專利名稱：使用半導(dǎo)體光放大器(soa)的光傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般性地涉及在光纖通信系統(tǒng)中使用的半導(dǎo)體激光二極管，并特別 涉及用于對(duì)在這樣的光纖通信系統(tǒng)內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的這些激光二極管的 頻率調(diào)制，包括啁嗽管理直接調(diào)制(chirp-managed directly modulated)激光器。
背景技術(shù)：
基于頻移鍵控的光通信系統(tǒng)要求能夠以高效率以及平坦響應(yīng)產(chǎn)生光頻率調(diào) 制(FM)的激光器，所述平坦響應(yīng)從低頻直到可與傳輸系統(tǒng)的比特率比擬的頻 率，例如，對(duì)于10Gb/s數(shù)字信號(hào)為lMHz到10GHz。
半導(dǎo)體激光器的直接增益調(diào)制是已知的產(chǎn)生FM的簡(jiǎn)單方案。它一般包含 以下步驟以DC偏置來(lái)偏置激光器以便給激光器提供增益，并在DC偏置附 近調(diào)制此注入電流以便產(chǎn)生期望的FM。但是，這種FM產(chǎn)生的方法效率非常 低。更具體地說(shuō)，對(duì)FM效率的度量是產(chǎn)生的峰到峰頻率調(diào)制(有時(shí)候也稱為 絕熱啁啾)與所施加調(diào)制電流或所施加調(diào)制電壓(根據(jù)具體情況而定)的比率。 例如，對(duì)于其中激光器阻抗與50歐姆匹配的直接調(diào)制激光器，F(xiàn)M效率通常是 大約3GHz/V。直接增益調(diào)制通過(guò)有時(shí)候稱為增益補(bǔ)償、空間燒孔和譜線寬度增強(qiáng)的物理機(jī)制產(chǎn)生了頻率調(diào)制(絕熱啁啾)，對(duì)于材料中任何相關(guān)聯(lián)的增益改 變，所述物理機(jī)制產(chǎn)生折射率改變。所有這些過(guò)程在技術(shù)上是已知的。此外， 通過(guò)電流注入的增益調(diào)制所致的FM調(diào)制導(dǎo)致了激光腔的加熱，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致 產(chǎn)生激光的頻率在較慢的時(shí)間尺度上紅移到較低的頻率。這種效應(yīng)有時(shí)候稱為
熱啁啾，并且通常具有和熱擴(kuò)散和耗散時(shí)間常數(shù)相關(guān)聯(lián)的小于20MHz的頻率響
應(yīng)。對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)上的增加，熱啁瞅被紅移，熱啁啾抵消了期望的絕熱啁啾， 對(duì)于相同的信號(hào)，絕熱啁嗽產(chǎn)生藍(lán)移。熱啁啾可能產(chǎn)生模式依賴，并且可能增
加例如啁啾管理激光器(CML)發(fā)射機(jī)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼率(BER)。
數(shù)字光纖光發(fā)射機(jī)的質(zhì)量和性能由被發(fā)射的數(shù)字信號(hào)能夠無(wú)嚴(yán)重失真地傳 播的距離決定。在通過(guò)色散光纖傳播以后在接收機(jī)處測(cè)量信號(hào)的誤碼率(BER)， 并確定為獲得一定的BER(通常10-12)所要求的光功率，所述光功率有時(shí)候稱 為靈敏度。在發(fā)射機(jī)輸出處的靈敏度與傳播以后的靈敏度比較上的差別有時(shí)候 稱為色散代價(jià)。它通常由色散代價(jià)達(dá)到大約ldB水平的距離來(lái)刻畫(huà)。標(biāo)準(zhǔn)的 10Gb/s光數(shù)字發(fā)射機(jī)，例如外調(diào)制源，在色散代價(jià)達(dá)到大約ldB水平之前能夠 以1550nm在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳送長(zhǎng)達(dá)大約50km的距離，這有時(shí)候稱為色散極 限。色散極限由以下基本假設(shè)確定數(shù)字信號(hào)是變換受限的，即信號(hào)跨過(guò)其各 位不具有時(shí)變相位，并且對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的10Gb/s傳輸，具有100ps或1/ (比特率) 的位周期。發(fā)射機(jī)質(zhì)量的另一種度量是光纖傳播以后的絕對(duì)靈敏度。
在現(xiàn)有技術(shù)光纖系統(tǒng)中目前使用三種類型的光發(fā)射機(jī)(i)直接調(diào)制激光 器(DML); (ii)電吸收調(diào)制激光器(EML);和(iii)外調(diào)制馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制 器(MZ)。對(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中在1550nm以10Gb/s傳輸， 一般假設(shè)MZ調(diào) 制器和EML能夠具有最長(zhǎng)距離，通常達(dá)到大約80km。使用有時(shí)候稱為相位整 形雙二進(jìn)制方法的特殊編碼方案，MZ發(fā)射機(jī)能夠達(dá)到大約200km。而另一方 面，直接調(diào)制激光器(DML)通常達(dá)到小于5km，因?yàn)槠涔逃械囊蕾囉跁r(shí)間的 啁啾導(dǎo)致了信號(hào)在此距離之后的嚴(yán)重失真。
近來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種使用DML提供長(zhǎng)距離光波數(shù)據(jù)傳輸(例如在1 OGb/s, 大于80km )的系統(tǒng)。舉個(gè)例子但并非限制，在(i )Daniel Mahgerefteh等于11/08/05遞交的名為"POWER SOURCE FOR A DISPERSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM"(代理人案號(hào)No. TA YE-59474-00006 CON) No. 11/272,100 號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；(ii) Daniel Mahgerefteh等于05/26/06遞交的名為"FLAT DISPERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR (FDFD)"(代理人案號(hào)No. TAYE-59474-00009 CON)的No. 11/441,944號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；和(iii) Daniel Mahgerefteh等于12/03/02遞交的名為"HIGHSPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING A COUPLED MULTI- CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR"(代 理人案號(hào)No. TAYE-59474-00007)的No. 10/308,522號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中，公開(kāi) 了在單模光纖中把DML的距離提高到在10Gb/s大于80km的系統(tǒng)，通過(guò)引用 把這些專利包含于此。與這些新型系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的發(fā)射機(jī)有時(shí)候被Massachusetts 州Wilmington Azna LLC稱為啁瞅管理激光器(CML )頂發(fā)射機(jī)。