本申請是國際申請日為2013年7月17日、名稱為“用于穩(wěn)定光學(xué)發(fā)射器的方法和設(shè)備”、申請?zhí)枮?01380048724.7(pct/us2013/050895)的發(fā)明專利申請的分案申請。

這里使用的章節(jié)標題僅用于組織目的，并且不應(yīng)該被解釋為以任何方式限制在本申請中描述的主題。

本公開涉及光學(xué)發(fā)射器及相關(guān)設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

對通過光纖的高比特率數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜找嬖鲩L的需求給光纖電信產(chǎn)業(yè)帶來了很大的挑戰(zhàn)。例如，高比特率系統(tǒng)非常容易受到光纖非線性的影響。另外，高比特率系統(tǒng)使數(shù)據(jù)的電子處理變得非常困難。

面對這些挑戰(zhàn)的一個選擇是以雙極化正交相移鍵控(dp-qpsk)格式傳輸數(shù)據(jù)。正交相移鍵控包括在復(fù)平面中表示數(shù)據(jù)，以使得每個碼元包括實(同相)部和虛(正交相位)部。在dp-qpsk調(diào)制格式中，獨立數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在兩個正交極化上。在水平極化中傳輸一個信號，并且在垂直極化中傳輸另一信號。然而，兩個信號都具有相同的光學(xué)頻率，并且它們相對于彼此極化90°，因此它們不干擾。與信號在每個時隙處于“1”或“0”電平一次的傳統(tǒng)調(diào)制格式不同，qpsk能夠在每個時隙實現(xiàn)兩個比特的調(diào)制，因為信號能夠處于四個不同相位狀態(tài)之一。也就是說，信號可以是(0，0)；(1，1)；(0，1)；或(1，0)。

通過在每個光學(xué)碼元傳輸四個比特，雙極化qpsk調(diào)制有效地降低了系統(tǒng)的波特率，這使光學(xué)頻譜比未降低波特率的情況窄四倍。從而，理論上，dp-qpsk數(shù)據(jù)速率是qpsk數(shù)據(jù)速率的兩倍，這等于如接收器所見僅在四分之一的接收器帶寬中在每個時隙傳輸四個比特。從而，與傳統(tǒng)開關(guān)鍵控調(diào)制格式相比，雙極化在每個時隙提供兩倍的信息并且qpsk信號在每個時隙提供兩倍那么多的比特。結(jié)果，每個雙極化數(shù)據(jù)調(diào)制信號僅需要以四分之一的預(yù)期比特率與數(shù)據(jù)進行調(diào)制。這意味著波特率或每秒傳輸?shù)拇a元的數(shù)量實際上可以是比特率的一半。當還使用極化復(fù)用時，系統(tǒng)實現(xiàn)它的波特率的四倍的比特率。減小的數(shù)據(jù)速率使發(fā)送信號所需的光學(xué)帶寬變窄，在相同譜帶中允許更多光學(xué)信道。因此，電子設(shè)備以比實際數(shù)據(jù)速率慢四倍的速率處理信號。信息可以隨后由通?？捎玫臄?shù)字信號處理(dsp)硬件和軟件處理，這顯著減少對光學(xué)交互工作硬件的需要。

