CN1918827A - 全光波长转换器电路 - Google Patents

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Abstract

一种将光信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长的方法和装置。该方法在全光波长转换器电路(200)中实施，该全光波长转换器电路(200)包括激光二极管(115)，该激光二极管与偏振控制器(210)相联。具有第一波长的信息承载信号被输入到电路(605)。偏振控制器(210)调整(620)信息承载信号的偏振。激光二极管(115)接收(625)经过偏振调整的信息承载信号，并且通过将经过偏振调整的信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长，来生成(630)转换的信息承载信号。

Description

全光波长转换器电路
技术领域
本发明通常涉及将传入的信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长的光电路。
发明背景
光通信系统使用点对点结构提供了显著的通信容量，借此一个发射机通过单一光纤被直接连接到远程接收机。一种普遍认同的用于进一步扩展这种通信容量的方法是使用波分复用(“WDM”)系统来实现。在WDM系统中，组合具有不同波长(色彩)的源，并且通过单一光纤发射该具有不同波长(色彩)的源，这些不同波长用于携带它们自身的信息。因此，使用16个不同波长信道的WDM系统可以使光纤容量增加16倍。
由于光系统的逐渐发展，且成为具有更复杂的拓扑结构(例如，环形、星形等)的光网络，因此就需要寻找管理具有不同波长的不同信道的方法。在动态和标准的WDM网络中使用波长转换器，用于将信息从一个波长的载波光变换为另一个波长的载波。这种波长转换器通过路由选择和重新配置其中的信道，给网络增加了灵活性。
某些当前的波长转换器，也被称为光转发器(optical transponder)，它们通过将光信号转换为电信号，来处理第一波长的传入光信号。然后，电信号被再生回到不同波长的光域(即，光—电—光，或OEO)。这个过程很昂贵、复杂，并且由于该过程被局限于以特定的数据速率操作，因此它具有有限的应用。
其它已知的波长转换器执行全光方法，该全光方法使用诸如四波混频(“FWM”)、交叉相位调制、交叉增益调制(“XGM”)等技术。这些技术需要复杂的电路，并且效率低，因此会导致高的转换损耗。例如，使用XGM的已知波长转换器通常需要半导体光放大器(“SOA”)和激光器，其中半导体光放大器充当混频器，激光器用作振荡器。这种系统趋向于复杂和费用昂贵。
发明内容
简要地叙述，根据本发明的第一个方面，一种方法使用光电路将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长。所述光电路具有输入端口、输出端口和偏振控制器，该偏振控制器与激光二极管相联(incommunication with)。所述方法包括：将具有第一波长的信息承载信号输入到所述输入端口中。所述偏振控制器接收所述信息承载信号，并且调整所述信息承载信号的偏振。所述激光二极管接收来自所述偏振控制器的经过偏振调整的信息承载信号，并通过将所述经过偏振调整的信息承载信号的信息从所述第一波长变换为所述第二波长，来生成转换的信息承载信号。从所述输出端口输出所述转换的信息承载信号。
根据本发明的第二个方面，一种全光波长转换器电路，用于将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长，所述全光波长转换器电路包括：偏振控制器，用于接收具有所述第一波长的信息承载信号，并调整所述信息承载信号的偏振。与所述偏振控制器相联的激光二极管通过将所述经过偏振调整的信息承载信号的信息从所述第一波长变换为所述第二波长，来生成转换的信息承载信号。
根据本发明的第三个方面，一种全光波长转换器电路，用于将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长，所述全光波长转换器电路包括激光二极管，所述激光二极管与所述信息承载信号相联(incommunication with)。所述激光二极管使用交叉增益调制，将所述信息承载信号的信息从所述第一波长变换为所述第二波长。
根据本发明的第四个方面，一种光波长切换装置，包括：输入端，用于接收具有第一波长的至少第一信息承载信号和具有第二波长的第二信息承载信号。所述切换装置包括至少两个全光波长转换器电路。每个波长转换器电路包括激光二极管。所述波长转换器电路中一个波长转换器电路的所述激光二极管与所述第一和所述第二信息承载信号中的一个信息承载信号相联。所述波长转换器电路中所述另一个波长转换器电路的所述激光二极管与所述第一和所述第二二信息承载信号中的所述另一个信息承载信号相联。每个所述波长转换器电路中的所述激光二极管使用交叉增益调制，将所述各自的信息承载信号的信息变换为另一个波长。所述切换装置包括输出端，用于发射所述第一和所述第二信息承载信号，以使所述第一信息承载信号具有所述第二波长，并且所述第二信息承载信号具有所述第一波长。
