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专利名称:光传输系统的制作方法
本发明涉及光放大器,特别涉及到相干光传输系统。
从本发明涉及的一个方面来看,提供了一种光信号放大器,这种光信号放大器的特征在于用于产生基准光信号的装置;用于把输入光信号变换成电信号的装置,上述电信号的频率为所述基准光信号频率与输入光信号频率的差频(中频);用于对这个电信号进行放大的装置;把放大后的电信号引入由所述基准光信号组成的光频载波的装置,该装置将放大后的电信号引入由所述基准光信号组成的光频载波,从而得到输出光信号,上述输出光信号与所述输入光信号相干,并且相对于所述输入光信号被放大了。
从本发明的另一方面来看,提供了以光信号放大器为特征的相干光传输系统,这种光信号放大器包括用于产生基准光信号的装置;用于把输入光信号变换为电信号的装置,上述电信号的频率为所述基准光信号频率与所述输入光信号频率之差频;用于放大电信号的装置;用于把放大后的电信号引入由所述基准光信号组成的光频载波的装置,该装置将放大后的电信号引入由所述基准光信号组成的光频载波,从而得到输出光信号,上述输出光信号与所述输入光信号相干,并相对于所述输入光信号被放大了。
下面将参照附图来说明本发明的实施方案。
图1a是线性光中频(IF)放大器的线路图;
图1b显示了场效应管(FET)放大器放大率-频率特性以及输入信息;
图2显示了集成光学单边带调制器;
(μm)处的吸收谱。
在大容量长距离光纤系统中采用相干方法的优点主要地包括下面几个方面由于将探测灵敏度提高得了量子极限,使中继距离得以增大;采用频域复用增加了系统的容量,当各个通道都以其最高比特速率(这个最高比特速率由光纤散射或相联电路系统的速度确定)工作时,采用频域复用进一步增加了时分复用信息通道的容量;增加了调制方式的选择余地,例如可采用宽频移(载波频率为光频)的高质量模拟频率调制(FM);降低了对光探测之后的辅助放大的线性要求,相干光探测中。探测特性是线性型的,而不是二次型的,也就是说,对于动态范围为60dB的系统,放大器的动态范围也只需要60dB,而不是120dB;能够用“黑盒”(blackbax)方式实现光放大。
下面的优点是本发明在根本上所涉及到的。光放大是通过频率变换和在中频(IF)下的放大来实现的,这又使在中频(IF)下进行的通道降落和通道引入变得简便易行。
传输系统的再生/分支点的功能通常是信号放大,通道降落、通道引入和重新定时。这些功能可通过图1a所示的线路在诸如纤维光学传输系统那样的光学系统中
实现。图1a的电路包括光电二极管1,带通滤波器2,激光器3(例如一个GaAlAs激光器),带有“原子”标准器5的稳定电路4,宽带放大器6(例如由***化镓场效应管组成),单边带调制器7。图1a的电路包含光输入端和光输出端,并包含有线性光放大器。
激光器3与稳定电路4和“原子”标准器5一起构成了光频本机振荡器,这个光频本机振荡器稳定在“原子”标准上,以保持高度的相干性,并使中频(IF)保持在再生器的电路带宽范围之内。“原子”标准器(“用Cs-D2谱线的无多普勒效应频谱稳定GaAlAs激光器的频率”,,,,PP169-175,February1983),这种标准器以的D2谱线为基础,其绝对分辨率优于10MHz(见图3)。已经制作出了适用于其他波长范围的标准器,。
光电二极管1同光频本机振荡器一起组成降频变换器。光电二极管1受到输入光信号与本机振荡器所产生的光信号的照射,光频本机振荡器所产生的光信号具有相当高的功率,通常达几个毫瓦。光电二极管的输出电流的频率是输入光信号同本机振荡器所产生的光信号的差频(中频intermediatefreguency),该输出电流经滤波器2进行带通滤波后,由***化镓
(GaAs)带宽放大器6予以放大。在大信息容量的光学系统中,放大器6的带宽可达10千兆赫(GHz),其中心频率为15GHz。图1b显示了放大器6的放大率-频率响应在很宽的频率范围内呈现出的平坦线性特性,并显示了同输入光信号所携带的信息相联系的频率范围。
放大器6的输出信号可在被重新引入光频载波信号之前在中频下进行处理,虽然图1a中只画出了光放大器而没有画出进行这种处理的部分。所用的信息调制器最好包含有频分多路传输(FDm)通道,并在给定的通道中进行时分多路传输(TDm)。放大器6的输出信号在被重新引入光频载波之前,可用传统的微波滤波技术,在中频(IF)下完任对它的通道降落或通道引入。这种微波滤波技术可以由微带技术来实现,也可采用其他的适当技术。如果需要重新进行定时,可以用传统方法在各个频率通道电平上进行这种定时。
