Uspl-fso激光通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光學(xué)無線通信的制作方法
【專利摘要】光束傳播性能方面的增強(qiáng)能夠通過利用用于激光發(fā)送平臺(tái)的超短脈沖激光(USPL)源來實(shí)現(xiàn)，所述激光發(fā)送平臺(tái)能夠在全部電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)上使用。能夠在例如通過減輕光學(xué)衰減和閃爍效應(yīng)來改進(jìn)通過大氣的光學(xué)傳播時(shí)使用USPL自由空間光學(xué)(USPL-FSO)激光通信的所描述和例示的特征中的一個(gè)或更多個(gè)，從而增強(qiáng)有效系統(tǒng)可用性以及鏈路預(yù)算考慮，如通過USPL與霧相關(guān)大氣事件之間的實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算所證明的那樣。
【專利說明】USPL-FSO激光通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光學(xué)無線通信
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)美國法典第35條§ 119(e)款要求于2012年1月9日提交的臨時(shí)專 利申請(qǐng)no. 61/584, 666的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本文所述的主題涉及自由空間光學(xué)（FS0)無線通信，并且更特別地，涉及增強(qiáng)的 光學(xué)傳輸效率，其能夠被實(shí)現(xiàn)用于對(duì)于通過由于各條件而導(dǎo)致的光學(xué)上受損大氣條件的光 束傳播使用超短脈沖激光（USPL)源的波長傳播，所述條件能夠包括但不限于霧、大氣光束 漂移、閃爍效應(yīng)等等。

【背景技術(shù)】
[0004] 來自私人以及商業(yè)部門的對(duì)電信服務(wù)的需求的爆炸式增長已對(duì)當(dāng)前可用的電信 網(wǎng)絡(luò)帶來空前壓力。在沒有替代網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)和拓?fù)涞那闆r下，總的有效網(wǎng)絡(luò)速度很可能 降低，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)瓶頸的發(fā)生將變得越來越頻繁。
[0005] 雙向自由空間光學(xué)（FS0)通信網(wǎng)絡(luò)能夠在可行的情況下，向微波鏈路、電線或電 纜系統(tǒng)應(yīng)用提供有用的替代方案。這樣的網(wǎng)絡(luò)由于公共技術(shù)平臺(tái)與光纖傳輸系統(tǒng)（許多現(xiàn) 代電信系統(tǒng)的骨干）的共享而對(duì)于當(dāng)前的以及將來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言可以是透明的。FS0通 信系統(tǒng)通常能夠共享公共光纖組件，并且商業(yè)光學(xué)組件常常能夠被用于兩個(gè)應(yīng)用。在自由 空間光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路方面的主要差異是傳播的介質(zhì)是大氣而不是光纖。
[0006] 利用當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)水平光纖組件，自由空間光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路能夠被完全地集成到 當(dāng)前的短程和長程高速光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中。自由空間數(shù)據(jù)鏈路能夠完全地達(dá)到當(dāng)前同步光學(xué)網(wǎng)絡(luò) (SONET)系統(tǒng)架構(gòu)，諸如例如利用當(dāng)前1550nm技術(shù)平臺(tái)的SONET 0C-48架構(gòu)。另外，這樣的 系統(tǒng)能夠被升級(jí)為較高數(shù)據(jù)速率和配置。光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)能夠受益于在電磁光譜的未調(diào) 節(jié)段中操作。不像微波和RF光譜，光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路通常能夠不需要待發(fā)出的特殊租賃費(fèi)用或 資費(fèi)。另外，因?yàn)橄到y(tǒng)的工作波長，通常能夠最小化與眼安全有關(guān)的問題。此外，典型地不 需要操作與地面通行權(quán)有關(guān)的自由空間數(shù)據(jù)鏈路的特殊措施或許可證。還能夠避免與固定 有線系統(tǒng)的翻地和挖溝有關(guān)的花費(fèi)。
[0007] 最近，F(xiàn)S0通信技術(shù)已利用了在1550nm光學(xué)傳輸頻帶內(nèi)制成的商業(yè)進(jìn)步。摻鉺光 纖放大器（EFDA)技術(shù)已被并入系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置內(nèi)以用于增強(qiáng)傳輸預(yù)算的總體有效光學(xué)預(yù)算 并且從而延伸傳輸系統(tǒng)在空中的可及范圍。
[0008] 高功率光學(xué)放大器對(duì)于陸地自由空間傳輸以及光纖系統(tǒng)來說是有用的。已在陸 地和海底光纖系統(tǒng)中延伸了中繼器距離并且已引入密集波分復(fù)用（DWDM)傳輸架構(gòu)。隨著 高功率Er/Yb光學(xué)放大器的出現(xiàn)，如在光纖傳輸中所看到的類似進(jìn)步也已在光學(xué)無線和自 由空間激光通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)報(bào)告了越過2. 4km傳輸跨距在2. 5Gbps工作的單通道 1550nm自由空間光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路的實(shí)驗(yàn)傳輸結(jié)果，像具有越過4. 4km傳輸距離在lOGbps工作 的四通道1550nm波分復(fù)用（WDM)自由空間光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路的結(jié)果一樣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在當(dāng)前主題的一些實(shí)施方式中，提供了一種光學(xué)通信設(shè)備和用于操作該光學(xué)通信 設(shè)備的方法以用于調(diào)制信號(hào)的生成和傳輸。
[0010] 在一個(gè)方面，所述光學(xué)通信設(shè)備包括生成光脈沖束的超短脈沖激光（USPL)源。各 個(gè)光脈沖具有大約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間。光學(xué)通信設(shè)備還包括對(duì)由USPL源所生成的 光束施加調(diào)制信號(hào)以生成調(diào)制光學(xué)信號(hào)的調(diào)制元件。調(diào)制信號(hào)承載用于傳輸?shù)降诙鈱W(xué)通 信設(shè)備的數(shù)據(jù)。光學(xué)通信設(shè)備還包括光學(xué)收發(fā)機(jī)，該光學(xué)收發(fā)機(jī)接收調(diào)制光學(xué)信號(hào)并且發(fā) 送調(diào)制光學(xué)信號(hào)以用于由第二光學(xué)通信設(shè)備接收。
[0011] 在相互關(guān)聯(lián)的方面，一種方法包括生成光脈沖束。這些光脈沖中的每一個(gè)具有大 約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間。該方法還包括對(duì)光束施加調(diào)制信號(hào)以生成調(diào)制光學(xué)信號(hào)。調(diào) 制信號(hào)承載用于傳輸?shù)降诙鈱W(xué)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)。該方法還包括以下步驟：在光學(xué)收發(fā)機(jī) 處接收調(diào)制光學(xué)信號(hào)；以及使用光學(xué)收發(fā)機(jī)發(fā)送調(diào)制光學(xué)信號(hào)以用于由第二光學(xué)通信設(shè)備 接收。
[0012] 在另一相互關(guān)聯(lián)的方面，一種方法包括以下步驟：生成包括光脈沖的第一光束和 第二光束；對(duì)第一光束施加第一調(diào)制信號(hào)以生成第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)并且對(duì)第二光束施加第 二調(diào)制信號(hào)以生成第二調(diào)制光學(xué)信號(hào)；調(diào)節(jié)第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)的第一偏振態(tài)；將具有經(jīng)調(diào) 節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與第二調(diào)制信號(hào)復(fù)用；以及通過光學(xué)收發(fā)機(jī)發(fā)送經(jīng)復(fù) 用的具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與第二調(diào)制信號(hào)，以用于由第二光學(xué)通 信設(shè)備接收。
[0013] 在相互關(guān)聯(lián)的方面，一種光學(xué)通信設(shè)備包括生成包括光脈沖的第一光束的第一激 光源和生成包括光脈沖的第二光束的第二激光源。第一調(diào)制兀件對(duì)第一光束施加第一調(diào)制 信號(hào)以生成第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)。第一調(diào)制信號(hào)承載用于傳輸?shù)竭h(yuǎn)程光學(xué)通信設(shè)備的第一數(shù) 據(jù)。第二調(diào)制元件對(duì)第二光束施加第二調(diào)制信號(hào)以生成第二調(diào)制光學(xué)信號(hào)。第二調(diào)制信號(hào) 承載用于傳輸?shù)竭h(yuǎn)程光學(xué)通信設(shè)備的第二數(shù)據(jù)。第一偏振組件調(diào)節(jié)第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)的第 一偏振態(tài)。偏振相關(guān)復(fù)用器組件將具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與第二調(diào) 制信號(hào)復(fù)用。光學(xué)收發(fā)機(jī)接收具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與第二調(diào)制信 號(hào)的經(jīng)復(fù)用的光學(xué)信號(hào)，并且發(fā)送經(jīng)復(fù)用的具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào) 與第二調(diào)制信號(hào)，以用于由第二光學(xué)通信設(shè)備接收。
[0014] 在另外的變化中，以下附加的特征中的一個(gè)或更多個(gè)能夠被包括在任何可行的組 合中。關(guān)于光學(xué)通信設(shè)備，調(diào)制元件能夠包括直接調(diào)制元件、間接調(diào)制元件以及外部調(diào)制元 件中的至少一個(gè)。外部調(diào)制元件可以在USPL源外部。
