TW594077B - An optical top hat pulse generator - Google Patents

Description

玖、發明說明： 相關申請案之交互參照 本案係有關且請求同在審查中之且共同讓予之臨時專 利申請案之權益，該案名稱「光學頂帽脈波產生器」，第 60/383,343號申請案，申請日2002年5月23日。相關申請案 内容以引用方式併入此處。 明戶斤屬^_ 冷頁】 發明領域 本發明係有關脈波位置調變信號之相干性偵測。特另】 本發明係有關一種用於脈波位置調變接收器内部之頂帽光 學脈波產生器。 發明背景

多種衛星及地面光學通訊系統要求傳輸類比光信號。 解決此項需求之直捷方式係調變光學載波之振幅。但此種 辦法有嗓訊比(SNR)不佳之問題。眾所周知寬頻機技術， 利用比傳輸波形頻寬更高的頻寬，寬頻之調變技術改良之 SNR係優於振關變賴達成之說之改良。脈波位置調 變(讀)屬於此等技術之—。觸中於脈波位置之時間頻移 表示被傳輸波狀-樣本。接近脈波位置機後信號之奈 奎斯特(Nyquist)抽樣頻率之舰改紐於純調變域^ SNR顯示如後： U 方程式（1) 以及τ為脈波持續時 SNRppm〇c SNRam(tP/T)2 此處tP為未經調變脈波間之時間間隔， 但習知類比p p M光信號之偵測或解調具有於低頻時 SNR不佳之問題。PPM信號通常係藉光二極體由光學領域 至電子領域解調，接著藉低通濾波器(LPF)w調而將脈波位 置調變轉成振幅調變。此種解調技術無法回復直流成分， 原因在於直流成分係由全部脈波由其未經解調位置之恆定 時間頻移表示。此外，於低通渡波ϋ後解調信號於低頻具 有極低振幅。振幅係隨著頻率之高達奈奎斯特限度而呈線 性增加。此種頻率相依性失真可藉積體電路修正，因而放 大低頻雜訊，結果導致SNR效能降低。 一種偵測光學PPM信號之裝置及方法述於共同擁有之 美國專利第6,462,860號，2002年10月8日核發給1〇11〇¥，以 引用方式併入此處。此專利申請案說明用來產生較佳頂帽 形狀光學脈波之相干性波長轉換器。頂帽形光學脈波於美 國專利第6,462,860號所述裝置及方法為較佳，原因在於此 種脈波提供偵測得之光學PPM信號之較佳線性程度。頂帽 形光學脈波也用於業界已知之其它光學系統。但美國專利 第6,462,860號說明使用零色散效應光纖產生頂帽形脈波。 零色散效應光纖通常並非市面上可得。因此業界需要有一 種光學脈波產生器，其可產生具有頂帽形之光學脈波，而 無需使用零色散效應光纖。 【發明内容】 發明概要 本發明之具體實施例之優點為提供一種產生具有頂帽 594077 形之光學脈波之裝置及方法。本發明之具體實施例之另一 優點為提供一種使用光學頂帽脈波產生器偵測脈波位置調 變光信號用之方法及裝置。此等及其它優勢可無需使用零 色散效應光纖即可獲得。 5 根據本發明之具體實施例之光學頂帽脈波產生器包含 一非線性光回路鏡(NOLM)，該NOLM係由連續波(c w)光信 號饋送，且係由包含第一次羃孤子之輸入之光學脈波控 制。輸入光學脈波之孤子現象係經由選擇具有正確色散效 應之光纖、以及經由調整控制脈波之尖峰功率而獲得。使 10 用孤子控制，由於控制脈波形狀可藉光纖而維持為非線 性，因此使用孤子控制輔助確保控制脈波不會擴散。 本發明之第一具體實施例提供一種頂帽脈波產生器， 其接收一於第一波長之連續光波信號以及一於第二波長之 脈波化光信號，且產生於該第一波長之頂帽光學脈波，該 頂帽脈波產生器包含一光學耦合器，其具有一第一邊具有 一弟一臂以及一苐二臂、以及一第二邊其具有一第三臂以 及一第四臂，該第一臂適合用於接收連續波光信號，以及 發射連續波光信號進入第三臂及第四臂；一光纖，其具有 一第一端及一第二端，該第一端係設置成可接收來自第三 2〇 臂之光能，且傳輸光能至第三臂，以及該第二端係設置成 可接收來自第四臂之光能以及傳輸光能至該第四臂，該光 纖具有支援光學孤子之正色散效應；一光學滤波器，其接 收來自第二臂之光能；以及一控制脈波耦合器，其係設置 成發射光能至該光纖，該控制脈波耦合器有一輸入端其適 7 594077 合接收脈波化光信號，其中該脈波化光信號具有_光學尖 峰功率，以及該光學尖峰功率係控制成第一次幕孤子之^ 學尖峰功率。 本發明之另一具體實施例提供一種將於一第一光學波 5長之光學脈波轉成於一第二光學波長之頂帽光學脈波之方 法，該方法包含下列步驟：產生一於該第二光學波長之連 續波光信號；發射該連續波光信號之反向傳播光束由耗合 器至光纖回路，該光纖具有支援光學孤子以及於耦合器之 反向傳播波干擾之正色散效應；發射光脈波至光纖回路， 10該光纖回路具有一尖峰光學功率；控制該尖峰光學功率至 第一次羃孤子之功率；於該耦合器耦合由光纖送出之光 能；以及濾波該光能，俾壓抑於第一光學波長之光能，以 及通過於第二光波長之光能，因此產生於第二光波長之頂 帽光脈波。 