CN1651946A - 光通信系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过使用正交模光作为光源来消除关于偏振程度的光调制器的相关性的技术，其中所述正交模光是偏振方向彼此垂直的两束光的混合。本发明的光通信系统包括：第一光发生器和第二光发生器，分别用于产生第一单模光和第二单模光，其中，第一单模光和第二单模光彼此正交且无干涉，并且具有相同的波长；混合装置，用于混合第一单模光和第二单模光，以输出正交模光；以及光调制器，用于在通过光纤接收正交模光之后放大和调制正交模光，以便产生恒定放大的光信号，而不管正交模光的偏转程度。

Description

光通信系统及其方法

技术领域

本发明一般涉及一种使用具有偏振相关性的光调制器的光通信系统，更具体地说，涉及一种通过混合其偏振方向互相垂直的两束光及使用这两束光作为光源来除去具有偏振相关性的光调制器的调制信号的非均匀放大因子的技术。

背景技术

图1是示出了使用具有偏振相关性的光调制器的传统光通信系统的模拟图。由于反射式半导体光放大器有效地应用在波分复用无源光网络中(在下文中称为“WDM-PON”)，其示例如N.Buldawwo、S.Mottet、F.le Gall、D.Siggogne、D.Meichenin和S.Chelle在EuropeanConference on Optical Communication(欧洲光通信会议)中所写的“Semiconductor Laser Amplifier-Reflector for the Future FTTHApplications(用于未来FTTH应用的半导体激光放大器-反射器)”(第2卷第196页)所公开，其中反射式半导体光放大器用作具有偏振相关性的光调制器。

一般而言，光通信系统包括光源100、光循环器200、反射式半导体光放大器300和光电二极管400。

光源100中的光发生器110输出具有预定光强的连续波(在下文中缩写为“CW”)激光λ_s，且光发生器110的代表性示例是分布式反馈激光二极管(在下文中称为“DFB-LD”)。来自光发生器110的激光λ_s被通过光循环器投射入反射式半导体光放大器300。然后，反射式半导体光放大器300接收激光λ_s，以产生与投射的激光λ_s具有相同波长的经调制的光信号λ_m。半导体光放大器300所调制的光信号λ_m被通过光循环器200输入光电二极管400，然后转换为电信号。

图2是示出了图1的反射式半导体光放大器300的工作原理的视图。通过光波导310输入的所投射的光λ_s被发送入有源层波导320，在高反射率涂覆膜330中反射，且再次输出至光波导310。在此，当投射的光λ_s被沿着有源波导330处理时，投射的光λ_s被根据输入的信号电流而放大。由于反射的输出光拷贝信号电流，所以反射式半导体光放大器300将光λ_s转换为具有与光λ_s相同的波长的上游光信号λ_m。

参考图3，有源层波导320具有量子阱结构，其由具有几十Ω的大能量带隙和小能量带隙的交替淀积的材料形成。在这种情况中，动量空间中存在的状态是二维分布的，且取决于能量级的状态是密集分布在特定的能量级中，以增大光电转换效率。但是，由于量子阱层具有水平的结构，其与竖直结构不同，受激电子的动量方向的分别是定向的。根据其偏振方向，投射入具有量子阱结构的半导体光放大器的光具有不同的光电转换效率。即，一般而言，具有量子阱的半导体光放大器的光放大增益很大程度上依赖于所投射的光的偏振方向。

例如，如图4所示，当所投射的光为竖直偏振时，光放大增益是20dB，而当所投射的光为水平偏振时，光放大增益是10dB。

同时，通过复制光子而从光发生器110产生的激光λ_s具有偏振，因为在上述的光产生过程中，偏振特征也被复制。结果，当具有偏振的单模激光用在光通信网络中时，由于光纤的失真，其偏振方向能够被偏振。但是，当偏振的激光被输入且在具有光放大增益的大偏振相关性的反射式光放大器300中被调制时，经调制的光信号具有如上所述的光放大增益差，其致使光传输系统的不稳定性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种光通信系统，即使在反射式光放大器具有大偏振相关性，这种光通信系统也能够消除由于偏振相关性而导致的光传输的不稳定性。

根据本发明的一个方面，提供了一种光通信系统，包括：第一光发生器和第二光发生器，分别用于产生第一单模光和第二单模光，其中，第一单模光和第二单模光彼此正交且无干涉和具有相同的波长；混合装置，用于混合第一单模光和第二单模光，以输出正交模光(orthogonal mode light)；以及光调制器，用于在通过光纤接收正交模光之后放大和调制正交模光，以便产生恒定放大的光信号，而不管正交模光的偏转程度。

根据本发明的另一方面，提供了一种光通信方法，包括：第一步骤，产生第一单模光和第二单模光，其中，第一单模光和第二单模光彼此正交且无干涉和具有相同的波长；第二步骤，混合第一单模光和第二单模光，以产生正交模光；以及第三步骤，通过光纤接收正交模光，且放大和调制接收的正交模光，以产生恒定放大的光信号，而不管正交模光的偏转程度。