[0015] 在一些變化中，各個(gè)光脈沖的持續(xù)時(shí)間可以小于大約一皮秒。在其它變化中，各個(gè) 光脈沖的持續(xù)時(shí)間可以小于大約一飛秒。在其它變化中，各個(gè)光脈沖的持續(xù)時(shí)間可以小于 大約一阿托秒。
[0016] 另選地或另外地，一種光學(xué)通信設(shè)備能夠進(jìn)一步包括將一個(gè)以上的通信信道復(fù)用 到光束中的光學(xué)復(fù)用器。
[0017] 在一些變化中，一種光學(xué)通信設(shè)備能夠進(jìn)一步包括布置于USPL源與光學(xué)收發(fā)機(jī) 之間的光學(xué)放大器。光學(xué)放大器能夠提高由光學(xué)收發(fā)機(jī)所發(fā)送的調(diào)制光學(xué)信號(hào)的輸出功 率。在一些變化中，光學(xué)放大器能夠包括光學(xué)前置放大器、半導(dǎo)體光學(xué)放大器、摻鉺光纖放 大器以及摻鉺-鐿光纖放大器中的至少一個(gè)。
[0018] 在其它變化中，光學(xué)通信設(shè)備能夠進(jìn)一步包括將光脈沖的第二光束供應(yīng)給光學(xué)收 發(fā)機(jī)的第二USPL源。第二USPL源能夠用作跟蹤和對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)以在第二光學(xué)通信設(shè)備處確定 或者驗(yàn)證用于所發(fā)送的調(diào)制光學(xué)信號(hào)的目標(biāo)點(diǎn)。
[0019] 在其它變化中，能夠在調(diào)制光學(xué)信號(hào)中生成跟蹤和對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)信號(hào)。跟蹤和對(duì)準(zhǔn)信 標(biāo)信號(hào)能夠被用來在第二光學(xué)通信設(shè)備處確定或者驗(yàn)證用于所發(fā)送的調(diào)制光學(xué)信號(hào)的目 標(biāo)點(diǎn)。
[0020] 在其它變化中，一種光學(xué)通信設(shè)備能夠進(jìn)一步包括在調(diào)制光學(xué)信號(hào)到第二光學(xué)通 信設(shè)備的傳輸之前對(duì)不同極性的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行復(fù)用的偏振相關(guān)復(fù)用器組件。
[0021] 在一些變化中，一種光學(xué)通信設(shè)備能夠進(jìn)一步包括對(duì)作為第二調(diào)制光學(xué)信號(hào)從第 二光學(xué)通信設(shè)備接收到的不同極性的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用的偏振相關(guān)解復(fù)用器組件。經(jīng)解 復(fù)用的光學(xué)信號(hào)各自能夠被對(duì)接到不同的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)以用于網(wǎng)絡(luò)使用。
[0022] 在當(dāng)前主題的一些實(shí)施方式中，提供了一種遠(yuǎn)程感測設(shè)備和用于操作該遠(yuǎn)程感測 設(shè)備的方法。在一個(gè)方面，一種方法包括以下步驟：使用USPL源來生成各自具有大約1納 秒或更短的持續(xù)時(shí)間的光脈沖的束；經(jīng)由光學(xué)收發(fā)機(jī)向目標(biāo)大氣區(qū)發(fā)送光脈沖束；以及分 析作為光脈沖束從目標(biāo)大氣區(qū)中的一個(gè)或更多個(gè)物體的光學(xué)反向散射的結(jié)果在光學(xué)收發(fā) 機(jī)處所接收到的光學(xué)信息。
[0023] 在相互關(guān)聯(lián)的方面，一種遠(yuǎn)程感測設(shè)備包括：超短脈沖激光（USPL)源，該超短脈 沖激光（USPL)源生成各自具有大約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間的光脈沖的束；光學(xué)收發(fā)機(jī)， 該光學(xué)收發(fā)機(jī)向目標(biāo)大氣區(qū)發(fā)送光脈沖束；以及檢測電路，該檢測電路用于分析作為來自 目標(biāo)大氣區(qū)中的一個(gè)或更多個(gè)物體的光學(xué)反向散射的結(jié)果在遠(yuǎn)程感測設(shè)備處所接收到的 光學(xué)信息。遠(yuǎn)程感測設(shè)備能夠可選地包括光譜分析組件以用于分析從在遠(yuǎn)程感測設(shè)備處接 收到的光學(xué)信息中提取的光譜信息。
[0024] 當(dāng)前主題的實(shí)施方式能夠包括但不限于包括如本文所述的一個(gè)或更多個(gè)特征的 系統(tǒng)和方法以及包括可操作來使一個(gè)或更多個(gè)機(jī)器（例如，計(jì)算機(jī)等）產(chǎn)生本文所述的操 作的有形地具體實(shí)現(xiàn)的機(jī)器可讀介質(zhì)的物品。類似地，還描述了可以包括一個(gè)或更多個(gè)處 理器和耦合到所述一個(gè)或更多個(gè)處理器的一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。能夠包括計(jì) 算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)器可以包括、編碼、存儲(chǔ)等使一個(gè)或更多個(gè)處理器執(zhí)行本文所述 的操作中的一個(gè)或更多個(gè)的一個(gè)或更多個(gè)程序。與當(dāng)前主題的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式一致 的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法能夠由駐留在單個(gè)計(jì)算系統(tǒng)或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù) 處理器來實(shí)現(xiàn)。這樣的多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)能夠被連接并且能夠經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)連接來交換數(shù) 據(jù)和/或命令或其它指令等，所述連接包括但不限于通過網(wǎng)絡(luò)（例如互聯(lián)網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)、 局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、有線網(wǎng)絡(luò)等）的連接、經(jīng)由在多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)之間的直接 連接等。
[0025] 在以下附圖和本說明書中闡述本文所述的主題的一個(gè)或更多個(gè)變化的細(xì)節(jié)。本文 所述的主題的其它特征和優(yōu)點(diǎn)從本說明書和附圖以及從權(quán)利要求中將是顯而易見的。雖然 關(guān)于企業(yè)資源軟件系統(tǒng)或其它商業(yè)軟件解決方案或架構(gòu)當(dāng)前公開的主題的特定特征被描 述用于說明性目的，但是應(yīng)該容易地理解，這樣的特征不旨在為限制性的。遵循本公開內(nèi)容 的權(quán)利要求旨在限定所保護(hù)的主題的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 被并入本說明書并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本文公開的主題的特定 方面，并且與本說明書一起，幫助說明與所公開的實(shí)施方式相關(guān)聯(lián)的原理中的一些。附圖 中：
[0027] 圖1描繪了包括作為傳輸用光源的USPL源到遠(yuǎn)程光學(xué)接收終端的自由空間耦合 的光學(xué)通信平臺(tái)的示例；
[0028] 圖2描繪了包括作為傳輸用光源的USPL源到遠(yuǎn)程光學(xué)接收終端的光纖耦合的光 學(xué)通信平臺(tái)的示例；
[0029] 圖3描繪了包括USPL源到傳輸用外部調(diào)制器到遠(yuǎn)程光學(xué)接收終端的光纖耦合的 光學(xué)通信平臺(tái)的示例；
[0030] 圖4描繪了包括USPL源到外部調(diào)制器通過傳輸用光纖介質(zhì)到遠(yuǎn)程光學(xué)接收終端 的光纖耦合的光學(xué)通信平臺(tái)的示例；
[0031] 圖5描繪了發(fā)送元件和或接收元件的示例，其可以具有來自雙曲面鏡制造技術(shù)或 常規(guī)牛頓設(shè)計(jì)的類型；
[0032] 圖6描繪了被標(biāo)識(shí)并且用來提高用于傳輸?shù)竭h(yuǎn)程光學(xué)接收終端的增強(qiáng)光學(xué)發(fā)送 激勵(lì)功率的光纖放大器兀件的不例；
[0033] 圖7描繪了在用于傳輸?shù)竭h(yuǎn)程光學(xué)接收終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置中被光纖耦合到傳輸 用外部調(diào)制器的USPL激光裝置的示例；
[0034] 圖8描繪了在點(diǎn)到多點(diǎn)配置中被光纖耦合到傳輸用外部調(diào)制器的USPL激光裝置 的示例；
[0035] 圖9描繪了作為跟蹤和對(duì)準(zhǔn)（瞄準(zhǔn)）信標(biāo)源的USPL源的使用的示例；
[0036] 圖10描繪了偏振復(fù)用到發(fā)送的光學(xué)信號(hào)上以提供偏振復(fù)用 USP-FSO(PM-USP-FSO)功能性的USPL激光源的示例；
[0037] 圖11A和圖11B分別描繪了被用于在視線和非視線激光通信應(yīng)用中使用的 USPL-FS0收發(fā)機(jī)的示例；
[0038] 圖12描繪了通過與作為調(diào)查的主體的空氣傳播微粒交互而被反向散射的向前傳 播的光的示例；
[0039] 圖13描繪了作為光學(xué)系統(tǒng)接收技術(shù)以改進(jìn)與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的檢測靈 敏度的USPL激光源的示例，USPL激光源以及光學(xué)接收技術(shù)用來改進(jìn)檢測靈敏度。
[0040] 圖14描繪了出于目標(biāo)標(biāo)識(shí)的目的作為測距儀和定點(diǎn)（spotting)設(shè)備在1.3至 1. 6微米波長范圍利用和操作的USPL-FS0收發(fā)機(jī)的示例；
[0041] 圖15描繪了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的USPL脈沖倍增器裝置的示例；
[0042] 圖16描繪了用于生成與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的高脈沖速率USPL光學(xué)流的裝 置的另一示例；
[0043] 圖17描繪了用來從常規(guī)傳輸聯(lián)網(wǎng)元件生成USPL RZ數(shù)據(jù)流的光學(xué)裝置的另一示 例；
[0044] 圖18描繪了實(shí)現(xiàn)用于生成10x TDM型信號(hào)系統(tǒng)以給出lOOGbps輸出的USPL脈沖 倍增器裝置的示例；
[0045] 圖19描繪了用于擴(kuò)展脈沖重復(fù)率以用于在高容量網(wǎng)絡(luò)中使用的另一類型的USPL 脈沖倍增器裝置的示例；
[0046] 圖20描繪了用于擴(kuò)展脈沖重復(fù)率以用于在高容量網(wǎng)絡(luò)中使用的另一類型的USPL 脈沖倍增器裝置的示例；
