CN1930805A - 光发送装置和光传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目标在于查明归因于由于光学光反射引起的劣化中的因素，且在于提供光学传输装置光发送装置和光学光传输系统，其中即使光学光传输线中发生反射现象，也可为模拟信号获得优越的光学光传输特性。本发明提供频率转换器(3)，用于将要传输的电信号的频带转换成高于此频带的预定频带；和半导体激光器(4)，充当电－光转换器，用于对所述经频率转换的电信号执行电－光转换。

Description

光发送装置和光传输系统

技术领域

本发明涉及光发送装置，其用于通过使用光传输线来光传输如视频信号或移动无线电通信信号之类的模拟信号，且涉及具有所述光发送装置的光传输系统。

背景技术

当如视频信号或移动无线电通信信号之类的模拟信号通过如光纤之类的光传输线而传输时，使用半导体激光器来执行直接调制的直接调制系统或使用外部调制器的外部调制系统已知为用于将电信号转换成光信号的方法。

可认为光传输后的失真特性和CNR(载噪比)的稳固性是光模拟传输中的技术问题。举例来说，在使用直接调制系统的电-光转换中，特性的劣化(deterioration)主要发生在用于电-光转换器的半导体激光器本身中。尤其在传输高频模拟信号时，此特性劣化显著地存在。为了避免这样的情况，可使用在高频特性方面优越的半导体激光器。然而，在高频率特性方面优越的半导体激光器通常较昂贵。另一方面，在使用外部调制系统的电-光转换中，高频率特性和噪声劣化通常得到改善。然而，外部调制器本身非常昂贵，例如，LN转换器或EA转换器。

为了使在光传输系统中使用便宜的激光器同时保持良好的传输特性成为可能，已经提出一种系统，其中将模拟RF信号的传输频率转换成低于所述传输频率的中频(下文称为“IF”)，且通过光纤来传输经转换的信号(例如，见专利文献1)。在此系统中，举例来说，如图9中所示，IF信号和非调制的信号由发送器侧上的多路复用器单元101在低频带中多路复用、由电-光转换器102直接调制且进行光传输。另一方面，在接收器侧上，接收到的非调制信号由光-电转换器103来光电地转换、通过分离器单元104且由倍增器单元105倍增。在这样获得的经倍增的波(本地信号)当中，IF信号由频率转换器单元106来频率转换，以便获得RF信号。在此类系统中，因此有可能降低激光器的调制频率。因而，可使用便宜的激光器。除了前面所提及的系统之外，还已知另一系统，即关于非调制的信号(本地信号)的频率布局的另一光模拟传输方法(例如，见专利文献2)。在此光模拟传输方法中，将本地信号频率设定在至少远离IF信号1GHz的高频带处。因此，抑制了传输的信号的劣化。

前面所提及的两个背景技术实例为关于用于改进由半导体激光器导致的特性劣化的方法的技术。由于光传输线中的光反射的劣化已知为失真特性或CNR中的另一劣化因素。

专利文献1：JP-A-6-164427

专利文献2：JP-A-11-355209

发明内容

本发明要解决的问题

作为对由光反射导致的此特性劣化的解决方案，通常使用几乎不导致反射的光纤熔接或倾斜抛光的光纤连接或将光隔离器添加到背景技术光模拟传输中。因此，用于传输模拟信号的光纤传输线比用于传输数字信号的光纤传输线更昂贵。

另外，如上文所述，在背景技术光模拟传输中，如何防止在光传输线中发生反射现象是个重要问题，因为特性会由于光传输线中的光反射而大大地劣化。因此，很难以如上文所述的优越的光传输特性来实现模拟传输，例如，通过使用如具有未知回波损耗(return loss)的光纤或具有低回波损耗且为数字传输提供的便宜的现存光纤(暗光纤)之类的光传输线，或具有用于将光纤彼此连接的连接器的光传输线。

考虑到前面所提及的情况而开发本发明。本发明的目标在于查明由于光反射引起的劣化中的因素，且在于提供光发送装置和光传输系统，其中即使光传输线中发生反射现象，也可为模拟信号获得优越的光传输特性。

解决问题的方法

根据本发明的光发送装置适合于包括：频率转换器，用于将要传输的电信号的频带转换成高于所述频带的特定频带；和电-光转换器，用于借助激光器或光调制器来对经频率转换的要传输的电信号执行电-光转换。