附图说明
当结合附图进行阅读时，将更好地理解下文本发明优选实施例的详细叙述。为了叙述本发明，在附图中显示了目前优选的实施例。然而，本发明并不局限于所显示的精确配置和手段。附图中：
图1是根据本发明的第一优选实施例的全光波长转换器电路(100)的框图；
图2是根据本发明的第二优选实施例的全光波长转换器电路(200)的框图；
图3是图2的转换器电路(200)的框图，该转换器电路在电路的输入端具有放大器(320)，在电路的输出端具有滤波器(325)；
图4是图2的转换器电路(200)的框图，该转换器电路在电路的输入端具有第一放大器(320)，在电路的输出端具有滤波器(325)和第二放大器(430)；
图5是图2的转换器电路(200)的框图，该转换器电路在电路的输出端具有滤波器(325)和放大器(430)；
图6是显示实施本发明的优选方法的流程图；
图7是根据本发明的第三优选实施例的波长切换装置(700)的框图；
图8是根据本发明的第四优选实施例的波长切换装置(800)的框图。
具体实施方式
参照图1，显示了根据本发明第一优选实施例的全光波长转换器电路，通常用100表示。转换器电路100将传入的信息承载信号的信息从第一波长λA变换为第二波长λB。在下面的叙述中，短语“波长转换”和对它的提及与“将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长”交替使用，并且与它们具有相同含义。
波长转换器电路100包括：激光二极管115，该激光二极管115被用作增益介质，该增益介质在内部产生探头连续波信号λB，而不是如常规波长转换器电路中的接收来自外部源的探头信号。具有第一波长的传入信息承载信号优选地通过路由设备105进行路由，并被耦合到激光二极管115的增益介质。路由设备105可以是光循环器、光定向耦合器、光双工器、光束分离器或本领域通常已知的用于路由光信号的任何其它设备。也可以使用多路复用设备来分离第一波长和第二波长。传入的信息承载信号也可以通过背面(back-facet)耦合和/或通过侧面(side)耦合被直接耦合到激光二极管115。信息承载信号可以是数字信息信号或模拟信息信号的形式。
根据本发明，激光二极管115优选为具有高斜率效率和高阈值电流的非隔离式分布反馈型(“DFB”)激光二极管。使用这种DFB激光器，通过分别提供高的激光纤维耦合和高的激光输出耦合，能够更加易于使传入信号耦合到激光二极管115的增益介质中。激光二极管115优选具有带有WDM频率间隔的边模(side mode)，该WDM频率间隔匹配于国际电信联盟(“ITU”)的栅极沟道间隔(例如50和100GHz)，以便促进更加容易的传入信号耦合。通过调整输入偏置电流Ib和调整激光器的温度，可以调谐激光二极管115。替换地，激光二极管115可以是Fabry-Perot(法布里—珀罗)激光二极管、外腔二极管、脉冲激光二极管、固态二极管(例如微片二极管)或光纤激光器，这些均没有脱离本发明的精神和范围。
与常规的波长转换器电路不同(例如，依靠SOA的那些电路)，根据本发明的信息承载信号的波长转换优选地发生在激光二极管115自身内部。在本发明中，激光二极管115优选地起混频器和振荡器此两者的作用。激光二极管115优选地使用在激光二极管115的增益介质中发生的XGM的增益耗散过程来完成转换。这样，通过使用最小的输入功率将信息从第一波长λA(例如，1550.92nm，ITU栅极沟道33)变换为第二波长λB(例如，1560.61nm，ITU栅极沟道21)，能够使转换效率最大化。波长转换也可以被扩展为在不同的光通信窗口之间，允许在1310和1550nm窗口之间的转换，并且反之亦然。优选地，在光域内完全实现波长转换，而与信息承载信号的数据速率无关。因此，与常规的波长电路相比，波长转换器电路100提供额外的灵活性和成本节约。
参照图2，显示了根据本发明的第二优选实施例的全光波长转换器电路，通常用200表示。在转换器电路200中，与关于转换器电路100论述的那些相似的元件都采用相同的参考数字进行标记。
波长转换器电路200包括偏振控制电路210，该偏振控制电路210接收具有第一波长λA的信息承载信号。偏振控制电路210与激光二极管115相联，以使输入到转换器电路200的信息承载信号在输入到激光二极管115之前，经历偏振过程。由于激光二极管可能对偏振敏感，因此，调整信息承载信号的偏振以使它匹配于激光二极管115的偏振，减少了在转换期间的信号损耗。第一波长的信息承载信号的波长可以被调整为匹配于转换激光器的边模中的一个，从而增加耦合效率和XGM现象，并且因而减少转换损耗。第一波长可以稍微地偏离边模波长，以便考虑到由于XGM引起的任何激光器失调效应。