[0047] 圖21描繪了采用反饋再生系統(tǒng)的有源鎖模線性光纖激光器的示例：光纖反射器 (FR)、波分復(fù)用器（WDM)、摻餌光纖（EDF)、光學(xué)耦合器（0C)、光電檢測器（PD)、鎖相環(huán)（PLL) 以及馬赫-曾德調(diào)制器（MZM);
[0048] 圖22和圖23描繪了使用碳納米管可飽和吸收器的無源鎖模線性光纖激光器的示 例：光纖反射器（FR)、波分復(fù)用器（WDM)、摻餌光纖（EDF)、光學(xué)耦合器（0C)以及可飽和吸 收器（SA);
[0049] 圖24描繪了時(shí)延穩(wěn)定化機(jī)構(gòu)的不例：光學(xué)稱合器（OCin, OCout)、光電檢測器 (H)in，PDout)、高通濾波器（HPF)、低通濾波器（LPF)、鎖相環(huán)（PLL)、相位比較器（PC)、分頻 器（1/N)、時(shí)鐘-數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)（CDR)、壓電執(zhí)行器（PZ1. . PZN)、求和運(yùn)算放大器，以用于使 從USPL源產(chǎn)生的光學(xué)脈沖對(duì)脈沖關(guān)系穩(wěn)定；
[0050] 圖25A和圖25B分別包括涉及利用理想化PZ執(zhí)行器來使TDM源的輸出頻率穩(wěn)定 的控制機(jī)構(gòu)的不例的不意圖和圖表；
[0051] 圖26描繪了時(shí)間域復(fù)用（TDM)的示例，其中TDM使用具有待相對(duì)于彼此"一致的" 延遲通道的并行時(shí)延通道對(duì)脈沖串進(jìn)行復(fù)用（因?yàn)檩敵鰪?fù)用的脈沖串的頻率理想地盡可 能對(duì)環(huán)境改變不敏感，所以反饋環(huán)路控制系統(tǒng)能夠針對(duì)損害輸出重復(fù)率的穩(wěn)定性的任何波 動(dòng)來校正延遲單元，并且能夠通過到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的互連提供反饋）；
[0052] 圖27描繪了連同用于控制單獨(dú)的MFC電路的壓電換能器一起使用基于光纖的準(zhǔn) 直器的不例；
[0053] 圖28描繪了 TDM芯片利用倍增器光子芯片從USPL調(diào)制源提供太比特/秒（或更 快）的定時(shí)的示例；
[0054] 圖29描繪了 TDM芯片利用在WDM配置中操作的倍增器光子芯片從USPL調(diào)制源提 供太比特/秒（或更快）的定時(shí)的示例；
[0055] 圖30描繪了計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的構(gòu)造的示例，其能夠使用同步自再生機(jī)制隨著腔 的重復(fù)率的同時(shí)穩(wěn)定化而控制使用遞歸線性偏振調(diào)節(jié)的全光纖鎖模的激光器的脈沖寬度 并且還能夠提供重復(fù)率和脈沖寬度的可調(diào)諧性；
[0056] 圖31通過脈沖倍增技術(shù)描繪了修改的脈沖交織方案的示例，其中良好表征的、良 好鎖模的激光器的較低重復(fù)率脈沖串能夠被耦合到集成光學(xué)定向耦合器中，其中脈沖的良 好確定的一小部分在具有在輸出脈沖串中等于所期望的脈沖間間隔的光學(xué)延遲的光學(xué)環(huán) 路中被分接并且"重新循環(huán)"，并且被重新耦合到定向耦合器的輸出端；
[0057] 圖32是例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的方法的特征的處理流程圖；
[0058] 圖33是例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的方法的特征的另一處理流程圖；以 及
[0059] 圖34是例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的方法的特征的另一處理流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0060] 當(dāng)前主題的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式能夠?yàn)樵贑-帶波長譜內(nèi)操作的自由空間光學(xué) 無線光學(xué)通信系統(tǒng)提供改進(jìn)的光學(xué)傳播效率。當(dāng)與在1550nm C-帶內(nèi)操作的當(dāng)前FS0通信 系統(tǒng)相比時(shí)，能夠在降低的光學(xué)衰減系數(shù)縮減中連同顯著改進(jìn)的閃爍性能特性一起實(shí)現(xiàn)這 些效率。
[0061] 典型地，連同高功率光學(xué)放大技術(shù)一起使用FS0通常能夠?qū)崿F(xiàn)僅光學(xué)預(yù)算和系統(tǒng) 可用性中的邊際增加，尤其是在霧相關(guān)事件期間，在這期間在發(fā)送帶內(nèi)的光學(xué)衰減能夠上 升到100dB/km以及更高。對(duì)用于當(dāng)前可用的1550nm FS0系統(tǒng)的系統(tǒng)性能以及同樣對(duì)在更 短光學(xué)工作波長下進(jìn)行操作的系統(tǒng)的常見限制是由于霧相關(guān)效應(yīng)而導(dǎo)致的衰減的波長靈 敏度。這樣的衰減可能是由幾何和米氏（Mie)散射機(jī)制兩者引起的。歸因于由于霧相關(guān)事 件而導(dǎo)致的大光學(xué)損耗系數(shù)，能夠嚴(yán)重地降低或者損害FS0傳輸網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可用性，其中 由于大氣吸收而導(dǎo)致的光學(xué)損耗能夠?qū)τ跐忪F條件能夠超過l〇〇dB/km。在這樣的情況下， 甚至對(duì)于在長度上僅數(shù)千米的鏈路來說系統(tǒng)可用性考慮也能夠被折衷。當(dāng)前可用的商業(yè) FS0傳輸系統(tǒng)能夠被限制用于高可用性高容量長距離操作。另外，當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)水平自由 空間光學(xué)通信系統(tǒng)通常需要大量的光學(xué)激勵(lì)功率以克服通過氣溶膠和霧相關(guān)的大氣事件 的視線能見度中的逐漸降低。這樣的系統(tǒng)能夠在一些情況下變得完全行不通，并且因此在 輕霧或重霧事件期間不可用作通信鏈路，從而導(dǎo)致鏈路停止。
[0062] 已報(bào)告了在1550nm傳輸窗口內(nèi)在供替換的FS0激光傳輸源中的最近進(jìn)步，其中 USPL技術(shù)已被成功地演示為用于當(dāng)前使用的1550nm光學(xué)FS0技術(shù)的潛在替換技術(shù)。USPL 激光源脈沖傳播往往對(duì)與霧微粒的相互作用不太敏感。因此，通常能夠更加容易地減輕光 學(xué)衰減效應(yīng)，這能夠?qū)е陆档偷墓鈱W(xué)衰減以及改進(jìn)的鏈路可用性和總體系統(tǒng)性能。
[0063] 當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)水平自由空間光學(xué)通信系統(tǒng)通常利用光學(xué)跟蹤來維持光學(xué)收發(fā) 機(jī)平臺(tái)之間的光學(xué)協(xié)同對(duì)準(zhǔn)。這樣的光學(xué)跟蹤能夠從而被限制為與用于帶內(nèi)傳輸通道的數(shù) 據(jù)承載通道相同的程度。隨著大氣條件惡化，跟蹤和轉(zhuǎn)向信標(biāo)能夠在維持收發(fā)機(jī)之間的協(xié) 同對(duì)準(zhǔn)時(shí)變得無效。在提高光學(xué)傳輸密度對(duì)于克服通過氣溶膠和霧相關(guān)的大氣事件的視線 能見度的降低無效的實(shí)例中，這樣的方法能夠在輕霧或重霧事件期間變得完全行不通，從 而導(dǎo)致鏈路停止。并且，在高閃爍條件期間，信號(hào)漂移和斑點(diǎn)效應(yīng)能夠嚴(yán)重地限制沿著光學(xué) 數(shù)據(jù)鏈路在終端之間的信號(hào)傳播和信標(biāo)跟蹤信號(hào)兩者。
[0064] 常規(guī)的自由空間光束傳播典型地受來自在鏈路跨距上與光束相互作用的微粒和 氣溶膠的大氣吸收影響。這些現(xiàn)象能夠?qū)π盘?hào)的總體接收功率電平有累積影響，并且還能 夠由于光束路徑內(nèi)衰減機(jī)制的時(shí)間不穩(wěn)定而在所檢測到的光學(xué)功率電平中引起波動(dòng)。在特 定距離處的發(fā)送光學(xué)功率由比耳定律（Beer' s Law)給出，其能夠被表達(dá)為
[0065] T[R] = P[R]/P[0] = e_°*K (1)
[0066] 其中T[R]是范圍R處的透射比，P[R]是范圍R處的鏈路功率，P[0]是初始激勵(lì)數(shù) 據(jù)鏈路光學(xué)功率，并且σ是每單位長度衰減系數(shù)。每單位長度衰減系數(shù) 〇可以是總體大 氣衰減系數(shù)，其能夠由四個(gè)變量組成，例如如下：
[0067] 〇 = am+aa+am+aa (2)
[0068] 其中am、aa、％和aa分別是分子吸收系數(shù)、氣溶膠吸收系數(shù)以及瑞利 (Rayleigh)系數(shù)和米氏散射系數(shù)。
[0069] 當(dāng)大氣粒子的大小接近傳播光束的波長時(shí)，米氏散射典型地支配總衰減系數(shù)。米 氏散射系數(shù)能夠被表達(dá)為大氣能見度和波長的函數(shù)，并且能夠由以下表達(dá)式給出：
[0070] (^=-=0=0.91/^(7/550)1 ⑶
[0071] 其中V是能見度（km)，λ是波長（nm)，以及q =散射微粒的大小分布并且對(duì)于各 種能見度條件采取各值。上述等式中的值q在各種能見度條件下采取以下值：對(duì)于高能見 度條件（例如V〉大約50km) q = 1. 6 ;對(duì)于平均能見度（例如大約6〈V〈大約50km) q = 1. 3 ; 對(duì)于低能見度（例如V〈大約6km) q = 0. 585V1/3 ;對(duì)于霧霾能見度（例如大約lkm〈V〈大約 6km) q = 0. 16V+0. 34 ;對(duì)于薄霧能見度（例如大約0. 5km〈V〈大約lkm) q = V - 0. 5 ;以及對(duì) 于霧能見度（例如V〈大約0. 5km) q = 0。
[0072] 因?yàn)?550nm自由空間鏈路的更短傳輸波長，當(dāng)與RF和微波通信相比時(shí)這些信號(hào) 可能對(duì)大氣效應(yīng)更敏感。大氣效應(yīng)能夠因在檢測到光學(xué)功率電平中由于大氣衰減而導(dǎo)致的 總體降低和在所接收到的信號(hào)中由光束變形、閃爍效應(yīng)以及光束漂移產(chǎn)生的隨機(jī)光學(xué)功率 波動(dòng)中的任何一個(gè)或兩者而使自由空間激光鏈路傳輸惡化。
[0073] 隨著常規(guī)的自由空間光學(xué)激光束通過大氣傳播，它通常經(jīng)歷其波前的惡化和變 形。這些降級(jí)模式是由大氣折射率中的小標(biāo)度、隨機(jī)地局部的改變引起的，這導(dǎo)致波前的光 束漂移和失真以及閃爍效應(yīng)。地面與大氣條件之間的溫度梯度導(dǎo)致大氣湍流，這進(jìn)而導(dǎo)致 變化折射率的小標(biāo)度局部的隨機(jī)穴。當(dāng)閃爍單元大小小于激光束直徑的直徑時(shí)，光束將經(jīng) 歷失真，并且將觀測到跨越波前的非均勻光學(xué)強(qiáng)度。這個(gè)效應(yīng)被稱作閃爍。如果干涉單元 的大小大于激光束直徑，則光束將隨機(jī)地離開站點(diǎn)路徑的路線。閃爍和光束漂移的混合能 夠?qū)е驴傮w信號(hào)穩(wěn)定性的波動(dòng)。因此，光束能夠經(jīng)歷既在空間上且在時(shí)間上為非均勻的傳 播路徑，這能夠使光束以隨機(jī)方式傳播。這些效應(yīng)通常加在一起以對(duì)所接收到的光學(xué)信號(hào) 產(chǎn)生總體噪聲分量。
