直接調製的光差分相移鍵控調製器的製作方法
2023-05-05 08:13:06
專利名稱：直接調製的光差分相移鍵控調製器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直接調製的光差分相移鍵控調製器，尤其涉及一種基於高速 電與非邏輯門，分布反饋式雷射器(Distribute feedback laser, DFB laser)和光窄帶 濾波器的直接調製的光差分相移鍵控調製器，用直接調製的方法產生了光差分 相移鍵控信號，屬於光通信技術領域。
背景技術：
使光的強度或相位隨著數據信號變化而變化的技術稱為光調製技術。光調製 格式分為強度調製，相位調製和頻率調製。常見的強度調製碼型有非歸零碼 (Non-Return-to-Zero,NRZ)，歸零碼(Retum-to-Zero, RZ);常見的相位調製碼型有 二進位相移鍵控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)，差分相移鍵控(Differential Phase Shift Keying, DPSK)等。DPSK調製格式有較大的色散容限、高偏振模色散 (Polarization Mode Dispersion, PMD)容限和非線性容限，還可以使用平衡接收， 相對於強度調製接收機靈敏度能提高大約3dB，非常適用於長途傳輸。
光調製是將電信號變換成光信號時不可缺少的關鍵技術。光調製通過調製器 實現，基帶信號通過調製器調製到光上，實現信號的發送。調製器有直接調製 和外調製兩種方式，前者是信號直接調製光源產生信號，後者是信號通過外調 制器對輸入的連續光進行調製。直接調製是利用輸入的電信號直接驅動雷射器 產生已調製的輸出光信號，實現方法簡單方便，但由於容易產生啁啾。有啁啾 的強度調製信號將降低信號的抗色散性能，從而限制了系統的傳輸距離。 一種 叫啁啾管理調製器(Chirp Management Laser， CML)的直接調製雷射器大大改善 了直接調製的信號質量，它利用絕熱啁啾(adiabatic chirp)引起的調製頻移和通帶 邊沿斜率很高的多腔濾波器實現了高消光比，低啁啾的強度調製信號與直接調 制相比，外調製技術產生的啁啾幾乎為零，並且已經有可以產生多種碼型的外 調製器。
在現有的相位調製技術中，均使用的是外調製器，特別是鈮酸鋰LiNb03晶體外調製器。這種晶體在某些方向有非常大的電光係數，利用電光效應改變晶 體折射率，從而實現光信號相位的改變。己有的相位調製器根據掩埋波導的結 構分為馬赫-曾德爾(mach-zehnder， MZ)型調製器和單波導相位調製器。MZ調製 器需要設置適當的偏置電壓來實現調相，單波導相位調製器則只需要設置適當 的驅動電壓峰峰值。外調製器較直接調製器成本較高，而且無法與雷射器集成。
發明內容
本發明的目的在於針對實際系統的需要，提出一種直接調製的差分相移鍵 控光調製器，結構簡單，基本模塊都有成熟的器件支持，益於集成，並能隨著 相關技術的發展而進一步提升性能。
為實現這一目的，本發明以基於高速電與非邏輯門，分布反饋式雷射器和 光窄帶濾波器為基礎，利用電信號預處理，分布反饋式雷射器直接調製中產生 的絕熱啁啾和工作在通帶邊沿的窄帶濾波器來實現直接調製的差分相移鍵控光 調製器。分布反饋式雷射器的偏置電壓在門限電壓以上，調製電壓約等於分布 反饋式雷射的門限電壓。
本發明的方案具體描述如下