dp-qpsk接收基于信號的光學(xué)相位的檢測，這需要使用相干檢測。在相干檢測中，工作在類似波長的本地振蕩器的輸出在接收端與輸入信號混合，這提供使用四個光電探測器的陣列恢復(fù)信號的光學(xué)相位的能力。相干接收器被設(shè)計為鎖定到輸入信號的頻率和相位上并且從而能夠合適地恢復(fù)輸入雙極化qpsk比特。在檢測之后，真實電壓被重新分派給它們各自的類型(同相或正交相位)，以使得能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。數(shù)字后處理技術(shù)經(jīng)常被用于補償由傳輸過程引入的失真和錯誤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種雙極化光學(xué)調(diào)制器，包括：a)第一mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)，包括兩個并行的子mach-zehnder光學(xué)調(diào)制器，第一mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)調(diào)制第一極化的第一光學(xué)信號；b)第二mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)，包括兩個并行的子mach-zehnder光學(xué)調(diào)制器，第二mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)與第一mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)以光學(xué)方式并行耦合以形成雙極化光學(xué)調(diào)制器，所述雙極化光學(xué)調(diào)制器具有接收來自激光源的光束的光學(xué)輸入，第二mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)調(diào)制第二極化的第二光學(xué)信號，并且所述雙極化光學(xué)調(diào)制器復(fù)用第一極化的第一光學(xué)信號和第二極化的第二光學(xué)信號以形成雙極化光學(xué)信號；c)第一光學(xué)檢測器，耦合到第一mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)的輸出；d)第二光學(xué)檢測器，耦合到第二mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)的輸出；e)第三光學(xué)檢測器，耦合到所述雙極化光學(xué)調(diào)制器的輸出；以及f)偏置控制電路，具有第一、第二和第三輸入、第一輸出和第二輸出，第一、第二和第三輸入以電氣方式連接到第一、第二和第三光學(xué)檢測器中的相應(yīng)光學(xué)檢測器的輸出，第一輸出以電氣方式連接到第一mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)的偏置輸入，第二輸出以電氣方式連接到第二mach-zehnder調(diào)制器上層結(jié)構(gòu)的偏置輸入，偏置控制電路響應(yīng)于由第一、第二和第三光學(xué)檢測器中的至少一個檢測到的dc和ac信號兩者在第一和第二輸出中的至少一個上產(chǎn)生穩(wěn)定所述雙極化信號的偏置信號，其中，偏置控制電路在第一和第二輸出中的至少一個上產(chǎn)生使由第一、第二和第三光學(xué)檢測器中的至少一個產(chǎn)生的平均dc光電流最大化的電信號。

附圖說明

在下面結(jié)合附圖進行的詳細描述中更具體地描述根據(jù)優(yōu)選示例性實施例的本教導(dǎo)以及它的進一步的優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，以下描述的附圖僅用于說明目的。附圖不必符合比例，而是重點在于一般地表示教導(dǎo)的原理。在附圖中，相同附圖標記通常在各附圖中始終表示相同特征和結(jié)構(gòu)元件。附圖并不是要以任何方式限制申請人的教導(dǎo)的范圍。

圖1表示根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器的一個實施例的方框圖。

圖2表示在結(jié)合圖1描述的根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器的偏置控制電路中使用的模擬信號處理器的一個實施例。

圖3表示以dbm為單位的ac光電探測器輸出功率和以毫安為單位的dc光電探測器輸出電流的曲線圖，這兩者都是施加于子mach-zehnder調(diào)制器之一的dc電壓的函數(shù)。

圖4表示以dbm為單位的包絡(luò)檢測器的ac輸出功率和以伏特為單位的包絡(luò)檢測器的dc輸出電壓的曲線圖，這兩者都是施加于父mach-zehnder調(diào)制器之一的dc偏置電壓的函數(shù)。

圖5表示穩(wěn)定執(zhí)行切換以及實現(xiàn)數(shù)字閉環(huán)控制器的根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器以偏置穩(wěn)定高數(shù)據(jù)速率光學(xué)調(diào)制器(諸如100gb/sdp-qpsk光學(xué)調(diào)制器)的方法的一個實施例的流程圖。

圖6表示根據(jù)本教導(dǎo)的偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法。

圖7a表示根據(jù)本教導(dǎo)的用于dp-qpsk發(fā)射器的實驗測試設(shè)備。

圖7b表示作為使用圖7a中示出的用于dp-qpsk發(fā)射器的實驗測試設(shè)置設(shè)備產(chǎn)生的x和y極化qpsk信號和組合dp-qpsk信號的眼圖的實驗結(jié)果。

具體實施方式

在說明書中對“一個實施例”或“實施例”的提及意味著結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在教導(dǎo)的至少一個實施例中。短語“在一個實施例中”在說明書的各種地方的出現(xiàn)不必全部表示相同的實施例。

應(yīng)該理解，本教導(dǎo)的方法的各步驟可按照任何次序并且/或者同時執(zhí)行，只要本教導(dǎo)仍然可操作即可。另外，應(yīng)該理解，本教導(dǎo)的設(shè)備和方法可以包括任何數(shù)量的描述的實施例或全部的描述的實施例，只要本教導(dǎo)仍然可操作即可。