[0074] 閃爍效應(yīng)可能強(qiáng)烈地取決于在鏈路站點(diǎn)處的并發(fā)能見度，并且同樣隨著鏈路距離 而變化。實(shí)驗(yàn)研究指示USPL光束傳播能夠?qū)﹂W爍和光束漂移現(xiàn)象的效應(yīng)不太敏感。因此， 至少因?yàn)檫@樣的光束對(duì)漂移和對(duì)受大氣閃爍影響的相對(duì)抵抗力，USPL-FS0激光通信源在不 僅用于數(shù)據(jù)傳輸而且用作為用于在瞄準(zhǔn)和跟蹤應(yīng)用中使用的光學(xué)信標(biāo)應(yīng)用的FS0傳輸平 臺(tái)內(nèi)可能是有用的替換技術(shù)。如與常規(guī)的FS0傳播技術(shù)以及改進(jìn)的閃爍和光束漂移性能相 t匕，能夠通過增強(qiáng)的能見度性能實(shí)現(xiàn)這樣的有益效果。
[0075] 通過濃霧條件的衰減能夠使用常規(guī)的自由空間光學(xué)方案來限制信號(hào)傳播，而不管 光學(xué)激勵(lì)功率密度如何。USPL激光脈沖能夠占據(jù)小得多的空間維度。例如，100飛秒（fs) 脈沖通常在沿著光的傳播軸的維度上占據(jù)30微米。因此，與來自常規(guī)激光源的更長脈沖輻 射相比，脈沖與構(gòu)成霧和云的水滴（其典型地具有在幾十微米范圍內(nèi)的直徑）的相互作用 能夠降低一個(gè)或更多個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在一些示例中是以前的1/1000或更多同時(shí)攜帶相同 量的能量。這個(gè)影響的結(jié)果可能是大約l〇〇fs的激光脈沖不在水滴中在與更長脈沖相同的 程度上激發(fā)功率清除回音壁物理性質(zhì)。這樣的現(xiàn)象通常能夠?qū)τ谶B續(xù)波（CW)激光器按指 數(shù)規(guī)律放大，尤其是在重霧期間。與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的USPL激光源的有益效果能 夠?qū)е露噙_(dá)8倍的傳統(tǒng)源的能見度。
[0076] FS0傳輸系統(tǒng)能夠典型地利用耦合到數(shù)據(jù)源（諸如例如供應(yīng)數(shù)據(jù)的光學(xué)交換機(jī)結(jié) 構(gòu)）的發(fā)送望遠(yuǎn)鏡，以使所供應(yīng)的數(shù)據(jù)沿著直接直線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站點(diǎn)。在遠(yuǎn)程站點(diǎn)處，類似 的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡能夠接收進(jìn)入信號(hào)。各個(gè)望遠(yuǎn)鏡能夠以雙向方式操作（例如用于數(shù)據(jù)的發(fā)送 和接收兩者）。在其它示例中，發(fā)送望遠(yuǎn)鏡能夠瞄準(zhǔn)第二相同的/相反的接收望遠(yuǎn)鏡。待 發(fā)送的光學(xué)信號(hào)能夠從1550nm DFB型半導(dǎo)體激光器發(fā)出，并且然后可以典型地通過使用摻 鉺光纖放大器（EDFA)用光學(xué)放大器進(jìn)行放大。對(duì)于常規(guī)的無線光學(xué)系統(tǒng)的更具體討論， 參見例如 P. F. Szajowski, "Key Elements of High-Speed WDM Terrestrial Free-Space Optical Communications Systems, "SPIE Paper No. 3932-01，Photonics West(2000 年 1 月），其通過引用并入在本文中。
[0077] 如上面所討論的，當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)水平自由空間光學(xué)通信系統(tǒng)由于光學(xué)功率預(yù)算 以及局部大氣條件（最值得注意的是霧相關(guān)事件）而通常在可及范圍和可用性方面是有限 的。為了用當(dāng)前可用的光學(xué)通信解決方案解決這些和/或潛在的其它問題，當(dāng)前主題的一 個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式提供了方法、系統(tǒng)、物品或制品等等，其除了其它可能的優(yōu)點(diǎn)外，還提 供了自由空間光學(xué)通信鏈路同時(shí)減輕能夠限制功率檢測的事件所限制的霧相關(guān)和其它類 似的效應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，能夠在FS0傳輸硬件的框架中使用USPL1550nm激光源。改 進(jìn)的替換光學(xué)傳輸技術(shù)能夠提供增強(qiáng)的光學(xué)預(yù)算以及鏈路可用性。
[0078] 與當(dāng)前主題的一些實(shí)施方式一致，能夠提高在接收站點(diǎn)處的總體光學(xué)收集效率， 從而使光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路變得對(duì)大氣效應(yīng)（諸如例如閃爍效應(yīng)和與衰減效應(yīng)）更有抵抗力。此 夕卜，與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的USPL源通常與當(dāng)前的電信基礎(chǔ)設(shè)施組件兼容。
[0079] 能夠容易地克服先前遇見的問題（例如，在距離和大氣條件情況下由于霧和氣溶 膠光學(xué)減損而導(dǎo)致的不足功率和不足帶寬）可以是當(dāng)前主題的特定實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)。在克 服這些和其它問題時(shí)，當(dāng)前主題的實(shí)施方式能夠（除了其它可能的有益效果之外）為使用 USPL-FS0激光源的單通道和波分復(fù)用（WDM)應(yīng)用提供用于對(duì)FS0雙向激光通信數(shù)據(jù)鏈路 進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用的技術(shù)。同樣包括在當(dāng)前主題的范圍中的是USPL-FS0激光源作為帶外 (或另選地）帶內(nèi)跟蹤信標(biāo)的使用。
[0080] 能夠使用與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的USPL激光源，以當(dāng)在存在霧或有害的氣 溶膠環(huán)境情況下傳播時(shí)解決涉及系統(tǒng)可用性的潛在問題。在FS0系統(tǒng)中使用USPL源（例 如，1550nm USPL激光源）能夠允許USPL被與遍及整個(gè)電信行業(yè)所使用的常規(guī)1550nm類似 的方式調(diào)制，以用于在陸地、空間以及海底應(yīng)用中使用。與FS0平臺(tái)相結(jié)合地使用的USPL 激光源能夠在WDM配置中提供具有類似有益效果的光學(xué)無線系統(tǒng)，從而提高載波數(shù)據(jù)鏈路 的有效光學(xué)帶寬的大小。具有長距離光學(xué)傳播的優(yōu)點(diǎn)能夠需要同樣地魯棒的光學(xué)跟蹤通道 來維持光學(xué)終端之間的光學(xué)協(xié)同對(duì)準(zhǔn)。
[0081] 能夠通過在激光器與發(fā)送望遠(yuǎn)鏡的焦平面之間使用單模光學(xué)放大器型裝置來提 高發(fā)射機(jī)的輸出功率，而不管無線介質(zhì)是否是多模式（多模）介質(zhì)。這樣的單模光學(xué)結(jié)構(gòu) 能夠有利地包括一個(gè)或更多個(gè)單模光學(xué)放大器以向光學(xué)信號(hào)提供必要的增益。并且，為了 在帶寬上提供所需的增加，當(dāng)前主題的實(shí)施方式能夠以1550nm波長而不是當(dāng)前可用的光 學(xué)無線技術(shù)的單波長通過多個(gè)調(diào)制USPL激光源來發(fā)送信息。
[0082] FS0發(fā)送光束可以是非常窄的（3毫弧度或更少），并且終端之間的任何運(yùn)動(dòng)能夠 引起信號(hào)鏈路的未對(duì)準(zhǔn)和丟失。在移動(dòng)平臺(tái)（地面車輛、飛船、海洋船或衛(wèi)星）上的FS0安 裝因此通常需要跟蹤系統(tǒng)維持雙向FS0終端之間的對(duì)準(zhǔn)。塔安裝和其它非穩(wěn)定的固定平臺(tái) 還能夠需要跟蹤系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)能夠使用寬視場CCD (電荷耦合器件）或類似相機(jī)或其它 光學(xué)器件，其能夠在X-y平面（直接地到另一個(gè)FSO終端的Z方向點(diǎn)）中從另一通信終端 捕獲發(fā)送光束圖案，并且從而計(jì)算該光束在相機(jī)上的矩心位置。如果在FS0終端之間存在 任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則光束的矩心位置將從相機(jī)平面的中心轉(zhuǎn)移。能夠相應(yīng)調(diào)節(jié)外部平衡環(huán)或 內(nèi)部轉(zhuǎn)向鏡以將矩心往回移動(dòng)到CCD相機(jī)平面的中心，從而使FS0終端保持被對(duì)準(zhǔn)。
[0083] 傳統(tǒng)連續(xù)波（CW)FSO發(fā)送光束圖案能夠經(jīng)受大氣閃爍，其能夠使發(fā)送光束在一定 距離處周圍"搖晃"和"飛奔"。在最壞情況下，閃爍能夠引起光束功率衰落，如果跟蹤系統(tǒng) 同時(shí)丟失光束則所述光束功率衰落能夠引起跟蹤系統(tǒng)的中斷。來自USPL源的實(shí)驗(yàn)觀測結(jié) 果隨著距離示出了更加穩(wěn)定的光束圖案。在FS0系統(tǒng)中使用USPL作為發(fā)送源能夠因?yàn)楦?加穩(wěn)定的光束圖案而導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)的改進(jìn)。因此能夠顯著地減少過度跟蹤運(yùn)動(dòng)，從而延長 機(jī)械跟蹤系統(tǒng)的壽命。還能夠在FS0系統(tǒng)使用USPL來減少或者甚至消除閃爍衰落，產(chǎn)生具 有減少的或消除的信號(hào)損耗和跟蹤中斷的更魯棒的跟蹤系統(tǒng)。跟蹤信號(hào)能夠被帶外（在不 同的波長上）調(diào)制，或者被作為單獨(dú)的以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送并且然后并入FS0終端之間的總以 太網(wǎng)管道。另外，帶外光學(xué)信號(hào)能夠隨著數(shù)據(jù)流被調(diào)制并且復(fù)用到數(shù)據(jù)鏈路的總體容量并 且能夠被用于跟蹤的目的。
[0084] 圖1例示了用于使用被作為傳輸用光源自由空間耦合的USPL裝置的與當(dāng)前主題 的實(shí)施方式一致的光學(xué)通信平臺(tái)100的示例。如圖1所示，USPL源102由外部源元件104 直接地調(diào)制。來自USPL源102的光學(xué)功率能夠可選地通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡來跨越自由空間110 耦合到發(fā)送元件106。發(fā)送元件106能夠可選地包括由雙曲面鏡制造技術(shù)、常規(guī)牛頓設(shè)計(jì) 等所形成的光學(xué)組件。在接收機(jī)系統(tǒng)處的互換接收望遠(yuǎn)鏡能夠提供光學(xué)接收。與當(dāng)前主題 的實(shí)施方式一致，各個(gè)光學(xué)傳輸平臺(tái)能夠被設(shè)計(jì)成作為雙向單元。換句話說，光學(xué)通信平臺(tái) 100的發(fā)送元件106還能夠當(dāng)作接收元件。一般而言，除非另外顯式地陳述，否則如所描述 的發(fā)送元件106能夠當(dāng)作接收元件并且反之亦然。執(zhí)行發(fā)送功能和接收功能兩者的光學(xué)元 件能夠在本文中被稱為光學(xué)收發(fā)機(jī)。