使用此配置，在光传输线上具有反射部的光传输中，将要传输的信号的频率转换成高于所述信号频率的特定频率，且传输经频率转换的信号。因此，由于稍后将描述的原因，可防止发生由于反射的影响而引起的传输特性劣化。因此，即使在存在反射的光传输线中，也可获得良好的传输。

设计根据本发明的光发送装置，使得将频带转换成不低于500MHz的频带的频率转换器用作所述频率转换器，且单模振荡激光器用作所述电-光转换器。

使用此配置，在光传输线上具有反射部且将单模式激光器用作电-光转换器的光传输中，当传输频率在不具有抗反射能力(reflection resistance)的频率范围内时，将要传输的信号的传输频率转换成不会导致由于多次反射的影响而发生的传输特性的劣化的最佳频率范围，即转换成500MHz或更高。因此，即使在存在反射的光传输线中，也可获得良好的传输。

另外，设计根据本发明的光发送装置，使得将频带转换成不低于200MHz的频带的频率转换器用作所述频率转换器，且多模振荡激光器用作所述电-光转换器。

使用此配置，在光传输线上具有反射部且将多模式激光器用作电-光转换器的光传输中，当传输频率在不具有抗反射能力的频率范围内时，将要传输的信号的传输频率转换成不会导致由于经反射的返回光(return light)的影响而发生的传输特性的劣化的最佳频率范围，即转换成200MHz或更高。因此，即使在存在反射的光传输线中，也可获得良好的传输。

另外，根据本发明的光发送装置适合于包括频率转换器，用于将要传输的电信号的频带转换成低于所述频带且不低于500MHz的频带；和电-光转换器，用于借助单模振荡激光器来对经频率转换的要传输的电信号执行电-光转换。

使用此配置，在光传输线上具有反射部且将单模式激光器用作电-光转换器的光传输中，当传输频率在不具有抗反射能力的频率范围内时，将要传输的信号的传输频率转换成不会导致由于多次反射的影响而发生的传输特性的劣化的最佳频率范围，即转换成低于所述要传输的信号的频率但不低于500MHz的频率。因此，即使在存在反射的光传输线中，也可获得良好的传输。

另外，根据本发明的光发送装置适合于包括频率转换器，用于将要传输的电信号的频带转换成低于所述频带且不低于200MHz的频带；和电-光转换器，用于借助多模振荡激光器来对经频率转换的要传输的电信号执行电-光转换。

使用此配置，在光传输线上具有反射部且将多模式激光器用作电-光转换器的光传输中，当传输频率在不具有抗反射能力的频率范围内时，将要传输的信号的传输频率转换成不会导致由于经反射的返回光的影响而发生的传输特性的劣化的最佳频率范围，即转换成200MHz或更高。因此，即使在存在反射的光传输线中，也可获得良好的传输。

此外，根据本发明的光传输系统适合于包括光发送装置，用于对要传输的电信号执行电-光转换且将要传输的电信号送出到光传输线；光传输线，用于对从光发送装置传输的光信号进行传输；和光接收装置，用于接收通过光传输线从光发送装置传输的光信号且对光信号执行光-电转换，以便接收原始的电信号，具有不低于60dB的总回波损耗的光传输线用作所述光传输线；其中前面所提及的光发送装置用作所述光发送装置。

根据本发明，由于发生在抛光的连接器(flat polished connector)或长距离光纤中的瑞利散射而导致的回波损耗约为30dB。因此，已经得知当光传输线中存在由于此反射引起的多次反射时，如果在此配置将中频f(IF)设定为满足表达式500MHz＜f，那么可将由多次反射的光所导致的特性劣化抑制为低于1dB。类似地，已得知如果将中频f(IF)设定为满足表达式200MHz＜f，那么可将由返回光所导致的特性劣化抑制为低于1dB。

本发明的效果

根据本发明，在光传输线上存在反射部的光传输中，将要传输的电信号的频率转换成高于或低于所述频率的预定范围内的频率，且通过特定电-光转换器来对经频率转换的信号执行电-光转换。当这样传输信号时，不会发生由于光反射的影响而导致的传输特性的劣化。因此，即使在存在光反射的光传输线中，也可获得良好的光传输特性。