現(xiàn)在將參照如附圖中所示的本教導(dǎo)的示例性實施例更詳細地描述本教導(dǎo)。雖然結(jié)合各種實施例和例子描述本教導(dǎo)，但本教導(dǎo)不應(yīng)該局限于這種實施例。相反地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本教導(dǎo)包括各種替代物、變型和等同物。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在這里的教導(dǎo)下將會意識到如這里所述的本公開的范圍內(nèi)的另外的實現(xiàn)方式、變型和實施例以及其它使用的領(lǐng)域。

本教導(dǎo)涉及用于實現(xiàn)用于在長距離光纖網(wǎng)絡(luò)上傳輸高數(shù)據(jù)速率dp-qpsk信號的數(shù)字時分復(fù)用光學(xué)發(fā)射器的方法和設(shè)備。根據(jù)本教導(dǎo)的一些方法和設(shè)備將基于鈮酸鋰的時分復(fù)用光學(xué)發(fā)射器的鎖定穩(wěn)定用于高數(shù)據(jù)速率傳輸。例如，根據(jù)本教導(dǎo)的發(fā)射器可以產(chǎn)生100gb/s的dp-qpsk信號以在長距離光纖網(wǎng)絡(luò)上傳輸。對于城域網(wǎng)以及長距離光纖網(wǎng)絡(luò)中的高數(shù)據(jù)速率光學(xué)傳輸(100gb/s以上)，dp-qpsk調(diào)制格式尤其有吸引力。

根據(jù)本教導(dǎo)的高數(shù)據(jù)速率dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器被描述為具有mach-zehnder類型光學(xué)調(diào)制器，該mach-zehnder類型光學(xué)調(diào)制器具有兩個并行的mach-zehnder類型上層結(jié)構(gòu)。第一mach-zehnder類型上層結(jié)構(gòu)被用于第一極化。第二mach-zehnder類型上層結(jié)構(gòu)被用于第二極化。兩個并行的mach-zehnder上層結(jié)構(gòu)中的每一個包括兩個并行的子mach-zehnder光學(xué)調(diào)制器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以使用許多類型的mach-zehnder調(diào)制器，諸如由鈮酸鋰形成的mach-zehnder調(diào)制器、由iii-v化合物半導(dǎo)體(諸如gaas上gaalas)形成的mach-zehnder調(diào)制器和由ii-vi半導(dǎo)體(諸如inp)形成的mach-zehnder調(diào)制器。

圖1表示根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器100的一個實施例的方框圖。dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器100包括dp-qpsk調(diào)制器102和在微處理器控制下以差分方式驅(qū)動調(diào)制器102部件的關(guān)聯(lián)硬件。結(jié)合d-qpsk調(diào)制格式描述本教導(dǎo)的光學(xué)發(fā)射器的許多方面。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，根據(jù)本教導(dǎo)的發(fā)射器和發(fā)送的方法可以與許多其它類型的調(diào)制器格式(諸如bpsk、m-aryqam、m-arypsk、ofdm和這些調(diào)制形式的任何雙極化變型)一起使用。另外，結(jié)合mach-zehnder調(diào)制器(mzm)描述dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器100的一些方面，并且更具體地講，結(jié)合基于鈮酸鋰的mach-zehnder調(diào)制器描述dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器100的一些方面。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，其它類型的調(diào)制器(諸如電吸收調(diào)制器)可以與根據(jù)本教導(dǎo)的發(fā)射器一起使用。

基于鈮酸鋰的mach-zehnder調(diào)制器具有用于高數(shù)據(jù)速率發(fā)射器的某些期望特征，諸如針對許多類型的環(huán)境變化穩(wěn)定，以使得它們能夠產(chǎn)生非?？煽康牟⑶铱芍貜?fù)的100gb/s以上的高數(shù)據(jù)速率傳輸。特別地，基于鈮酸鋰的mach-zehnder調(diào)制器可以在大工作溫度變化下具有非常穩(wěn)定的操作。在本教導(dǎo)的光學(xué)發(fā)射器的一個方面中，使用可以在微處理器控制下自動地執(zhí)行的各種鎖定技術(shù)來穩(wěn)定dp-qpsk鈮酸鋰光學(xué)調(diào)制器。模擬信號處理器104、104′和微處理器106、106′被用于確定父mach-zehnder調(diào)制器和子mach-zehnder調(diào)制器的各種工作點。

dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器100包括外mach-zehnder調(diào)制器108，外mach-zehnder調(diào)制器108包括從激光源接收光束的光學(xué)輸入110。在許多實施例中，激光源是可調(diào)諧激光源。外mach-zehnder調(diào)制器的第一臂112包括第一父mach-zehnder調(diào)制器114。第一父mach-zehnder調(diào)制器114包括第一子mach-zehnder調(diào)制器116，第一子mach-zehnder調(diào)制器116以光學(xué)方式耦合到第一臂118。第二子mach-zehnder調(diào)制器120以光學(xué)方式耦合到π/2光學(xué)移相器122并且以光學(xué)方式耦合到第二臂124。第一父mach-zehnder調(diào)制器114利用第一極化調(diào)制qpsk信號。

外mach-zehnder調(diào)制器108的第二臂126包括第二父mach-zehnder調(diào)制器128，第二父mach-zehnder調(diào)制器128包括第一子mach-zehnder調(diào)制器130，第一子mach-zehnder調(diào)制器130以光學(xué)方式耦合到第一臂132。第二子mach-zehnder調(diào)制器134以光學(xué)方式耦合到π/2光學(xué)移相器136并且以光學(xué)方式耦合到第二臂138。光學(xué)極化旋轉(zhuǎn)器140也以光學(xué)方式耦合到外mach-zehnder調(diào)制器108的第二臂126。在某些實施例中，光學(xué)極化旋轉(zhuǎn)器140是固定π/2極化旋轉(zhuǎn)器。在其它實施例中，光學(xué)極化旋轉(zhuǎn)器140是可變極化旋轉(zhuǎn)器。第二父mach-zehnder調(diào)制器128利用第二極化調(diào)制qpsk信號。外mach-zehnder調(diào)制器108復(fù)用在雙極化qpsk信號產(chǎn)生中嵌入的第一和第二極化。

在一個特定實施例中，第一和第二父mach-zehnder調(diào)制器114、128以及第一和第二子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130和134中的每一個全都是基于鈮酸鋰的mach-zehnder調(diào)制器。在這個實施例中，四個個體子mach-zehender調(diào)制器116、120、130和134由具有2vπ的峰峰電壓擺幅的電nrz信號驅(qū)動并且在最小傳輸點被偏置以產(chǎn)生四個psk信號。在其它實施例中，這些調(diào)制器中的某些調(diào)制器是其它類型的mach-zehnder調(diào)制器，諸如iii-v或ii-v半導(dǎo)體machzehnder調(diào)制器。在其它實施例中，可以使用電吸收調(diào)制器替代mach-zehnder調(diào)制器。在這些實施例中，第一和第二父mach-zehnder調(diào)制器114、128在正交點被偏置以產(chǎn)生第一和第二極化的qpsk信號。

第一光學(xué)檢測器142以光學(xué)方式耦合到第一父mach-zehnder調(diào)制器114的輸出。第一光學(xué)檢測器142檢測由第一父mach-zehnder調(diào)制器114利用第一極化產(chǎn)生的qpsk信號。第二光學(xué)檢測器144以光學(xué)方式耦合到第二父mach-zehnder調(diào)制器128的輸出。第二光學(xué)檢測器144檢測由第二父mach-zehnder調(diào)制器128利用第二極化產(chǎn)生的qpsk信號。第一和第二光學(xué)檢測器142、144可以是任何類型的光學(xué)檢測器，只要該檢測器具有希望的光電轉(zhuǎn)換帶寬即可。例如，第一和第二光學(xué)檢測器142、144可以是具有至少1ghz的光電帶寬并且具有至少0.05％的光電耦合效率的pin光電探測器。在某些實施例中，第三光電探測器146能夠以光學(xué)方式耦合到dp-qpsk光學(xué)調(diào)制器102的輸出。所述另外的第三光電探測器146可被用于鎖定穩(wěn)定用于產(chǎn)生雙極化信號的可變極化旋轉(zhuǎn)器140。從而，本教導(dǎo)的光學(xué)發(fā)射器的一個特征是使用可被內(nèi)置到光學(xué)調(diào)制器中的光電探測器來直接/間接檢測ac項。