[0085] 圖2例示了包括圖1的光學(xué)通信平臺(tái)100的與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通 信系統(tǒng)200的示例。同樣在圖2中示出的是第二互補(bǔ)接收元件204,其可以是位于與發(fā)送元 件106相距遙遠(yuǎn)距離處的接收望遠(yuǎn)鏡。如上面所指出的，發(fā)送元件106和接收元件204兩 者都可以是雙向的，并且各自能夠取決于在光學(xué)通信系統(tǒng)200中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r(shí)方向而 當(dāng)作發(fā)送元件106和接收元件204兩者。除非另外顯式地陳述，否則這個(gè)特征在本公開內(nèi) 容中自始至終適用于發(fā)送元件和接收元件。發(fā)送元件106和接收元件204中的任何一個(gè)或 兩者可以是望遠(yuǎn)鏡或用于發(fā)送和接收光學(xué)信息的其它裝置。
[0086] 圖3例示了用于使用通過光纖介質(zhì)304光纖耦合到外部調(diào)制器302并且通過附加 的傳輸介質(zhì)306連接到發(fā)送元件106的USPL源102的與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué) 通信平臺(tái)300的示例，所述附加的傳輸介質(zhì)306可選地可以是光纖介質(zhì)、自由空間連接等。 USPL源102能夠由外部調(diào)制器302外部地調(diào)制，使得來自USPL源102的光學(xué)功率被光纖耦 合到發(fā)送元件106或者經(jīng)由等效光學(xué)望遠(yuǎn)鏡處理。
[0087] 圖4例示了包括圖3的光學(xué)通信平臺(tái)300的與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通 信系統(tǒng)400的示例。同樣在圖4中示出的是第二互補(bǔ)接收望遠(yuǎn)鏡204,其如同以上關(guān)于圖2 所指出的那樣，可以是位于與發(fā)送元件106相距遙遠(yuǎn)距離處的接收望遠(yuǎn)鏡。
[0088] 圖5例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通信架構(gòu)500的示例。圖5的架構(gòu) 500包括圖4的元件，并且還包括連接到第一光學(xué)通信平臺(tái)300的第一通信網(wǎng)絡(luò)502。接收 元件204是第二光學(xué)通信平臺(tái)504的一部分，所述第二光學(xué)通信平臺(tái)504能夠可選地包括 類似于第一光學(xué)通信平臺(tái)300的那些組件的組件。第二通信網(wǎng)絡(luò)506能夠被連接到第二光 學(xué)通信平臺(tái)504,使得數(shù)據(jù)在發(fā)送元件106與接收元件204之間以光學(xué)方式發(fā)送，或者在第 一通信網(wǎng)絡(luò)502與第二通信網(wǎng)絡(luò)506之間傳遞，所述第一通信網(wǎng)絡(luò)502與第二通信網(wǎng)絡(luò)506 能夠各自包括光學(xué)和電聯(lián)網(wǎng)特征中的一個(gè)或更多個(gè)。
[0089] 圖6例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通信系統(tǒng)600的示例。作為光學(xué)通 信平臺(tái)602的一部分，USPL源102例如通過光纖202或其它傳輸介質(zhì)被光纖耦合到外部調(diào) 制器302。來自USPL源102的光經(jīng)由發(fā)送元件106以如上面所討論的類似方式傳播。光學(xué) 放大器元件604 (其可選地可以是光纖放大器元件）能夠被用來提高光學(xué)發(fā)送激勵(lì)功率，并 且能夠可選地被布置在外部調(diào)制器302與發(fā)送元件106之間并且經(jīng)由附加的傳輸介質(zhì)306 連接到一個(gè)或兩者，所述附加的傳輸介質(zhì)306可選地可以是光纖介質(zhì)、自由空間連接等。同 樣在圖6中示出的是位于與光學(xué)通信平臺(tái)602相距遙遠(yuǎn)距離處的第二互補(bǔ)接收元件206。 應(yīng)當(dāng)容易地理解，包括接收元件204的第二光學(xué)通信平臺(tái)504還能夠包括光學(xué)放大器元件 604。第一通信網(wǎng)絡(luò)502和第二通信網(wǎng)絡(luò)506能夠分別連接到兩個(gè)光學(xué)通信平臺(tái)602、504。
[0090] 圖7例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通信系統(tǒng)700的示例。圖6所示的 光學(xué)通信平臺(tái)602能夠與第二光學(xué)通信平臺(tái)702通信，所述第二光學(xué)通信平臺(tái)702能夠在 這個(gè)實(shí)施方式中包括接收元件204和光學(xué)前置放大器704。與光學(xué)通信平臺(tái)602所示的那 些類似的其它組件還能夠被包括在第二光學(xué)通信平臺(tái)702中，但是它們?cè)趫D7中未被示出。 應(yīng)當(dāng)理解，雙向光學(xué)通信平臺(tái)能夠包括用于放大接收光學(xué)信號(hào)的光學(xué)前置放大器704和用 于加強(qiáng)發(fā)送光學(xué)信號(hào)的光學(xué)放大器元件604兩者。與圖7中描繪的實(shí)施方式和當(dāng)前主題 的其它實(shí)施方式一致，例如使用摻鉺光纖放大器（EDFA)、高功率摻鉺-鐿光纖放大器（Er/ Yb-DFA)或同等物，光學(xué)放大（例如，針對(duì)光學(xué)放大器元件604或光學(xué)前置放大器704中的 任何一個(gè)或兩個(gè)）被包括以用于提高用于發(fā)送元件106與接收元件204之間的數(shù)據(jù)鏈路的 光學(xué)預(yù)算（并且反之亦然），所述等同物能夠包括但不限于半導(dǎo)體光學(xué)放大器（S0A)。
[0091] 圖8例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通信系統(tǒng)800的示例。圖6所示的 光學(xué)通信平臺(tái)602能夠與第二光學(xué)通信平臺(tái)802通信，所述第二光學(xué)通信平臺(tái)802能夠在 這個(gè)實(shí)施方式中包括接收元件204和與圖7所示的那些類似的光學(xué)前置放大器704。如圖 8所示，第二光學(xué)通信平臺(tái)802能夠進(jìn)一步包括光學(xué)接收機(jī)電路804,光學(xué)接收機(jī)電路804 能夠接收在接收元件204處接收到的并且由光學(xué)前置放大器放大的經(jīng)放大的且以電力方 式恢復(fù)的數(shù)據(jù)。多個(gè)時(shí)鐘源806能夠根據(jù)需要用多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)810對(duì)接到多個(gè)遠(yuǎn)程多點(diǎn)網(wǎng) 絡(luò)連接。以類似的方式，能夠與光學(xué)通信平臺(tái)602 (例如，代替圖8中的單個(gè)描繪的通信網(wǎng) 絡(luò)502)相結(jié)合地操作互補(bǔ)的一組時(shí)鐘源和多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0092] 圖9例示了與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的光學(xué)通信系統(tǒng)900的示例。光學(xué)通信平 臺(tái)902(其能夠以與參照?qǐng)D6在本文中首先討論的光學(xué)通信平臺(tái)602中的那些類似的元件 為特征）還能夠包括作為跟蹤和對(duì)準(zhǔn)（瞄準(zhǔn)）信標(biāo)源的附加的USPL源904。第二光學(xué)通 信平臺(tái)906還能夠包括當(dāng)作跟蹤和對(duì)準(zhǔn)（瞄準(zhǔn)）信標(biāo)源的附加的USPL源910。跟蹤和對(duì) 準(zhǔn)（瞄準(zhǔn)）信標(biāo)源904、910能夠可選地源自在數(shù)據(jù)輸送傳輸中使用的可用通信源，或者能 夠由單獨(dú)的專用USPL源提供。此外，各個(gè)USPL信標(biāo)源904、910能夠包括帶內(nèi)源或帶外源， 從而允許可用的光學(xué)放大源的或來自專用光學(xué)放大資源的優(yōu)點(diǎn)。
[0093] 圖10例示了包括雙偏振USPL-FS0光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路平臺(tái)1001的FS0通信系統(tǒng)1000 的示例，在所述雙偏振USPL-FS0光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路平臺(tái)1001中USPL源被偏振復(fù)用到發(fā)送光學(xué) 信號(hào)上以從而提供偏振復(fù)用的USP-FSO(PM-USP-FSO)功能性。兩個(gè)USPL源102和1002被 分別光纖耦合到直接地調(diào)制的或外部地調(diào)制的調(diào)制組件1004、1006。各個(gè)相應(yīng)的調(diào)制信號(hào) 可選地由光學(xué)放大器組件1010、1012放大，后面是使用偏振組件1014、1016的光學(xué)偏振態(tài) 的調(diào)節(jié)。偏振態(tài)信號(hào)被光纖耦合到偏振相關(guān)復(fù)用器（PDM)組件1020以用于對(duì)接到光學(xué)激 勵(lì)平臺(tái)組件1022,其能夠與上面所討論的發(fā)送元件106類似。PDM1020將不同偏振態(tài)的光 復(fù)用到單脈沖串中以用于經(jīng)由光學(xué)激勵(lì)平臺(tái)組件1022傳輸。USPL光學(xué)信標(biāo)904能夠被包 括來提供與以上參照?qǐng)D9討論的那些類似的能力，例如以在接收平臺(tái)1024處沿著第二USPL 光學(xué)信標(biāo)906或與第二USPL光學(xué)信標(biāo)906相結(jié)合地操作，所述接收平臺(tái)1024能夠包括與 上面所描述的那些類似的接收元件204。如先前所指出的，接收平臺(tái)1024的接收元件204 以及其它特征和組件通常能夠支持傳輸功能使得雙向鏈路被建立。由接收元件204所恢復(fù) 的接收信號(hào)能夠提供被對(duì)接到能夠提供兩個(gè)信號(hào)以用于使用放大元件1030U032的進(jìn)一 步光學(xué)放大的適當(dāng)?shù)钠裣嚓P(guān)解復(fù)用器1026的光學(xué)信號(hào)。如由放大元件1030U032所提 供的各個(gè)光學(xué)放大信號(hào)能夠被對(duì)接到適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)網(wǎng)絡(luò)1034U036以用于網(wǎng)絡(luò)使用。
[0094] 圖11A示出了 USPL-FS0收發(fā)機(jī)能夠被利用用于在視線光學(xué)通信（例如"激光通 信"）應(yīng)用中使用的系統(tǒng)100的示例，并且圖11B示出了 USPL-FS0收發(fā)機(jī)能夠被利用用于 在非視線激光通信應(yīng)用中使用的系統(tǒng)1150的示例。由于從發(fā)送元件發(fā)送的光學(xué)信號(hào)隨著 已發(fā)送光通過大氣的散射能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)前主題的一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)。該散射能夠許可非視 線通信的使用。此外，在這樣的通信系統(tǒng)中使用的無線電設(shè)備能夠在UV-C帶的日盲部分中 操作，其中光在200nm至280nm的波長下發(fā)射。在這個(gè)帶中，當(dāng)太陽福射通過環(huán)境傳播時(shí)， 它被地球的大氣強(qiáng)烈地衰減。這意味著，當(dāng)它更接近于地面時(shí)，背景噪聲輻射量顯著下降， 并且低功率通信鏈路操作是可能的。另一方面，諸如氧、臭氧以及水的環(huán)境元素能夠削弱或 者中斷通信廣播，從而限制短程應(yīng)用的使用。