15 本發明之又另一具體實施例包含一種偵測脈波位置經 调變之光信號之裝置，包含：一時脈源，提供與該脈波位 置經調變之光信號同步之脈波化光時脈信號；一連續波光 源’其產生一連續波光信號；一第一光學頂帽脈波產生器， 其接收該連續波光信號以及脈波位置經調變之信號，且產 20 生一第一光學頂帽輸出信號，其中該脈波位置經調變信號 之尖峰功率係調整至該第一次羃孤子之功率；一第二光學 頂帽脈波產生器，其接收該連續波信號以及脈波化光時脈 信號’且產生一第二光學頂帽輸出信號，其中該脈波化光 時脈信號之尖峰功率經調整為第一次羃孤子功率；以及一 8 594077 重疊至電性轉換器，其接收該第一光學頂帽信號以及該第 一光學頂帽信號，且產生一電信號，該電信號係與第一光 學頂帽信號與第二光學頂帽信號間之重疊量成比例。 本發明之又另一具體實施例提供一種偵測一脈波位置 經調變之信號之方法，該方法包含下列步驟··接收該脈波 位置經調變之光# 5虎，提供一光時脈脈波流；產生一連續 波光4號，其具有一光波長，該光波長係與脈波位置經調 變信號或光時脈脈波之光波長不同；施加該連續波光信號 至一第一非線性光回路鏡；耦合該脈波位置經調變之光信 ίο 號至該第一非線性光回路鏡；控制脈波位置經調變之光信 號之尖峰功率成為第一次羃孤子之功率；施加該連續波光 信號至一第二非線性光回路鏡；耦合光時脈脈波流至第二 非線性光回路鏡；控制光時脈脈波流之尖峰功率成為於第 15 _人羃孤子功率，搞合由第一非線性光回路鏡輸出之第一 輪出光信號；以濾波器濾波該第一輸出光信號，該濾波器 透射約為連續波光信號之光波長，以及剔出約為脈波位= 經調變信號之光波長俾產生一第一頂帽信號；耦合由第二 非線性光回路鏡輸出之第二輸出光信號；以濾波器濾波哼 20 第二輪出光信號，該濾波器透射約為連續波光信號之光波 長，以及剔出約為光時脈脈波之光波長俾產生一 一 ^ 乐一 丁貝帽 信號；偵測第一頂帽信號與第二頂帽信號間之重疊量；以 及產生一與該重疊量成比例之電信號。 圖式簡單說明 第1圖顯示根據本發明，光脈波位置調變接收器之方塊 9 第2圖（先前技術)顯不使用頂帽脈波交互關係來提供電 輸出之光脈波位置調變接收器之方塊圖。 第3圖（先前技術)顯示典型非線性光回路鏡之示意代表 圖。 第4A圖（先前技術）顯示用於第2圖所示接收器之光學 交互關聯器之示意圖。 予 第4B圖（先前技術）顯示用於執行重疊至電性轉換之和 頻率產生裝置。 ' ϋ 第4C圖（先前技術）顯示執行重疊至電性轉換之四波沪 合裝置。 / μ 第5圖顯示藉第2圖所示頂帽脈波產生器及交互關聯 器’轉換光脈波成為電流輸出之圖解。 第6圖顯示根據本發明之一具體實施例，由第_次羃孤 子控制之頂帽產生器之一具體實施例之方塊圖。 第7圖為根據本發明之頂帽產生器之一具體實施例之 轉換效率相對於相對降調之線圖，此處該輸出脈波之工作 循環假設為0.45。 第8圖為根據本發明之頂帽產生器之一具體實施例，相 對串音相對於相對降調之線圖。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 現在將參照附圖更完整說明本發明之細節如後，附圖 顯示本發明之具體實施例。本發明可以多種不同形式具體 實施，但不可解譯為囿限於此處陳述之具體實施例。 第1圖顯示光接收器50，其偵测光脈波位置經調變信 號’且將_㈣脈㈣成f波形。光接收器接收短树 脈脈波11及短脈波位置經調變之光脈波21。短光時脈脈波 11(具有固定週期)較佳係藉第一頂帽產生器1〇而被轉成矩 形時脈脈波13。短光信號脈波21(其係根據經調變之光俨號 而改變時間位置）較佳係藉第二頂帽產生器2()而被轉2 形信號脈波23。重#至電㈣^斯貞難形時脈脈波啡 矩形信號脈波23間之重疊量33，且將重疊量Μ轉換成電 號。重疊嫩時脈錢U與脈波位_變之信號脈^ 21間之延遲篁。重疊至電轉換器3〇包含相干性交互 器、和頻率產生器、四波混合器或其它可量測_脈波二 開流間之重疊量、且輸出該量測量為電信號之裳置。 如前文說明，重疊至電性轉換可藉業界已知之任_種 方法達成。例如範例相干性交互關聯以侧示於第 且就第2圖所示電路朗其進-步細節。重疊至電性轉換考 30也包含-和頻率產生器或—個四波混合器。和^ 器為業界祕周知。範姊解產生n顯禅第_ 2 進-步細節制如後。四波混合裝置顯科第θ / 外細節說明如後。但熟諳㈣人士了解其它方料= 用來提供重疊至紐轉換。