，发生器的结构不必进行较大调整。
在根据本发明的发生器中，可调谐时间由转换时间决定。
有利地是，所谓快速的至少局部扩散型转换器，其可调谐时间可低于30毫微秒，最好为约10毫微秒。
例如，根据本发明的转换器可以光学门为基础，所述光学门根据半导体光学放大器(英文为SOA，即Semiconductor Optical Amplifier)技术实施而成。把根据本发明的光学转换器安放在调制器的上游而非下游位置上，可避免同时通过同一SOA的调制信号之间发生相互交叉干扰调制的现有问题。这些问题通常称为交叉增益调制(XGM，即Cross Gain Modulation)和四种波混合(FWM，即Four WaveMixing)。
最好，至少局部扩散型转换器可包括：
——M×K个信号组扩散级，各信号组均有N/K个不同载波波长信号，所述级包括K个光学信号耦合装置，K为N的整数因子，有N/K个输入口，各输入口连接着N/K个输入口和M个输出口构成的相应整体件，各耦合装置可把各信号组输送给到各输出口。
在一最佳实施例中，至少局部扩散型光学转换器还包括：
——一第一选择级，所述级可从M×K个已扩散信号组中选择M组，
——一分离级，所述级可从已选择的M组中分离出N/K个信号，
——一第二选择级，所述级可接收已分离信号，选择出所述M个输出信号。
最好，第一选择级可包括M个由K个光学门构成的组件，各组件的一光学门处于开启位置，即发生器运转时，信号组可从中通过。
此外，第二选择级可包括M个由N/K个光学门构成的组件，发生器运转时，各组件的一光学门处于开启位置上。
例如，SOA型光学门还可放大还未调制过的信号。因此，各SOA完全饱和，以降低信号之间可能发生的功率波动。这样可通过更合适的信噪比进行数据传输，且有利于接收器对信号的检测。
分离级可包括M个环形波导光栅式波长多路分离器。
环形波导光栅式波长多路分离器(AWG，即Arrayed WaveguideGrating)，为一光学集成电路，所述电路由若干平行、内曲的波导管构成，其行程差可在给定时间上分离开不同的载波波长信号。
AWG有若干输入口、若干输出口，如5个输入口和5个输出口。给定输入口的功能类似一简单的波长多路分离器。
例如，当一由五个波长的信号组由一输入口偏移，例如射入第二输入口，而非第一输入口时，分别和五个输出口相关的五个已分离的波长同样会偏移输出口。由于所述偏移，输出口的数量受到限制，最初和AWG的第五输出口相关的波长不再与一输出口相关。有一所谓环形的AWG构型，所述构型中，所述波长于是和第一输出口相关。
在一优化实施例中，根据本发明的发生器可产生M×P个数据载波光学信号及可选择波长，P为大于1的一整数。在所述光学信号中，所述发生器包括(P-1)×M个其它光电调制器，调制器通过P个调制器构成的组件连接到光学转换器的一相应输出口。
在另一优化实施例中，根据本发明的发生器可产生C×M个可选择波长及数据载波光学信号，C为大于1的一整数。在所述光学信号中，所述发生器包括C个M个信号发生器，所述发生器包括M个光学转换器，所述转换器各有C个输入口和C个输出口，分别连接着各发生器的相应调制器。
上面所述的两种构型可提高数据传输能力，所述传输能力等于颗粒度与连通度的乘积。在第一构型中，颗粒度即为传输到各接收站的数据量，此处，它可随调制器数量的增加而增加。在第二构型中，连通度即为接收站的数量，也即数据载波信号的数量，也增加了。
最好，各调制器可为铌酸锂Mach-Zehnder型调制器、电吸收调制器或任何光学变频器。
一特别实施例的特征在于，至少局部扩散型转换器包括一扩散级，以向多个接收站扩散出由激光源提供的各信号，所述信号独立于其它信号，所述扩散级后是包括一非扩散型空间转换器的选择级。
本发明还涉及一数据传输系统，所述传输系统包括一如上所述的根据本发明的一发生器。
例如，对包括有32个信号发生器及调制比为10Gbit/s的32个调制器的系统来说，传输能力为320Gbit/s。
最好，根据本发明的系统可包括至少一个例如为环形的波导光栅式波长多路分离器，多路分离器可把来自发生器的信号分离开，将其输送到各接收站。
附图说明
本发明的其它特征和优点将在后文中参照附图、以非限制性方式举例加以描述。
附图中：
图1简单示出了一数据传输系统的结构，所述系统包括根据本发明第一实施例的数据载波信号发生器。
图2详细示出了图1中所示发生器的转换器的结构。
图3简单示出了一数据传输系统的结构，所述系统包括根据本发明第二实施例的数据载波信号发生器。
