CN1859044A - 多码型可调光发射机 - Google Patents

Abstract

一种多码型可调光发射机，属于光通信技术领域。本发明包括：一个数据源、一个激光器、一个双路Mach－Zehnder调制器、两个RF驱动放大器、一个电可调延迟线、一个控制模块。数据源产生的数据信号经RF驱动放大器放大后接入双路Mach－Zehnder调制器的一个RF输入端口，数据源产生的时钟信号经另一个RF驱动放大器放大后接入可调延迟线，其输出接入双路Mach－Zehnder调制器的另一个RF输入端口，控制模块的输出与电可调延迟线的控制端口相连，激光器的输出与双路Mach－Zehnder调制器的光输入端口相连。本发明还可以在数据源与两个RF驱动放大器之间设置电耦合器。本发明可以方便地在各种码型之间切换，可以满足不同传输系统的性能要求，同时能够降低系统成本。

Description

多码型可调光发射机

技术领域

本发明涉及一种光通信技术领域的装置，具体是一种多码型可调光发射机，适用于高速光纤通信系统和网络。

技术背景

发射机是高速光通信系统的重要部件之一，在高速率下(10Gb/s和40Gb/s)，发射机输出信号的码型特性对传输性能有着重要影响。例如，双二进制码(duobinary)具有很好的抗色散性能，能够在不使用色散补偿的情况下支持120km以上的单模光纤传输；极性交替反转归零码(RZ-AMI)由于相位交替，具有良好的抗非线性传输损伤性能，在高速系统中具有应用前景；Manchester码易于时钟恢复，适用于光分组交换网中的突发式接收。然而，传统的光发射机都是针对某一种特定码型设计的，如果需要产生其它调制码型，必须重新修改发射机的设计。因此，传统的光发射机缺乏灵活性，不能根据应用场合及环境的不同及时调整发射码型，以优化传输性能。

在已经公开的文献中，虽然有对Duobinary、RZ-AMI、极性交替反转归零码(RZ-AMI)等单一码型调制方法的论述，但尚未见到能够同时产生这三种或其中两种码型的设计方案。通过对专利文献的检索发现，在美国专利“Tunableduobinary transmitter(可调双二进制码发射机，申请号：US20050265474A1)”中，提出了Duobinary发射机的一种实现方案。在这种技术中，NRZ信号在分路延迟后与自身相加，形成三电平信号，然后再用形成的三电平信号驱动调制器，产生duobinary调制。在这种方法中，主要的编码过程是在射频(RF)域完成的。在日本专利“AMI signal transmitter-receiver(极性交替反转码发射/接收机，申请号：JP2033232A)中，提出了一种产生RZ-AMI信号的发射机，在这种技术中，首先通过在RF域的信号处理形成三电平归零信号，然后再用这种信号直接驱动激光器，形成RZ-AMI调制。这种方法的缺点是RF域的处理复杂；由于采用内调制，容易形成啁啾，且调制速率受到限制。在世界知识产权组织专利“Mach-Zehnder electro-optical modulator configured to performXOR operation(用于异或运算的马赫曾德调制器，申请号：WO2004111718A1)”中，提出了一种产生Manchester码的调制方法。在这种技术中，使用了一个双臂Mach-Zehnder，其中一个臂输入为NRZ数据信号，另一个臂输入为时钟信号，通过调制器后生成Manchester码。由于两臂的驱动信号不对称，这种方法很容易形成啁啾。

根据现有技术，光发射机都是针对某一种固定码型设计的，无法实现在不同调制码型之间的切换，缺乏必要的灵活性，不能动态满足不同高速传输系统对性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对高速光通信系统，提出一种多码型可调光发射机。使其可以通过改变驱动信号及调制器的直流偏置，实现在多种码型间的切换，使之满足不同的传输系统对发射端码型的要求，以优化系统性能。此发射机适用于下一代超高速光纤通信系统。

本发明提出的多码型可调光发射机中，使用了一个双路Mach-Zehnder调制器。在这种调制器中又包括了两个平行的Mach-Zehnder调制器，且两个平行的调制器之间相互独立，其物理特性相同，可以通过调整其中的相位控制端口改变两路光信号间的相位差。这种双路调制器可以由分立的两个Mach-Zehnder调制器组成，也可以通过集成实现。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：一个激光器用于提供光源，一个数据源用于提供数据及时钟信号，两个射频(RF)驱动放大器用于放大驱动信号，一个电可调延迟线用于调整两路驱动信号间的相对延迟，一个控制模块用于调整可调延迟线的延迟量，一个双路Mach-Zehender调制器用于信号调制。