附图说明

图1是展示当光传输线中存在反射部时光信号的行为的说明图。

图2是展示当光传输线中不存在反射部时信号传输的状态的说明图。

图3是展示当存在反射部时由于多次反射而发生低频区域相位噪声的机制的说明图。

图4是展示当存在多次反射时CNR的频率依赖性的图表。

图5是展示当存在返回光时CNR的频率依赖性的图表。

图6是展示根据本发明第一实施例的光传输系统的示意性配置图。

图7是展示根据本发明第二实施例的光传输系统的示意性配置图。

图8是展示根据本发明第三实施例的光传输系统的示意性配置图。

图9是背景技术的光模拟装置的示意性配置图。

附图标记的描述

1  复用器装置

1  信号源

2A  第一电传输线

2B  第二电传输线

3  第一频率转换器件

4  半导体激光器(电-光转换器；E/O转换器)

5  光纤传输线

6  光电二极管(光-电转换器；O/E转换器)

7  第二频率转换器件

具体实施方式

下文将参考附图详细描述本发明的实施例。

[第一实施例]

图1是展示根据本发明第一实施例的光传输系统的示意性配置图。此光传输系统包括光发送装置A和接收装置B。光发送装置A具有信号源1、第一电传输线2A、第一频率转换器件3和半导体激光器4，所述半导体激光器4充当电-光转换器(下文称为E/O转换器)。所述接收装置B具有光纤传输线5、充当光-电转换器(下文称为O/E转换器)的光电二极管6、第二电传输线2B和第二频率转换器件7。

在它们当中，提供在光发送装置A侧上的第一频率转换器件3将从所述信号源1传输的电信号的频带转换成低于此频带的中频(IF)，即，转换成具有抗反射能力的特定频带。

在根据此实施例的光传输系统中，第一频率转换器件3将频带转换成中频(IF)，其为具有抗反射能力的频率(稍后明确描述)。因此，即使光纤传输线5中存在反射部8，也可执行特性不劣化的优越的光传输。换句话说，即使从信号源1输出的传输频率x的电信号处于不具有抗反射能力的频率范围内，也可用转换成最佳频带中的频率f的频率来传输所述电信号，其中不用担心由于多次反射等的影响而发生传输特性的劣化。因此，即使在存在反射的光纤传输线5中，也可获得良好的传输。

本发明的发明者找到了由于光反射而引起的特性劣化的因素，且此处将对其进行描述。

(I)首先，参看图2，将描述关于当光纤传输线5中不发生反射现象(反射部)时光信号的传输情况。

通过电传输线2A将从信号源1输出的频率x(电信号频率x)的信号输入到充当E/O转换器(电-光转换器)的半导体激光器4中，以便产生具有经调制的强度的光信号。接下来，具有经调制的强度的此光信号通过光纤传输线5传输，且在充当O/E转换器(光-电转换器)的光电二极管6中O/E转换。此处，当光纤传输线5中不出现反射部时，仅将在半导体激光器4(E/O转换器)、光电二极管6(O/E转换器)等等中产生的劣化分量添加到经传输的信号中(见图2中的阴影部分)。

(II)另一方面，图3展示当光纤传输线5中出现反射现象(反射部8)时光信号的传输情况。

从信号源1输出、通过电传输线2A输入到充当E/O转换器的半导体激光器4中且在半导体激光器4中E/O转换的光信号被引导到光纤传输线5中且在其中传播。检测所述光信号，且接着由充当O/E转换器的光电二极管6将所述光信号转换成电信号。

然而，当光纤传输线5中存在反射部8(假定存在两个反射部6)时，不仅存在从半导体激光器4直接入射在光电二极管6上的分量(α)，还存在来源于在反射部8A与8B之间多次反射的光且延迟地入射在光电二极管5上的分量(β)，和来源于由反射部8A菲涅耳(Fresnel)反射的光且再次入射在半导体激光器4上的分量(γ)。此处，当在光电二极管6中检测直接传播的光信号分量(α)和经多次反射的光信号分量(β)时，光信号分量(β)表现为电信号中的差拍噪声(beat noise)，且相当于原始光信号分量(α)的不必要分量。因此影响了传输质量。

接下来，将关于当由于光纤传输线5中存在反射部8(8A和8B)而发生多次反射时光的状况、尤其是关于低频区域相位噪声的发生机制作定性描述。

图4展示多次反射时的信号传输状态。当光纤传输线5中存在此多次反射时，除光信号(图4中的分量α)直接入射在充当O/E转换器的光电二极管6上外，多次反射分量也入射在光电二极管6上(图4中的分量β)。另一方面，将平方律检测应用到充当O/E转换器的光电二极管6中的那些分量，从而出现作为对于原始信号的不必要分量的差拍噪声。尤其由于来自半导体激光器4的直射光分量(α)与多次反射的光分量(β)之间的光频率的差异非常小，因此基于平方律检测的电信号集中在低频区域，从而加入了相位噪声(阴影部分δ，将其称为“低频区域相位噪声”)。因此，当电信号频率x较低时，前面所提及的低频区域相位噪声分量(δ)也添加到原始相位噪声中，导致传输特性劣化。