在這些新CML 系統(tǒng)中，光譜整形器(OSR)跟隨著頻率調(diào)制(FM)源，光譜整形器(OSR) 使用頻率調(diào)制來(lái)提高幅度調(diào)制信號(hào)并部分地補(bǔ)償傳輸光纖中的色散。參見(jiàn)圖1, 它示出了CML發(fā)射機(jī)。在這些CML發(fā)射機(jī)的某些優(yōu)選實(shí)施例中，頻率調(diào)制源 可以包含直接調(diào)制激光器(DML)。有時(shí)候被稱為頻率鑒別器的光譜整形器 (OSR)可以由適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件形成，所述光學(xué)元件具有依賴于波長(zhǎng)的傳輸函 數(shù)，例如濾波器?？墒筄SR適于把頻率調(diào)制轉(zhuǎn)換為幅度調(diào)制。 本發(fā)明的目的至少在于提高前述CML系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于激光器中的腔內(nèi)相位和幅度調(diào)制的光學(xué)頻率調(diào)制 (FM)源。在本發(fā)明的一種形式中，該FM源可以在CML發(fā)射機(jī)中使用。更 具體地說(shuō)，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選形式中，提供了 (i)包含F(xiàn)M源的啁瞅管理激 光器(CML),和(ii)光譜整形器(OSR)濾波器，其中，使用激光腔的腔內(nèi) 損耗調(diào)制產(chǎn)生期望的FM。這種用于FM產(chǎn)生的方法可以被應(yīng)用于各種激光器 設(shè)計(jì)，并且可以使用各種方法來(lái)調(diào)制該激光腔的損耗。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí) 施例中，激光器是分布布拉格反射器(DBR)激光器，并且激光腔的損耗被集成在該激光腔中的電吸收(EA)調(diào)制器直接調(diào)制。對(duì)腔損耗的調(diào)制導(dǎo)致增益部 分中的載流子密度顯著地變化，從而產(chǎn)生了大的絕熱啁啾。這種方法十分有益，
因?yàn)槠涿黠@地減少或者消除了激光器內(nèi)的熱啁啾，從而提高了系統(tǒng)的FM效率。 這能夠給前述CML系統(tǒng)提供相當(dāng)大的改善。
在本發(fā)明的一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，包含 光信號(hào)源，適于接收具有比特周期T的二進(jìn)制基信號(hào)，并產(chǎn)生第一信號(hào)，其中， 第一信號(hào)被頻率調(diào)制；和
光譜整形器(OSR)，適于把第一信號(hào)整形為第二信號(hào)，其中，第二信號(hào)被 幅度調(diào)制和頻率調(diào)制；
其特征在于
光信號(hào)源是激光器，在所述激光器中，通過(guò)調(diào)制激光腔的損耗產(chǎn)生頻率調(diào)制。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種用于傳送信號(hào)的方法，包含 接收具有比特周期T的二進(jìn)制基信號(hào)，并產(chǎn)生第一信號(hào)，其中，第一信號(hào)被頻 率調(diào)制；和
把第一信號(hào)整形為第二信號(hào)，其中，第二信號(hào)被幅度調(diào)制和頻率調(diào)制；
特征在于
通過(guò)使用激光器，第一信號(hào)被頻率調(diào)制，在所述激光器中，通過(guò)調(diào)制激光 腔的損耗產(chǎn)生頻率調(diào)制。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，包含 光信號(hào)源，適于接收具有比特周期T的二進(jìn)制基信號(hào)，并產(chǎn)生第一信號(hào)，其中， 第一信號(hào)被頻率調(diào)制；和
光譜整形器(OSR),適于把第一信號(hào)整形為第二信號(hào)，其中，第二信號(hào)被 幅度調(diào)制和頻率調(diào)制；
其特征在于
光信號(hào)源是激光器，在所述激光器中，通過(guò)調(diào)制激光腔的相位產(chǎn)生頻率調(diào)制。在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，包含 光信號(hào)源，適于接收二進(jìn)制第一信號(hào)并產(chǎn)生二進(jìn)制第二信號(hào)，其中，二進(jìn) 制第一信號(hào)具有幅度調(diào)制成分，二進(jìn)制第二信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制
成分，此外其中，二進(jìn)制第二信號(hào)特征在于較高強(qiáng)度的1比特被相對(duì)于較低強(qiáng)
度的0比特紅移；
半導(dǎo)體光放大器(SOA)，適于接收二進(jìn)制第二信號(hào)并產(chǎn)生二進(jìn)制第三信號(hào)， 其中，二進(jìn)制第三信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分，此外其中，半導(dǎo)體 光放大器飽和工作；和
光譜整形器(OSR)，適于把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)，其中， 二進(jìn)制第四信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分。
在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選形式中，提供了一種用于傳送信號(hào)的方法，包含 接收具有幅度調(diào)制成分的二進(jìn)制第一信號(hào)并產(chǎn)生具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制 成分的二進(jìn)制第二信號(hào)，其中，二進(jìn)制第二信號(hào)特征在于較高強(qiáng)度的1比特被 相對(duì)于較低強(qiáng)度的0比特紅移；
將二進(jìn)制第二信號(hào)通過(guò)飽和工作的半導(dǎo)體光放大器(SOA)以產(chǎn)生二進(jìn)制 第三信號(hào)，其中，二進(jìn)制第三信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分；和 把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)，其中，二進(jìn)制第四信號(hào)具有幅度調(diào) 制成分和頻率調(diào)制成分。


通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖一起考慮，將使本 發(fā)明的這些以及其他目的、特征和益處更全面地公開(kāi)和清楚，在附圖中，相同 的數(shù)字指示相同的部件，并且其中
圖l是示出啁嗽管理激光器發(fā)射機(jī)的示意圖2是示出在腔內(nèi)具有用于有效的FM產(chǎn)生的直接調(diào)制電吸收損耗部分的 DBR激光器的示意圖3是示出了激光波長(zhǎng)對(duì)閾值電流的依賴度，并示出了在激光器中使用損耗調(diào)制用于FM產(chǎn)生的效率；
圖4示出了激光器的速率方程，包括通過(guò)光子壽命調(diào)制進(jìn)行的損耗調(diào)制；
圖5示出了對(duì)常規(guī)增益調(diào)制的AM和FM響應(yīng)；
圖6示出了對(duì)損耗調(diào)制的AM和FM響應(yīng)；
圖7示出了對(duì)+/-2%腔內(nèi)損耗調(diào)制的AM和FM響應(yīng)；
圖8示出了對(duì)通過(guò)Is和Os數(shù)字序列的損耗調(diào)制進(jìn)行的作為時(shí)間函數(shù)的AM 和FM響應(yīng)；