歧狀裝置心n 可解譯為·本發私科實關於料裝置 f不 偵測光PPM信號之袭置及方法說明於美國專利第 0，462,860號，該裝置及方法 專利弟 去係使用相干性交互關聯器於重 594077 疊至電性轉換器。第2圖顯示美國專利第6,462,860號所述光 接收器100之具體實施例。第2圖中，第一頂帽產生器11〇接 收脈波位置經調變之光信號Psig(kig)及連續波光信號 CW(Xcw)且產生矩形信號脈波輸出RPs^cw)。仍然參照第2 5圖，第二頂帽產生器120接收脈波化光時脈信號Pclk(^clk)及 連續波光信號CW〇cw)，且產生一矩形時脈脈波輸出 RPdkAcw)。連續波源130提供連續波光信號cw(Xcw)。光脈 波源（圖中未顯示）提供脈波化光時脈信號Pclk(、lk)，讓脈波 化光時脈信號Pclk(^dk)之各個光脈波較佳於時間上之間隔 10距離相等或接近相等。提供脈波化光信號之光脈波源為業 界已知。PPM光信號Psig(Xsig)以及脈波化光時脈信號pdk(、lk) 有相同或相異之光波長。第2圖所示具體實施例中，矩形信 號脈波輸出RPsig(Xcw)及矩形時脈脈波輸出RPeikWw)為同 步化且為相干性，原因在於二者係由單一連續波源而衍生 15 得光頻及光相。 仍然參照第2圖，相干性交互關聯器140接收矩形信號 脈波輸出RPsig(Xcw)及矩形時脈脈波輸出RPclk(?k：w)，以及產 生電流輸出Is(t)。相干性交互關聯器14〇之輸出Is⑴係與矩形 信號脈波輸出RPsig(、w)及矩形時脈脈波輸出RPcik(、w)之 20交叉關聯乘積成正比。此種交叉交互關聯乘積也與各個 PPM脈波及其對應時脈脈波間之時間補償值成正比。如此 相干性交互關聯器14〇之輸出提供對應於原先類比脈波位 置調變信號之解調類比信號。 本發明之頂帽產生器11 〇及12 0各自較佳包含一個具有 12 594077 控制回路之非線性光回路鏡(NOLM)。NOLM為業界眾所周 知’且可經由將市售光纖及耦合器剪接而組成。1993年5月 4曰核發給Β·Ρ· Nelson等人之美國專利第5,208,455號說明 典型非線性光回路鏡之組成。非線性光回路鏡進一步由S. 5 、〇· Leclerc及E· Desurvire說明於「孤子通訊之全光纖 信號處理與再生」，IEEE量化電子學選擇論文期刊，第3期 (1997年），1208 頁。 第3圖說明典型NOLM 500。NOLM 500包含第一耦合 器510，供耦合連續波光信號〇PTcw至n〇lm 500，以及一 10第二耦合器520供耦合光控制脈波〇ptcp至NOLM 500。 NOLM光回路係由光纖550製成，光纖550由第一耦合器510 之一分支路由至第一耦合器510之另一分支。濾波器560係 位於第一搞合器510之另一分支，俾濾出於光控制脈波之光 波長，同時讓來自NOLM 500之於連續波光信號之光波長之 15 信號通過。 參照第2圖，於光波長Acw操作之單頻連續波源13〇饋 至包含NOLMs之頂帽產生器11〇、120。二n〇lMs較佳為完 全對稱’故連續波輕射完全於無控制輻射下反射。於波長 λ sig及λ dk之信號脈波及時脈脈波分別係作為NOLMs之控 20制信號。為了讓那^^正確操作，控制信號；I sig及λ dk之 波長須與於kCw之連續波輻射之波長不同。若經過適當組 配，則NOLMs較佳提供具有頂帽時間形狀之脈波。 如第2圖所示，於連續波頻率xcw之矩形信 以及時脈脈波RPcik(Xcw)之相干性串列組合於光交互關聯 13 594077 器140。較佳光交互關聯器14〇係由3分貝耦合器141以及平 衡偵測器143組成，如第4A圖所示。交互關聯器之電流係如 下求出： 〇〇 J Esig(t-Δ t)EcIk(t)dt 方程式(2) 5此處^1為信號脈波與控制脈波間之時間頻移，以及Esig，elk(t) . 為矩形脈波之時間形狀。 如前文簡單說明，光交互關聯器為一種提供本發明之 具體實施例使用之重疊至電性轉換器之方式。但也可使用 鲁 第4B圖所示之和頻率產生裝置440。此種電路為業界眾所周 10知。和頻率裝置440包含透鏡441供聚焦光束至非線性晶體 443，該光束包含頂帽時脈脈波THeik 446及頂帽信號脈波 THsig 447。非線性晶體包含銳酸叙。二光束4私、447被導 引通過非線性晶體443，於該處產生和頻率光束448，該光 束係於二光束446、447間之扇區内部傳播至孔口 445。唯有 15於時脈脈波與信號脈波之時間重疊時才產生和頻率轄射。 因此來自光偵測器449之電流係與重叠量成正比。 鲁 _四波混合也可祕提供所需 顯示業界眾所周知之四波混合裝署 夏。於波長ω dk之時脈 THclk頂帽脈波以及於波長ω之俨