直接調製的光差分相移鍵控調製器主要的構成包括高速電與非邏輯門， 分布反饋式雷射器和光窄帶濾波器。數據信號和時鐘信號同步輸入高速電與非 邏輯門，高速電與非邏輯門的輸出連接分布反饋式雷射器的調製驅動端，高速
電與非邏輯門輸出反向非歸零碼(inverse-return-to-zero， inverse-RZ)電信號去調製
分布反饋式雷射器。分布反饋式雷射器輸出的光信號穿過一個稜鏡輸入到光窄 帶濾波器上，光窄帶濾波器反射的尾光經稜鏡反射到光電探測器，光電探測器 與分布反饋式雷射器的反饋控制端相連，用於穩定分布反饋式雷射器輸出信號 的波長；光窄帶濾波器的輸出光信號經一個聚光鏡耦合到光纖尾纖輸出。調整 分布反饋式雷射器的直流驅動偏置，驅動信號強度，以及光窄帶濾波器的濾波 特性，使窄帶濾波器輸出的每個"1"比特的光信號在功率最低的位置產生冗的 相移。
數據信號和時鐘信號經同步後輸入高速電與非邏輯門，結果是產生反向非 歸零碼信號，該信號的特點是在"l"比特有半個比特是低電平，半個比特是高電平，"0"比特則全是高電平，它保證了每個比特內都有高電平信號。該驅動 信號幅度約等於分布反饋式雷射器門限電壓，連接到分布反饋式雷射器的調製 驅動端。分布反饋式雷射器的直流偏置電流高於其門限電壓約5倍，這樣產生 的調製信號具有低瞬態啁啾，高絕熱啁啾，低消光比的特點。高的絕熱啁啾同 時導致高電平驅動產生的光信號和低電平驅動產生的光信號不僅強度有不同， 頻率也有不同，高電平驅動產生的光信號頻率較高。分布反饋式雷射器產生的 光信號穿過稜鏡輸入到光窄帶濾波器，稜鏡從左往右是直通，從右往左是90度 全反射。光窄帶濾波器工作在通帶邊沿斜率較高的部分，高電平產生的光信號 通過，低電平產生的光信號被反射，從而對光信號進行濾波整形。因為低電平 驅動產生的光信號和高電平驅動產生的光信號在頻率上的不同，該濾波整形增 大了光信號的消光比，同時在光信號最小的位置產生一個大的啁啾，導致相鄰 信號相位變化。適當調整直流驅動偏置，驅動信號強度，濾波器的濾波特性， 使這個在光信號最小位置產生的啁啾恰好產生n的相移。1比特輸入時，輸出光 信號產生Jt相移，而0比特輸入時相位不變，從而產生了 DPSK信號。濾波器 反射的尾光經稜鏡反射到光電探測器上，用於反饋控制分布反饋式雷射器輸出 信號的波長。光窄帶濾波器後的DPSK光信號經聚光鏡耦合到尾纖輸出。
本發明具有多方面的優越性。本發明通過數據信號與時鐘信號的與非邏輯
運算產生的反向非歸零碼電信號去驅動分布反饋式雷射器，利用該信號在每個 比特間隔內都有光信號的特點，結合分布反饋式雷射器在高偏置下產生的絕熱 啁啾和光窄帶濾波器的邊沿特性，實現了直接調製的DPSK信號。本發明省去 了傳統DPSK信號產生需要經過的差分編碼的過程，並且組成器件成本低，工 藝成熟，易於集成，可以很快實用化。
圖l為本發明直接調製的光差分相移鍵控調製器的結構示意圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖對實施方式作進一步描述。
圖1給出了本發明直接調製的光差分相移鍵控調製器的結構示意圖，其主要功能模塊(器件)包括高速電與非邏輯門，分布反饋式雷射器，光窄帶濾 波器，稜鏡，光電探測器，聚光鏡，光纖尾纖；各模塊(器件)均通過空間光 路或電路連接。
如圖1所示，數據信號和時鐘信號同步輸入高速電與非邏輯門，高速電與 非邏輯門的輸出連接分布反饋式雷射器的調製驅動端，高速電與非邏輯門輸出 反非歸零碼電信號去調製分布反饋式雷射器。分布反饋式雷射器輸出的光信號