附图说明

通过下面详细的描述和参考附图，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。在附图中：

图1是示出了使用反射式半导体光放大器的传统光传输系统的模拟图；

图2是示出了图1的反射式半导体光放大器的工作原理的视图；

图3是示出了图1的反射式半导体光放大器中的具有量子阱结构的有源层波导的视图；

图4是示出了当具有不同偏振方向的两束单模光被投射入图1的反射式半导体光放大器时的光功率放大增益的视图；

图5是示出了根据本发明的第一实施例的光通信系统的视图；

图6是示出了在水平和竖直方向上偏转θ弧度的正交模光的视图；

图7是示出了第一实施例被应用在WDM-PON中的示例的视图；以及

图8是示出了根据本发明的第二实施例的光通信系统的视图。

具体实施方式

现在参考附图对本发明进行详细的描述。在此，相同的参考标号和箭头在所有附图下面的描述中使用，以表示图1至4所示的相同部分。

图5是示出了根据本发明的第一实施例的光通信系统的视图。图5的光通信系统是通过改进图1的普通光通信系统中的光源100的结构而获得的示例。在下文中，略去对普通光通信系统中的诸如光循环器200、反射式半导体光放大器300和光电二极管400的元件的详细描述。

在第一实施例中，光源100包括光发生器111和112以及3dB耦合器120。第一光发生器111通过上述的光子复制处理产生在竖直方向上偏振的第一单模激光λ_v，s。通过相同的方式，第二光发生器112产生在水平方向上偏振的第二单模激光λ_h，s。在此，两束激光λ_v，s和λ_h，s彼此正交且无干涉和具有相同的波长。正交的激光λ_v，s和λ_h，s被发送入两个输入终端121和122，然后分支进入3dB耦合器120中的两个输出终端123和124，所以激光λ_v，s和λ_h，s分别具有半功率。从耦合器120的输出终端123输出的第一单模激光λ_v，s和第二单模激光λ_h，s被混合，同时它们彼此没有干涉，从而产生正交模激光λ_v+h，s。

用于正交模上游信号的光能够确保信号的稳定性，即使在光被具有偏振相关性的反射式半导体光放大器调制和放大的时候。更具体地说，正交模激光λ_v+h，s被发送入光循环器200的第一端口210。然后，正交模激光λ_v+h，s被输出至第二端口202，并且通过光纤发送入反射式半导体光放大器。在此，根据上述的光纤的状态，通过光纤发送的正交模激光λ_v+h，s被偏转θ弧度，如图6所示。偏转的正交模激光λ_v+h，s被发送入反射式半导体光放大器300，以被调制。但是，即使在产生通过具有偏振相关性的反射式半导体光放大器而调制的光信号时，也没有产生现有技术中的非均匀的光放大增益。

具体的理由将参考图6和7进行说明。首先，假定图5的半导体光放大器300具有图4的特征，单模激光λ_v，s和λ_h，s的功率为P，光纤损耗为LdB，且光纤不具有偏振相关性。如果保持用于上游信号的正交模激光λ_v+h，s的偏振方向，则在竖直和水平方向中偏振的光被投射入光放大器300的功率为P/2·10^-L/10，且其电磁强度为(P/2·10^-L/10)^1/2。在此，竖直偏振的光功率增益为20dB，且电磁波的强度增益为10dB。因此，用于上游信号的正交模激光λ_v+h，s的竖直分量在光放大器300中调制的光波的强度为(P/2·10^-L/10)^1/2·10^10/10，其通过光功率降低，以获得P/2·10^-L/10·10^20/10。水平偏振的光功率增益为10dB，且电磁波的强度增益为5dB。用于上游信号的正交模激光λ_v+h，s的水平分量在光放大器300中调制的光功率为P/2·10^-L/10·10^10/1。结果，将经调制的光信号的竖直分量和水平分量的光功率相加是P/2·10^-L/10·(10^10/10+10^20/10)＝P/2·10^-L/10·110。

如果用于上游信号的正交模激光λ_v+h，s的偏振方向被偏转θ弧度，如图6所示，直到其到达反射式半导体光放大器300为止，则能够如下所述获得经调制的光信号的光功率。由于没有偏转的所投射的光λ_v+h，s的竖直分量的电磁强度为(P/2·10^-L/10)^1/2，所以图6中的所投射的光的竖直分量λ_v，s的电磁强度为(P/2·10^-L/10)^1/2·cosθ，且水平分量的电磁强度为(P/2·10^-L/10)^1/2·sinθ。通过相同的方式，图6中的所投射的光的水平分量λ_h，s的电磁强度为(P/2·10^-L/10)^1/2·cosθ，且水平分量的电磁强度为(P/2·10^-L/10)^1/2·sinθ。同时，由于竖直分量的光功率增益为20dB，且水平分量的光功率增益为10dB，所以图6中的所投射的光λ_v+h，s的整个竖直分量的放大的光功率为P/2·10^-L/10·(sin²θ+cos²θ)·10^20/10＝P/2·10^-L/10·10^20/10，且图6中的所投射的光λ_v+h，s的整个水平分量的放大的光功率为P/2·10^-L/10·(sin²θ+cos²θ)·10^20/10＝P/2·10^-L/10·10^10/10。结果，即使在所投射的光被偏转随机的角度，经调制的光信号也具有预定光功率并投射入光放大器。换言之，不管偏振方向，即使在使用具有大偏振相关性的反射式半导体光放大器的时候，光传输系统也具体预定光功率增益。