圖9示出了對(duì)純腔內(nèi)相位調(diào)制的AM和FM響應(yīng)； 圖IO示出了對(duì)同時(shí)腔內(nèi)損耗調(diào)制和相位調(diào)制的AM和FM響應(yīng)； 圖11示出了在010信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體光放大器(SOA)以后該信號(hào)的強(qiáng)度失 真和啁瞅失真；
圖12示出了簡(jiǎn)單的AM-FM信號(hào)，其中，高強(qiáng)度與高頻相關(guān)，并且示出了 SOA對(duì)信號(hào)的AM成分如何起到高通濾波器的作用，以及SOA對(duì)信號(hào)的FM 成分如何起到低通濾波器的作用；
圖13示出了簡(jiǎn)單的AM-FM信號(hào)，其中，高強(qiáng)度與低頻相關(guān)，并且示出了 SOA對(duì)信號(hào)的AM成分和FM成分如何都起到高通濾波器的作用；
圖14示出了具有瞬態(tài)啁嗽的標(biāo)準(zhǔn)DML信號(hào)，其中，AM調(diào)制和FM調(diào)制 具有相同的符號(hào)(即高強(qiáng)度與高頻相對(duì)應(yīng))，并示出了具有瞬態(tài)啁啾的腔內(nèi)損耗 調(diào)制信號(hào)，其中，AM調(diào)制和FM調(diào)制具有相反的符號(hào)(即高強(qiáng)度與低頻相對(duì) 應(yīng))；
圖15示出了對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)DML信號(hào)和腔內(nèi)損耗調(diào)制信號(hào)，由SOA飽和工作
所導(dǎo)致的強(qiáng)度和啁啾失真；
圖16示出了對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)DML信號(hào)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(在2.5Gb/s的2Vpp調(diào)制)； 圖17示出了深飽和SOA對(duì)于強(qiáng)度波形如何起到高通濾波器的作用，并且
對(duì)于頻率波形如何起到低通濾波器的作用；
圖18示出了從腔內(nèi)損耗調(diào)制信號(hào)的直接輸出；
圖19示出了通過(guò)飽和的SOA以后的腔內(nèi)損耗調(diào)制信號(hào)；圖20示出了在OSR濾波器的短波長(zhǎng)側(cè)的信號(hào)； 圖21示出了在O S R濾波器的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的信號(hào)；
圖22示出了數(shù)據(jù)通過(guò)損耗調(diào)制激光器、飽和SOA和OSR如何被轉(zhuǎn)換；和 圖23示出了損耗調(diào)制激光器陣列的輸出與MMI組合，然后利用SOA放 大的結(jié)構(gòu)，全都被單片集成。
具體實(shí)施例方式
腔內(nèi)損耗調(diào)制和/或腔內(nèi)相位調(diào)制以改善信號(hào)傳輸
圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，電吸收(EA)調(diào)制器被集成 在分布布拉格反射器(DBR)激光腔的內(nèi)部。EA部分被反向偏置。把反向偏 置電壓施加于EA增大了腔損耗，這增大了發(fā)射激光的閾值增益。這增大了閾 值載流子密度，它導(dǎo)致激光頻率向藍(lán)移，即提供了頻率調(diào)制。
通過(guò)參考圖3，能夠理解通過(guò)損耗調(diào)制產(chǎn)生的較大的FM效率，圖3示出 了作為注入到行波(CW)激光器中的電流的函數(shù)的激光波長(zhǎng)。已知CW半導(dǎo) 體激光器的激光波長(zhǎng)依賴于閾值電流。當(dāng)在閾值以下更多的載流子被注入到激 光器中時(shí)，波長(zhǎng)藍(lán)移。例如，當(dāng)閾值電流從7mA提高到9mA時(shí)，激光器的波 長(zhǎng)移動(dòng)0.2nm (24GHz)。這對(duì)應(yīng)于12GHz/mA的頻移效率，并且表明腔內(nèi)損耗 調(diào)制可以是在激光器中產(chǎn)生FM的非常有效率的方式。
對(duì)半導(dǎo)體激光器的"標(biāo)準(zhǔn)速率方程模型"的修改可以示出損耗調(diào)制如何在 高速調(diào)制的情況下產(chǎn)生FM。圖4示出了光子、載流子和相位的一組速率方程， 其中，通過(guò)在速率方程中調(diào)制光子壽命包括了損耗調(diào)制。通過(guò)調(diào)制腔的鏡面損 耗可以實(shí)現(xiàn)光子壽命的調(diào)制。光子壽命調(diào)制是用于調(diào)制激光器的腔內(nèi)損耗以產(chǎn) 生期望的FM調(diào)制的幾種方法之一。其他的方法也可用，例如使用可飽和吸收 器等的鏡面損耗調(diào)制、腔內(nèi)損耗調(diào)制。因此，這里在速率方程中使用光子壽命 調(diào)制以便示出對(duì)激光器的AM響應(yīng)和FM響應(yīng)的損耗調(diào)制的結(jié)果，但是并非旨 在表明只有這一種方法可用。
為了闡明常規(guī)增益調(diào)制和本發(fā)明的損耗調(diào)制方法之間的差別，我們可以比較這兩種情況(即常規(guī)增益調(diào)制和本發(fā)明的損耗調(diào)制方法)的速率方程的小信 號(hào)頻率響應(yīng)解。圖5描述了對(duì)激光二極管的常規(guī)高速增益調(diào)制的速率方程的小
信號(hào)頻率響應(yīng)，所述調(diào)制產(chǎn)生了幅度調(diào)制(AM)和頻率調(diào)制(FM)。如本領(lǐng)域
已知的那樣，AM響應(yīng)在略低于特征馳豫振蕩頻率,的頻率顯示出峰值，峰值
高度約4dB。該響應(yīng)在乂以上以40dB/十倍頻的速率滾降。FM響應(yīng)恰在,處顯
示出峰值，峰值響應(yīng)約10dB。該響應(yīng)在,以上以20dB/十倍頻的速率滾降。因 此，利用激光二極管的常規(guī)電流調(diào)制，F(xiàn)M具有更高的有效帶寬。
相反，圖6示出了激光二極管的腔內(nèi)損耗調(diào)制的AM和FM響應(yīng)。在這種 情況下，和常規(guī)增益調(diào)制相比，AM和FM的頻率響應(yīng)顯示出了相反的趨勢(shì)。
AM響應(yīng)在,顯示出峰值，峰值高度約15dB,并在乂以上以40dB/十倍頻的速
率滾降。FM響應(yīng)在略低于,的頻率顯示出峰值，峰值響應(yīng)約4dB。該響應(yīng)在 fr以上以20dB/十倍頻的速率滾降。因此，對(duì)于腔內(nèi)損耗調(diào)制方案，預(yù)期AM 調(diào)制帶寬上的增加，而FM調(diào)制帶寬將低于電流調(diào)制的帶寬。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)添加腔內(nèi)相位調(diào)制來(lái)增強(qiáng)FM響應(yīng)。 圖7示出了腔內(nèi)損耗+/-2%調(diào)制的AM和FM響應(yīng)。典型的EA調(diào)制器的對(duì) 應(yīng)調(diào)制電壓是大約0.2Vpp。如速率方程的小信號(hào)分析所示，F(xiàn)M響應(yīng)顯示出直
