產生針對侵害性光濾波的優化的歸零脈衝形式的方法及實現該方法的光發射的製造方法
2024-04-01 23:08:05
產生針對侵害性光濾波的優化的歸零脈衝形式的方法及實現該方法的光發射的製造方法
【專利摘要】一種光發射機，包括：第一組和第二組光學同相正交調製器、可集成的可調雷射組件、第一偏振分束器、第二偏振分束器、以及光調製器；第一偏振分束器被配置為將連續波形的光信號分成x-偏振支路和y-偏振支路，x-偏振支路和y-偏振支路中的每個是由第一組和第二組光學同相正交調製器中的一組依照兩路相應的輸入信號來調製的；第二偏振分束器被配置為將所調製的x-偏振支路和y-偏振支路組合成一個光信號；光調製器被配置為使用驅動電壓對所組合的光信號進行調製，其中驅動電壓具有從預定參考電壓電平降低預定偏移的偏置點。
【專利說明】產生針對侵害性光濾波的優化的歸零脈衝形式的方法及實現該方法的光發射機
發明領域
[0001]本發明通常涉及光通信領域，並且尤其涉及用於產生針對侵害性光濾波的優化的歸零脈衝形式的方法。
[0002]背景
[0003]隨著新興的按需分配網絡服務的快速發展，非常希望的是，採用多級調製格式的下一代密集波分多路復用(DWDM)光傳輸技術在現有的有限帶寬ITUT-T信道上儘可能多地傳送信息比特。具有數字相干檢測的偏振多路復用歸零正交相移鍵控(PM-RZ-QPSK)已被公認是下一代光傳輸網絡標準，其通過以較低的比特率多路復用各個數據支路來緩解光鏈路減損，從而使面向DSP的相干接收器對其進行容易地處理。
[0004]目前，現有的50GHz DWDM信道間隔幾乎不能承載112Gb/s PM-QPSK信號。但是由於具有更高開銷的軟決策前向糾錯(FEC)的使用使得新一代PM-QPSK產品的線路速率可能高達128Gb/s，所以不充足的信道帶寬能夠導致明顯的性能惡化，當考慮到例如沿著光傳輸通路的可重構的光分插多路復用器(ROADM)的一系列在線光濾波器可以引起帶寬窄化效應，該性能惡化甚至將是更加成問題的。
[0005]歸零(RZ)脈衝相比於非歸零(NRZ)脈衝通常對濾波和非線性劣化的容限更高。但是如果將小於等於25GHz的信道間隔用於支持未來萬億比特Nyquist-WDM超級信道，則當在如此侵害性光濾波情況下混合十個128Gb/s子信道時，傳統的RZ脈衝不會運行良好。
[0006]概述
[0007]因此，本發明針對用於使用已建立的光發射機(例如，PM-QPSK發射機)來產生針對侵害性光濾波的優化的歸零脈衝形式的新方法。
[0008]在一些實施方式中，提供了一種使用具有輸入端子和輸出端子的光調製器產生具有優化的歸零脈衝形式的信號的方法。該方法包括:將時鐘信號和驅動電壓應用到光調製器，其中驅動電壓具有預定參考電壓電平處的偏置點；通過將驅動電壓的偏置點從預定參考電壓電平降低預定偏移來修改驅動電壓；接收輸入端子處的光信號，其中光信號包括X-偏振支路和1-偏振支路，1-偏振支路與X-偏振支路脈衝間對齊；使用所修改的驅動電壓調製光信號；以及在輸出端子處輸出經調製的光信號。
[0009]在一些實施方式中，一種光發射機包括:第一組和第二組光學同相正交調製器、可集成的可調雷射組件、第一偏振分束器、第二偏振分束器、以及光調製器；每組光學同相正交調製器耦合到用於接收兩路相應的輸入信號的相應的電子放大器對；可集成的可調雷射組件被配置為產生連續波形的光信號；第一偏振分束器被配置為將連續波形的光信號分成X-偏振支路和y_偏振支路，其中X-偏振支路和y_偏振支路中的每一個是由第一組和第二組光學同相正交調製器中的一組依照應用到相應的電子放大器對的兩路相應的輸入信號來調製的；第二偏振分束器被配置為將經調製的X-偏振支路和1-偏振支路組合成一個光信號；光調製器被配置為使用驅動電壓對所組合的光信號進行調製，其中驅動電壓具有從預定參考電壓電平降低預定偏移的偏置點。[0010]附圖簡述
[0011]附圖被包括以促進對本發明的進一步理解，且被合併在本文中且構成本說明書的一部分，說明了本發明的各個實施方式且與描述一起用於闡明本發明的原理。在附圖中:
[0012]圖1A示例性說明了根據本發明的一些實施方式的光發射機及其各個部件，其中包括光調製器；
[0013]圖1B示例性說明了根據本發明的一些實施方式的光發射機產生的X-偏振支路和y_偏振支路；
[0014]圖1C示例性說明了根據本發明的一些實施方式，將光調製器的驅動電壓的偏置點移動一個預定偏移；
[0015]圖1D示例性說明了根據本發明的一些實施方式，將光調製器的偏移驅動電壓的幅度增加一個預定數量；
[0016]圖1E不例性說明了根據本發明的一些實施方式的包括光發射機、光濾波器和光接收機的光信號傳輸系統；
[0017]圖1F示例性說明了根據本發明的一些實施方式的光濾波器的模擬的放大的自發輻射光譜；