与转换器电路100类似，激光二极管115通过将经过偏振调整的信息承载信号的第一波长λA改变为第二波长λB，生成转换的信息承载信号。在转换之后，激光二极管115将转换的信息承载信号发射到偏振控制器210，该偏振控制器210调整转换的信息承载信号的偏振。因此，波长转换器电路200允许低成本、商业上可用的现成激光二极管的使用，这些二极管提供最佳的功率转换效率，从而最小化转换损耗。替换地，除了使用偏振控制器210之外，具有对称或准对称的增益介质截面的激光二极管115也适合作为转换介质，并且这种激光二极管115会减轻或避免对偏振控制器的需要，同时仍能使转换损耗最小化。本领域的普通技术人员将认识到，如果在偏振敏感的转换器电路200中没有附加的元件，则在从激光二极管115输出转换的信息承载信号之后，不需要调整该转换的信息承载信号的偏振。也就是，转换的信息承载信号可以在旁路偏振控制器210的情况下，从激光二极管115直接输出到路由路由器105，用于传输到输出端口(例如，参见图6)。
参照图3-5，显示了波长转换器电路200的变形。在图3中，具有第一波长λA的传入信息承载信号在输入到路由设备105之前，优选通过放大器320进行放大。波长转换器电路200可以包括光带通滤波器325，如果需要第一波长λA更高的抑制，则该光带通滤波器325可以选择第二波长λB。滤波器325可以是例如可调谐的光带通滤波器(“TOBPF”)。这样，路由设备105将具有第一波长的信息承载信号引导到偏振控制器210，并将转换的信息承载信号引导到滤波器325。本领域的普通技术人员将认识到，图3的波长转换器电路200可以采用附加的放大器430来实现，以便在输出端口处放大经过滤波的转换信息承载信号(参见图4)。替换地，波长转换器电路200可以在转换之前不放大传入的信息承载信号，同时仍然包括滤波器325和放大器430，用于滤波和放大转换的信息承载信号(参见图5)。如上所述，图3-5中显示的转换器电路200的任何变形可以在旁路偏振控制器210的情况下，将转换的信息承载信号直接耦合到路由路由器105。
关于图1-5论述的波长转换器电路100、200输出带有数据信号的转换的信息承载信号，该数据信号相对于具有第一波长的信息承载信号被翻转(invert)。在某些实例中，接收转换的信息承载信号的设备可能对这种翻转的数据信号敏感。因此，可以背对背地级联(cascade)两个波长转换器100、200(未显示)，从而重新翻转该转换的信息承载信号的数据信号，并且产生第二转换的信息承载信号，该第二转换的信息承载信号具有不同于第一波长的波长，但它保留原始、未翻转的数据信号。
本领域的普通技术人员还将认识到，上述的波长转换器电路100、200可以采用这样的设备或元件来实现，即这些设备或元件被设计为在转换的信息承载信号从激光二极管115输出时，增加该转换的信息承载信号的信噪比。
图6的流程图中显示了根据本发明将信息承载信号的波长转换为另一个波长的优选方法。该方法使用光电路，诸如使用先前参照图1-5论述的任何一种全光波长转换器电路，这些全光波长转换器电路将信息承载信号的波长λA转换为另一个波长λB。图6中的步骤大部分是一目了然的，因此没有提供对每个步骤的详细论述。然而，步骤610、615、620、635、640的所有步骤或一部分步骤是可选的或者是可以改变的，这取决于使用的波长转换器电路100、200的特定配置。也就是，如前面的叙述，波长转换器电路100、200可以包括偏振控制器210、滤波器325和放大器320、430的不同组合。这样，图6的方法可以简单地使用步骤605、625和630来实现(表现为图1的转换器电路100)，这些均没有脱离本发明的精神和范围。
参照图7和8，显示了由根据本发明的波长转换器形成的光交叉连接(“OXC”)设备。图7显示了波长切换装置，通常用700表示，波长切换装置包括两个经过多路复用的具有波长λA和λB的传入信息承载信号。信息承载信号可选地通过光放大器710来放大，并通过光WDM滤波器720来分离。具有初始波长λA的信息承载信号被施加到波长转换器730，以便将该信息变换为具有最终波长λB的信号，该波长转换器730与上述的转换器100、200类似。可以包含光带通滤波器740，以便于在如果需要初始波长λA的更高抑制时，可以选择最终波长λB。类似地，具有初始波长λB的信息承载信号被施加到第二波长转换器730，该第二波长转换器730将该信息变换为具有最终波长λA的信号。还可以包含第二光带通滤波器740，以便于在如果需要初始波长λB的更高抑制时，可以帮助选择最终波长λA。可选地，可以使用WDM滤波器750重新组合这两个最终波长，并通过第二放大器710进行放大。转换的信号经波长切换装置700的输出端口输出。