到特性頻率,的相對(duì)平坦的響應(yīng)。對(duì)于EA調(diào)制器部分的約0.2Vpp的較小的調(diào) 制，F(xiàn)M效率高達(dá)5GHz。 AM響應(yīng)在,附近顯示出大的峰值。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，損耗調(diào)制FM源被與光譜整形器(OSR) 濾波器一起用作啁啾管理激光器(CML)中的源，如在(i) Yasuhiro Matsui等 于01/18/05遞交的名為"CHIRP MANAGED D正CTLY MODULATED LASER WITH BAND WITH LIMITING OPTICAL SPECTRUM RESHAPER"(代理人案 號(hào)No. TAYE-26)的No. 11/037,718號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng);(ii) Daniel Mahgerefteh 等于02/28/05遞交的名為"OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT"(代理人案號(hào)No. TAYE-31 )的 No. 11/068,032號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；和(iii) Daniel Mahgerefteh等于03/18/05遞交的名為"FLAT- TOPPED CHIRP INDUCED BY OPTICAL FILTER EDGE"(代 理人案號(hào)No. TAYE-34)的No. 1 1/084,630號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中所描述的那樣， 通過(guò)引用將這些專利申請(qǐng)包含于此。
圖8示出了通過(guò)數(shù)字序列調(diào)制的例子，其中示出了損耗調(diào)制激光器的AM 和FM響應(yīng)。圖8還示出了信號(hào)如在上面標(biāo)識(shí)的啁啾管理激光器(CML)專利 文檔中規(guī)定的那樣通過(guò)光譜整形(OSR)濾波器以后的光譜以及幅度波形。利 用OSR濾波器的FM到AM轉(zhuǎn)換至少提高了作為結(jié)果的信號(hào)的幅度消光比
(Extinction Ratio )。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖9，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在腔內(nèi)部只有相位被調(diào)制。 在這種情況下，不存在AM調(diào)制，因?yàn)樵鲆娌皇苡绊?，并且FM響應(yīng)可以本質(zhì) 上是平坦的，并且只受被調(diào)制部分的RC滾降限制。在速率方程中很清楚，當(dāng) 調(diào)制頻率從DC掃描到fr以上時(shí)，F(xiàn)M的相位從0變化到Ti/2。因?yàn)樵谡{(diào)制信號(hào) 和腔內(nèi)的純相位調(diào)制所產(chǎn)生的FM響應(yīng)之間不存在時(shí)延，所以損耗調(diào)制引起的 FM和純相位調(diào)制引起的FM之間的相對(duì)延遲隨著調(diào)制頻率變化。在低頻，相 位都是相差為T(mén)i,因?yàn)閾p耗調(diào)制和相位調(diào)制的FM的符號(hào)相反，假設(shè)使用QCSE
(或Franz-Keldysh)響應(yīng)產(chǎn)生相位調(diào)制。
圖10示出了腔內(nèi)損耗和相位調(diào)制(它可以由例如EA部分中的反向偏置調(diào) 制引起)都存在的情況。在低頻，作為EA部分中損耗調(diào)制與相位調(diào)制的竟?fàn)?br> 的結(jié)果，F(xiàn)M響應(yīng)下降。在高于,的頻率，這兩種效應(yīng)相加以至于提高了 FM響 應(yīng)。因此有可能設(shè)計(jì)具有高到大約40GHz的相當(dāng)平坦的響應(yīng)的FM響應(yīng)。
可以使用各種機(jī)制在激光器的腔中引起損耗調(diào)制。這些機(jī)制包括但不限于 (i)量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE ); (ii) Pockels效應(yīng);和(iii) Franz-Keldysh 效應(yīng)。這些全都是通過(guò)將電壓施加于半導(dǎo)體材料而產(chǎn)生的該材料的吸收或折射 率特性上變化的不同表現(xiàn)，并且是技術(shù)上已知的。
腔內(nèi)損耗調(diào)制可以被應(yīng)用于各種單片激光器設(shè)計(jì)。舉例但并非限制，這些 包括(i)分布反饋式(DFB)激光器；(ii)分布布拉格反射器(DBR)激光器；(iii)采樣光柵分布布拉格反射器(SG-DBR)激光器；和(iv ) Y分支DBR 激光器。在每一個(gè)例子中，需要添加激光器的新的損耗部分(例如EA部分或 者可飽和吸收器部分)，以便在腔中引起損耗?；蛘?，在每一個(gè)例子中，可以調(diào) 制鏡面損耗。
其他的激光器也可被損耗調(diào)制以便產(chǎn)生期望的FM。這些包括但不限于(i) 外腔激光器，例如具有光纖布拉格光柵、環(huán)形諧振器、平面光路(PLC)布拉 格光柵、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和光柵濾波器作為外腔的外腔激光器；(ii)垂 直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL);和(iii)法布里-珀羅激光器。前述所有這些 激光器以及其他的激光器，也可以被損耗調(diào)制以便產(chǎn)生期望的FM。
使用半導(dǎo)體光放大器(SOA)的光傳輸
半導(dǎo)體光放大器(SOA)被廣泛用于放大光傳輸系統(tǒng)中光數(shù)字信號(hào)。公知 SOA導(dǎo)致進(jìn)入信號(hào)的(以強(qiáng)度和啁啾的形式)失真，其中l(wèi)和O的強(qiáng)度被數(shù)字 調(diào)制(見(jiàn)圖11)。對(duì)于輸入SOA中的較高輸入功率(即較髙強(qiáng)度的信號(hào))，由 于信號(hào)導(dǎo)通狀態(tài)期間SOA中較強(qiáng)的載流子耗盡，緊跟著是信號(hào)關(guān)閉期間載流子 恢復(fù)到未飽和水平，這種失真變得顯著，有限的時(shí)間常數(shù)被定義為增益恢復(fù)時(shí) 間。SOA中載流子的耗盡通過(guò)等離子體效應(yīng)導(dǎo)致折射率的變化。這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致 了信號(hào)即時(shí)頻率的變化，信號(hào)的即時(shí)頻率的變化被作為折射率變化或相位的時(shí) 間導(dǎo)數(shù)獲取。這導(dǎo)致信號(hào)前沿的頻率下啁啾和信號(hào)后沿的頻率上啁啾(圖llb)。 這是當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制數(shù)字信號(hào)通過(guò)SOA時(shí)觀察到的瞬態(tài)啁啾的根源。圖11示出飽 和SOA導(dǎo)致的信號(hào)強(qiáng)度上的失真對(duì)于AM信號(hào)可以被描述為"高通濾波器效 應(yīng)"，因?yàn)檩斎朊}沖的前沿在SOA以后經(jīng)歷了強(qiáng)度波形上的過(guò)沖。這是因?yàn)楦?頻成分經(jīng)歷未飽和增益，而低頻成分經(jīng)歷較小的飽和增益。
圖12示出了頻率調(diào)制與強(qiáng)度調(diào)制共存，例如CML信號(hào)通過(guò)SOA的情況 的SOA信號(hào)失真。在這種情況下，信號(hào)的AM成分中的高強(qiáng)度比特對(duì)應(yīng)于信 號(hào)FM成分中的高頻，即具有較高強(qiáng)度的數(shù)字1比特被相對(duì)于較低強(qiáng)度的0比 特藍(lán)移。當(dāng)這個(gè)信號(hào)通過(guò)SOA時(shí)，前沿產(chǎn)生瞬態(tài)啁啾，其頻率偏移為負(fù)(即頻 率下啁啾)。此頻率偏移具有和進(jìn)入信號(hào)的絕熱啁啾的符號(hào)相反的符號(hào)，因此增大了 FM信號(hào)在前沿的上升時(shí)間和后沿的下降時(shí)間。換句話說(shuō)，SOA對(duì)于信號(hào)
的FM成分起到低通濾波器的作用，并限制了進(jìn)入信號(hào)的帶寬，這對(duì)于高比特 率傳輸是不合適的。因此， 一般不可能把飽和SOA用于既具有頻率調(diào)制也具有 強(qiáng)度調(diào)制的信號(hào)，例如一般不可能把飽和SOA用于CML信號(hào)。