[0095] 當(dāng)UV波傳遍大氣時(shí)，它們典型地被強(qiáng)烈地散射到各種信號(hào)路徑中。信號(hào)散射對(duì)于 在非視線條件下進(jìn)行操作的UV系統(tǒng)而言是必要的，并且通信性能能夠高度地取決于傳輸 光束瞄準(zhǔn)和接收機(jī)的視場。如圖11A所示的視線布置1100能夠在帶寬大小方面與如圖11B 所示的非視線布置1150不同。紫外線通信能夠更強(qiáng)烈地依賴于發(fā)射機(jī)的光束位置和接收 機(jī)的視場。結(jié)果，瞄準(zhǔn)頂角例如通過用互補(bǔ)設(shè)備做實(shí)驗(yàn)以增強(qiáng)UV-C信號(hào)的改善可能是有利 的。
[0096] 圖12例示了遠(yuǎn)程感測系統(tǒng)1200的示例，其中USPL源102被光纖組件202光纖耦 合到能夠發(fā)送和接收光學(xué)信號(hào)的光學(xué)激勵(lì)元件1202。通過光學(xué)激勵(lì)元件1202向前傳播的 光中的一些通過與作為調(diào)查的主體的空中傳播微粒相互作用而反向散射。光學(xué)反向散射信 號(hào)通過光學(xué)激勵(lì)元件1202或類似的接收孔徑被檢測到并且通過圖12中的檢測電路1204 或類似物傳遞以得到檢測和光譜分析。微粒在進(jìn)行調(diào)查的目標(biāo)大氣區(qū)1206內(nèi)的符號(hào)差能 夠通過常規(guī)方法例如使用基于紫外線光譜學(xué)、紅外線光譜學(xué)、拉曼（Raman)光譜學(xué)等中的 一個(gè)或更多個(gè)的預(yù)定光譜校準(zhǔn)測量來校準(zhǔn)。與這個(gè)實(shí)施方式一致，光學(xué)系統(tǒng)能夠被操作為 LiDAR儀器從而使用在感興趣光譜范圍上操作的USPL激光源來提供增強(qiáng)的分辨率和檢測 靈敏度性能。光譜范圍的可調(diào)性能夠幫助評(píng)估和分析大氣中的化學(xué)組分。
[0097] USPL-FS0收發(fā)機(jī)能夠被利用用于遠(yuǎn)程感測和檢測以得到使用電離或非電離檢測 技術(shù)、利用通過雙曲面鏡制造技術(shù)或?qū)⒔邮招盘?hào)聚焦在一個(gè)理想點(diǎn)處的常規(guī)牛頓設(shè)計(jì)所制 造的光學(xué)傳輸終端的空中傳播元件的符號(hào)差。并且特定改變能夠與遠(yuǎn)程區(qū)的電離探測包括 可控電離有關(guān)，所述可控電離已被示出在這些頻率和電離處理處發(fā)生，所述電離處理能夠 被集中在遠(yuǎn)處以調(diào)節(jié)尤其在天氣和云中的大氣穿透的深度。
[0098] 圖13例示了使用USPL源以及光學(xué)接收技術(shù)來改進(jìn)檢測靈敏度的示例。在美國 國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST)的研究者已建立能夠精確地找到在多達(dá)100km的距離下 具有納米精度的多個(gè)物體的激光測距系統(tǒng)。LIDAR(光檢測和測距）系統(tǒng)能夠具有從世 界上的精密制造到使衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)維持在完美陣式中的應(yīng)用（自然光子學(xué)DOI :10. 1038/ ΝΡΗ0Τ0Ν. 2009. 94)。NIST裝置使用兩個(gè)相干寬帶光纖-激光器頻率梳。頻率梳梳出一系列 穩(wěn)定的短脈沖，其同樣包含跨越脈沖串?dāng)U展的高度相干載波。這意味著頻率梳能夠被采用 來同時(shí)進(jìn)行干涉測量以及飛行時(shí)間測量，從而對(duì)于專用情形增強(qiáng)分析能力。
[0099] 在圖13所示的布置中，兩個(gè)鎖相的頻率梳1301和1302被用于也稱為多外差的相 干線性光學(xué)采樣配置中，意味著一個(gè)頻率梳測量兩個(gè)距離路徑，同時(shí)另一個(gè)頻率梳提供鑒 于第一梳所編碼的距離信息。來自一個(gè)頻率梳1301的脈沖能夠開始離開光纖并且導(dǎo)向兩 個(gè)玻璃板、基準(zhǔn)1303以及目標(biāo)1304。板1303和1304能夠反射從光纖返回的脈沖的特定小 部分（例如大約4%)，從而有效地創(chuàng)建兩個(gè)新的脈沖。兩個(gè)脈沖1301之間的時(shí)間分離能 夠給出可移動(dòng)目標(biāo)板與基準(zhǔn)板之間的距離。第二頻率梳1302隨著第一頻率梳緊密地鎖相， 但是具有稍微不同的重復(fù)率。由于在光源干涉時(shí)在連續(xù)脈沖之間的不同延遲，第二頻率梳 能夠?qū)碜缘谝皇岬碾妶龅墓獾纳晕⒉煌牟糠诌M(jìn)行采樣。
[0100] 使用參照?qǐng)D13所描述的技術(shù)能夠使兩個(gè)相干寬帶光纖-激光源與在概述了各自 具有光纖耦合到專用自由空間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)的USPL源的配置的范圍內(nèi)所使用的兩個(gè)適 當(dāng)?shù)腢SPL源的替換變得可能。通過這樣做，能夠基本上改進(jìn)總體效率、光學(xué)測距以及準(zhǔn)確 度。
[0101] 當(dāng)前可用的USPL光學(xué)脈沖串以USPL激光源的本機(jī)脈沖重復(fù)率操作并且典型地限 于50MHz或更小，從而勝過用于光學(xué)傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)速率。結(jié)果，利用USPL激光源的光學(xué) 系統(tǒng)受限于50MHz或更小的低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用。具有提高USPL操作速率的手段對(duì)于為超過 50MHz的數(shù)據(jù)傳輸提供解決方案是必要的。
[0102] 圖14例示了遠(yuǎn)程感測系統(tǒng)1400的示例，其中USPL源102被光纖組建202光纖耦 合到能夠發(fā)送和接收光學(xué)信號(hào)的光學(xué)激勵(lì)元件1202。通過光學(xué)激勵(lì)元件1202向前傳播的 光通過與已知和未知為在大氣區(qū)1206內(nèi)調(diào)查的主體的目標(biāo)相互作用而反向散射。光學(xué)反 向散射信號(hào)通過光學(xué)激勵(lì)元件1202或類似的接收孔徑而被檢測到并且通過圖14中的檢測 電路和光譜分析元件1402傳遞以得到檢測分析。例如在能夠執(zhí)行測距分析情況下，能夠校 準(zhǔn)在調(diào)查中的區(qū)1206內(nèi)微粒的符號(hào)差。如在圖14中一樣的系統(tǒng)1400能夠包括出于目標(biāo) 標(biāo)識(shí)和詢問應(yīng)用的目的作為測距儀和定點(diǎn)設(shè)備跨越1. 3至1. 6微米波長范圍利用和操作的 USPL-FS0收發(fā)機(jī)。
[0103] 圖15例示了能夠提高來自USPL源102的輸出的重復(fù)率的光學(xué)脈沖倍增器模塊 1500。具有10-100飛秒的脈沖寬度的典型USPL具有例如50MHz的重復(fù)率。來自USPL102 的輸出能夠作為輸入1502被饋送到USPL光子芯片脈沖倍增器模塊1504中。在這個(gè)示例 中，光子芯片能夠包含將輸入分成分立光元件的20, 000:1分路器元件1506。在分路器元件 1506的相對(duì)側(cè)的各個(gè)光元件包含50MHz脈沖串。各個(gè)光元件然后通過延遲控制器（光纖環(huán) 路或透鏡陣列）1510,其在時(shí)間上使用于該元件的脈沖串延遲了例如許多皮秒。連續(xù)光元件 從而延遲了遞增皮秒。具有它們的唯一時(shí)延的這些脈沖串中的全部都被以與利用20, 000:1 光學(xué)組合器元件1512的時(shí)分復(fù)用類似的方式組合成單脈沖串。能夠控制所需要的分路器 和組合器的比率以為所需要的應(yīng)用提供必要的光學(xué)設(shè)計(jì)。最后輸出1514是具有ITHz的重 復(fù)率的10-100個(gè)飛秒脈沖的脈沖串。這個(gè)THz脈沖串然后能夠由諸如圖28所示的10或 lOOGigE信號(hào)調(diào)制，從而對(duì)于lOGigE系統(tǒng)產(chǎn)生每位100個(gè)飛秒脈沖，并且對(duì)于lOOGigE系統(tǒng) 產(chǎn)生每位10個(gè)飛秒脈沖。所引用的應(yīng)用不限于10和lOOGbps的特定數(shù)據(jù)速率，而是能夠 像由考慮中的應(yīng)用所需要的那樣操作。這些數(shù)字僅用于圖示目的。當(dāng)前主題的實(shí)施方式能 夠使用任何倍增器因子來經(jīng)由光子芯片倍增器模塊1504將USPL的重復(fù)率提高至任何任意 的重復(fù)率。在這個(gè)提交內(nèi)例示了在增強(qiáng)USPL重復(fù)率的生成中所使用的其它示例。
[0104] 圖16描繪了用于高脈沖速率USPL光學(xué)流的生成、傳輸以及接收的系統(tǒng)1600。能 夠在本申請(qǐng)中使用光學(xué)芯片復(fù)用模塊1610,其能夠例如與參照?qǐng)D15所討論的光學(xué)芯片復(fù) 用模塊類似。在用來實(shí)現(xiàn)USPL脈沖倍增的這個(gè)方法中，由信號(hào)1601、1602、1603、1604(在 圖16中示出了四個(gè)信號(hào)，但是應(yīng)當(dāng)理解，任何數(shù)目在當(dāng)前主題的范圍內(nèi)）所描述的一系列 lOGigE路由器連接（lOGigE不旨在為限制性特征）被對(duì)接到光學(xué)芯片復(fù)用模塊1610。在 操作中，光學(xué)芯片復(fù)用模塊1610能夠支持全雙工（Tx和Rx)以與10GiE路由器1601、1602、 1603、1604連接。光學(xué)芯片復(fù)用模塊1610能夠通過從USPL源1690輸出的USPL信號(hào)1685 為進(jìn)入光學(xué)信號(hào)1601、1602、1603、1604提供高效調(diào)制。光學(xué)芯片復(fù)用模塊1610能夠提供 對(duì)這些進(jìn)入光學(xué)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和復(fù)用的能力。
[0105] 在定位有接收裝置的遠(yuǎn)程接收站點(diǎn)處，能夠使用適當(dāng)?shù)慕邮諜C(jī)元件1665來恢復(fù) 在發(fā)送裝置處經(jīng)由發(fā)送元件1660發(fā)送的所有信號(hào)。互補(bǔ)的一組光學(xué)芯片復(fù)用模塊1675 能夠提供用于對(duì)如由元件所示出的接收數(shù)據(jù)流進(jìn)行解復(fù)用以用于傳遞到一系列路由器 1601'、1602'、1603'、1604'（再次，四個(gè)這樣的路由器的描繪不旨在為限制性的）的必要能 力。能夠通過網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)元件演示端到端網(wǎng)絡(luò)連接性。