Slg 琥頊帽脈波THsig被導入 · 單-模式域450,其難為經過色散_之光纖。較㈣ 纖長度係低於頂帽脈波之纖維色散長度。四波混合出現於 光纖450，而產生一信號於波長ω 2 瓦 4F 〜cik_osig 或 ωcik。然後光偵測器用來偵測四波輪 久哥出^號，且將該四波 14 594077 輸出信號轉成電信號，該電信號係與時脈脈波與信號脈波 間之重疊成正比。 第5圖顯示輸入光時脈脈波11以及脈波位置經調變之 信號脈波21與第2圖所示光交互關聯器產生之交互關聯器 5 電流74間之關係。如第5圖所示，矩形時脈脈波13與矩形信 號脈波23間之重疊33愈大，則由光交互關聯器140產生之交 互關聯器電流74愈大。當然如前述，光交互關聯器以外之 裝置可用來偵測重疊33，以及用來基於重疊而輸出一電信 號。 10 第2圖所示具體實施例中，特定PPM脈波形成之矩形

脈波不可重疊由前一PPM期間或後一 PPM期間之時脈脈 波形成的矩形脈波。因此PPM脈波之最大時間頻移△tpmax 須小於由頂帽產生器形成之矩形脈波tTH之時間；二值之 和△tPmax+tTH須小於二時脈脈波間之間隔tp。如此 15 △Wa/t〆2，PPM信號具有調變指數Μ小於0.5。因此PPM 信號之各別脈波於時間縫隙_tp/4< △ t<tp/4有其未經調變位 置△ t〇=tp/4頻移。 使用頂帽產生器之光PPM接收器之線性程度，無論係 使用岫文所述且顯示於第2圖之相干性偵測技術、或使用其 20它技術或裝置，該接收器之線性程度係依據頂帽產生器產 生之矩形脈波品質決定。矩形脈波品質大致為生成脈波形 狀最接近真正「頂帽」形狀。當NOLM用於產生矩形脈波 時控制脈波(其對前述共同傳播之CW光束產生非線性相移） 較佳順著NOLM之全長而保有其形狀。 15 包含光纖之nolm，該光纖具有色散效應於控制脈波 (信號脈波或時脈脈波)波長為零，該NOLM係討論於美國專 利第6,462,860號。但由於大部分市售光纖不具有此種能 力’因而此種光纖色散效應之限制可能難以滿足。此外即 5使此種光纖方便易得，控制脈波由於較高次羃色散效應以 及自我位相調變結果仍然有若干形狀劣化問題。 業界眾所周知光孤子之傳播期間保有其時間形狀。因 此若NOLM係以孤子控制脈波控制，則N〇LM之輸出將包含 一光脈波輸出’該輸出有一前緣、一後緣、以及一中間平 10台，其提供真正「頂帽」形狀。如此較佳根據本發明之光 學PPM接收器具有頂帽脈波產生器，該產生器包含N0LM 且係由第一次羃孤子控制。此外使用第一次羃孤子，應使 用一種具有可支援光孤子之正色散效應（以微微秒/奈米χ 千米表示）之光纖。控制脈波之孤子現象係由下述達成，⑴ 15選擇具有正確色散符號（亦即正）之光纖；以及(ii)調整回路 内側之控制脈波之尖峰功率至第一次羃孤子之尖峰功率顯 不如後· Ρ = Ν^3.1ΐ[β2|_ 3.11λ2Ρ 二 2ncyt2¥mm 方程式(3) 此處γ«ι·5-ΐ0瓦-V千米為非線性光纖常數，tFwHM=21n 20 (W + 1)tG為光脈波持續時間（全頻寬半最大值），〇為光束以 及D為光纖色散效應。此外於方程式(3)，h為於控制脈波 波長λ之光纖色散效應（以秒2/厘米表示）。 可由第一次羃孤子控制之包含nolm 610之頂帽產生 16 器600顯示於第6圖。第6圖中，麵合器620包含3分貝耗八 器，耦合器620接收於光波長之連續波光信號於耗合器 620第一邊之第一臂，且由搞合器620第二邊之二臂發射二 反向傳播光束至光纖回路630。光纖回路630具有正（以微微 秒/奈米X千米表示）色散效應。於耦合器620第一邊之第二 臂產生來自NOLM 610之輸出信號。另一耦合器625用來發 射於一方向於光波長λ2之控制脈波至NOLM。功率控制裝置 660例如光纖放大器或光纖衰減器可用來控制控制脈波之 功率。NOLM 610另外包含偏極化控制裝置680。最後，於 NOLM 610之輸出之光濾波器670(可為帶通濾波器、中止頻 帶濾波器或邊緣濾波器）用於剔除於控制脈波之光波長；1 2 之信號，且通過於CW光信號之光波長；I〖之所得頂帽脈 波。於NOLM 610，由於色散效應，控制脈波滑過共同傳播 之反時針方向CW信號，且於CW光信號加至非線性位相。 於麵合器620順時針光信號與反時針光信號之干涉產生頂 帽輸出。頂帽輸出強度係由反時針光束之非線性相移而決 定。 前文討論之NOLM 610之各成分概略為業界已知。例如 3分貝耦合器可得自任一個販售商，並無特定3分貝耦合器 用於本發明具體貫施例為較佳。偏極化控制裝置680可由業 界眾所周知之裝置提供且為市面上可得例如波板。此外， 偏極化控制裝置680可位於光纖630沿線之任何位置。業界 眾所周知之光濾波器可用於提供濾波器67〇。 用來將控制脈波發射入回路之耦合器625也可由市售 594077 裝置提供。例如耦合器625包含1〇分貝耦合器，讓回路内部 傳播之CW光彳5號於耦合器有1〇%衰減，而控制脈波有9〇〇/〇 衣減。可使用20分貝輕合器，讓^光信號只有1%衰減， 而控制脈波有99%衰減。也可使用3分貝耦合器，其對cw 5光信號及控制脈波二者提供5〇%衰;咸。另夕卜，偏極化搞合 器可用來於與CW光信號之偏極化反向之偏極化，發射控制 脈波至回路。 可由第一次羃孤子控制之頂帽產生器之典型參數說明 如後。如前文說明達成孤子現象之尖峰功率係由如上方程 10式(3)求出。標準光纖亦即非色散頻移光纖之色散效應為 D«17微微秒/奈米X千米。典型非線性光纖常數為丫 =ι·5瓦“ 千米-1。使用一種控制脈波，具有時間4=1微微秒及光波長 λ=1·55微米，方程式(3)獲得尖峰功率p#4〇e。正色散效應 頻移光纖之色散效應典型為_6微微秒/奈米χ千米，獲得 15尖峰功率P#10瓦。對具有l〇G脈波/秒重複率之控制脈波而 吕’尖峰功率分別係對應於平均功率pavp400毫瓦以及