[0018]圖2A-2C分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有非歸零(NRZ)脈衝形式的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0019]圖2D-2F分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在8/16νπ處偏置的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0020]圖2G-2I分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在11/16νπ處偏置的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0021]圖2J-2L分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在12/16νπ處偏置的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0022]圖2Μ-20分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在13/16νπ處偏置的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0023]圖2P-2R分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在14/16νπ處偏置的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0024]圖2S-2U分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在15/16νπ處偏置的光信號在高斯光濾波器之前的模擬的時域波形、及其在高斯光濾波器之前的和之後的相關光譜；
[0025]圖3說明了根據本發明的一些實施方式，在驅動電壓有原始的幅度但不同的偏置點且經過光濾波時，作為光信噪比OSNR的函數的光發射機的誤碼率性能的框圖；
[0026]圖4說明了根據本發明的一些實施方式，在驅動電壓有增大的幅度和不同的偏置點且經過或不經光濾波時，其中作為OSNR的函數的光發射機的誤碼率性能的框圖；
[0027]圖5說明了根據本發明的一些實施方式，經過發射機側處的22GHz侵害性光濾波並經過1040km SMF-28光纖傳輸之後，光發射機的誤碼率性能的框圖；並且
[0028]圖6是說明了根據本發明的一些實施方式的使用具有輸入端子和輸出端子的光調製器產生具有優化的歸零脈衝形式的信號的過程框圖。
[0029]詳細說明
[0030]下面將詳細闡述各個實施方式，其各個例子在附圖中進行了說明。在如下詳細說明中，為了協助理解本文提出的主要內容，闡述了大量非限定性的特定細節。然而，本領域的普通技術人員將清楚的是，可以使用各種可選方案，而不會偏離本發明的範圍，並且沒有這些具體的細節也可以實踐本發明主要內容。例如，本領域的普通技術人員將清楚的是，可以在其他類型的光信號傳輸系統上實現本文提出的主要內容。
[0031]一些實驗結果表明，在窄頻帶光濾波情況下，通過優化RZ脈衝形式可以改善光接收機的敏感度，以使信號的相位形式當其光譜在中心波長處顯示「零」下降時，也就是在信號帶寬上出現平光譜時，得到優化。然而，之前闡述可能不正確，這是由於端到端的信道響應類似於低通濾波器，其要求發射信號經高通濾波以達到均衡所接收的信號的RF頻譜的程度。
[0032]在本申請中，公開了兩種用於針對光濾波來優化RZ脈衝形式的方法，其分別稱為「類型-1」和「類型-1I」優化的RZ(ORZ)。根據本申請的一些實施方式，中心波形處的「6.26dB」的下降可以使具有類型-1 ORZ脈衝形式的128Gb/s PM-QPSK信號符合22_GHz高斯信道，同時具有低的光信噪比(OSNR)性能惡化。通過採用類型-1I ORZ脈衝形式可以進一步改善接收機靈敏度。兩種ORZ方案都可以通過調整光發射機中的光調製器的驅動電壓的偏置點和/或增加光發射機中的光調製器的驅動電壓來有效克服濾波效應，而沒有給已建立的PM-QPSK光傳輸系統引入額外的複雜度。
[0033]圖1A示例性說明了根據本發明的一些實施方式的光發射機10及其各個部件，包括光調製器130。如圖1A所示，完全集成的光發射機10通常包括可集成的可調雷射組件(ITLA) 140、兩組光學同相(I)正交(Q)調製器120-1和120-2、兩個偏振分束器(I3BS) 110-1和110-2、Mach-Zehnder(MZ)歸零(RZ)調製器130、以及四個電子放大器(EZ) 100-1至100-4。