[0106] 圖17描繪了示例系統(tǒng)1700,其中光學(xué)芯片被互連到波分復(fù)用（WDM)系統(tǒng)，其當(dāng)前 可用的版本可能是非常昂貴的。WDM系統(tǒng)具有不需要如對(duì)lOGigE(或其它速度）路由器 1701所需的定時(shí)或同步的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楦鱾€(gè)lOGigE信號(hào)在它自己的波長上獨(dú)立于其它這樣 的信號(hào)運(yùn)行。TDM光學(xué)芯片與lOGigE路由器的定時(shí)或同步在TDM光學(xué)芯片中可能是重要 的。GbE交換機(jī)1701能夠從交換機(jī)1701提供必要的電RF信號(hào)1705以要么直接地要么通 過使用在本文獻(xiàn)內(nèi)先前詳述的USPL脈沖倍增器模塊來對(duì)USPL源1702進(jìn)行調(diào)制。典型的 NRZ輸出1710能夠被耦合到外部調(diào)制器1720中，所述NRZ輸出1710能夠?qū)τ诮粨Q機(jī)1701 使用NRZ時(shí)鐘源來調(diào)制，從而產(chǎn)生RZ調(diào)制的光譜1730。使用容易地可用的設(shè)備的轉(zhuǎn)換處理 能夠提供用于將USPL源和它們的有益效果引入到陸地回程網(wǎng)絡(luò)光譜中的能力。
[0107] 為了讓光學(xué)芯片系統(tǒng)成功地橋接在兩個(gè)遠(yuǎn)程lOGigE交換機(jī)之間，它必須典型地 表現(xiàn)得像簡單的一件光纖。TDM芯片的定時(shí)因此能夠由lOGigE交換機(jī)1701驅(qū)動(dòng)。有源鎖 模的USPL (即40GHz，1皮秒脈沖寬度）和無源鎖模的USPL (即50MHz，100USPL脈沖寬度） 兩者都能夠由RF定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
[0108] 圖18例示了能夠支持漸進(jìn)到高脈沖重復(fù)數(shù)據(jù)速率操作（諸如以得到能夠使用光 纖或自由空間光學(xué)器件來執(zhí)行光學(xué)芯片設(shè)計(jì)的極其高數(shù)據(jù)速率操作）的另一方法的裝置 1800。50MHz USPL源1801被對(duì)接到一系列光學(xué)延遲控制器元件1802,其能夠使用光纖環(huán) 路或偏移透鏡來設(shè)計(jì)，以導(dǎo)致確切地產(chǎn)生10. 313Gbps RZ輸出流，其是lOGigE線速率（因 為64B/66B編碼大于lOGbps)。分路器元件1803連同可變光學(xué)延遲線1804 -起提供進(jìn)入 光學(xué)信號(hào)串1801到（在這個(gè)示例中）206個(gè)路徑中的分束功能性。在通過設(shè)計(jì)引入足夠的 延遲之后，所有信號(hào)通過組合器元件1805而被復(fù)用在一起。在這樣做時(shí)，各自相同的并且 在相鄰脈沖之間同等地隔開的一系列光學(xué)信號(hào)形成調(diào)制用脈沖的連續(xù)集。在進(jìn)入E-0調(diào)制 器元件1806之前，所有光學(xué)進(jìn)入信號(hào)能夠通過預(yù)加重技術(shù)例如使用典型的光學(xué)放大技術(shù) 調(diào)節(jié)，以對(duì)于來自組合器元件1805的各個(gè)輸出信號(hào)產(chǎn)生均勻功率光譜。經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出信號(hào) 然后被耦合到E-0調(diào)制器元件1806中并且用來自lOGigE信號(hào)源元件1807的可用NRZ信 號(hào)進(jìn)行調(diào)制。lOGigE調(diào)制輸出1809能夠?qū)拥紼DFA并且然后進(jìn)入到FS0系統(tǒng)（或光纖系 統(tǒng)）的TX。Rx側(cè)（在檢測器之后）能夠被直接地饋送到lOGigE交換機(jī)中作為調(diào)制和放大 輸出1810。
[0109] 圖19例示了能夠被用于與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的USPL脈沖倍增的裝置1900 的另一示例。與這個(gè)方法一致，l〇x TDM系統(tǒng)被配置成給出lOOGbps輸出。TDM解復(fù)用芯片 可以是在通信鏈路的接收側(cè)以分解單獨(dú)的lOGigE信號(hào)，并且能夠包括如圖19所示的設(shè)計(jì) 的互換方法。
[0110] 如在圖18中一樣，50MHz USPL源1801被對(duì)接到一系列光學(xué)延遲控制器元件1802， 其能夠使用光纖環(huán)路或偏移透鏡來設(shè)計(jì)，以導(dǎo)致確切地產(chǎn)生10. 313Gbps RZ輸出流，其是 lOGigE線速率（因?yàn)?4B/66B編碼而大于lOGbps)。分路器元件1803連同可變光學(xué)延遲線 1804-起提供進(jìn)入光學(xué)信號(hào)串1801到（在這個(gè)示例中）206個(gè)路徑中的分束功能性。在通 過設(shè)計(jì)引入足夠的延遲之后，所有信號(hào)通過組合器元件1805而被復(fù)用在一起。然而，代替 如圖18所示的單個(gè)調(diào)制器元件1806,來自組合器元件1805的10. 313GHz RZ輸出1901被 饋送到第二分路器元件1910中，所述第二分路器元件1910在這種情況下可以是10x分路 器，其將光學(xué)信號(hào)分裂到十個(gè)并行路徑中。這個(gè)設(shè)計(jì)的其它實(shí)施方式能夠支持如由設(shè)計(jì)所 需要的各種分流比，從第二分路器元件1910出來的光學(xué)路徑被個(gè)別地連接到規(guī)定的光學(xué) 延遲線1920。各個(gè)單獨(dú)的延遲路徑被連接到用來自10xl0GigE信號(hào)源元件1931的可用NRZ 信號(hào)所調(diào)制的一組光學(xué)調(diào)制器1930的專用光學(xué)調(diào)制器，產(chǎn)生一系列調(diào)制光學(xué)信號(hào)1935。所 標(biāo)識(shí)的光學(xué)組合器1940提供單光學(xué)脈沖串1950。在單光學(xué)脈沖串1950中的該系列光學(xué)脈 沖能夠被對(duì)接到適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)放大器以得到期望的光學(xué)調(diào)節(jié)以用于網(wǎng)絡(luò)使用。
[0111] 圖20例示了能夠被用于與當(dāng)前主題的實(shí)施方式一致的USPL脈沖倍增的裝置2000 的另一示例。如所描繪的裝置2000能夠通過低重復(fù)率通道內(nèi)脈沖的調(diào)制為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)現(xiàn) 高USPL脈沖重復(fù)數(shù)據(jù)速率的能力。通過在延遲控制器上施加各個(gè)通道的直接調(diào)制，能夠有 利地實(shí)現(xiàn)不受來自電子技術(shù)的當(dāng)前速度限制所約束的調(diào)制方案的創(chuàng)建。當(dāng)前主題的實(shí)施方 式能夠提供通過分別地以當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)電子調(diào)制速度（在圖20的示例中以lOOxlOGigE信號(hào) 輸入2001的速率）對(duì)單獨(dú)的信道進(jìn)行調(diào)制并且將通道時(shí)間復(fù)用到單頻高重復(fù)率脈沖流中 來提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸容量的機(jī)制。在這個(gè)方法中，受電光學(xué)調(diào)制器的速度（40Gbps)限制 的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)能夠被提高大約N個(gè)數(shù)量級(jí)，其中N是時(shí)間復(fù)用器的通道數(shù)。例如，其中各個(gè)通 道振幅以當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)速率調(diào)制的1〇〇通道TDM或許能夠以多達(dá)4Tbs的速度提供數(shù)據(jù)速 率。N能夠由光學(xué)脈沖本身的寬度限制。在信息被承載1比特/脈沖的限制中，由1個(gè)比特 所占據(jù)的時(shí)隙是脈沖本身的寬度（在那種意義上，RZ系統(tǒng)將收斂于NRZ)。例如，在本方案 中，具有40GHz重復(fù)速率的40fs脈沖寬度激光器能夠以25Tbps的最大速率承載信息。這 個(gè)方法能夠被用于40Gbps-通道調(diào)制方案（即每25psl個(gè)比特）中并且能夠?qū)?yīng)于單個(gè)傳 輸中的N?625個(gè)通道的容量，其可以是適應(yīng)25ps時(shí)間間隔的40fs時(shí)間間隔的數(shù)目。這 個(gè)方法的有效優(yōu)點(diǎn)是"光學(xué)上提高"另外有限的數(shù)據(jù)容量調(diào)制方案，同時(shí)仍然與現(xiàn)有數(shù)據(jù)速 率有限的調(diào)制器對(duì)接。例如，基于馬赫-曾德干涉儀的振幅調(diào)制器能夠被容易地集成在TDM 1C封裝中，因?yàn)樗枰氖菍⑼ǖ婪种С蓛蓚€(gè)單獨(dú)的路徑、在各路徑中的一個(gè)中添加微相 位調(diào)制器（非線性晶體）并且組合路徑以得到干涉的能力。
[0112] 圖20包括耦合到多端口光學(xué)分路器元件2020的USPL源2010。所標(biāo)識(shí)的光學(xué)端口 的數(shù)目不必限于本文中所描述或所示出的那些。一系列光學(xué)延遲線2030在各個(gè)并行路徑 之間從多端口光學(xué)分路器元件2020提供需要的光學(xué)延遲，并且能夠被定制用于特定應(yīng)用。 來自光學(xué)延遲線2030的光學(xué)延遲路徑使用光學(xué)組合器元件2035 -起合計(jì)。通過元件2040 出現(xiàn)的結(jié)果得到的組合光學(xué)數(shù)據(jù)流表示由元件2010所標(biāo)識(shí)的原始USPL源的脈沖重復(fù)率中 的倍增增強(qiáng)。脈沖重復(fù)率中的進(jìn)一步增強(qiáng)通過由進(jìn)入信號(hào)2040被分成不限于由元件2041 所標(biāo)識(shí)的那些的一系列路徑的光分路器所描述的元件2041的使用來實(shí)現(xiàn)。通過第二延遲 控制器2045,光學(xué)延遲可以被引入到在如由第二組光學(xué)延遲路徑2042所標(biāo)識(shí)的裝置內(nèi)的 各個(gè)路徑。各個(gè)并行路徑2042進(jìn)而由調(diào)制元件2044用由信號(hào)輸出2001所標(biāo)識(shí)的可用RF 信號(hào)源元件進(jìn)行調(diào)制。光學(xué)組合器元件2050將所有進(jìn)入信號(hào)集成到單個(gè)數(shù)據(jù)流2060上。
[0113] 能夠在描述成定制光學(xué)光譜以得到均勻或不對(duì)稱光功率分布的元件的各個(gè)段內(nèi) 引入光學(xué)預(yù)加重和去加重技術(shù)。能夠使用諸如摻鉺光學(xué)放大器（EDFA)的通常使用的光放 大器來實(shí)現(xiàn)預(yù)加重與去加重。
[0114] 圖21描繪了包括鎖模的USPL源2101的系統(tǒng)2100的示例，所述鎖模的USPL源 2101能夠被用來為應(yīng)用生成適當(dāng)?shù)匦枰臅r(shí)鐘和數(shù)據(jù)流。鎖模激光器能夠表示用于數(shù)字通 信系統(tǒng)中的時(shí)鐘的高性能、高精細(xì)源的選擇。在這點(diǎn)上，鎖模光纖激光器-在線性配置或環(huán) 形配置中-能夠做出有吸引力的選擇候選，因?yàn)樗鼈兡軌蛟赨SPL源區(qū)上實(shí)現(xiàn)脈沖帶寬以及 和GHz -樣高的重復(fù)率。除此之外，僅舉幾個(gè)例子，光纖提供緊密性、低成本、對(duì)熱噪聲的低 靈敏度、低抖動(dòng)、無與衍射或空氣灰塵污染相關(guān)聯(lián)的問題。在通信場景中，脈沖寬度能夠確 定系統(tǒng)的可用帶寬，并且重復(fù)率限制數(shù)據(jù)速率。脈沖寬度能夠由激光器腔的內(nèi)在特性-即 總體群速色散（GVD)的平衡和可飽和吸收器的選擇（在無源系統(tǒng)的情況下）-或有源元件 的帶寬（在有源鎖模系統(tǒng)的情況下）確定。脈沖串的重復(fù)率受光纖的長度約束。例如，在 線性激光器中，激光器的基模v μ。能夠被表達(dá)為：

