TWI501570B - 利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置與方法 - Google Patents

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Description

利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置與方法
本發明涉及光訊號轉換裝置與方法，特別是一種利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置與方法。
通訊網路一般可區分為無線網路與有線網路兩種，前者利用微波為載具於空氣中傳遞資料，提供移動式電子裝置的通訊需求，後者則利用光波為載具於光纖中傳遞資料，提供固定式電子裝置的通訊需求，乃兩種截然不同的通訊方式與範圍。然由於寬頻無線技術的快速發展，加上許多新興網路應用的衍生，致使資料傳輸量遽增。如果寬頻無線網路，一方面要負責使用者與無線基地台間的前端資料傳送，另一方面也需同時肩負無線基地台與中央處理機房或伺服器間的後端資料傳送，則寬頻無線技術將無法滿足多人同時使用下所需的巨量傳輸頻寬。
有鑒於寬頻光纖網路每個頻道可提供每秒數十億位元(~Gbits/s)至數百億位元(~10Gbits/s)等級的超高傳輸量，相當適合作為各式網路後端巨量資料傳送的骨幹架構，寬頻無線通訊(負責前端資料傳送)加上寬頻光纖通訊(負責後端資料傳送)的整合通 訊網路(radio-over-fiber communication network)，因此無線光纖整合通訊網路或光載微波無線通訊網路將成為非常重要的下一世代通訊技術與系統。
由於無線光纖整合通訊網路企圖整合兩種截然不同的通訊網路，如何讓微波與光波順利結合，並克服其於光纖傳遞中各種必然遭遇到的物理挑戰，衍生出許多前所未有的微波訊號處理需求。再者，為降低建設成本、擴大涵蓋範圍、增加通訊傳輸量，未來的無線基地台將朝體積小型化、系統簡單化、微波高頻化(例如，6~40GHz或50~90GHz頻段)的方向來發展。因此，在無線基地台中，許多原本依賴傳統電子技術與系統來進行的微波訊號處理，必須轉移集中至中央處理機房，由光電技術與系統來取代進行。
一般而言，無線光纖整合通訊系統採用直接調制(direct modulation)或外部調制(external modulation)半導體雷射的方式，來結合微波與光波(或稱將微波承載在光波上)。這樣的方式將產生雙邊帶調制訊號，其於光纖傳遞過程中，將因光纖色散效應，導致微波能量隨不同光纖傳送距離而產生劇烈變化與消逝(microwave power fading)，這樣的現象會大幅降低無線光纖整合通訊網路的通訊品質。為改善這樣的通訊品質，雙邊帶調制訊號必須在進行長距離光纖傳輸前，轉換成單邊帶調制訊號，以避免或降低光纖色散效應所導致的前述負面影響。
目前的轉換方式，主要利用光學濾波器(optical filter) 來消除或壓抑雙邊帶調制訊號中的一個頻率成份，然單邊帶調制訊號的功率會因轉換過程中的能量損耗而大幅減低，因此需要連結一個光纖放大器加以補償，形成可觀的能源浪費與需求，並增加這類轉換系統的架構複雜度。另外，由於一個光學濾波器只能針對一個固定頻率進行消除或壓抑，因此這類系統無法彈性或動態調整，以滿足不同通訊網路的不同微波頻率規格需求。另一種轉換方式，乃利用調整微波相對的相位差，使外部調制半導體雷射的微波與光波結合方式，產生單邊帶調制訊號的輸出，然因該轉換方式對微波相對相位差的準確度有非常高的要求，因此系統在面對環境變化或操作條件調整時必須有非常高的穩定性，增加這類轉換系統的架構複雜度。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，本發明之發明人有鑑於上述缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種發明專利者。
本發明之主要目的在於提供一種利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置，使用一半導體雷射為主要元件，可彈性或動態的調整滿足不同通訊網路的不同微波頻率規格 需求。此外，系統對環境溫度變化的敏感度低，而且在通訊網路操作條件需要調整時，會自動跟隨調整，整體系統運作非常穩定使得轉換系統的架構簡單、運作穩定、建置與維護成本降低。