本教導(dǎo)的一個方面是實現(xiàn)用于穩(wěn)定和跟蹤dp-qpsk光學(xué)調(diào)制器102的各種工作點的各種模擬處理器和數(shù)字控制器的硬件和軟件。各種模擬和數(shù)字控制器可以是純積分控制器或者可以是比例積分控制器。這些控制器是計算作為測量的過程變量和希望的設(shè)置點之差的“誤差”值的反饋控制器。這些控制器嘗試通過調(diào)整過程控制輸入來使誤差最小化。比例積分控制器可以工作在比例模式、積分模式或比例積分模式。

偏置控制電路包括用于每個極化的模擬信號處理器104、104′和微處理器106、106′。在這個實施例中，兩個微處理器106、106′被用于控制。然而，在其它實施例中，可以僅使用一個微處理器。模擬信號處理器104包括以電氣方式連接到第一光電探測器142的輸出的模擬輸入。類似地，模擬信號處理器104′包括以電氣方式連接到第二光電探測器142的輸出的模擬輸入。模數(shù)轉(zhuǎn)換器105、105′將來自模擬處理器104、104′的輸出信號轉(zhuǎn)換成能夠由微處理器106、106′處理的數(shù)字信號。微處理器106、106′均具有以電氣方式連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器148、148′、150、150′、152、152′的三個數(shù)字輸出。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器148、148′、150、150′、152、152′的輸出耦接到相應(yīng)的加法器電路156、156′、158、158′、160、160′的輸入。產(chǎn)生導(dǎo)頻音信號的導(dǎo)頻音產(chǎn)生器154、154′的輸出以電氣方式連接到加法器電路156、156′、158、158′、160、160′的另一輸入。加法器電路156、156′、158、158′、160、160′的輸出以電氣方式連接到差分放大器162、162′、164、164′、166、166′的各自的輸入。每個差分放大器162、162′、164、164′、166、166′包括以電氣方式連接到相應(yīng)的子或父mach-zehnder調(diào)制器的偏置輸入的輸出和反相輸出，如圖1中所示。也就是說，每個子和父mach-zehnder調(diào)制器由相應(yīng)的差分放大器的輸出和反相輸出偏置以增加輸出電壓擺幅，以便滿足壽命終期(end-of-life)的驅(qū)動電壓要求。

更一般地講，包括模擬信號處理器104、104′和微處理器106、106′的偏置控制電路具有以電氣方式連接到第一和第二光學(xué)檢測器142、144的各自的輸出的第一和第二輸入。第一和第二輸出以電氣方式耦接到第一父mach-zehnder調(diào)制器114的第一和第二子mach-zehnder調(diào)制器116、120各自的偏置輸入。第三輸出以電氣方式耦接到第一父mach-zehnder調(diào)制器114的相位偏置輸入。第四和第五輸出以電氣方式耦接到第二父mach-zehnder調(diào)制器128的第一和第二子mach-zehnder調(diào)制器130、134各自的偏置輸入。第六輸出以電氣方式耦接到第二父mach-zehnder調(diào)制器128的相位偏置輸入。在包括以光學(xué)方式耦合到外mach-zehnder調(diào)制器108的輸出的第三光電探測器146的實施例中，第三光學(xué)檢測器146的輸出以電氣方式連接到偏置控制電路149的輸入，偏置控制電路149進而連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器107。

本教導(dǎo)的偏置控制電路可以包括許多不同部件，諸如產(chǎn)生與由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146產(chǎn)生的dc光電流對應(yīng)的電壓的模擬處理器104、104′。偏置控制電路可以包括將由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146響應(yīng)于調(diào)制的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的ac電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。微處理器106、106′或其它數(shù)字處理器獲取信號以確定穩(wěn)定光學(xué)發(fā)射器的偏置信號。在某些實施例中，根據(jù)本教導(dǎo)的偏置控制電路響應(yīng)于由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146檢測到的dc和ac信號兩者而產(chǎn)生電信號。偏置控制電路監(jiān)測由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146接收的由導(dǎo)頻音產(chǎn)生器154、154′產(chǎn)生的導(dǎo)頻音信號，然后響應(yīng)于監(jiān)測的導(dǎo)頻音在至少一個輸出上產(chǎn)生順序地穩(wěn)定至少一些mach-zehnder調(diào)制器的偏置控制信號。