【權(quán)利要求】
1. 一種光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備包括： 超短脈沖激光（USPL)源，該USPL源生成包括各自具有大約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間 的光脈沖的光束； 調(diào)制元件，該調(diào)制元件對(duì)由所述USPL源生成的所述光束施加調(diào)制信號(hào)以生成調(diào)制光 學(xué)信號(hào)，所述調(diào)制信號(hào)承載用于傳輸?shù)降诙鈱W(xué)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)； 光學(xué)收發(fā)機(jī)，該光學(xué)收發(fā)機(jī)接收所述調(diào)制光學(xué)信號(hào)，并且發(fā)送所述調(diào)制光學(xué)信號(hào)以用 于由所述第二光學(xué)通信設(shè)備接收。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，所述調(diào)制元件包括直接調(diào)制元件、間接 調(diào)制元件和外部調(diào)制元件中的至少一個(gè)，所述外部調(diào)制元件位于所述USPL源的外部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，所述持續(xù)時(shí)間小于大約一皮秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，所述持續(xù)時(shí)間小于大約一飛秒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，所述持續(xù)時(shí)間小于大約一阿托秒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備還包括將一個(gè)以上的通信信 道復(fù)用到所述光束中的光學(xué)復(fù)用器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備還包括布置在所述USPL源與 所述光學(xué)收發(fā)機(jī)之間的光學(xué)放大器，該光學(xué)放大器增大由所述光學(xué)收發(fā)機(jī)發(fā)送的所述調(diào)制 光學(xué)信號(hào)的輸出功率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，所述光學(xué)放大器包括光學(xué)前置放大器、 半導(dǎo)體光學(xué)放大器、摻鉺光纖放大器和摻鉺-鐿光纖放大器中的至少一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備還包括對(duì)所述光學(xué)收發(fā)機(jī)施 加第二束光脈沖的第二USPL源，該第二USPL源用作跟蹤和對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)以在遠(yuǎn)程接收設(shè)備處 確定或驗(yàn)證用于所發(fā)送的調(diào)制光學(xué)信號(hào)的目標(biāo)點(diǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，在所述調(diào)制光學(xué)信號(hào)內(nèi)生成跟蹤和對(duì) 準(zhǔn)信標(biāo)信號(hào)，該跟蹤和對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)信號(hào)被用來在所述遠(yuǎn)程接收設(shè)備處確定或驗(yàn)證用于所發(fā)送 的調(diào)制光學(xué)信號(hào)的目標(biāo)點(diǎn)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備還包括在所述調(diào)制光學(xué)信 號(hào)到所述第二光學(xué)通信設(shè)備的傳輸之前對(duì)不同極性的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行復(fù)用的偏振相關(guān)復(fù)用 器組件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備還包括對(duì)從所述第二光學(xué) 通信設(shè)備作為第二調(diào)制光學(xué)信號(hào)接收到的不同極性的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用的偏振相關(guān)解 復(fù)用器組件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)通信設(shè)備，其中，經(jīng)解復(fù)用的光學(xué)信號(hào)被各自對(duì)接到 不同的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)以用于網(wǎng)絡(luò)使用。
14. 一種方法，該方法包括以下步驟： 生成包括各自具有大約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間的光脈沖的光束； 對(duì)所述光束施加調(diào)制信號(hào)以生成調(diào)制光學(xué)信號(hào)，所述調(diào)制信號(hào)承載用于傳輸?shù)竭h(yuǎn)程接 收設(shè)備的數(shù)據(jù)； 在光學(xué)收發(fā)機(jī)處接收所述調(diào)制光學(xué)信號(hào)；以及 使用所述光學(xué)收發(fā)機(jī)來發(fā)送所述調(diào)制光學(xué)信號(hào)以用于由所述第二光學(xué)通信設(shè)備接收。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述生成是由超短脈沖激光（USPL)源執(zhí)行的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述施加是由調(diào)制元件執(zhí)行的，所述調(diào)制元件 包括直接調(diào)制元件、間接調(diào)制元件和外部調(diào)制元件中的至少一個(gè)，所述外部調(diào)制元件位于 所述USPL源的外部。
17. -種遠(yuǎn)程感測設(shè)備，該遠(yuǎn)程感測設(shè)備包括： 超短脈沖激光（USPL)源，該USPL源生成包括各自具有大約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間 的光脈沖的光束； 光學(xué)收發(fā)機(jī)，該光學(xué)收發(fā)機(jī)向目標(biāo)大氣區(qū)發(fā)送所述光脈沖的光束；以及 檢測電路，該檢測電路用于對(duì)作為來自所述目標(biāo)大氣區(qū)中的一個(gè)或更多個(gè)物體的光學(xué) 反向散射的結(jié)果在所述遠(yuǎn)程感測設(shè)備處接收到的光學(xué)信息進(jìn)行分析。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的遠(yuǎn)程感測設(shè)備，該遠(yuǎn)程感測設(shè)備還包括用于對(duì)從在所述遠(yuǎn) 程感測設(shè)備處接收到的所述光學(xué)信息中提取的光譜信息進(jìn)行分析的光譜分析組件。
19. 一種方法，該方法包括以下步驟： 使用USPL源生成一束各自具有大約1納秒或更短的持續(xù)時(shí)間的光脈沖； 經(jīng)由光學(xué)收發(fā)機(jī)向目標(biāo)大氣區(qū)發(fā)送該束光脈沖；以及 分析作為該束光脈沖從所述目標(biāo)大氣區(qū)中的一個(gè)或更多個(gè)物體的光學(xué)反向散射的結(jié) 果在所述光學(xué)收發(fā)機(jī)處接收到的光學(xué)信息。
20. -種光學(xué)通信設(shè)備，該光學(xué)通信設(shè)備包括： 第一激光源，該第一激光源生成包括光脈沖的第一光束； 第二激光源，該第二激光源生成包括光脈沖的第二光束； 第一調(diào)制兀件，該第一調(diào)制兀件對(duì)所述第一光束施加第一調(diào)制信號(hào)以生成第一調(diào)制光 學(xué)信號(hào)，所述第一調(diào)制信號(hào)承載用于傳輸?shù)竭h(yuǎn)程光學(xué)通信設(shè)備的第一數(shù)據(jù)； 第二調(diào)制元件，該第二調(diào)制元件對(duì)所述第二光束施加第二調(diào)制信號(hào)以生成第二調(diào)制光 學(xué)信號(hào)，所述第二調(diào)制信號(hào)承載用于傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程光學(xué)通信設(shè)備的第二數(shù)據(jù)； 第一偏振組件，該第一偏振組件調(diào)節(jié)所述第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)的第一偏振態(tài)； 偏振相關(guān)復(fù)用器組件，該偏振相關(guān)復(fù)用器組件將具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的所述第一 調(diào)制光學(xué)信號(hào)與所述第二調(diào)制信號(hào)復(fù)用；以及 光學(xué)收發(fā)機(jī)，該光學(xué)收發(fā)機(jī)接收具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與所述 第二調(diào)制信號(hào)的經(jīng)復(fù)用的光學(xué)信號(hào)，并且發(fā)送經(jīng)復(fù)用的具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào) 制光學(xué)信號(hào)與所述第二調(diào)制信號(hào)，以用于由所述第二光學(xué)通信設(shè)備接收。
21. -種方法，該方法包括以下步驟： 生成包括光脈沖的第一光束和第二光束； 對(duì)所述第一光束施加第一調(diào)制信號(hào)以生成第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)并且對(duì)所述第二光束施 加第二調(diào)制信號(hào)以生成第二調(diào)制光學(xué)信號(hào)； 調(diào)節(jié)所述第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)的第一偏振態(tài)； 將具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的所述第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與所述第二調(diào)制信號(hào)復(fù)用；以及 通過光學(xué)收發(fā)機(jī)發(fā)送經(jīng)復(fù)用的具有經(jīng)調(diào)節(jié)的第一偏振態(tài)的第一調(diào)制光學(xué)信號(hào)與所述 第二調(diào)制信號(hào)，以用于由第二光學(xué)通信設(shè)備接收。
【文檔編號(hào)】H04B10/2575GK104160640SQ201380013245
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月9日
【發(fā)明者】T·查菲, P·A·扎若斯基, I·金, A·布拉加 申請(qǐng)人:阿托隆有限責(zé)任公司