圖13也示出了頻率調(diào)制與強(qiáng)度調(diào)制共存但是啁啾具有和圖12中所示的前 一例子相反符號(hào)情況的SOA失真。在圖13中所示的情況中，AM成分中的髙 強(qiáng)度比特對(duì)應(yīng)于FM成分中的低頻，即高強(qiáng)度1比特相對(duì)于低強(qiáng)度0比特紅移， 0比特被藍(lán)移。這里，隨著通過(guò)SOA,信號(hào)的前沿產(chǎn)生瞬態(tài)啁啾，其頻率偏移 為負(fù)(即頻率下啁瞅)。這種情況下這種SOA引起的啁啾具有和進(jìn)入信號(hào)的絕 熱啁嗽相同的符號(hào)，因此降低了信號(hào)的FM成分在前沿的上升時(shí)間和在信號(hào)后 沿的下降時(shí)間。換句話說(shuō)，SOA對(duì)于FM成分起到了高通濾波器的作用，并擴(kuò) 展了進(jìn)入信號(hào)的帶寬，這能夠改善高比特率傳輸?shù)男阅堋?br> 在這個(gè)方面，應(yīng)該注意在CML應(yīng)用中，OSR限制了帶寬，例如對(duì)標(biāo)準(zhǔn)眼 圖波罩余量測(cè)量的那樣，通過(guò)增加信號(hào)的上升和下降時(shí)間(即OSR從啁啾波形 去除瞬態(tài)啁嗽成分)，因此傾向于減小眼圖開(kāi)度(Eye Opening )。重要的是，現(xiàn) 在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SOA提供的高通效應(yīng)可被有利地用于抵消OSR的帶寬限制效應(yīng)。
在實(shí)際應(yīng)用中，輸入信號(hào)的原始FM成分的絕熱啁啾和SOA所生成的瞬態(tài) 啁嗽的相對(duì)大小應(yīng)該在正確比例內(nèi)調(diào)整，以便提供最大帶寬。這將在下列包括 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論中探討。
首先，我們考慮在飽和SOA之前和之后的直接調(diào)制激光器的幅度和啁啾。 圖14a示出了直接調(diào)制激光器(DML)的輸出。在這種情況下，較高的強(qiáng)度(即 1的狀態(tài))在頻率上相對(duì)于較低強(qiáng)度0狀態(tài)藍(lán)移；這是DML絕熱啁啾的特性。 在頻率波形的前沿，即在0到1轉(zhuǎn)換處，還存在藍(lán)移的"過(guò)沖"；并且在頻率波 形的后沿，即在1到0的轉(zhuǎn)換處，存在紅移的"下沖"，這被定義為正瞬態(tài)啁啾。 圖15a示出了當(dāng)直接調(diào)制激光器信號(hào)通過(guò)飽和SOA時(shí)該SOA的輸出。在這種 情況下，強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的前沿被有力地放大，而強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的后沿被相對(duì)較 少地放大。由于SOA的飽和所致，在飽和SOA輸出處的對(duì)應(yīng)頻率調(diào)制波形現(xiàn)在表現(xiàn)出更長(zhǎng)的上升和下降時(shí)間。
在圖16中，示出了實(shí)驗(yàn)觀察到的直接調(diào)制DFB激光器的強(qiáng)度和啁嗽波形。 偏置是80mA，并且調(diào)制電壓在2.5Gb/s是2vpp。強(qiáng)度調(diào)制的消光比是3.5dB。 FM的絕熱啁瞅成分是8GHz。從圖16可以看出，對(duì)于直接調(diào)制激光器，對(duì)于l 比特的穩(wěn)定狀態(tài)，瞬態(tài)啁啾峰值在頻率上相對(duì)于絕熱啁啾信號(hào)高2GHz。
圖17示出了當(dāng)圖16的直接調(diào)制信號(hào)通過(guò)飽和SOA時(shí)該SOA的輸出。在 這個(gè)例子中，SOA的偏置是500mA，并且輸出功率是14dBm。從DFB激光器 到SOA的入射功率被調(diào)整，以便把SOA的飽和調(diào)整到處于增益的8dB壓縮點(diǎn)。 注意，由于飽和SOA生成的負(fù)瞬態(tài)啁嗽所致，前沿的瞬態(tài)啁啾被向紅移頻率拉 動(dòng)。負(fù)瞬態(tài)啁嗽被定義為0到1轉(zhuǎn)變處的紅移瞬態(tài)啁啾和1到0轉(zhuǎn)變處的藍(lán)移 瞬態(tài)啁啾。在這種情況下，峰值瞬態(tài)啁啾在頻率上相對(duì)于1比特的絕熱啁啾成 分低lGHz。在這種情況下，SOA的增益恢復(fù)時(shí)間常數(shù)可以被看作是大約300ps。 這樣較慢的時(shí)間常數(shù)對(duì)于10Gb/s或者更高的傳輸是有害的。這是使用飽和SOA 的常規(guī)傳輸已知的問(wèn)題。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，為了避免這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)入信號(hào)的 功率常規(guī)上被限制到低于SOA的某個(gè)飽和點(diǎn)，例如3dB飽和點(diǎn)的水平，以便 保障被SOA線性放大。SOA的輸入3dB飽和點(diǎn)被定義為SOA的增益和小信號(hào) 增益相比降低了 3dB的輸入功率。這個(gè)工作范圍是不期望的。為了工作于線性 范圍，SOA的偏置需要較高，以便增加SOA的飽和功率，導(dǎo)致了功耗的增加。
重要的是，本發(fā)明提供了抑制飽和SOA所導(dǎo)致的波形失真的新方法。此外， 這種新方法通過(guò)增大輸出信號(hào)的有效調(diào)制帶寬，從而允許SOA被在高達(dá)8dB 的飽和點(diǎn)使用，可以被用來(lái)將SOA的飽和變?yōu)橐嫣帯?br> 更具體地說(shuō)，在本發(fā)明中，通過(guò)利用具有較小AM偏移、較大FM偏移和 負(fù)絕熱啁嗽的進(jìn)入數(shù)字信號(hào)，并將該信號(hào)通過(guò)飽和工作的SOA，可以改善信號(hào) 傳輸。這里，具有負(fù)絕熱啁啾的數(shù)字信號(hào)被定義為其中較高強(qiáng)度的1比特被相 對(duì)于較低強(qiáng)度的藍(lán)移的0比特信號(hào)紅移的信號(hào)。在這種情況下，對(duì)于輸入的啁 啾波形，飽和的SOA起到高通濾波器的作用，而強(qiáng)度波形則經(jīng)歷了消光比的減 小，在前沿和后沿具有略微增強(qiáng)的瞬態(tài)尖峰。如先前所討論的那樣，通過(guò)調(diào)制激光腔中的損耗，可以產(chǎn)生這種具有負(fù)絕熱啁啾的輸入信號(hào)。
在FM和AM調(diào)制信號(hào)通過(guò)光譜整形器濾波器(OSR)的傳輸邊沿的啁啾 管理激光器應(yīng)用中，F(xiàn)M被轉(zhuǎn)換為AM，導(dǎo)致高光傳輸所要求的高消光比。強(qiáng)度 失真被光帶通濾波器(也叫作光譜整形器，或OSR)去除，因?yàn)楸晦D(zhuǎn)換為AM 的高FM主導(dǎo)了光帶通濾波器之后的波形。由飽和SOA的高通效應(yīng)導(dǎo)致的FM 波形的過(guò)沖被光濾波器的帶通效應(yīng)抵消，導(dǎo)致了具有高消光比和基本無(wú)失真的 較寬的"張開(kāi)的眼圖"。因此，對(duì)于CML應(yīng)用，當(dāng)在其輸入使用負(fù)絕熱啁啾時(shí)， 通過(guò)把OSR與飽和SOA組合，可以提高OSR輸出處的眼圖余量。