PaVg«l〇〇毫瓦。控制脈波之功率控制可由前述市售攙雜銥之 光纖放大器或衰減器提供。 全部耦合於NOLM之CW光信號之光功率未於頂帽脈 20波尖峰由N〇LM輸出。換言之，N0LM具有轉換效率小於i。 孤子控制之NOLM轉換效率計算如後。 於控制脈波共同傳播之CW光束獲得之尖峰非線性相 移約可如下求出： 方程式(4) max _ 4Pcyt〇 9nl'|i/vs-i/vc| 18 594077 此處vs&Ve分別為控制脈波光束及連續波光束之群組速 度。方程式(4)之分母計算如後： |l/vs ~l/vc I«|(d2k/dtn2)ATn| = 2π|β2|Δλ/λ 方程式(5) 因此尖峰非線性相移顯示為： 5 方程式(6)

inmax — 4Pcyt〇X 9nl = 2π|β2|Δλ

對於基本孤子，如前文說明，pe=|P2l々tG2，故於孤子控制 脈波共同傳播之cw光束之尖峰非線性相移表示為： ，、脆 2λ2 _41n(V2+lK2 9s〇1 =^：= ποΔλί™ 方程式（7) 假設控制脈波具有轉換極限sech2光譜形狀，則控制脈波之 10 光譜寬度係與控制脈波之脈波時間相關，如後： δλ

(21η(Λ/2+1)/π)2λ2 ^FWHMC 方程式（8) 因此發現尖峰非線性位相如後：

π 从 FWHM ln(V2+l) Δλ = 3.56 从 FWHM —Δλ 方程式(9)

方程式（9)顯示於經過孤子控制2N〇LM之尖峰相移只依據 15來自cw光束之控制脈波之相對降調決定。如此尖峰相移係 依據CW光束之光波長以及控制脈波之光波長間之相對差 異決定。 頂帽輸出之尖峰功率及平均輸出功率表示 ppf =Pcwsin2(9r〇r) P- =Pcwsin2(97)Dc

方程式（10) 方程式（11) 19 20 594077 此處Dc為頂帽脈波之工作循環，換言之谓巾自脈波At除以脈 波至脈波時間之持續時間。如前文説明若工作循環接近 5〇%，則根據本發明之具體實施例，玎達成最佳化pPM接收 器之最佳化效能。因此£^係小於或等於〇·5。第7圖顯示使 5用孤子控制脈波之頂帽產生器具體實施例之轉換效率710 相對於Dc=0.45之相對降調。 為了測定使用孤子控制脈波之頂帽產生器之輸出功率 及轉換效率，須找出可接受之相對降調值又FWHM。可接

受之相對降調值係由位於NOLM輸出之濾波器洩漏之控制 10 功率量決定。於後示計算式中，假設控制脈波具有sech2光 譜形狀，以及濾波器具有頂帽頻帶形狀。於濾波器後之控 制脈波之串音功率計算如後： 0.5PCT 86〇ή2[21η(Λ/2+1)(χ/δλΡ^)]άχ Pxtalk = —zz——-F~~P-1—— 方程式（12) J-oosech L2 + l)(x / )Jdx 此處；l λ 2分別為濾波窗之上限及下限。 15 方程式（12)可簡化成 ρ21η(Λ/2+1)(λ2/δλΡ