本發明之另一目的在於提供一種利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，利用半導體雷射的週期一非線性動態，進行無線光纖整合通訊網路中的一個關鍵微波訊號處理，將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，其微波訊號的品質與誤碼率保持相同、甚至提升解碼正確率，增進通訊網路的訊號檢測靈敏度、光纖傳輸距離、網路傳輸效能。
為了達到上述發明目的，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明使用利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，包括以下步驟：接收一攜帶微波的輸入光訊號，且該攜帶微波的輸入光訊號為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，調整該輸入光訊號中的光波能量後，輸出具有雙邊帶調制訊號的第一光訊號；接收該第一光訊號並調整偏振，最後輸出具有雙邊帶調制訊號的第二光訊號；以及接收該第二光訊號並以週期一非線性動態將該雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，最後輸出一攜帶微波的輸出光訊號，且該輸出光訊號為一具有一個調制邊帶功率遠高於另一個調制邊帶功率的單邊帶調制訊號。
再者，從另一種實施方式中，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明利用週期一非線性雷射動態進 行光訊號轉換之裝置，包括一半導體雷射，其係接收一攜帶微波的輸入光訊號，且該攜帶微波的輸入光訊號為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，並以週期一非線性動態將該雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，最後輸出一攜帶微波的輸出光訊號，且該攜帶微波的輸出光訊號為一具有一個調制邊帶功率遠高於另一個調制邊帶功率的單邊帶調制訊號。
本發明利用半導體雷射的週期一非線性動態，將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，轉換成單邊帶調制訊號後，其微波訊號的品質與誤碼率不但保持、甚至提升。微波頻率從低頻到至少80GHz以上都可達到這樣訊號品質的提升，因此本發明系統可依不同通訊網路的不同微波頻率規格需求，彈性調整或進行重組。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
10‧‧‧中央處理機房
100‧‧‧微波訊號產生器
101‧‧‧數位訊號產生器
102‧‧‧電訊號混頻器
103‧‧‧可調式雷射
104‧‧‧光調制器
105‧‧‧光功率調整裝置
1051‧‧‧光功率放大器
1052‧‧‧光功率衰減器
106‧‧‧光偏振控制器
107‧‧‧光循環器
108‧‧‧半導體雷射
110‧‧‧無線發射基地台
111‧‧‧光檢測器
112‧‧‧微波譜分析儀
113‧‧‧低通濾波器
114‧‧‧誤碼儀
115‧‧‧光訊號轉換系統
S01~S03‧‧‧方法流程步驟
第1圖所示為本發明一實施例之光訊號轉換系統架構示意圖。
第2圖所示為本發明一實施例之光訊號轉換系統應用在無線光纖整合通訊網路中央處理機房之示意圖。
第3圖(a)為本發明在不受外來干擾下的半導體雷射輸出、週期一非線性動態之光譜示意圖。
第3圖(b)為本發明未載有數據資料下，雙邊帶調制訊號、單邊 帶調制訊號之光譜示意圖。
第3圖(c)為本發明未載有數據資料下，雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之微波譜示意圖。
第3圖(d)為本發明載有數據資料下，雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之光譜示意圖。
第4圖為本發明載有622Mbps數據資料的雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之誤碼率示意圖。
第5圖(a)為本發明未載有數據資料下，雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之光譜示意圖。
第5圖(b)為本發明未載有數據資料下，雙邊帶調制訊號、非線性光波混和之光譜示意圖。
第5圖(c)為本發明f 0=30GHz的週期一非線性動態之光譜圖，以及未載有數據資料下，單邊帶調制訊號之光譜示意圖。