現(xiàn)在將提供把腔內(nèi)損耗調(diào)制與飽和SOA結(jié)合使用的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。 在本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)制激光器腔中的損耗而不是例如通過(guò)電流調(diào)制增益， 可以產(chǎn)生CML發(fā)射機(jī)中的調(diào)制。更一般地意義上，如本發(fā)明中所討論的那樣， 在本發(fā)明中，任何絕熱啁啾為負(fù)，即較高強(qiáng)度的1比特被相對(duì)于較低強(qiáng)度的被 藍(lán)移的0比特紅移的AM-FM調(diào)制格式可以被結(jié)合飽和SOA使用，以便提供改 善的傳輸。舉例但并非限制，用于AM和FM調(diào)制的LN (鈮酸鋰)調(diào)制器可 被用來(lái)產(chǎn)生在AM和FM信號(hào)之間具有任意相位關(guān)系的AM-FM同調(diào)制信號(hào)。 因此，根據(jù)本發(fā)明，在AM和FM信號(hào)之間具有適當(dāng)相位關(guān)系的LN調(diào)制器可 以和飽和SOA結(jié)合使用。又例如，被EA調(diào)制器緊跟的DFB激光器的直接調(diào) 制可被用來(lái)(i)由DFB激光器產(chǎn)生絕熱啁啾，和(ii)然后由EA調(diào)制器降低 高頻比特的強(qiáng)度。
通過(guò)在激光腔中集成電吸收(EA)調(diào)制器部分或者把增益部分接觸分割為 被施加了反向電壓的小部分以便通過(guò)吸收引起損耗，可以實(shí)現(xiàn)激光腔中損耗的 調(diào)制。在耦合腔激光器(例如具有額外鏡面的VCSEL,集成了在刻面具有反射 的額外無(wú)源部分的DFB)的情況下，增益部分的直接調(diào)制產(chǎn)生了絕熱啁啾，然 后，這被腔的頻率依賴鏡面損耗轉(zhuǎn)換為腔內(nèi)損耗調(diào)制。在這種情況下，通過(guò)增 益部分的直接調(diào)制，可以產(chǎn)生具有倒轉(zhuǎn)AM-FM關(guān)系(即負(fù)絕熱啁啾)的高FM 調(diào)制。在這些調(diào)制方案中，可以獲取大約20GHz/V的高FM效率，導(dǎo)致對(duì)于5GHz 絕熱啁啾的大約僅0.5dB的ER (見(jiàn)圖14b)。在這種情況下，飽和SOA生成的啁啾對(duì)于啁啾波形產(chǎn)生高通效應(yīng)(見(jiàn)圖15b)。如上面所指出的那樣，這對(duì)于高
比特率傳輸系統(tǒng)是有益的。常規(guī)上，很難將飽和SOA用于10Gb/s傳輸系統(tǒng)， 但是在本發(fā)明中，飽和SOA改善了工作于10Gb/s或者更快的傳輸系統(tǒng)的性能。
作為實(shí)驗(yàn)證據(jù)的例子，在圖18中示出了腔內(nèi)損耗調(diào)制信號(hào)。激光器是具有 500微米增益長(zhǎng)度和30微米可飽和吸收器(SA)長(zhǎng)度的腔內(nèi)損耗調(diào)制DBR激 光器。RF和SA的反向偏置被施加于SA部分用于腔內(nèi)損耗調(diào)制。在2.5Gb/s 增益偏置是130mA，并且調(diào)制電壓是1.3Vpp。 SA反向DC偏置是-0.66V。該 激光器的絕熱啁啾是6GHz，并且對(duì)應(yīng)的消光比(ER)是0.71dB。絕熱啁啾為 負(fù)。如圖18中所示，使用這種腔內(nèi)損耗調(diào)制方法，對(duì)于l比特的穩(wěn)定狀態(tài)，瞬 態(tài)啁啾峰值在頻率上比對(duì)應(yīng)的絕熱啁啾信號(hào)高lGHz。
現(xiàn)在可以觀察到使損耗調(diào)制信號(hào)通過(guò)飽和SOA的效果。在圖19中，SOA 的進(jìn)入信號(hào)功率被調(diào)整為把飽和點(diǎn)設(shè)置到8dB。由于SOA中的強(qiáng)飽和所致，在 飽和SOA之后的幅度調(diào)制(AMER)的ER被進(jìn)一步減小到0.26dB。在前沿和 后沿，觀察到強(qiáng)度波形中的瞬態(tài)尖峰，因?yàn)槿缂夹g(shù)上所理解的那樣，SOA輸入 信號(hào)的高頻成分不經(jīng)歷飽和。在啁啾波形中，瞬態(tài)啁啾成分在前沿和后沿都被 突出，因?yàn)槿缟厦嫠x，損耗調(diào)制激光器和SOA中的瞬態(tài)啁嗽都是負(fù)瞬態(tài)啁 啾。對(duì)于1比特的穩(wěn)定狀態(tài)，瞬態(tài)啁啾峰值在頻率上相對(duì)于絕熱啁啾信號(hào)高 2.5GHz。瞬態(tài)啁瞅上的這種增強(qiáng)是有益的，因?yàn)樗岣吡烁哂?0Gb/s工作的 CML應(yīng)用或者更一般的傳輸系統(tǒng)中的眼圖波罩余量。
可以通過(guò)SOA的飽和調(diào)整進(jìn)入信號(hào)的絕熱啁嗽相對(duì)于SOA生成的瞬態(tài)啁 啾的大小，SOA的飽和依賴于SOA偏置和輸入SOA的信號(hào)功率，以及進(jìn)入信 號(hào)的絕熱啁啾和ER(消光比)。在圖16和圖17中所示的實(shí)驗(yàn)證據(jù)中，SOA的 飽和是8dB, AMER是3.5dB，F(xiàn)M是8GHz,并且由SOA導(dǎo)致的瞬態(tài)啁啾(TCs。a) 在前沿是-3GHz.，時(shí)間常數(shù)300ps。如果可接受的TC，的范圍是-lGHz,則SOA 的飽和需要被降低到3dB,或者AMER需要為ldB。在另一方面，對(duì)于例如圖 18和圖19中所示的損耗調(diào)制信號(hào)(或?qū)嶋H上為AM-FM反轉(zhuǎn)信號(hào))，SOA的飽 和是8dB， AMER是-0.72dB (對(duì)于AM-FM反轉(zhuǎn)信號(hào)為負(fù))，F(xiàn)M是6GHz,并且由SOA導(dǎo)致的瞬態(tài)啁嗽(TCs。a)是+1.5GHz(并且總的瞬態(tài)啁啾是+2.5GHz )。 瞬態(tài)啁啾的這種略微增加對(duì)于包括CML格式的高比特率傳輸系統(tǒng)是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 舉例但并非限制，在CML應(yīng)用中，瞬態(tài)啁啾的可接受范圍大約是4GHz。這意 味著AMER可以是大約-1.5dB，而SOA的飽和可以是8dB。使用這樣高度飽和 的SOA對(duì)于來(lái)自SOA的高輸出功率是有益的，或者反過(guò)來(lái)，對(duì)于給定的輸出 功率，SOA中的低功耗是有益的。
作為SOA低功耗的例子，為了具有來(lái)自SOA的13dBm輸出功率，SOA 的3-dB飽和功率可以低達(dá)5dB。使用短SOA長(zhǎng)度(大約300微米)以及較低 的偏置電流(大約150mA)，很容易設(shè)計(jì)這樣的SOA。在另一方面，標(biāo)準(zhǔn)DML 信號(hào)的放大要求具有16dBm飽和功率的SOA以產(chǎn)生相同的輸出功率。這可能 要求1.5mm的SOA長(zhǎng)度以及700mA注入電流。
在下面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中演示了瞬態(tài)啁啾對(duì)于CML應(yīng)用的益處。通過(guò)使信號(hào) 通過(guò)在CML發(fā)射機(jī)中使用的光譜整形器(OSR)， FM被轉(zhuǎn)換為AM。由于腔 內(nèi)損耗調(diào)制激光器的高FM和低AM所致，在FM成分中SOA引起的失真相對(duì) 于原始的較大的FM成分較小，具有被負(fù)alpha參數(shù)描述的特征。被飽和SOA 引起的這種瞬態(tài)啁啾(前沿的過(guò)沖和后沿的下沖)被OBF (光學(xué)帶通濾波器， 也叫做光譜整形器或者OSR)抵消，導(dǎo)致在OSR以后寬的張開(kāi)的眼圖(圖20 和圖21 )。在圖20和21中，信號(hào)在OSR的短(圖20)或長(zhǎng)(圖21 )波長(zhǎng)側(cè) 通過(guò)。對(duì)于OSR的短波長(zhǎng)側(cè)和長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，OSR的輸出類似，因?yàn)锳MER在輸 入較低(大約0.2dB )。 OSR之后的ER是原始AMER和通過(guò)OSR的FM-AM 轉(zhuǎn)換的ER增強(qiáng)之和。如果AMER和OSR引起的ER是相同符號(hào)，則OSR輸 出處的ER增大。如果AMER和OSR引起的ER是相反的符號(hào)，則OSR輸出 處的ER降低。例如，利用DFB激光器，如果FM是7GHz并且OSR的斜率是 1.3dB/GHz，則AMER是3dB并且OSR引起的ER是9.1dB。