当由于光纤传输线5中存在反射部8而存在多次反射时，本发明的发明者执行了测试以估算CNR特性。图5展示当存在多次反射时的CNR频率依赖性。在图5中，纵坐标表示在不存在光反射的状态(非反射状态)下CNR的偏差量。从图5中可了解，CNR特性在低于一频率(图5中的2GHz)的区域中大大劣化，且可证实CNR特性具有频率依赖性。

另外，光隔离器通常提供于半导体激光器4的光输出部中。然而，近年来，由于需要降低成本，所以尤其在使用具有对反射的返回光的一定量抵抗能力的的法布里-珀罗(Fabry-Perot)型半导体激光器时，存在不使用光隔离器的情况。在此情况下，由反射部8反射的光信号的一部分(主要由图3中的γ展示；由反射部8B反射的另一部分可穿透反射部8A且向后传播，但其可近似于被忽略)返回半导体激光器4本身。因此，当此经反射的返回光显著地增加时，半导体激光器4的振荡状态变得不稳定。

因此，以对前面所提及的多次反射相同的方式来对经反射的返回光(光信号分量γ)执行测试以估算频率依赖性。图6展示当存在经反射的返回光时CNR的频率依赖性。

从图6中可了解，CNR特性在低于某一频率(图6中的2GHz)的区域中大大劣化，且可证实当存在经反射的返回光时，传输特性具有频率依赖性。

以这样的方式，本发明的发明者认识到，当光传输线5中存在反射部8时，CNR特性由于前面所提及的经反射的光分量(光信号分量β和γ)而劣化，而由于其频率依赖性，所述劣化在高频侧上较小。由于上文所述的各种实验和理论考虑，本发明的发明者可首先获得在光传输线中光的此状况。

[第二实施例]

接下来，将关于根据本发明的第二实施例的光传输系统作出描述。在此实施例中，相应地参考与第一实施例中的那些部分相同的部分，且将避免对其作多余描述。

图7是展示根据此实施例的光传输系统的示意性配置图。在此光传输系统的光发送装置中，与第一实施例中不同，从信号源1传输的电信号的频带由第一频率转换器件3转换成高于所述频带的预定频带。在此实施例中，以与第一实施例中相同的方式，基于单模振荡的半导体激光器用作半导体激光器4，充当电-光转换器。

此处，在将单模振荡半导体激光器4用作E/O转换器的根据此实施例的光发送装置中，以与图5中相同的方式，本发明的发明者在传输中频(IF)f后测量CNR特性。即，当光纤传输线5中出现两个反射部8时，改变由于这些反射部8引起的多次反射(两点之间的总回波损耗)，并执行测试以估算CNR特性。

就反射条件下的劣化而言，CNR中也观察到1dB或更多劣化。因此，证明抗反射能力具有频率依赖性。即，证明在存在菲涅耳反射(发生在不同折射率之间的界面中的反射)的不良反射条件(总回波损耗＜40dB；图5的图表中的虚线部分)下，当将中频(IF)f设定为满足以下表达式时，尽管存在由此类反射所导致的多次反射，但仍可避免经传输的信号的特性劣化，所述表达式为：

              2GHz＜f

由于发生在抛光的连接器或长距离光纤中的瑞利(Rayleigh)散射(由光与晶粒之间的共振导致的散射现象)而引起的回波损耗约为30dB。因此，证明当光传输线中存在由于此反射或此散射引起的多次反射时(总回波损耗＜60dB；图5中的实线部分)，如果将中频f(IF)设定为满足以下表达式，那么可将由光反射导致的特性劣化抑制到低于1dB，所述表达式为：

              500MHz＜f        ...(1)

以这样的方式，在使用单模振荡半导体激光器4的根据此实施例的光发送装置中，将中频f设定在满足表达式(1)的范围中。从而，即使光纤传输线5中存在两个反射部，也可实现没有由于多次反射而导致的特性劣化的良好传输。

[第三实施例]