第5圖(d)為本發明f 0=40GHz的週期一非線性動態之光譜圖，以及未載有數據資料下，單邊帶調制訊號之光譜示意圖。
第6圖(a)為本發明注入光頻率改變與週期一非線性動態振盪頻率變化的關係圖，以及注入光強度改變與週期一非線性動態變化振盪頻率的關係示意圖。
第6圖(b)為本發明注入光頻率改變與週期一非線性動態邊帶拒斥比變化的關係圖，以及注入光強度改變與週期一非線性動態邊帶拒斥比變化的關係示意圖。
第7圖所示為本發明一實施例之利用週期一非線性雷射動態 進行光訊號轉換之方法流程步驟示意圖。
下面結合圖示和具體操作之實施例對本發明作進一步說明。
請參閱第1圖所示為本發明一實施例之光訊號轉換系統架構示意圖，光訊號轉換系統115包括：光功率調整裝置105、光偏振控制器106以及半導體雷射108。光功率調整裝置105包含一主動光學元件可放大輸入光訊號的光功率；以及一被動的光學元件以接收一攜帶微波的輸入光訊號，且該攜帶微波的輸入光訊號為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，調整輸入光訊號中的光波能量後，輸出具有雙邊帶調制訊號的光訊號。在本實施例中，被動光學元件為一光功率衰減器1052可調整輸入光訊號的光功率，主動光學元件為一光功率放大器1051放大輸入光訊號的光功率後傳送至光功率衰減器1052。
光偏振控制器106連接光功率調整裝置105以接收光訊號並調整其偏振，最後輸出具有雙邊帶調制訊號的光訊號。
半導體雷射108連接光偏振控制器106以接收光訊號並以週期一非線性動態將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，最後輸出一攜帶微波的輸出光訊號，且該攜帶微波的輸出光訊號為一具有一個調制邊帶功率遠高於另一個調制邊帶功率的單邊帶調制訊號。另外，為有效導引注入光波，並阻絕不必要的反 饋光，一光循環器(107)連結光偏振控制器(106)以接收光訊號單方向導引至半導體雷射(108)，並將半導體雷射(108)的輸出光訊號單方向導引至一輸出端。
根據上述，本轉換系統負責處理攜帶微波的光訊號，其為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，使用一半導體雷射(108)。半導體雷射(108)在不受任何外來干擾下(free-running condition)，輸出在光譜分析儀上呈現出非常典型單一頻率的穩定光波。最後之輸出光訊號傳送至一無線發射基地台(110)中，由一光檢測器(111)接收光訊號後換成一微波發射。
請參閱第2圖為本發明一實施例之光訊號轉換系統應用在無線光纖整合通訊網路中央處理機房之示意圖，並同時參閱第3圖(a)為本發明在不受外來干擾下的半導體雷射輸出、週期一非線性動態之光譜示意圖。第3圖(a)橫軸上的讀值是相對原半導體雷射光波的頻率值。在另一實施例中，光訊號轉換系統(115)是運用在一中央處理機房(10)中，將欲傳送的數據資料經由數位訊號產生器(101)產生輸出後，藉由電訊號混頻器(102)承載於微波訊號產生器(100)所產生頻率為f m的微波訊號上。接著，經由前述的過程，將此一微波承載於可調式雷射(103)所產生的連續光波上，即形成載有數據資料的雙邊帶調制訊號。可調式雷射(103)產生的連續光波(如第3圖(a)曲線(201)所示)注入至光訊號轉換系統115之半導體雷射(108)，產生如第3圖(a)曲線(202)所示之光譜，將迫使其輸出與連續光波頻率相同的光訊號成份。接著，由於該半導體雷射(108) 所需之增益(optical gain)因外部注入光的引進而減少，經由反導引效應(antiguidance effect)，致使半導體雷射(108)的共振腔(optical resonance cavity)產生共振頻率紅移(resonance frequency red-shift)。因此，半導體雷射(108)內部同時存在兩股物理效應(紅移的雷射腔共振與注入光強迫的雷射振盪)在進行對抗與競爭。於適當的注入光波強度與頻率條件下，經由霍夫分歧(Hopf bifurcation)過程，將誘發出該半導體雷射(108)的非線性動態，使其進入所謂的週期一非線性動態(period-one nonlinear dynamics)，呈現出與原本半導體雷射(108)截然不同的物理行為及性質。如第3圖(a)曲線(202)所示之光譜，除了與連續光波頻率相同的光訊號成份之外，頻率相距f 0的兩旁處，還出現兩個強度大小不一的頻率成份(在此稱振盪邊帶，即oscillation sideband)。