在這種情況下， 如果進(jìn)入信號(hào)被定位于OSR的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，則總的ER是12.1dB (3dB+9.1dB)。 或者，如果進(jìn)入信號(hào)被定位于具有-1.3dB/GHz的相同斜率的OSR的短波長(zhǎng)側(cè)， 則總的ER是-6.1dB (3dB-9.1dB，其中，負(fù)號(hào)表示數(shù)據(jù)信息被反轉(zhuǎn))。因此，作為結(jié)果的ER在短波長(zhǎng)側(cè)不那么高。仍有可能通過(guò)使用更大斜率的OSR提高 ER，但是，當(dāng)OSR的斜率增加時(shí)，眼圖可能顯示出噪聲和抖動(dòng)。在另一方面， 對(duì)于損耗調(diào)制信號(hào)，SOA之后的ER被降低到0.2dB。在這種情況下，在OSR 的任一側(cè)可以獲取高ER。在圖20中，在OSR的短波長(zhǎng)側(cè)，ER是10.7dB,而 在圖21中，在OSR的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，ER是12.55犯。而且，圖20和圖21中的眼 圖顯示出輕微的過(guò)沖/下沖。這幫助張開(kāi)眼圖并提高波罩余量。由于OSR的適 中的斜率(大約1.5dB/GHz)和損耗調(diào)制激光器的FM響應(yīng)的平坦性所致，眼 圖中的抖動(dòng)較小。
飽和SOA之后信號(hào)的低ER使OSR的任何一側(cè)均可用來(lái)實(shí)現(xiàn)高ER和低抖 動(dòng)。圖22示出了數(shù)據(jù)通過(guò)損耗調(diào)制激光器、飽和SOA和OSR被如何轉(zhuǎn)換。當(dāng) 數(shù)據(jù)進(jìn)入損耗調(diào)制激光器時(shí)，1比特對(duì)應(yīng)于高強(qiáng)度和紅移啁啾(見(jiàn)圖22a)。在 飽和SOA之后(圖22b)， ER在AM成分中被抑制，并且瞬態(tài)啁啾被添加到 FM成分。
如果在OSR的高頻側(cè)實(shí)現(xiàn)了激光器到OSR的波長(zhǎng)鎖定，則輸出具有和原 始數(shù)據(jù)相同的邏輯極性。在這種情況下，OSR的色散和標(biāo)準(zhǔn)傳輸光纖在1550nm 附近的色散具有相同的符號(hào)，因此，OSR和傳輸光纖的總色散增加。如果光纖 鏈路具有過(guò)補(bǔ)償(負(fù)色散)，則傳輸性能改善，因?yàn)镺SR降低了總色散。可以 獲取略高的ER,因?yàn)锳MER和通過(guò)FM-AM轉(zhuǎn)換由OSR引起的ER具有相同 的符號(hào)。
如果在OSR的低頻側(cè)實(shí)現(xiàn)了激光器到OSR的波長(zhǎng)鎖定，則輸出相對(duì)于原 始數(shù)據(jù)具有反轉(zhuǎn)的極性。這可以通過(guò)使用來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的RF輸出端口的DATA BAR校正。OSR的色散是和標(biāo)準(zhǔn)傳輸光纖(STF)在1550nm附近的色散相反 的符號(hào)，因此，OSR和傳輸光纖的總色散降低，并且在STF中傳輸性能被改善。 將獲取略低的ER，因?yàn)锳MER和通過(guò)FM-AM轉(zhuǎn)換由OSR引起的ER具有相 反的符號(hào)。
圖23示出了損耗調(diào)制激光器陣列的輸出被與多模干涉(MMI)組合，然 后利用SOA放大的情況，全都單片集成。在覆蓋整個(gè)C波段的可調(diào)諧應(yīng)用中，經(jīng)常使用激光器陣列，其中，每一個(gè)激光器帶的調(diào)諧范圍有限。為了組合來(lái)自 激光器帶的輸出，可以以組合器的損耗為代價(jià)，使用MMI或陣列波導(dǎo)光柵
(AWG)。在本發(fā)明背景下，單片集成SOA以補(bǔ)償這種損耗是可能的。
修改
將會(huì)理解，不偏離本發(fā)明的原理和范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)為了說(shuō)明 本發(fā)明的本質(zhì)已描述和圖示的細(xì)節(jié)、材料、步驟和零件排列做出許多變化。
權(quán)利要求
1.一種光纖通信系統(tǒng)，包含光信號(hào)源，適于接收二進(jìn)制第一信號(hào)并產(chǎn)生二進(jìn)制第二信號(hào)，其中，二進(jìn)制第一信號(hào)具有幅度調(diào)制成分，二進(jìn)制第二信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分，此外其中，二進(jìn)制第二信號(hào)特征在于較高強(qiáng)度的1比特被相對(duì)于較低強(qiáng)度的0比特紅移；半導(dǎo)體光放大器(SOA)，適于接收二進(jìn)制第二信號(hào)并產(chǎn)生二進(jìn)制第三信號(hào)，其中，二進(jìn)制第三信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分，此外其中，半導(dǎo)體光放大器飽和工作；和光譜整形器(OSR)，適于把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)，其中，二進(jìn)制第四信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分。
2. 如權(quán)利要求l所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，光信號(hào)源包含激光器，此外 其中，通過(guò)激光器的腔內(nèi)損耗調(diào)制產(chǎn)生二進(jìn)制第二信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的光纖通信系統(tǒng)，，其中，激光器包含包括半導(dǎo)體材 料的腔，此外其中，通過(guò)把適當(dāng)?shù)碾妷菏┘佑诎雽?dǎo)體材料以便引起半導(dǎo)體材料 的吸收上的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)損耗調(diào)制。
4. 如權(quán)利要求3所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，通過(guò)使用由(i)量子限制斯 塔克效應(yīng)(QCSE);和(ii) Franz-Keldysh效應(yīng)組成的組中的一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)腔內(nèi) 損耗調(diào)制。
5. 如權(quán)利要求2所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，激光器包含由(i)分布反饋 式(DFB)激光器；(ii)分布布拉格反射器(DBR)激光器；(iii)釆樣光柵分 布布拉格反射器(SG-DBR)激光器；和(iv) Y分支DBR激光器組成的組中 的一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求2所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，激光器包含由(i)具有光纖 布拉格光柵的外腔激光器；(ii)具有環(huán)形諧振器的外腔激光器；(iii)具有平面 光路(PLC)布拉格光柵的外腔激光器；(iv)具有陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的外腔激光器；(v)具有光柵光纖的外腔激光器；(vi)垂直腔表面發(fā)射激光器 (VCSEL);和(vii)法布里-珀羅激光器組成的組中的一個(gè)。
7. 如權(quán)利要求l所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，光譜整形器(OSR)包含濾 波器。