對于dp-qpsk操作，第一和第二父mach-zehnder調(diào)制器114、128被正交地偏置以在由對應(yīng)子mach-zehnder調(diào)制器116和120、130和134產(chǎn)生的信號之間建立π/2相移，以使得第一父mach-zehnder調(diào)制器114利用第一極化產(chǎn)生qpsk信號并且第二父mach-zehnder調(diào)制器128利用第二極化產(chǎn)生qpsk信號。

偏置控制信號還響應(yīng)于由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146產(chǎn)生的信號來穩(wěn)定產(chǎn)生的dp-qpsk信號。在各種工作模式下，偏置控制電路產(chǎn)生將第一和第二父mach-zehnder調(diào)制器114、128穩(wěn)定于正交點或使由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146檢測到的dc和ac信號最小化的最小傳輸點的電信號。在其它實施例中，偏置控制電路產(chǎn)生抑制施加于偏置信號的導(dǎo)頻音的基波或使施加于偏置信號的導(dǎo)頻音的基諧波最小化的電信號。此外，偏置控制電路在至少一個輸出上產(chǎn)生使由第一、第二和第三光學(xué)檢測器142、144和146中的至少一個產(chǎn)生的平均dc光電流最大化的電信號。

圖1的發(fā)射器100中的光學(xué)調(diào)制器結(jié)構(gòu)對兩個父mach-zehnder調(diào)制器114、128和四個子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134的各種工作偏置點非常敏感，并且這些工作偏置點對環(huán)境變化(諸如溫度)敏感。為了建立對于溫度穩(wěn)定的在100gb/s以上的數(shù)據(jù)速率工作的可靠光學(xué)發(fā)射器，將會通常需要如這里所述由微處理器控制的自動調(diào)制器偏置控制電路。本教導(dǎo)的一個方面在于：本教導(dǎo)的光學(xué)發(fā)射器包括執(zhí)行兩個父mach-zehnder調(diào)制器114、128和四個子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134的各種偏置點的自動鎖定穩(wěn)定的模擬和數(shù)字信號處理。

為了實現(xiàn)dp-qpsk調(diào)制器的時分復(fù)用(tdm)鎖定穩(wěn)定，使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器以導(dǎo)頻音的基頻的至少20倍的速率直接對同步乘法器的輸出進行采樣。這個采樣的信號在微處理器106、106′中被以數(shù)字方式處理以實現(xiàn)數(shù)字控制器，該數(shù)字控制器是積分、比例或比例積分控制器。數(shù)字環(huán)路控制器的輸出隨后被引導(dǎo)至相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出由驅(qū)動嵌入在使用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器的dp-qpsk調(diào)制器中的相應(yīng)的子或父mzm的差分驅(qū)動放大器放大。

圖2表示在結(jié)合圖1描述的根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器100的偏置控制電路中使用的模擬信號處理器200的一個實施例。參照圖1和2，在根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器100中使用兩個模擬信號處理器。第一模擬信號處理器104具有以電氣方式連接到第一光電探測器142的輸出的輸入，并且第二模擬信號處理器104′具有以電氣方式連接到第二光電探測器144的輸出的輸入。從而，第一光電探測器142檢測x極化qpsk信號，并且第二光電探測器144檢測y極化qpsk信號。下面對硬件和操作的方法的描述是針對模擬信號處理器104、104′之一。然而，應(yīng)該理解，對于另一模擬信號處理器，硬件和操作的方法是相同的。

光電探測器142結(jié)束于50歐姆阻抗202。本教導(dǎo)的一個方面是使用電流鏡204，電流鏡204反映用于檢測每個極化的qpsk調(diào)制信號的光電探測器的dc光電流。電流鏡電路204以電氣方式與光電探測器142串聯(lián)連接。電流鏡電路204產(chǎn)生反映流經(jīng)光電探測器142的dc光電流的dc電流。電流鏡電路204準確地監(jiān)測每個極化的光電探測器的平均dc光電流。然后，從參考電壓減去與這個光電流對應(yīng)的電壓，并且所獲得的電壓差被反饋回至具有直接檢測的ac項的同步乘法器以用于鎖定穩(wěn)定四個子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130和134。電流鏡204的輸出是作為每個極化的兩個調(diào)制的dpsk信號之間的干擾的x或y極化qpsk信號的誤差信號的dc部分。