f 0在此稱為該週期一非線性動態的振盪頻率(oscillation frequency)，在第3圖(a)曲線(202)的範例中f 0=35GHz。由於該兩個振盪邊帶強度大小不一，因此可利用這一個週期一非線性動態的光學特性，將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號。於不同系統操作條件下，該兩個振盪邊帶強度差距可能的不同，進而影響轉換成單邊帶光學特徵的程度，在此定義一邊帶拒斥比(sideband rejection ratio，簡稱為SRR)，來表示低頻率邊帶的強度較高頻率邊帶的強度大多少。據此定義曲線(202)的邊帶拒斥比為23dB。
另外，本發明藉由光功率調整器(105)來調整注入光波的強度，或藉由可調式雷射(103)來調整注入光波的頻率，皆可 改變光譜上各頻率成份的頻率間距(即f 0的大小)與強度大小，使半導體雷射(108)產生不同特徵的週期一非線性動態。同時參閱第1圖，光功率調整器(105)可能包含一個主動光電元件(光功率放大器1051)與一個被動光電元件(光功率衰減器1052)，來調整注入光的強度。在另一實施例中，若注入光波本身的功率足夠大，則僅需一光功率衰減器即可調整注入光的強度。本實施例中，採用ξi來表示注入光波的強度(injection strength)，以及採用f i來表示注入光波相對於半導體雷射(108)的頻率(detuning frequency)。為有效產生週期一非線性動態，注入光波的偏振必須藉由光偏振控制器(106)來調整，使其與半導體雷射(108)的偏振一致。
請參閱第3圖(b)為本發明未載有數據資料下(f m=35GHz)，雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之光譜示意圖，以及第2圖。第3圖(b)曲線(203)所示，若可調式雷射(103)輸出的連續光波經由光調制器(104)，將來自微波訊號產生器(100)頻率為f m的微波訊號載上，在相距原光波頻率為f m兩旁處，將出現強度一樣的兩頻率成份，即為雙邊帶調制訊號。在第3圖(b)曲線(203)中，微波訊號頻率採用f m=f 0=35GHz。如第3圖(b)曲線(204)所示，於上述相同的光波強度與頻率下，將該雙邊帶調制訊號注入至半導體雷射(108)後，因為週期一非線性動態的機制與作用，該雙邊帶調制訊號將轉變成單邊帶調制訊號，其邊帶拒斥比為22dB，與第3圖(a)曲線(204)的邊帶拒斥比相近。由此結果可知，週期一非線性動態中，兩個強度大小不一的振盪邊帶，乃本發明將雙邊帶調制訊號轉換 成單邊帶調制訊號的物理機制。相較於雙邊帶調制訊號因光纖色散效應，導致微波能量隨不同光纖傳送距離而產生劇烈變化與消逝，此一單邊帶調制訊號的光學特徵將可避免或大幅降低該效應所導致的負面影響。
根據上述，請參閱第3圖(c)為本發明未載有數據資料下(f m=35GHz)，雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之微波譜示意圖。第3圖(b)曲線(203)所示之光譜直接送入一光檢測器(111)，若將其輸出於微波譜分析儀(112)上會呈現一35GHz的微波訊號，如第3圖(c)曲線(205)所示；相同地，若將第3圖(b)曲線(204)所示之光譜直接送入光檢測器(111)，亦輸出一35GHz的微波訊號，如第3圖(c)曲線(206)所示之微波譜。仔細比較該兩微波譜，可發現兩微波訊號的線寬(microwave linewidth)、相位雜訊(phase noise)或功率(microwave power)不是相近就是略為提升，這顯示轉換後的微波訊號品質不但保持不變、甚至還有所提升。
再參閱第2圖，將欲傳送的數據資料(採用數據資料傳輸量為622Mbps)經由數位訊號產生器(101)產生輸出後，藉由電訊號混頻器(102)承載於微波訊號產生器(100)所產生頻率為f m的微波訊號上。接著，經由前述的過程，將此一微波承載於可調式雷射(103)所產生的連續光波上，即形成載有數據資料的雙邊帶調制訊號，如第3圖(d)曲線(207)所示。如第3圖(d)光譜圖之曲線(208)所示，於上述相同的光波強度與頻率下，將此一載有數據資料的雙邊帶調制訊號注入至半導體雷射(108)後，因為週期一非線性動態 的機制與作用，將轉變成載有數據資料的單邊帶調制訊號。在第3圖(d)的範例說明中，微波訊號採用與第3圖(b)範例說明一樣的頻率，即f m=f 0=35GHz，以利比較與分析。比較第3圖(d)與第3圖(b)得知，無論是雙邊帶調制訊號或是單邊帶調制訊號，載入數據資料的前後，其光譜結構與特性相近，說明轉換系統(115)不因數據資料的加入而產生不必要的改變，這樣的穩定性在更高的數據資料傳輸量下依然可以達成，例如1.25Gbps。微波訊號品質對整體通訊網路的訊號檢測靈敏度、光纖傳輸距離、網路傳輸效能將有所提升。