8. 如權(quán)利要求7所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，濾波器具有高頻側(cè)和低頻側(cè)， 此外其中，系統(tǒng)被配置成使用濾波器的高頻側(cè)以便補(bǔ)償在下游光纖傳輸鏈路中 的負(fù)色散。
9. 如權(quán)利要求l所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，光信號(hào)源包含多個(gè)激光器， 此外其中，每一個(gè)激光器的輸出被引導(dǎo)進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器(SOA)的輸入。
10. 如權(quán)利要求9所述的光纖通信系統(tǒng)，其中，多個(gè)激光器共同覆蓋一個(gè) 波長(zhǎng)范圍。
11. 一種用于傳送信號(hào)的方法，包含 接收具有幅度調(diào)制成分的二進(jìn)制第一信號(hào)并產(chǎn)生具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制 成分的二進(jìn)制第二信號(hào)，其中，二進(jìn)制第二信號(hào)特征在于較高強(qiáng)度的1比特被 相對(duì)于較低強(qiáng)度的0比特紅移；將二進(jìn)制第二信號(hào)通過(guò)飽和工作的半導(dǎo)體光放大器(SOA)以產(chǎn)生二進(jìn)制 第三信號(hào)，其中，二進(jìn)制第三信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分；和 把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)，其中，二進(jìn)制第四信號(hào)具有幅度調(diào) 制成分和頻率調(diào)制成分。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中，通過(guò)利用腔內(nèi)損耗調(diào)制的激光器產(chǎn) 生二進(jìn)制第二信號(hào)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中，激光器包含包括半導(dǎo) 體材料的腔，此外其中，通過(guò)把適當(dāng)?shù)碾妷菏┘佑诎雽?dǎo)體材料以便引起半導(dǎo)體 材料的吸收上的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)損耗調(diào)制。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中，通過(guò)使用由(i)量子 限制斯塔克效應(yīng)(QCSE);和(ii) Franz-Keldysh效應(yīng)組成的組中的一個(gè)來(lái)實(shí) 現(xiàn)腔內(nèi)損耗調(diào)制。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中，激光器包含由(i)分布反饋式(DFB)激光器；(ii)分布布拉格反射器(DBR)激光器；(iii)釆樣 光柵分布布拉格反射器(SG-DBR)激光器；和(iv ) Y分支DBR激光器組成的組中的一個(gè)。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中，激光器包含由(i)具 有光纖布拉格光柵的外腔激光器；(ii)具有環(huán)形諧振器的外腔激光器；(iii)具 有平面光路(PLC )布拉格光柵的外腔激光器；(iv)具有陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 的外腔激光器；(v)具有光柵光纖的外腔激光器；(vi)垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL);和(vii)法布里-祐羅激光器組成的組中的一個(gè)。
17. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，其中，通過(guò)將二進(jìn)制第三信 號(hào)通過(guò)濾波器實(shí)現(xiàn)把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其中，濾波器具有高頻側(cè)和 低頻側(cè)，此外其中，使用濾波器的高頻側(cè)以便補(bǔ)償在下游光纖傳輸鏈路中的負(fù) 色散。
19. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，其中，光信號(hào)源包含多個(gè)激 光器，此外其中，每一個(gè)激光器的輸出被引導(dǎo)進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器(SOA)的 輸入。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，其中，產(chǎn)生二進(jìn)制第二信號(hào) 包含(i)提供覆蓋一個(gè)頻率范圍的多個(gè)光信號(hào)源，(ii)基于針對(duì)二進(jìn)制第二信 號(hào)所期望的波長(zhǎng)，選擇多個(gè)光信號(hào)源其中之一，和(iii)把二進(jìn)制第一信號(hào)引 導(dǎo)進(jìn)入被選擇的光信號(hào)源以便產(chǎn)生期望的二進(jìn)制第二信號(hào)。
全文摘要
一種光纖通信系統(tǒng)，包含光信號(hào)源，適于接收二進(jìn)制第一信號(hào)并產(chǎn)生二進(jìn)制第二信號(hào)，其中，二進(jìn)制第一信號(hào)具有幅度調(diào)制成分，二進(jìn)制第二信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分，此外其中，二進(jìn)制第二信號(hào)特征在于較高強(qiáng)度的1比特被相對(duì)于較低強(qiáng)度的0比特紅移；半導(dǎo)體光放大器(SOA)，適于接收二進(jìn)制第二信號(hào)并產(chǎn)生二進(jìn)制第三信號(hào)，其中，二進(jìn)制第三信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分，此外其中，半導(dǎo)體光放大器飽和工作；和，光譜整形器(OSR)，適于把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)，其中，二進(jìn)制第四信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分。一種用于傳送信號(hào)的方法，包含接收具有幅度調(diào)制成分的二進(jìn)制第一信號(hào)并產(chǎn)生具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分的二進(jìn)制第二信號(hào)，其中，二進(jìn)制第二信號(hào)特征在于較高強(qiáng)度的1比特被相對(duì)于較低強(qiáng)度的0比特紅移；將二進(jìn)制第二信號(hào)通過(guò)飽和工作的半導(dǎo)體光放大器(SOA)以產(chǎn)生二進(jìn)制第三信號(hào)，其中，二進(jìn)制第三信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分；和，把二進(jìn)制第三信號(hào)整形為二進(jìn)制第四信號(hào)，其中，二進(jìn)制第四信號(hào)具有幅度調(diào)制成分和頻率調(diào)制成分。
文檔編號(hào)H04B10/2513GK101563865SQ200780038096
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者丹尼爾·馬格雷夫特, 凱文·麥卡利翁, 帕維茲·塔耶巴蒂, 松井康浩, 鄭學(xué)彥 申請(qǐng)人:菲尼薩公司