[0034]在一些實施方式中，從ITLA140發射的連續波(CW)光信號由PBS110-1分成χ-偏振和1-偏振正交的支路，其分別由1-Q調製器120-1和120-2處的數據符號進行調製。注意，經由兩個電子放大器(EA)對向1-Q調製器120-1和120-2提供數據符號。在光發射機10的內部，使得用於偏振信號的兩個光通路本質上相等，以使χ-偏振和y-偏振輸出支路經過MZ調製器130之後如圖1B所示本質上脈衝間對齊，如圖1B所示，示例性說明了根據本發明的一些實施方式的由光發射機產生的χ-偏振支路和y_偏振支路。MZ調製器130是由時鐘信號150和電壓源160控制的。如下所述，MZ調製器130的輸出具有通過分別調整電壓源160處的驅動電壓的偏置點和幅度，針對光濾波而測得的BER性能。典型的RZ脈衝形式是通過在其50%透射(也就是，其正焦點)處對Mach-Zehnder光調製器(MZM)進行偏置來實現的，這產生了具有50%比特寬度的半最大全寬度(FWHM)的輸出光脈衝，稱之為50%RZ。
[0035]為了加強針對低通濾波導致的光纖信道效應的容限，圖1C示例性說明了根據本發明的一些實施方式的類型-1 ORZ脈衝形式，其將光調製器的驅動電壓的偏置點移動一個預定偏移。類型-1方法提出了，在維持驅動電壓的幅值和時鐘頻率的同時，可以將驅動電壓的偏置從50%RZ的原始偏置點向最小透射偏移AV。這樣，光載波將受抑制達到幫助均衡所運載的信號的頻率響應的程度。儘管類型-1方法具有更好的濾波容限，然而優化的RZ (ORZ)脈衝相比於50%RZ脈衝表現出更小的消光比ER，如果不考慮濾波效應，則這可能降低接收機靈敏度。
[0036]圖1D示例性說明了根據本發明的一些實施方式的通過預定數量2 Δ V而將光調製器的偏移驅動電壓的幅度從A1到A2的類型-1I ORZ脈衝形式。如圖1D所示，類型-1I方法通過增加驅動電壓產生具有與50%RZ脈衝的輸出ER相等的輸出ER的ORZ脈衝。這樣，峰到峰驅動電壓的建議增加數量可以充分利用MZM的0%和100%透射之間的調製擺動。結果是，輸出類型-1I ORZ脈衝可以實現更好的濾波容限，而沒有付出ER降低的代價。
[0037]為了模擬根據類型-1或類型-1I方式的優化的RZ脈衝成形的BER性能，圖1E示例性說明了根據本發明的一些實施方式的包括具有各種脈衝形式(包括類型-1和類型-1I脈衝形式)的光發射機10、光濾波器20和光接收機30的光信號傳輸系統。例如，系統包括128Gb/s的具有ORZ脈衝成形的PM-QPSK發射機10、具有20GHz的ADC帶寬和過採樣速率為8的數字相干接收機30、以及具有22GHz3-dB帶寬且位於發射機10和接收機30之間用於模擬惡劣的信道效應的二階高斯光濾波器20。圖1F示例性說明了根據本發明的一些實施方式的高斯光濾波器20的模擬的放大的自發輻射光譜。
[0038]圖2A示例性說明了具有傳統的非歸零(NRZ)脈衝形式的、在高斯光濾波器20之前的採樣的光信號的模擬的時域波形。圖2B-2C分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的、在高斯光濾波器之前和之後的該時域波形的相關光譜。
[0039]圖2D示例性說明了具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在8/16V,處偏置的光信號在高斯光濾波器20之前的採樣的模擬的時域波形。圖2E和2F分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的在高斯光濾`波器20之前和之後的該時域波形的相關光譜。注意，V,是MZM的半波電壓。
[0040]圖2G示例性說明了具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在11/16V,(也就是，從50%歸零脈衝形式偏移3/16VJ處偏置的光信號在高斯光濾波器20之前的採樣的模擬的時域波形。圖2H和21分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的分別在高斯光濾波器20之前和之後的該時域波形的相關光譜。
[0041]圖2J示例性說明了具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在12/16V,(也就是，從50%歸零脈衝形式偏移4/16VJ處偏置的光信號在高斯光濾波器20之前的模擬的時域波形。圖2Κ和21分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的分別在高斯光濾波器20之前和之後的該時域波形的相關光譜。
[0042]圖2Μ示例性說明了具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在13/16V? (也就是，從50%歸零脈衝形式偏移5/16VJ處偏置的光信號在高斯光濾波器20之前的模擬的時域波形。圖2M和20分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的分別在高斯光濾波器20之前和之後的該時域波形的相關光譜。