图4简单示出了一数据传输系统的结构，所述系统包括根据本发明第三实施例的数据载波信号发生器。
图5简单示出了一数据传输系统的结构，所述系统包括根据本发明第四实施例的数据载波信号发生器。
具体实施方式
所有图中的相同元件均用相同标号表示。
图1简单示出了一数据传输系统1的结构，所述传输系统包括根据本发明第一实施例的数据载波信号及可选择波长发生器G1。
所述发生器G1向一环形波导光栅式波长多路分离器200(多路分解器)——所述多路分离器有M个输入口和M个输出口，提供M个光学信号，其中M＞1，以分离M个已射入信号，并将其输送到数据终端接收器(Ri)1≤i≤M中。
发生器G1包括标号从1至N的递增恒定波长λi1≤i≤N激光源(Ei)1≤i≤N。相应的载波频率(fi)1≤i≤N递减，且有规律地分布在例如间距为100千兆赫的频率梳(peigne de frequence)上。发生器G1还包括一至少局部扩散的光学转换器100，所述转换器的各输入口(PEi)1≤i≤N连接到相同标号的激光源(Ei)1≤i≤N，各输出口(PSi)1≤i≤M连接到相同标号的光电调制器(Modi)1≤i≤M，所述调制器例如为10Gbit/s的铌酸锂Mach-Zehnder型调制器.
系统1的传输能力为10×M Gbit/s。
波导光栅式波长多路分离器200为环状，可减少必需的载波波长数量。此时，它按如下对照表运行，所述对照表示出了各调制器在一定时间上，根据终端接收器，需采用的载波波长。为简单些，假设M＝N＝4。
表1
    Mod1     Mod2     Mod3     Mod4
  R1     λ1     λ2     λ3     λ4
  R2     λ2     λ3     λ4     λ1
  R3     λ3     λ4     λ1     λ2
  R4     λ4     λ1     λ2     λ3
例如，因此，各接收器可在一定时间上，接收λ1至λ4四个载波波长中之一的数据载波信号。
图2简单示出了转换器100的结构。为使说明更清楚，例如假设M＝N＝32。
转换器100包括：
——32×4信号组扩散级20，各信号组均有经光谱多路转换后(multiplexe spectralement)的8个不同载波波长信号；所述级包括信号光学耦合装置21至24，所述各耦合装置各有8个输入口，所述各输入口连接着输入口(PEi)1≤i≤32中的8个相邻输入口的一个不同组件和32个输出口，因此，各耦合装置21至24可把各信号组经光谱多路转换后的信号输送到各输出口。
——第一选择级30，所述级包括32个基于‘SOA’的4个光学门(portes optiques)形成的组件301至332，发生器运转时，各组件的一个光学门处于开启位置上，以从已扩散信号组中选择出32个信号组，其中，某些可能相似，
——分离级40，所述分离级包括32个环形波导光栅式波长多路分离器401至432——所述多路分离器各有8个输入口、8个输出口，以从32组已选择信号的每一组中分离出8个信号，
——第二选择级50，所述级包括32个基于‘SOA’的8个光学门形成的组件501至532，发生器运转时，各组件的光学门处于开启位置上，以从已分离的32个输出信号中选择。
32个输出信号中的每一个信号都可通过一光学耦合级60传输到一输出口(PSi)1≤i≤32处，所述耦合级60包括各有8个输入口和1个输出口的32个耦合器601至632。
所述基于‘SOA’的至少局部扩散转换器为快速型：它可获得约10毫微秒的可调谐时间。
例如，在一定时间上，4个不同输出口选择的波长为λ1，λ2及λ32。所述选择部分地如图2所示，扩散的信号组波长为λ1，λ2，选择的已扩散信号组波长为λ32。
图3简单示出一数据传输系统2的结构，所述传输系统包括一根据本发明第二实施例的数据载波信号发生器G2。
所述发生器G2提供32个信号序列，各信号序列均由4个不同的数据载波、但载波波长相同的信号构成。
4个各有32个输入口和输出口的环形波导光栅式波长多路分离器201至204，各从32个信号序列中接收到32个信号，并通过将其传输到和数据终端接收器(Ri)1≤i≤128相连的不同输出口分离这些信号。因此，第i个调制器Modi与第i个接收器Ri相连，如下所示：
——第一个调制器Mod1通过第一多路分离器201与第1接收器R1相连，
——第二个调制器Mod2通过第二多路分离器202与第2接收器R2相连，
——第三个调制器Mod3通过第三多路分离器203与第3接收器R3相连，