图7是示出了第一实施例被应用在WDM-PON中的示例的视图。彼此正交且具有相同波长的两束单模激光被分别输入3dB耦合器的两个输入终端，且混合为具有半功率的正交模激光，然后输出到3dB耦合器的两个输出终端。被用作用于上游信号的光的正交模激光被通过两个WDM 510和520进行波分复用，然后发送入用户台。即，从光源100产生的正交模激光λ_i，v+h，s与为其它用户而产生的具有不同波长的光在WDM 500中被波分复用。其后，经波分复用的光∑λ_i，v+h，s被1×n分光器分束。用于上游信号的分束的光∑λ_i，v+h，s被发送入基站中的多个光线路终端(在下文中称为“OLT”)的第j光线路终端。然后，用于上游信号的分束的光∑λ_i，v+h，s被通过光循环器200中的第一端口201和第二端口202发送入用户侧的WDM 530，使得光可以在每个用户中分开，并且发送入第i用户的光网络单元(在下文中称为“ONU”)700。用于上游信号的光∑λ_i，v+h，s被投射入ONU 700中的反射式半导体光放大器300。从反射式半导体光放大器300产生的上游光信号λ_i，v+h，m被通过光纤发送入WDM 530，其中用于上游信号的光λ_i，v+h，s被发送出，通过WDM 530与其它用户的上游光信号进行波分复用，然后发送入基站的OLT 800。波分复用的上游光信号∑λ_i，s+h，m被投射入OLT 800中的光循环器200的第二端口202，然后输出入第三端口203。在输出的上游光信号∑λ_i，v+h，m在WDM 540中在每个用户中分束之后，光信号∑λ_i，v+h，m被发送入光电二极管400且转换为电信号。

图8是示出了根据本发明的第二实施例的光通信系统的视图。光源100也包括与第一实施例相同的光发生器111和112，且产生彼此正交的单模激光。单模激光λ_v，s和λ_h，s被输入偏振分束器(在下文中称为“PBS”)130的输出终端141和142，且输出至PBS 130的输入终端。与第一实施例不同，光λ_v+h，s通过混合具有初始光功率的光λ_v，s和λ_h，s而获得。其后，在第二实施例中重复与第一实施例相同的处理，其中光λ_v+h，s被输出至光循环器200，在光放大器中调制，然后在光电二极管中转换为电信号。第二实施例可以在与第一实施例相同的诸如WDM-PON的光通信网络中使用。

如上所述，在根据本发明的实施例的光传输系统及其方法中，即使在使用如光传输网络中的反射式半导体光放大器的具有偏振相关性的光调制器的时候，也能够获得恒定放大的光信号，而不管输入光调制器中的光的偏转，其导致了稳定的光传输。

虽然本发明可以进行各种修改和替换，但是具体实施例已通过附图中的示例示出且在文件中详细描述。但是，应当理解，本发明并不限于所公开的特定形式。反之，本发明覆盖所有在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的所有修改、等同及替换。

Claims (6)

1.一种光通信系统，包括：

第一光发生器和第二光发生器，分别用于产生第一单模光和第二单模光，其中，第一单模光和第二单模光彼此正交且无干涉，并且具有相同的波长；

混合装置，用于混合第一单模光和第二单模光，以输出正交模光；以及

光调制器，用于在通过光纤接收正交模光之后放大和调制正交模光，以便产生恒定放大的光信号，而不管正交模光的偏转程度。

2.如权利要求1所述的光通信系统，其中所述混合装置是3dB耦合器。

3.如权利要求1所述的光通信系统，其中所述混合装置是偏振分束器。

4.一种光通信方法，包括：

第一步骤，产生第一单模光和第二单模光，其中，第一单模光和第二单模光彼此正交且无干涉，并且具有相同的波长；

第二步骤，混合第一单模光和第二单模光，以产生正交模光；以及

第三步骤，通过光纤接收正交模光，且放大和调制接收的正交模光，以产生恒定放大的光信号，而不管正交模光的偏转程度。

5.如权利要求4所述的光通信方法，其中第二步骤通过3dB耦合器执行。

6.如权利要求4所述的光通信方法，其中所述第二步骤通过使用偏振分束器执行。

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