將第3圖(d)曲線(207)與曲線(208)所示之光波訊號送入光檢測器(111)，接著將其產生的微波訊號輸出送入電訊號混頻器(102)，與微波訊號產生器(100)所產生頻率為f m的微波訊號相互混頻，以便降頻(frequency down-conversion)解調出所傳輸的數據資料。經過低通濾波器(113)去除高頻訊號與雜訊後，將該數據資料送進誤碼儀(114)檢測誤碼率。請參閱第4圖為本發明載有622Mbps數據資料的雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之誤碼率示意圖(f m=35GHz)。在第4圖中，曲線(300)為載有數據資料雙邊帶調制訊號(第3圖(d)曲線(207))的誤碼率與光功率之關係，曲線(301)則為載有數據資料單邊帶調制訊號(第3圖(d)曲線(207))的誤碼率與光功率之關係。比較兩曲線(300與301)可知，經轉換後的單邊帶調制訊號，不但保持原本雙邊帶調制訊號的誤碼率與光功率之關係特性，並以更低的光功率達到一般通訊網路所要求的10-9誤碼率，這表示通 訊網路的訊號檢測靈敏度提升了，也表示光纖傳輸距離與網路傳輸效能可同樣地提升。
根據上述，在f m=f 0的條件下，本發明可將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，同時保持或提升轉換後的微波訊號品質與誤碼率，增進通訊網路的訊號檢測靈敏度。如果微波訊號的頻率因不同通訊網路的規格而變更，本轉換系統依然可在注入光的強度與頻率不改變下自動進行調整，使轉換前後的微波訊號頻率一致，而且保持或提升轉換後的微波訊號品質與誤碼率。
第5圖(a)為本發明未載有數據資料下，雙邊帶調制訊號、單邊帶調制訊號之光譜示意圖，曲線(400)顯示一個f m=40GHz的雙邊帶調制訊號，該雙邊帶調制訊號注入至半導體雷射(108)後，在與前述相同的光波強度與頻率下(即產生的f 0=35GHz)，同樣因為週期一非線性動態的機制與作用，該雙邊帶調制訊號會轉變成單邊帶調制訊號，如第5圖(a)曲線(401)所示。在這樣f m≠f 0之情形下，轉換前後的微波訊號頻率不但一致(即f m=40GHz)，而且保持或提升轉換後的微波訊號品質與誤碼率，顯示本轉換系統可依不同通訊網路的不同微波頻率規格需求，彈性調整或進行重組。不過，如果f m與f 0的差距超過一定允許範圍，例如第5圖(b)為本發明未載有數據資料下(f m=45GHz≠f 0=35GHz)，雙邊帶調制訊號、非線性光波混和之光譜示意圖，曲線(402)所顯示一個f m=45GHz的雙邊帶調制訊號，則半導體雷射(108)將輸出一複雜的非線性光波混和(nonlinear wave mixing)，如第5圖(b)曲線(403)所顯 示，而非簡單的單邊帶調制訊號。在本實施例中，f m在30GHz至42GHz範圍內，皆會有穩定的單邊帶調制訊號轉換。
再者，注入光的強度與頻率不改變下(即f 0保持相同)，本轉換系統可依不同微波頻率需求(即f m≠f 0)自動進行調整，使轉換前後的微波訊號頻率一致，同時保持或提升轉換後的微波訊號品質與誤碼率，增進通訊網路的訊號檢測靈敏度。如果因為周遭環境改變(例如溫度)，使得注入光的強度或頻率有所變動(即f 0會變動)，本轉換系統依然可在不改變微波訊號頻率下(即f m保持與前述，但f 0≠f m)自動進行調整，使轉換前後的微波訊號頻率一致，而且保持或提升轉換後的微波訊號品質與誤碼率。
請參閱第5圖(c)為本發明f 0=30GHz的週期一非線性動態之光譜圖，以及未載有數據資料下(f m=35GHz≠f 0=30GHz)，單邊帶調制訊號之光譜示意圖。曲線(404)顯示因注入光的強度變小而產生一個f 0=30GHz的週期一非線性動態。第5圖(d)為本發明f 0=40GHz的週期一非線性動態之光譜圖，以及未載有數據資料下(f m=35GHz≠f 0=40GHz)，單邊帶調制訊號之光譜示意圖，曲線(406)則顯示因注入光的頻率變大而產生一個f 0=40GHz的週期一非線性動態。