用于产生曼彻斯特码(Manchester)时，各器件间的连接关系如下：数据源产生的数据信号经RF驱动放大器放大后接入双路Mach-Zehnder调制器的一个RF输入端口，数据源产生的时钟信号经另一个RF驱动放大器放大后接入可调延迟线，其输出接入双路Mach-Zehnder调制器的另一个RF输入端口。控制模块的输出与电可调延迟线的控制端口相连。激光器的输出与双路Mach-Zehnder调制器的光输入端口相连。

用于产生双二进制码(Duobinary)及极性交替反转归零码(RZ-AMI)时，本发明还包括一个电耦合器用于将数据信号分路，各器件间的连接关系如下：数据源的输出的数据信号与电耦合器的输入相连。数据信号经电耦合器后分为两路，其中第一路输出与RF驱动放大器的输入端口连接，此RF放大器的输入与双路Mach-Zehnder调制器的一个RF输入端口相连。电耦合器的第二路输出与电可调延迟线相连，电可调延迟线的输出信号连接到另一个RF驱动放大器的输入端口，此RF放大器的输出与双路Mach-Zehnder调制器的另一个RF输入端口相连。控制模块的输出与电可调延迟线的控制端口相连。激光器的输出与双路Mach-Zehnder调制器的光输入端口相连。

双路Mach-Zehnder调制器一共有2个射频输入端口和2个直流偏置端口，及一个相位控制端口；电的耦合器分路比为50∶50。

双路Mach-Zehnder调制器包括两个平行的Mach-Zehnder调制器，其输入和输出光端口并联，且半波电压值相同。

本发明工作时，数据源产生所需速率的信号，为非归零码(NRZ)信号，信号的相位固定不变。数据源产生的信号由电耦合器分成功率相等的两路信号，第一路电信号经RF驱动放大器放大后直接用于调制双路Mach-Zehnder调制器的一路光信号；电耦合器产生的第二路信号先通过可调延迟线，然后再经另一个RF放大器放大，用于调制双路Mach-Zehnder调制器的另一路光信号。电可调延迟线的作用是调整两路驱动信号之间的延迟。调整RF放大器的增益使得两路电信号的电压恰好是Mach-Zehnder调制器的半波电压的两倍。两路Mach-Zehnder调制器都偏置在最低点，调整相位控制端口的直流偏压改变两路光信号间的相位延迟。连续波激光器产生所需载频的激光。根据系统的实际需求，利用控制模块调整可调电延时线的延时以得到不同占空比的双二进制码(Duobianry)和归零的极性交替翻转码(RZ-AMI)。

本发明采用可调延迟线和一个两路Mach-Zehnder调制器实现占空比可调，可以产生Duobianry、RZ-AMI、Manchester等码型，可以根据传输系统的实际情况和要求选用不同码型或不同占空比的码型以优化系统性能，同时降低了发射机的成本。

附图说明

图1为本发明中使用的双路Mach-Zehnder调制器结构示意图；

图2为使用本发射机产生Duobinary和RZ-AMI信号的结构示意图；

图3为产生的Duobianry信号的眼图和光谱；

图4为产生的Duobinary信号经过100km单模光纤传输后(未加色散补偿)的眼图；

图5为产生的RZ-AMI信号的眼图和光谱；

图6为使用本发射机产生Manchester信号结构示意图；

图7为产生的Manchester信号的眼图和光谱；

图8为产生的Manchester信号的比特图形。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

在本实施例中，一种多码型可调光发射机可以双二进制码(Duobianry)、极性交替翻转归零码(RZ-AMI)及曼彻斯特(Manchester)码。

图1是本发明中用到的双路Mach-Zehnder调制器的结构示意图，它包括两个平行的Mach-Zehnder调制器，共有两个射频输入端口A、B，两个直流偏置端口A、B，以及一个相位控制端口。

产生Duobianry及RZ-AMI码的发射机示意图如图2所示，包括激光器1，两个RF驱动放大器2、3，可调延迟线4，控制模块5，一个双路Mach-Zehnder调制器，包括两个射频端口6、8，两个直流偏置端口7、9及一个相位控制端口10；同时，发射装置中还包括一个数据源11，和一个电耦合器12。激光器1用于产生连续光，数据源11用于产生NRZ驱动信号，电耦合器12用于将输入的NRZ信号分成功率相等的两路，驱动放大器2和3用于放大输入的数据信号，使其输出电压峰峰值为Mach-Zehnder调制器的两倍。可调延迟线4用于调整两路数据信号的相对时延，控制模块5用于控制可调延迟线4的延迟量。调制器的射频输入端口6和8用于输入放大后的电驱动信号，其直流偏置端口7和8用于调整两个调制器的偏置点，使之在传输曲线的最小点。相位控制端口10用于改变调制后两路光信号的相对相位差。通过控制模块5调整可调延迟线4的延迟量，使之刚好为一个比特周期(例如若采用10Gb/s的信号，延迟量为100ps)，同时调整相位控制端口10，使两路光信号的相位一致，这时输出的即为Duobinary信号。图3中给出了生成的Duobinary信号的眼图和光谱；同时，图4中给出了生成的Duobinary信号经过100km单模光纤传输后(未加色散补偿)的眼图。可以看到，虽然未加色散补偿，但是信号经过传输后仍然保持了较好的睁眼度，显示了Duobinary信号良好的抗色散能力。