穿過一個稜鏡輸入到光窄帶濾波器上，光窄帶濾波器反射的尾光經稜鏡反射到 光電探測器。光電探測器與分布反饋式雷射器的反饋控制端相連。光窄帶濾波 器的輸出光信號輸入到一個聚光鏡上，聚光鏡的輸出輸入到光纖尾纖。
數據信號和時鐘信號經同步後輸入高速電與非邏輯門，高速電與非邏輯門 輸出反向非歸零碼電信號，該信號的特點是在1比特有半個比特是低電平，半 個比特是高電平，0比特則全是高電平，它保證了每個比特內都有高電平信號。 該驅動信號的幅度約等於分布反饋式雷射器門限電壓，連接到分布反饋式雷射 器的調製驅動端。分布反饋式雷射器的直流偏置工作與其門限電壓約5倍的位 置，這樣產生的調製信號具有低瞬態啁啾，高絕熱啁啾，低消光比的特點。高 的絕熱啁啾導致高電平驅動產生的光信號和低電平驅動產生的光信號不僅強度 有不同，頻率也有不同，高電平驅動產生的光信號頻率較高。分布反饋式雷射 器產生的光信號輸入稜鏡，稜鏡從左往右是直通，從右往左是卯度全反射，光 信號從左到右穿過稜鏡輸入到光窄帶濾波器。光窄帶濾波器工作在通帶邊沿， 斜率較高的線性部分，高電平產生的光信號頻率高，在通帶部分，低電平產生 的光信號頻率較低，被濾除反射，從而對光信號得到了濾波整形。濾波整形增 大了光信號的消光比，同時在光信號功率最低的位置產生一個大的啁啾，導致 相鄰光信號的相位變化。適當調整直流驅動偏置，驅動信號強度，濾波器的濾 波特性，使這個在光信號最小位置產生的啁啾恰好產生^T的相移。1比特輸入時， 輸出光信號產生^相移，而0比特輸入時相位不變，從而產生了DPSK信號。 該DPSK信號的特點是，1比特相鄰光信號產生ii相移，但有半個比特無光。光 窄帶濾波器反射的尾光經稜鏡反射到光電探測器上，用於反饋控制分布反饋式 雷射器的波長。光窄帶濾波器輸出的DPSK光信號經聚光鏡耦合到尾纖輸出。
權利要求
1、一種直接調製的光差分相移鍵控調製器，其特徵在於數據信號和時鐘信號同步輸入高速電與非邏輯門，高速電與非邏輯門的輸出連接分布反饋式雷射器的調製驅動端，高速電與非邏輯門輸出反向非歸零碼電信號去調製分布反饋式雷射器；分布反饋式雷射器輸出的光信號穿過一個稜鏡輸入到光窄帶濾波器上，光窄帶濾波器反射的尾光經稜鏡反射到光電探測器，光電探測器與分布反饋式雷射器的反饋控制端相連，用於穩定分布反饋式雷射器輸出信號的波長；光窄帶濾波器的輸出光信號經一個聚光鏡耦合到光纖尾纖輸出；調整分布反饋式雷射器的直流驅動偏置，驅動信號強度，以及光窄帶濾波器的濾波特性，使窄帶濾波器輸出的每個1比特的光信號在功率最低的位置產生π的相移。
全文摘要
本發明涉及一種直接調製的光差分相移鍵控調製器，時鐘信號和數據信號同步輸入高速電與非邏輯門，高速電與非邏輯門輸出反非歸零碼電信號去調製分布反饋式雷射器，分布反饋式雷射器工作在高偏置位置，大的絕熱啁啾導致頻移，適當調整直流驅動偏置，驅動信號強度，濾波器的濾波特性，使窄帶濾波器的輸出光信號在功率最低的位置產生一個大啁啾，該啁啾正好產生π相移，從而產生光差分相移鍵控信號。本發明省去了傳統差分相移鍵控信號產生需要經過的差分編碼的過程，並且組成器件成本低，易於集成，可以很快實用化。
文檔編號H04B10/18GK101321021SQ20081004071
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月17日 優先權日2008年7月17日
發明者劉智鑫, 肖石林 申請人:上海交通大學