Pci2

21n(V2+l)(X1 / δλρννΗΜ sech ydy sech2ydy 方程式（13) 該式獲得：

Pxtaik = 〇.25Pc[th(21n(V2 + 1)(λ2 /δλΡΨΗΜ))- th(21n(V2 + 1)(λ1 /δλΡΨΗΜ)| 方程式（14) 2〇 假設濾波窗之上限及下限定義如後：λ12 =λ0±Δλ/2，則 控制脈波之串音功率為： 20 p 0.5Pcsh(21n(V2+l)) xtalk — Λ(41η(Λ/ϊ + 1)Δλ/δλ_^)+—方程式（15) 第8圖顯示相對争音810 ’換言之濾波器洩漏之控制功 率除以轉換效率之分量相對於相對降調作圖。 最佳化降調係由系統對最大串音之要求決定。例如若 相對串音不可超過HT4，則相對降調須約為Δλ/δλρ_ Λ 3(參 考第8圖或方程式（15))，獲得轉換效率ΡτΗ_/ρ^ιηβ〇39(參考 方程式(6)及弟7圖）。若可忍受較高串音，則可選用較小降 調，結果導致較高轉換效率。例如若希望从/§^_3227之 降調，獲得最大轉換效率45%及串音2xl〇-3。此種情況下頂 帽產生器之輸出將與控制功率之微小變化無關，亦即將作 為光限制器。此項結果由方程式（11)可知，方程式（H)顯示 頂帽產生器之尖峰功率係與sin^cps:，有關。因此若產生 器接近最大功率，則(pS()1max的增減將只獲得輸出功率之微 降。 NOLM需要之光纖長度係由輪出頂帽脈波所需脈波時 間決定。如前文說明，希望有調變指數高達〇 5，因此需要 有相對長時間之頂帽脈波。但脈波重複率將限制其間隔， 因此限制頂帽脈波持續時間。具有所需頂帽脈波持續時間 之光纖長度如下求出： Δί - LG’ vcw -1 / Ve) = l|(d2k/細2)叫=Lim 方程式（16) 例如於NOLM，假設相對降調△_ w且具有標準 色散效應D=17微微秒/奈米X千米以及控制脈波寬度”微 微秒（^F_=2·5奈米），對脈波時間&=5〇微微秒需要l=1.95 594077 千米之光纖長度。 由前文說明，顯然本發明之具體實施例有多項優點， 其中部分說明於此處，而其它優點為此處所述本發明具體 實施例之特有優點。也須了解可未悖離此處主旨之教示而 5 對此處所述方法及裝置做出修改。因此除非如隨附之申請 專利範圍要求，否則本發明絕非囿限於所述具體實施例。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示根據本發明，光脈波位置調變接收器之方塊 圖。 10 第2圖（先前技術)顯示使用頂帽脈波交互關係來提供電 輸出之光脈波位置調變接收器之方塊圖。 第3圖（先前技術)顯示典型非線性光回路鏡之示意代表 圖。 弟4 A圖（先前技術）顯示用於第2圖所示接收器之光级 15 交互關聯器之示意圖。 第4B圖（先前技術）顯示用於執行重疊至電性轉換之彳 頻率產生裝置。 φ 第4C圖（先前技術）顯示執行重疊至電性轉換之四波f 合裝置。 ％ 2〇 第5圖顯示藉第2圖所示頂帽脈波產生器及交互關俨 器’轉換光脈波成為電流輸出之圖解。 第6圖顯示根據本發明之一具體實施例，由第_次羃孤 子控制之頂帽產生器之一具體實施例之方塊圖。 第7圖為根據本發明之頂帽產生器之一具體實施例之 22 594077 轉換效率相對於相對降調之線圖，此處該輸出脈波之工作 循環假設為0.45。 第8圖為根據本發明之頂帽產生器之一具體實施例，相 對串音相對於相對降調之線圖。 5 【圖式之主要元件代表符號表】 10...頂帽產生器 441…透鏡 11...短光時脈脈波 443…非線性晶體 13...矩形時脈脈波 445...孔口 20...頂帽產生器 446，447…光束 21…無脈波位置經調變之光脈 448…和頻率光束 波 450...單一模式光纖 23...矩形信號脈波 500...NOLM，非線性光回路鏡 30…重疊至電性轉換器 510，520...耦合器 33...重疊量 550·.·光纖 50...光接收器 560...濾波器 74…交互關聯器電流 600…頂帽產生器 100...光接收器 610…非線性光回路鏡 110...頂帽產生器 620，625···柄合器 120...頂帽產生器 630…光纖回路 130...連續波源 660···功率控制裝置 140…相干性交互關聯器 670…光濾波器 141 ...3分貝搞合器 680…偏極化控制裝置 143...平衡偵測器 810…相對串音 440…和頻率產生裝置

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Claims (1)