经过放大的,如果需要的话还经过适当处理的频分多路传输(FDM)信息组,通过单边带调制处理(升频变换),被引入到光频载波信号中,该光频载波信号由光频本机振荡器输出信号的一部分构成,该光频本机振荡器输出信号与进行降频变换时所用的是同一信号,这就保证了输入光与输出光的频率完全相同。用单边带调制方式所进行的这种信息重新引入,可用诸如集成光学(电-光型)单边带升频变换装置的装置来完成,如图2中原理地显示的。
图2的集成光学装置包括铌酸锂衬底8,在其中扩散出了输入波导9,两条光程基本上相同的分支波导10和11,以及输出波导12。由半导体激光器13输出的光信号直接或是经过光纤14被引入输入波导9。在同图1a的线路配合使用时,激光器13可由激光器3构成。来自激光器13的光信号被分成两部分,这两部分分别沿着分支波导10和11传输。在分支波导10中,光信号的位相相对分支波导11中的光信号的位相落后了90°,这是通过金属电报15加上适当大小的电场(直流偏置)而引起的。金属电极15淀积在衬底材料上靠近分支波导10的部分上。然后将图中标为微波输入16的信号,也就是准备引入光频载波中的信号,通过金属电极17加到分支波导10中的光信号上,同时通过90°移相器18和金属电极19正交地加到分支波导11中的光信号上。光频载波信号就是激光器13的输出光信号。在分支波导10与11的出射端,光信号的位相是不同的,因而在分支波导10与11进入输出波导12的接合处产生不希望有的单边带频率和载波的相消干涉。
在图2线路的一种改进形式中,特别是当把它用于图1a的光放大器中时,在光频本机振荡器与单边带调制器之间引入了光延迟,延迟的大小与电路中的延迟相等,以便将本机振荡器所引入的噪声中除极高的频率分量以外的所有噪声分量消除掉。
也可以不采用由稳定在原子标准器的激光器组成的光频本机振荡器,就象上面所介绍的那样;而是使线路以扫频振荡器的方式进行工作,并通过某一特征参量,例如通过在自动频率控制装置的控制下调节激光器中的电流,把本机振荡器锁定在特定的频率通道。
上述方案通过利用一些最先进的“电路”元件,实现了对相干光传输系统的线性光放大。这些最先进的“电路”元件没有相应的低频元件,但这些元件是已经被显示过的,至少也是在原理上被显示过的。
权利要求
,其特征在于用于产生基准光信号的装置(3);用于将输入光信号变换成电信号的装置(1),上述电信号的频率为上述基准光信号与输入光信号频率的差频;用于放大电信号的装置(6);用于将放大后的电信号引入由上述基准光信号的组成的光频载波中的装置(7),该装置(7)将放大后的电信号引入由上述某准光信号所组成的光频载波中,从而提供与上述输入光信号相干的输出光信号,该输出光信号相对于上述输入光信号被放大了。
1的放大器,其特征在于所述变换装置(1)包含降频变换器。
2的放大器,其特征在于所述降频变换器包括光电二极管
(1),并且其中所述基准光信号产生装置包括光频本机振荡器,该光频本机振荡器稳定在“原子”标准器(3,4,5)上,光电二极管(1)受到输入光信号与所述基准光信号的照射并产生中频输出电流,该中频输出电流的频率为输入光频率与基准光频率的差频。
2的放大器,其特征在于所述降频变换器包括光电二极管(1),并且其中所述基准光信号产生装置包括激光器(3),该激光器(3)以扫频本机振荡器的探测方式进行工作并被锁定在预定的光频通道上,光电二极管(1)受到输入光信号和所述基准光信号的照射并产生中频输出电流,该中频输出电流的频率为输入光频率同预定光频率的差频。
1的放大器,其特征在于引入装置包括集成光学单边带升频变换器(7),该集成光学单边带升频变换器(7)的输入光信号包含基准光信号。
1的放大器,其特征在于所述放大装置(6)包括***化镓(GaAs)宽带放大器。
,其特征在于光信号放大器包括,用于产生基准光信号的装置(3);用于将输入光信号变换成电信号的装置(1)。上述电信号的频率为所述光信号与输入光信号的差频
;用于放大电信号的装置(6);用于将放大后的电信号引入由所述基准光信号所组成的光频载波中的装置(7),该装置(7)将放大后的电信号引入由所述基准光信号所构成的光频载波中,从而得到同所述输入光信号相干并相对于所述输入光信号被放大了的输出光信号。
7的相干光传输系统,其特征在于包含有对中频电信号进行通道降落与通道引入的装置。
7的相干光传输系统,其特征在于包含有对中频电信号进行重新定时的装置。
专利摘要
在相干光传输系统中,通过把输入光信号用降频的方法变换成中频信号,对该输入光信号进行放大,例如,借助光电二极管(1)和基准光频本机振荡器信号。用***化镓场效应管带宽放大器(6),对光电二极管的输出电流进行放大,并利用诸如集成光学单边带调制器(升频变换器)的装置将其引入由基准光信号构成的光频载波信号中。由于用同一个光频本机振荡器驱动光电二极管降频变换器和集成光学单边带升频变换器,因而保证了输入/输出光的相干性。