如果將第2圖(b)曲線(203)所示之雙邊帶調制訊號(即f m=35GHz)，分別在第5圖(c)曲線(404)與第5圖(d)曲線(406)的注入光強度與頻率條件下，注入至半導體雷射(108)，該雙邊帶調制訊號依然會轉變成單邊帶調制訊號，如第5圖(c)曲線(405)與第5圖(d)曲線(407)所示。在這樣f 0≠f m之情形下，轉換前後的微波訊號頻率不 但一致(即f m=35GHz)，而且保持或提升轉換後的微波訊號品質與誤碼率，顯示轉換系統(115)對環境變化的敏感度低，整體系統運作非常穩定。不過，如果注入光強度與頻率的變化(即f 0與f m的差距)超過一定允許範圍，則半導體雷射(108)將輸出類似第5圖(b)曲線(403)所示的非線性光波混和(nonlinear wave mixing)，而非簡單的單邊帶調制訊號。在本示範實例中，注入光強度可允許的最大值與最小值差6倍以內，注入光頻率在15GHz至31GHz範圍內(最大值與最小值差2倍以內)，皆會有穩定的單邊帶調制訊號轉換。
第5圖(c)曲線(404)顯示因注入光的強度變小而產生一個f 0=30GHz的週期一非線性動態，第5圖(d)曲線(406)則顯示因注入光的頻率變大而產生一個f 0=40GHz的週期一非線性動態。這些結果顯示，針對不同的f m，可藉由注入光強度與頻率的調整，找到一個注入條件使得f 0=f m。請參閱第6圖(a)為本發明注入光頻率(f i)改變與週期一非線性動態f 0變化的關係圖(501)，以及注入光強度(ξi)改變與週期一非線性動態f 0變化的關係圖，以及注入光強度(ξi)的改變而產生週期一非線性動態的f 0變化，第6圖(a)曲線(500)則顯示因注入光頻率(f i)的改變而產生週期一非線性動態的f 0變化。由此結果可知，本轉換系統可針對從低頻到至少80GHz以上的超高頻微波訊號，進行雙邊帶調制訊號至單邊帶調制訊號的轉換。另外，比較第3圖(a)曲線(202)、第5圖(c)曲線(404)、第5圖(d)曲線(406)發現，不同的注入光強度與頻率所產生的週期一非線性動態，其兩振盪邊帶的強度差距不一(即邊帶拒斥比不同)。請參閱 第6圖(b)為本發明注入光頻率(f i)改變與週期一非線性動態邊帶拒斥比變化的關係圖，以及注入光強度(ξi)改變與週期一非線性動態邊帶拒斥比變化的關係示意圖，圖5(b)曲線(503)顯示因注入光強度(ξi)的改變而產生週期一非線性動態的邊帶拒斥比變化，第6圖(b)曲線(500)則顯示因注入光頻率(f i)的改變而產生週期一非線性動態的邊帶拒斥比變化。這些結果顯示，在不同注入光強度與頻率下，邊帶拒斥比大致上都維持在20dB以上，顯見轉換後的單邊帶光學特徵的程度很高，足以確保轉換後的單邊帶調制訊號，可大幅降低因光纖色散效應導致微波能量隨不同光纖傳送距離而產生劇烈變化的負面影響。總結這部份的說明，本發明技術不但適合目前低頻微波的無線光纖整合通訊網路，也適用於未來微波高頻化(例如，6~40GHz或50~90GHz頻段)的無線光纖整合通訊網路。
請參閱第7圖所示為本發明一實施例之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，包括：步驟S01接收一攜帶微波的輸入光訊號，其為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，調整輸入光訊號中的光波能量後，輸出具有雙邊帶調制訊號的光訊號；步驟S02接收該光訊號並調整其偏振，最後輸出具有雙邊帶調制訊號的光訊號；以及步驟S03接收具有雙邊帶調制訊號之光訊號，並以週期一非線性動態將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，最後輸出一攜帶微波的輸出光訊號，其為一具有一個調制邊帶功率遠高於另一個調制邊帶功率的單邊帶調制訊號。
根據上述，攜帶微波的輸入光訊號係由一電子訊號調制輸入光訊號而成，而電子訊號係一微波訊號並可載有數位或類比資料訊號。
綜合上述，本發明技術乃利用半導體雷射的週期一非線性動態，將雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號。本轉換系統只需使用一個半導體雷射為主要元件，因此系統相對簡單。轉換成單邊帶調制訊號後，其微波訊號的品質與誤碼率不但保持、甚至提升，增進通訊網路的訊號檢測靈敏度、光纖傳輸距離、網路傳輸效能。微波頻率從低頻到至少80GHz以上都可達到這樣訊號品質的提升，因此本發明系統可依不同通訊網路的不同微波頻率規格需求，彈性調整或進行重組。此外，系統對環境變化的敏感度低，而且在通訊網路操作條件需要調整時，會自動跟隨調整，整體系統運作非常穩定。本發明的這些特性將大幅改善目前其它轉換方式的缺點，將使得轉換系統的架構簡單、運作穩定、建置與維護成本降低。