[0043]圖2P示例性說明了具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在14/16V? (也就是，從50%歸零脈衝形式偏移6/16VJ處偏置的光信號在高斯光濾波器20之前的模擬的時域波形。圖2Q和2R分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的分別在高斯光濾波器20之前和之後的該時域波形的相關光譜。
[0044]圖2S示例性說明了具有50%歸零(RZ)脈衝形式的在15/16V,(也就是，從50%歸零脈衝形式偏移7/16VJ處偏置的光信號在高斯光濾波器20之前的模擬的時域波形。圖2T和2U分別示例性說明了根據本發明的一些實施方式的分別在高斯光濾波器20之前和之後的該時域波形的相關光譜。
[0045]根據如圖2H、2K、2N、2Q和2T分別所示的在高斯光濾波器之前的ORZ脈衝形式的光譜能夠看出，光譜中心附近下降的形式的光載波抑制隨著增加偏置電壓偏移而變得更加顯著，增加偏置電壓偏移將驅動電壓的偏置點向最小透射移動。
[0046]圖3說明了根據本發明的一些實施方式，在驅動電壓有原始的幅度但不同的偏置點且經過光濾波時，作為光信噪比OSNR的函數的光發射機的誤碼率性能的框圖。尤其是，當給定BER=2X 10_2，所需要的OSNR如下表所示:
[0047]
【權利要求】
1.一種使用具有輸入端子和輸出端子的光調製器產生具有優化的歸零脈衝形式的信號的方法，所述方法包括: 將時鐘信號和驅動電壓應用到所述光調製器，其中所述驅動電壓具有預定參考電壓電平處的偏置點； 通過將所述驅動電壓的偏置點從所述預定參考電壓電平降低預定偏移來修改所述驅動電壓； 在所述輸入端子處接收光信號，其中所述光信號包括X-偏振支路和1-偏振支路，所述1-偏振支路與所述X-偏振支路脈衝間對齊； 使用經修改的驅動電壓調製所述光信號；以及 在所述輸出端子處輸出經調製的光信號。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述預定參考電壓電平為所述驅動電壓的原始的偏移前的幅度的約50%。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述預定偏移為所述驅動電壓的原始的偏移前的幅度的約37.5%。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述驅動電壓的偏移後的幅度還被增加所述預定偏移的約兩倍。
5.如權利要求1 所述的方法，其中所述光調製器為Mach-Zehnder調製器。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述光調製器包括由一條或多條保偏光纖組成的光通路。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述光調製器的光信噪比對於給定的誤碼率是所述預定偏移的函數。
8.一種光發射機，包括: 第一組光學同相正交調製器和第二組光學同相正交調製器，每組光學同相正交調製器耦合到用於接收兩路相應的輸入信號的相應的電子放大器對； 可集成的可調雷射組件，所述可集成的可調雷射組件被配置為產生連續波形的光信號; 第一偏振分束器，所述第一偏振分束器被配置為將所述連續波形的光信號分成X-偏振支路和1-偏振支路，其中所述X-偏振支路和所述1-偏振支路中的每一路是由所述第一組光學同相正交調製器和所述第二組光學同相正交調製器中的一組依照應用到所述相應的電子放大器對的所述兩路相應的輸入信號來調製的； 第二偏振分束器，所述第二偏振分束器被配置為將經調製的X-偏振支路和經調製的y-偏振支路組合成一個光信號；以及 光調製器，所述光調製器被配置為使用驅動電壓對組合的光信號進行調製，其中所述驅動電壓具有從預定參考電壓電平降低預定偏移的偏置點。
9.如權利要求8所述的光發射機，其中所述預定參考電壓電平為所述驅動電壓的原始的偏移前的幅度的約50%。
10.如權利要求8所述的光發射機，其中所述預定偏移為所述驅動電壓的原始的偏移前的幅度的約37.5%。
11.如權利要求8所述的光發射機，其中所述驅動電壓的偏移後的幅度還被增加所述預定偏移的約兩倍。
12.如權利要求8所述的光發射機，其中所述光調製器為Mach-Zehnder調製器。
13.如權利要求8所述的光發射機，其中所述光調製器包括由一條或多條保偏光纖組成的光通路。
14.如權利要求 8所述的光發射機，其中所述光調製器的光信噪比對於給定的誤碼率是所述預定偏移的函數。
【文檔編號】H04J14/00GK103814535SQ201280045627
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月13日 優先權日:2011年9月20日
【發明者】錢鴻章, 餘建軍, 董澤 申請人:中興通訊(美國)公司