接下来，将描述根据本发明的第三实施例的光传输系统。在此实施例中，相应地参考与第一实施例中的那些部分相同的部分，且将避免对其作多余描述。

图8是展示根据此实施例的光传输系统的示意性配置图。在此光传输系统的光发送装置中，多模振荡半导体激光器4用作E/O转换器。

此处，通过使用具有多模振荡半导体激光器4作为E/O转换器的根据此实施例的光发送装置，本发明的发明者以与图6中相同的方式，改变从光纤传输线5的反射部8再次入射在半导体激光器4上的反射的量(一个点处的回波损耗)，并在中频(IF)f的信号传输后测量CNR特性。

根据此测量，就反射部8中的反射状况下的劣化而言，观察到CNR特性中的劣化。因此，此处也证明抗反射能力具有频率依赖性。即，证明在存在菲涅耳反射的不良反射条件(回波损耗＜20dB；图5的图表中的虚线)下，当将中频(IF)设定为满足以下表达式时，尽管存在由于此反射引起的返回光，但仍可避免经传输的信号的特性劣化，所述表达式为：

                500MHz＜f

由于发生在抛光的连接器或长距离光纤中的瑞利散射而引起的回波损耗约为30dB。因此，证明当光传输线中存在此反射时(回波损耗＜30dB；图5中的实线)，如果将中频设定为满足以下表达式，那么可将由于光反射引起的返回光所导致的特性劣化抑制到低于1dB。所述表达式为：

                200MHz＜f         ...(2)

以这样的方式，在使用多模振荡半导体激光器4的根据此实施例的光发送装置中，将中频f没定在满足表达式(2)的范围中。从而，即使光纤传输线5中存在反射部8，也可实现没有由于经反射的返回光而导致的特性劣化的良好传输。

本发明丝毫不限于前面所提及的实施例。可以在不脱离本发明的精神的范围内的以各种模式来执行本发明。

尽管已经参考本发明的特定实施例详细描述了本发明，但所属领域的技术人员应明了，可在不脱离本发明的精神和范畴的情况下，对本发明作各种改变或修改。

本申请案基于2004年6月18日申请的申请案第2004-180792号的日本专利申请案，其内容以引用的方式并入本文中。

工业适用性

本发明具备频率转换器，用于将要传输的电信号的频带转换成高于所述频带的特定频带；和半导体激光器或光调制器，充当电-光转换器，用于对经频率转换的要传输的电信号执行电-光转换。本发明的效果在于，即使光传输线中的模拟信号中发生反射现象，也可获得良好的光传输特性。另外，本发明具备频率转换器，用于将要传输的电信号的频带转换成低于所述频带但不低于500MHz或200MHz的频带；和单模振荡激光器或多模振荡激光器，充当电-光转换器，用于对经频率转换的要传输的电信号执行电-光转换。因此，存在类似的效果。因此，对用于通过使用光传输线来光传输如视频信号、移动无线电通信信号等等的模拟信号的光发送装置等等而言，本发明很有用。

Claims (6)

1.一种光发送装置，其包含：

频率转换器，其将要传输的电信号的频带转换成高于所述频带的特定频带；和

电-光转换器，其通过激光器或光调制器对所述经频率转换的电信号执行电-光转换。

2.根据权利要求1所述的光发送装置，其中将所述频带转换成不低于500MHz的频带的频率转换器用作所述频率转换器，且单模振荡激光器用作所述电-光转换器。

3.根据权利要求1所述的光发送装置，其中将所述频带转换成不低于200MHz的频带的频率转换器用作所述频率转换器，且多模振荡激光器用作所述电-光转换器。

4.一种光发送装置，其包含：

频率转换器，其将要传输的电信号的频带转换成低于所述频带且不低于500MHz的频带；和

电-光转换器，其通过单模振荡激光器对所述经频率转换的电信号执行电-光转换。

5.一种光发送装置，其包含：

频率转换器，其将要传输的电信号的频带转换成低于所述频带且不低于200MHz的频带；和

电-光转换器，其通过多模振荡激光器对所述经频率转换的电信号执行电-光转换。

6.一种光传输系统，其包含：光发送装置，其对要传输的电信号执行电-光转换并将所述电信号送出到光传输线；所述光传输线，其对从所述光发送装置传输的光信号进行传输；和光接收装置，其接收通过所述光传输线从所述光发送装置传输的所述光信号，且对所述光信号执行光-电转换，以便接收原始的所述电信号，

其中具有不低于60dB的总回波损耗的光传输线用作所述光传输线；且

其中根据权利要求1到5中的任一权利要求所述的光发送装置用作所述光发送装置。

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