1. 594077 拾、申請專利範圍： 1. 一種頂帽脈波產生器，其接收一於第一波長之連續光波 信號以及一於第二波長之脈波化光信號，且產生於該第 一波長之頂帽光學脈波，該頂帽脈波產生器包含： 5 一光學耦合器，其具有一第一邊具有一第一臂以及 一第二臂、以及一第二邊其具有一第三臂以及一第四 臂，該第一臂適合用於接收連續波光信號，以及發射連 續波光信號進入第三臂及第四臂； 一光纖，其具有一第一端及一第二端，該第一端係 1〇 言史置成可接收來自第三臂之光能，且傳輸光能至第三 臂，以及該第二端係設置成可接收來自第四臂之光能以 及傳輸光能至該第四臂，該光纖具有支援光學孤子之正 色散效應； -光學渡波器，其接收來自第二臂之光能；以及 15 -控制脈錄合器，其係設置成發射光能至該光 纖’該控舰祕合料1人端錢合減脈波化光 信號， 其中該脈波化光錢具有_光料峰功率，以及該 光學尖峰功率係㈣成第1祕子之鮮尖峰功率。 20 2.如帽專利範圍第1項之_脈波產生器，其中該光尖 峰功率、.二控制為可抵消於該光纖内部傳播之控制脈波 之色散效應。 3·如申#專心圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該光輛 合器發射二反向傳播光束至該光纖。 24 594077 4. 如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該光耦 合器包含一個3分貝搞合器。 5. 如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該控制 脈波耦合器於單向發射光能至光纖。 5 6.如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該光耦 合器實質上通過於第一波長之光能，以及實質上衰減於 第二波長之光能。 7. 如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該脈波 化光信號包含光脈波其各自具有全頻寬半最大脈波時 1〇 間tp WHM ’該光纖具有非線性光纖常數T以及光纖色散 效應D，該第二波長係以λ表示，c表示光速度，以及光 尖峰功率Pe係以下式表示： ρ 3.11λ2Ρ 〇 2πολΐΡΨΗΜ 8. 如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，進一步包含 15 —放大器耦合至該控制脈波耦合器之輸入端。 9·如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，進一步包含 一衰減器耦合至該控制脈波耦合器之輸入端。 10.如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，進一步包含 一偏極化控制裝置設置於控制光纖内部之偏極化。 20 11.如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該頂帽 光脈波具有工作時間小於或等於0.5。 12.如申請專利範圍第1項之頂帽脈波產生器，其中該控制 脈波I馬合器包含一個選自3分貝|馬合器、10分貝搞合 25 11 ' 20分貝耦合器及偏極化耦合器組成的組群之耦合 器。 13·—種將於一第一光學波長之光學脈波轉成於一第二光 學波長之頂帽光學脈波之方法，該方法包含下列步驟： 產生一於該第二光學波長之連續波光信號； 發射該連續波光信號之反向傳播光束由耦合器至 光纖回路’該光纖具有支援光學孤子以及於耦合器之反 向傳播波干擾之正色散效應； 發射光脈波至光纖回路，該光纖回路具有一尖峰光 學功率； 控制該尖峰光學功率至第一次羃孤子之功率； 於該耦合器耦合由光纖送出之光能；以及 渡波該光能，俾壓抑於第一光學波長之光能，以及 通過於第二光波長之光能，因此產生於第二光波長之頂 帽光脈波。 14·如申請專利範圍第13項之方法，其中該控制尖峰光功率 之步驟包含控制尖峰光功率俾抵消於該光纖内部傳播 之控制脈波之色散效應。 15·如申請專利範圍第13項之方法，其中該耦合器包含一個 3分貝耦合器。 16·如申請專利範圍第13項之方法，其中該發射光脈波至光 纖回路之步驟包含於光纖於單向發射該光脈波。 17·如申請專利範圍第13項之方法，其中該等光脈波各自具 有王頻見半最大脈波時間tp\VHM，該光纖具有非線性光 594077 纖常數r以及光纖色散效應D，該第二波長係以λ表 不，c表示光速度，以及光尖峰功率Pe係以下式表示： P = 27CCYtFWHM 〇 18·如申明專利範圍第13項之方法，其中該控制尖峰光功率 5 之步驟包含耦合光脈波至放大器。 19.如申印專利範圍第13項之方法，其中該控制尖峰光功率 之步驟包含耦合光脈波至衰減器。 20·如申明專利範圍第13項之方法，進一步包含控制於光纖 内部傳播之光能之偏極化之步驟。 10 21.如申請專利範圍第13項之方法，其中該頂帽光脈波具有 工作循環小於或等於0.5。 22·—種偵測脈波位置經調變之光信號之裝置，包含： 一時脈源，提供與該脈波位置經調變之光信號同步 之脈波化光時脈信號； 15 一連續波光源，其產生一連續波光信號； 一第一光學頂帽脈波產生器，其接收該連續波光信 號以及脈波位置經調變之信號，且產生一第一光學頂帽 輸出信號，其中該脈波位置經調變信號之尖峰功率係調 整至該第一次羃孤子之功率； 20 一第二光學頂帽脈波產生器，其接收該連續波信號 以及脈波化光時脈信號，且產生一第二光學頂帽輸出信 號，其中該脈波化光時脈信號之尖峰功率經調整為第一 次羃孤子功率；以及 27 594077 一重疊至電性轉換器，其接收該第一光學頂帽信號 以及該第二光學頂帽信號，且產生一電信號，該電信號 係與第一光學頂帽信號與第二光學頂帽信號間之重疊 量成比例。 