使用与图2相同的装置，调节相位控制端口10，使两路光信号的相位相差为，此时可以生成RZ-AMI信号；同时调整可调延迟线4的延迟量，使之小于一个比特，可以产生不同占空比的RZ-AMI信号。图5中给出了产生的RZ-AMI信号的光谱和眼图。

根据图2的光发射机装置稍做调整，如图6所示，数据源11产生的NRZ信号经RF驱动放大器3放大后接入Mach-Zehnder调制器的RF输入端口8，数据源11产生的时钟信号经RF驱动放大器2放大后接入可调延迟线4，其输出接入另一个Mach-Zehnder调制器的RF输入端口6；调制器的直流偏置端口7和9偏置在最低点。调整可调延迟线4的延迟量，使得时钟信号的上升沿与NRZ信号的上升沿对齐，同时调整相位控制端口10的偏置电压，使得两路光信号的相位相差为0或。这样，输出的信号为Manchester信号。

两个射频(RF)驱动放大器3输出的电压峰峰值为调制器半波电压的两倍。

图7中给出了生成的Manchester信号的眼图和光谱，图8中给出了生成的Manchester信号的波形，其对应的二进制NRZ比特为“10101100”。可以看到，生成的Manchester信号为“01 10 01 10 01 01 10 10”，与二NRZ的比特图形相对应。

本发明使用双路Mach-Zehnder调制器，可以产生双二进制码(Duobinary)、极性交替翻转归零码(RZ-AMI)、及曼彻斯特(Manchester)码等多种码型，同时可以根据需要在各种码型之间切换；码型的选择可以十分简单的实现。利用各种不同码型的优势和特点，可以满足高速光通信系统中不同传输系统的性能要求。

Claims (9)

1、一种多码型可调光发射机，包括：一个数据源、一个激光器、一个双路Mach-Zehnder调制器、两个RF驱动放大器、一个电可调延迟线、一个控制模块，其特征在于，数据源产生的数据信号经RF驱动放大器放大后接入双路Mach-Zehnder调制器的一个RF输入端口，数据源产生的时钟信号经另一个RF驱动放大器放大后接入可调延迟线，其输出接入双路Mach-Zehnder调制器的另一个RF输入端口，控制模块的输出与电可调延迟线的控制端口相连，激光器的输出与双路Mach-Zehnder调制器的光输入端口相连。

2、根据权利要求1所述的多码型可调光发射机，其特征是，在数据源与两个RF驱动放大器之间设置电耦合器，数据源的输出与电耦合器的输入相连，数据信号经电耦合器后分为两路，其中第一路输出与RF驱动放大器的输入端口连接，此RF放大器的输入与双路Mach-Zehnder调制器的一个RF输入端口相连，电耦合器的第二路输出与电可调延迟线相连，电可调延迟线的输出信号连接到另一个RF驱动放大器的输入端口，此RF放大器的输出与双路Mach-Zehnder调制器的另一个RF输入端口相连，控制模块的输出与电可调延迟线的控制端口相连，激光器的输出与双路Mach-Zehnder调制器的光输入端口相连。

3、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，双路Mach-Zehnder调制器包括两个平行的Mach-Zehnder调制器，其输入和输出光端口并联，且半波电压值相同。

4、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，双路Mach-Zehnder调制器一共有2个射频输入端口和2个直流偏置端口，及一个相位调整端口。

5、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，电耦合器分路比为50∶50。

6、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，两个RF驱动放大器输出的电压峰峰值为调制器半波电压的两倍。

7、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，可调延迟线的延迟量小于或者等于1比特。

8、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，通过调节可调延迟线的延迟量改变产生的双二进制码及极性交替翻转归零码的占空比。

9、根据权利要求1或者2所述的多码型可调光发射机，其特征是，产生多码型调制时，双路Mach-Zehnder调制器的直流偏置都在传输曲线的最低点。

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