——第四个调制器Mod4通过第四多路分离器204与第4接收器R4相连，
——第五个调制器Mod5通过第一多路分离器201与第5接收器R5相连，如此类推。
传输系统2的传输能力为40×32Gbit/s，即1.28Tbit/s。
发生器G2有不同恒定波长(λi)1≤i≤32的激光源(Ei)1≤i≤32。对应的载波频率(fi)1≤i≤32递减，并有规律地分布在例如间距为100千兆赫的频率梳上。发生器还包括一光学扩散转换器1000，所述转换器的各输入口(PEi)1≤i≤32和相同标号的激光源(Ei)1≤i≤32相连，其32个输出口(PSi)1≤i≤32和相同标号的32个光学信号分配器301至332相连，所述分配器各有1个输入口、4个输出口。
转换器的输出口通向32个各由4个光电调制器(Modi)1≤i≤128构成的组件，所述调制器例如为10Gbit/s的铌酸锂Mach-Zehnder型调制器，并与4个波导光栅式波长多路分离器201至204相连。
转换器1000的功能与参照图2所描述的转换器的功能相同。
图4简单示出一数据传输系统3的结构，所述传输系统包括一根据本发明第三实施例的数据载波信号发生器G3。
所述发生器G3提供256个数据载波光学信号，所述信号经32个由32个光学放大器构成的组件701至732放大后，射入32个各有32个输入口和32个输出口的环形波导光栅式波长多路分离器201至232中，以分离开已入射的信号。数据载波光学信号再传输到数据终端接收器(Ri)1≤i≤256。
传输系统3的传输能力为10×256Gbit/s，即2.56Tbit/s。
发生器G3包括有8个所谓第一类发生器(Gei)1≤i≤8，所述发生器与参照图1所描述的发生器相同，其中，M＝N＝32。因此，激光源(Ei)1≤i≤256——所述激光源产生32个不同的恒定载波波长(λi)1≤i≤32，所述载波波长的相应载频(fi)1≤i≤32有规律地分布在例如为100千兆赫的频率梳上——，分别与一相应的光学扩散转换器101至132相连。各光学扩散转换器101至132包括若干输入口(PEi)1≤i≤32，及若干输出口(PSi)1≤i≤32，所述输出口与光电调制器(Modi)1≤i≤256相连，所述调制器例如为10Gbit/s的铌酸锂Mach-Zehnder型调制器。
发生器G3还包括光学转换器601至632，所述各转换器有8个输入口和8个输出口，所述各输入口分别与各第一类发生器(Gei)1≤i≤8的相应调制器相连，所述各输出口分别与相应组件的8个放大器相连。
图5简单示出根据本发明第四实施例的数据载波信号发生器G4，所述发生器包括一例如限制在两接收器上的局部扩散转换器。所述发生器可用来在两光纤中传输信号。这样，由于各光纤上不能多次使用同一波长，所以向两个接收器扩散足够了。
发生器G4包括恒定载波波长为i(1≤i≤N/2)的激光源L1至LN/2。发生器G4还包括一局部扩散型光学转换器102，所述转换器的各输入口与相同标号的激光源相连，各输出口与相同标号的光电调制器(Modi)1≤i≤M相连，所述调制器例如为10Gbit/s的锂铌酸盐型Mach-Zehnder调制器。转换器102可把来自任何输入口的光学信号向任何两输出口扩散，以减少必需的载波波长数量。
转换器102包括：
——N/2个扩散器C1，C2，……，CN/2，所述扩散器各有一个输入口和两个输出口，所述输入口分别构成转换器102的输入口；
——一非扩散型空间转换器500，所述转换器有N个输入口及M个输出口，所述输入口分别与扩散器C1，C2，……，CN/2的输出口相连，所述输出口构成转换器102的输出口；所述转换器500包括：
——第一级，所述第一级由N个非扩散型空间转换器A1，A2……，AN构成，所述各转换器分别有一个输入口和M个输出口，所述输入口分别构成转换器500的输入口；
——第二级，所述第二级由M个空间转换器B1，B2，……，BM构成，所述各转换器分别有N个输入口及唯一一输出口，所述输入口分别与转换器A1，A2……，AN的一输出口相连，所述输出口分别与转换器500的一输出口相连。
有两输出口的扩散器C1，C2，……，CN/2与非扩散型空间转换器500相连接，可实施一局部扩散型转换器102，所述转换器的扩散局限于两接收站。例如，分别在调制器Mod1、ModM的输出口上产生波长为λ1的两已调制信号。激光源L1持续产生波长为λ1的载波。扩散器C1把所述载波分离成波长为λ1的两个载波，所述两个载波分别作用在转换器A1、A2上，且独立于波长为λ2，……，λN/2的其它载波。例如，控制转换器A1，可把一载波输送到转换器B1里，再传输到调制器Mod1中；控制转换器A2，则把另一载波输送到转换器BM中，再传输到调制器ModM里。