5 23·如申請專利範圍第22項之裝置，其中該重疊至電性轉換 器包含一相干性交互關聯器、一和頻率產生器或一四波 混*合器。 24·如申請專利範圍第22項之裝置，其中至少一光學頂帽脈 波產生器包含： 10 光學耗合器，其具有一第一邊具有一第一臂以及 一第二臂、以及一第二邊其具有一第三臂以及一第四 臂’該第一臂適合用於接收連續波光信號，以及發射連 續波光信號進入第三臂及第四臂； 一光纖，其具有一第一端及一第二端，該第一端係 15 設置成可接收來自第三臂之光能，且傳輸光能至第三 臂，以及該第二端係設置成可接收來自第四臂之光能以 及傳輸光能至該第四臂，該光纖具有支援光學孤子之正 色散效應； 一光學濾波器，其接收來自第二臂之光能；以及 2〇 一控制脈波耦合器，其係設置成發射光能至該光 纖，該控制脈波耦合器有一輸入端其適合接收該脈波位 置經調變之信號或該脈波光時脈信號。 25·如申請專利範圍第24項之裝置，其中該光輕合器包含一 3分貝耦合器。 28 594077 26·如申請專利範圍第24項之裝置，其中該至少一光學頂帽 脈波產生器進一步包含一耦合至該控制脈波耦合器之 輸入端之放大器。 27·如申請專利範圍第24項之裝置，其中該至少一光學頂帽 5 脈波產生器進一步包含一耦合至該控制脈波耦合器之 輸入端之衰減器。 28_如申請專利範圍第24項之裝置，其中該至少一光學頂帽 脈波產生器進一步包含一耦合至該光纖之偏極化控制 裝置。 10 29·如申睛專利範圍第24項之裝置，其中該脈波位置經調變 命 之光彳5號或脈波化光時脈信號包含光脈波，其各自罝有 全頻寬半最大脈波時間tFWHM，該光纖具有非線性光纖 常數γ及光纖色散效應D，該光脈波係於光波長λ，e表示 光速度，以及脈波位置經調變之光信號或脈波化光時脈 15 信號之尖峰功率係以下式方程式表示·· P 一 3·11λ2ρ 2TOytFWHM 3〇.如申請專利範圍第24項之裝置，其中至少一光頂帽信號 具有工作因數义於或等於0.5。 31·—種偵測一脈波位置經調變之信號之方法，該方法包含 2〇 下列步驟： 接收該脈波位置經調變之光信號； 提供一光時脈脈波流； 產生-連續波光信號，其具有—光波長，該光波長 29 594077 係與脈波位置經調變信號或光時脈脈波之光波長不同； 施加該連續波光信號至一第一非線性光回路鏡； 耦合該脈波位置經調變之光信號至該第一非線性 光回路鏡； 5 控制脈波位置經調變之光信號之尖峰功率成為第 一次羃孤子之功率； 施加該連續波光信號至一第二非線性光回路鏡； 耦合光時脈脈波流至第二非線性光回路鏡； 控制光時脈脈波流之尖峰功率成為於第一次羃孤 10 子功率； 耦合由第一非線性光回路鏡輸出之第一輸出光信 號； 以濾波器濾波該第一輸出光信號，該濾波器透射約 為連續波光信號之光波長，以及剔出約為脈波位置經調 15 變信號之光波長俾產生一第一頂帽信號； 耦合由第二非線性光回路鏡輸出之第二輸出光信 號； 以濾波器濾波該第二輸出光信號，該濾波器透射約 為連續波光信號之光波長，以及剔出約為光時脈脈波之 20 光波長俾產生一第一頂帽信號； 偵測第一頂帽信號與第二頂帽信號間之重疊量；以 及 產生一與該重疊量成比例之電信號。 32.如申請專利範圍第31項之方法，其中該控制脈波位置經 30 調變之光信號之尖峰功率為第一次羃孤子功率之步 驟，包含耦合該脈波位置經調變之光信號至一放大器及 /或一衰減器。 33. 如申請專利範圍第31項之方法，其中該控制該光時脈脈 5 波流之尖峰功率之步驟包含耦合該光脈波流至一放大 器及/或一衰減器。 34. 如申請專利範圍第31項之方法，其中： 施加該連續波光信號至一第一非線性光回路鏡之 步驟包含由光耦合器發射連續波光信號之反向傳播光 10 束至光纖回路，該光纖具有支援光孤子之正色散效應， 該反向傳播波係於光耦合器干涉； 耦合脈波位置經調變之光信號至第一非線性光回 路鏡之步驟包含發射脈波位置經調變之光信號至光纖 回路；以及 15 該控制脈波位置經調變之光信號之尖峰功率於第 一次羃孤子功率之步驟包含根據如下方程式控制脈波 位置經調變信號之尖峰功率： ^ 3.11λ2ϋ Pc =- 〇 2mrytFWHM 其中該脈波位置經調變之光信號之尖峰功率係以Pc表 20 示，該脈波位置經調變之光信號之光脈波具有全頻寬半 最大脈波時間tpWHM ’該光纖具有非線性光纖常數T以 及光纖色散效應D，該脈波位置經調變之光信號之光脈 波係於λ表示，以及C表示光速度。 31 594077 35·如申請專利範圍第31項之方法，其中·· 施加該連續波光信號至一第二非線性光回路鏡之 步驟包含由光耗合為發射連續波光信號之反向傳播光 束至光纖回路，該光纖具有支援光孤子之正色散效應， 5 該反向傳播波係於光耦合器干涉； 光時脈脈波流至第二非線性光回路鏡之步驟包含 發射光時脈脈波流至光纖回路；以及 該控制光時脈脈波流之尖峰功率於第一次羃孤子 功率之步驟包含根據如下方程式控制光時脈脈波流之 10 尖峰功率： Ρ 一 3·11λ2Ρ 2TCcytFWHM 其中該光時脈脈波流之尖峰功率係以pe表示，該光時脈 脈波流之光脈波具有全頻寬半最大脈波時間^〜·，該 光纖具有非線性光纖常數r以及光纖色散效應D，該光 15 時脈脈波流之光脈波係於λ表示，以及c表示光速度。 36·如申請專利範圍第34項之方法，其中該光耦合器包含一 3分貝光耦合器。 37·如申請專利範圍第35項之方法，其中該光耦合器包含一 3分貝光耗合器。 20 38·如申請專利範圍第34項之方法，進一步包含控制於光纖 内部傳播之光能之偏極化之步驟。 39.如申請專利範圍第35項之方法，進一步包含控制於光纖内部傳 播之光能之偏極化之步驟。 32 594077 40.如申請專利範圍第31項之方法，其中該第一頂帽信號及 第二頂帽信號之至少一頂帽信號具有工作循環小於或 等於0.5。 · 33