与波长切换装置700类似，图8显示了根据本发明的另一个实施例，形成波长切换装置800的全光波长转换器的配置。根据来自控制器860的指令，通过可选的光放大器810来放大并通过OXC设备820来分离具有波长λA至λN的N个多路复用传入信息承载信号的集合。OXC设备820确定每个传入的信息承载信号被连接到P1至PN中的哪个端口，并且由此确定将每个传入的信号转换为N个可用波长中的哪个波长。这样，具有初始波长λA的信息承载信号被施加到波长转换器830，以便将该信息变换为在剩余的N个多路复用的波长λB至λN内具有最终波长的信号，该波长转换器830与上述的转换器100、200类似。波长切换装置800还可以包括光带通滤波器840，用于在如果需要初始波长λA的更高抑制时，选择所需的最终波长。正如控制器860所规定的，可以以相同的方式实现对其它初始波长的波长转换。通过使用对波长不敏感的光WDM滤波器850，可选地重新组合最终波长，并通过第二放大器810进行放大。经波长切换装置800的输出端口，输出转换的信号。只要切换装置700、800使用与上述的转换器100、200类似的波长转换器730、830，就可以实现许多不同的切换装置700、800的配置，这些均没有脱离本发明的精神和范围。
本领域的普通技术人员将意识到在不脱离主要的发明概念的情况下，可以对上述的实施例进行修改。因此，应当认识到本发明并不局限于公开的特定实施例，而应当被认为是涵盖在如后附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的修改。

Claims (10)

1.一种使用光电路(100)将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长的方法，所述光电路(100)具有输入端口、输出端口和与激光二极管(115)相联的偏振控制器(210)，所述方法包括：
(a)将具有所述第一波长的信息承载信号输入(605)到所述输入端口中，所述偏振控制器(210)接收(615)所述信息承载信号；
(b)所述偏振控制器(210)调整(620)所述信息承载信号的偏振；
(c)所述激光二极管(115)(i)接收(625)所述来自偏振控制器(210)的所述经过偏振调整的信息承载信号，(ii)通过将所述经过偏振调整的信息承载信号的信息从所述第一波长变换为所述第二波长，来生成(630)转换的信息承载信号；以及
(d)从所述输出端口输出所述转换的信息承载信号。
2.如权利要求1的方法，进一步包括：
(e)放大(610)具有所述第一波长的所述信息承载信号。
3.如权利要求1的方法，进一步包括：
(e)放大(645)所述转换的信息承载信号。
4.如权利要求1的方法，进一步包括：
(e)滤波(640)所述转换的信息承载信号，以抑制或消除所述第一波长。
5.一种全光波长转换器电路(200)，用于将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长，所述波长转换器电路(200)包括：
(a)偏振控制器(210)，用于(i)接收(615)具有所述第一波长的信息承载信号，和(ii)调整(620)所述信息承载信号的偏振；以及
(b)激光二极管(115)，其与所述偏振控制器相联，所述激光二极管(115)通过将所述经过偏振调整的信息承载信号的信息从所述第一波长变换为所述第二波长，来生成(630)转换的信息承载信号。
6.如权利要求5的全光波长转换器电路(200)，进一步包括：
(c)至少一个滤波器(325)，用于滤波所述转换的信息承载信号，以抑制或消除所述第一波长；以及
(d)路由设备(105)，其与所述偏振控制器(210)和所述滤波器(325)相联，所述路由设备(105)(i)将具有所述第一波长的所述信息承载信号引导(615)到所述偏振控制器(210)，和(ii)将所述转换的信息承载信号引导(635)到所述滤波器(325)。
7.如权利要求6的全波长转换器电路(200)，进一步包括：
(e)放大器(320)，其与所述路由设备(105)相联，用于放大(610)具有第一波长的所述信息承载信号。
8.如权利要求6的全光波长转换器电路(200)，进一步包括：
(f)放大器(430)，其与所述滤波器(325)相联，用于放大(645)所述经过滤波的转换信息承载信号。
9.一种全光波长转换器电路(200)，用于将信息承载信号的信息从第一波长变换为第二波长，所述电路(200)包括：
激光二极管(115)，其与所述信息承载信号相联，所述激光二极管(115)使用交叉增益调制，将所述信息承载信号的信息从所述第一波长变换为所述第二波长。
10.如权利要求9的全光波长转换器电路(200)，其中在所述激光二极管(115)将所述信息变换为所述第二波长之前，所述偏振控制器(210)调整(620)具有所述第一波长的所述信息承载信号的偏振。
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