当然，本发明并不局限于如上所述的各实施例中。例如，多个激光源可用一安装在一多路分离器前面、能同时发射出几个波长的激光器来代替。
尤其可采用涉及到光学门、转换器和放大器的其它技术。
最后，本发明中的任何装置均可用用等效装置代替，而并未超过本发明的范围。

Claims (11)

1.至少M个数据载波光学信号及可选择载波波长发生器(G1，G2，G3，G4，Gei)，M为大于1的一整数，所述发生器包括N个彼此不同的恒定波长激光源(Si；L1，……，LN/2)，N为大于1的一整数，及一光电调制器(Mod1)，所述调制器可形成所述M个数据载波光学信号中的一个；
其特征在于它包括：
——其它M-1个光电调制器(Mod2至ModM)，所述各调制器可形成其它M-1个数据载波光学信号中的一个，
——一至少局部扩散型光学转换器(100，1000，101至132)，所述转换器有N个输入口(PEi)和M个输出口(PSi)，所述N个输入口和N个激光源相连，所述M个输出口与M个调制器相连，光学转换器可向多个调制器(Mod2至ModM)传输在激光源所提供的信号中选择出的同一信号，以形成多个信号。
2.根据权利要求1所述的至少M个光学信号发生器(G4)，其特征在于，至少局部扩散型转换器(102)包括一扩散级(C1，……，CN/2)，以向多个接收站扩散出由激光源提供的各信号，所述信号独立于其它信号，所述扩散级后是包括一非扩散型空间转换器(500)的选择级。
3.根据权利要求1所述的至少M个光学信号发生器(G4)，其特征在于，至少局部扩散型光学转换器(100，1000，101至132)包括：
——一扩散级(20)，所述扩散级从由N个激光源所提供的N个信号中提供K个信号组，各信号组包括M个相同信号，所述信号由N/K个不同载波波长的信号的光谱多路传输构成，K为N的整数因子；
——及光谱转换选择装置(30，40，50)。
4.根据权利要求3所述的至少M个光学信号发生器(G1)，其特征在于，至少局部扩散型光学转换器(100)的光谱转换选择装置(30，40，50)包括：
——一第一选择级(30)，所述级可从M×K个已扩散信号组中选择出M组，
——一分离级(40)，所述级可从已选择的M组中分离出N/K个信号，
——一第二选择级(50)，所述级可接收已分离信号，选择出所述M个输出信号。
5.根据权利要求4所述的至少M个光学信号发生器(G1)，其特征在于，第一选择级(30)可包括M个由K个光学门构成的组件(301至332)，发生器运转时，各组件的一个光学门处于开启位置，其特征还在于，第二选择级(50)包括M个由N/K个光学门构成的组件(501至532)，发生器运转时，各组件的一个光学门处于开启位置上。
6.根据权利要求4所述的至少M个光学信号发生器(G1i)，其特征在于，分离级(40)包括M个环形波导光栅式波长多路分离器(401至432)。
7.根据权利要求1所述的至少M个光学信号发生器(G2)，其特征在于，它包括(P-1)×M个其它光电调制器(Modi)，P为大于1的一整数，调制器通过由P个调制器构成的组件连接到光学转换器(100，1000，101至132)的相应输出口(PSi)，可形成M×P个数据载波光学信号及可选择载波波长。
8.根据权利要求1所述的至少M个数据载波光学信号及可选择载波波长发生器(G3)，其特征在于，它包括C个至少M个信号发生器，C为大于1的一整数，其特征还在于，它包括M个光学转换器(601至632)，所述转换器各有C个输入口和C个输出口，分别连接着所述各发生器的相应调制器(Modi)。
9.根据权利要求1所述的至少M个光学信号发生器(G1，G2，G3，Gei)，其特征在于，各调制器(Modi)可为铌酸锂Mach-Zehnder型调制器、电吸收调制器或任何光学变频器。
10.根据权利要求1至9其中之一所述的数据传输系统(1，2，3)包括一发生器(G1，G2，G3，Gei)。
11.根据权利要求10所述的数据传输系统(1，2，3)，其特征在于，它包括至少一个波导光栅式波长多路分离器(200，201至232)，多路分离器可把来自所述发生器(G1，G2，G3)的信号分离开。
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