本發明之光訊號轉換系統中負責處理訊號轉換的關鍵光學元件，在注入光波功率足夠大的情形下，包含光功率調整器、光偏振控制器、光循環器在內的其它元件，皆為光電系統的被動光學元件。與目前其它轉換方式相比，本轉換系統所採用的光學元件無須客製化、系統架構相對簡單，可降低轉換系統的建置與維護成本。
透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的 及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述著僅為本發明之較佳實施例而已，當不能用以限定本發明所實施之範圍。即凡依本發明專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
105‧‧‧光功率調整裝置
1051‧‧‧光功率放大器
1052‧‧‧光功率衰減器
106‧‧‧光偏振控制器
107‧‧‧光循環器
108‧‧‧半導體雷射
110‧‧‧無線發射基地台
111‧‧‧光檢測器
115‧‧‧光訊號轉換系統

Claims (9)

  1. 一種利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置，包括一半導體雷射，其係接收一攜帶微波的輸入光訊號，且該攜帶微波的輸入光訊號為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，並以週期一非線性動態將該雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，最後輸出一攜帶微波的輸出光訊號，且該攜帶微波的輸出光訊號為一具有一個調制邊帶功率遠高於另一個調制邊帶功率的單邊帶調制訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置，其中，更包含一光功率調整器，調整具有雙邊帶調制訊號之輸入光訊號中的光波能量後，輸出具有雙邊帶調制訊號的第一光訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置，其中，該光功率調整器包含一主動光學元件用以放大該輸入光訊號的光功率，以及一被動光學元件用以衰減該輸入光訊號的光功率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置，其中，該主動光學元件為一光功率放大器用以放大該輸入光訊號的光功率，該被動光學元件為一光功率衰減器用以衰減該輸入光訊號的光功率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之裝置，更包括： 一光偏振控制器連接該光功率調整裝置，用以接收該第一光訊號並調整偏振，最後輸出具有雙邊帶調制訊號的第二光訊號；以及一光循環器連結該光偏振控制器用以接收及導引該第二光訊號成為該輸入光訊號，單方向進入該半導體雷射，並將該半導體雷射的該輸出光訊號單方向導引至一輸出端。
  6. 一種利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，其步驟包括：接收一攜帶微波的輸入光訊號，且該攜帶微波的輸入光訊號為一具有兩個調制邊帶功率相同的雙邊帶調制訊號，調整該輸入光訊號中的光波能量後，輸出具有雙邊帶調制訊號的第一光訊號；接收該第一光訊號並調整偏振，最後輸出具有雙邊帶調制訊號的第二光訊號；以及接收該第二光訊號並以週期一非線性動態將該雙邊帶調制訊號轉換成單邊帶調制訊號，最後輸出一攜帶微波的輸出光訊號，且該輸出光訊號為一具有一個調制邊帶功率遠高於另一個調制邊帶功率的單邊帶調制訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，其中，調整該輸入光訊號中的光波能量是調整該輸入光訊號的光功率。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，其中，調整該輸入光訊號中的光波能量是放 大或衰減該輸入光訊號的光功率。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之利用週期一非線性雷射動態進行光訊號轉換之方法，其中，該攜帶微波的輸入光訊號係由一電子訊號調制輸入光訊號而成，該電子訊號係一微波訊號並可載有數位或類比資料訊號。
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