本教導(dǎo)的另一方面是通過在光電探測器142后面跟隨用于每個極化的高速電子放大器206和包絡(luò)檢測器208來使用ac誤差項的間接檢測。每當父mach-zehnder調(diào)制器114、128被鎖定穩(wěn)定于它們的對應(yīng)正交點時，包絡(luò)檢測器208被接通和斷開。包絡(luò)檢測器208的dc輸出電壓以及它的ac對應(yīng)部分被反饋回至同步乘法器。更具體地講，光電探測器142的輸出以電氣方式連接到高速放大器206，高速放大器206放大誤差信號的ac部分。高速放大器206具有足夠高的帶寬以使ac誤差信號信息通過。例如，對于100ghz數(shù)據(jù)傳輸，高速放大器206的帶寬應(yīng)該是至少一個1ghz。另外，高速放大器208的耦合效率應(yīng)該足夠高以使足夠的信號通過，以使得該信號能夠由模擬信號處理硬件處理。

高速放大器206的輸出以電氣方式連接到開關(guān)210，開關(guān)210選擇包絡(luò)檢測器208或低通濾波器212以用于進一步處理。開關(guān)210由微處理器106控制。在第一開關(guān)位置，開關(guān)210選擇通過包絡(luò)檢測器208的第一信號路徑214以處理檢測到的x或y極化qpsk信號從而穩(wěn)定相位。在第一開關(guān)位置，開關(guān)210選擇通過低通濾波器212的第二信號路徑216以穩(wěn)定子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130和134中的每一個。

在第一信號路徑214中，檢測到的x、y極化qpsk信號經(jīng)過包絡(luò)檢測器208。包絡(luò)檢測器208是檢測由輸入信號攜帶的dc和ac功率的rf峰值檢測器，諸如二極管峰值檢測器。包絡(luò)檢測器208使誤差信號的dc和ac部分都通過。包絡(luò)檢測器208的帶寬被選擇為足夠高以使包括導(dǎo)頻音的誤差信號的ac部分通過。例如，在以100gb/s傳輸數(shù)據(jù)的某些系統(tǒng)中，包絡(luò)檢測器208的帶寬是至少一個1mhz。

誤差信號的dc和ac部分隨后經(jīng)過第二低通濾波器218，第二低通濾波器218被選擇為僅使該信號的dc部分通過。例如，第二低通濾波器218可以是基本上僅使dc誤差信號通過的100hz低通濾波器。另外，第二開關(guān)220在位于第一位置時將10khz帶通濾波器222耦接到包絡(luò)檢測器208的輸出，以使得它僅使包括導(dǎo)頻音信號的10khz頻帶中的ac誤差信號通過。第二開關(guān)220也由微處理器106控制。

在第二信號路徑216中，檢測到的x、y極化qpsk信號經(jīng)過低通濾波器212。在一個實施例中，低通濾波器212是使誤差信號的dc部分和1mhz以下的誤差信號的ac部分通過的1mhz低通濾波器。第二開關(guān)220在位于第二位置時以電氣方式連接第二信號路徑216中的10khz帶通濾波器222。10khz帶通濾波器222僅使包括導(dǎo)頻音信號的10khz頻帶中的誤差信號通過。

加法器電路224被用于根據(jù)開關(guān)配置以各種方式組合來自電流鏡204、包絡(luò)檢測器208和低通濾波器212的信號。加法器電路224包括以電氣方式連接到第三開關(guān)226的輸出的第一輸入，第三開關(guān)226在100hz低通濾波器218和電流鏡204的輸出之間進行選擇。加法器電路224的第二輸入以電氣方式連接到10khz帶通濾波器222的輸出，10khz帶通濾波器222以電氣方式連接到第二開關(guān)220的輸出。

加法器電路224的輸出以電氣方式連接到乘法器228的第一輸入。導(dǎo)頻音產(chǎn)生器154的輸出以電氣方式連接到在時間上延遲導(dǎo)頻音信號的延遲網(wǎng)絡(luò)232。延遲網(wǎng)絡(luò)232的輸出以電氣方式連接到乘法器228的第二輸入。調(diào)整由延遲網(wǎng)絡(luò)232產(chǎn)生的延遲，以使得在導(dǎo)頻音頻率處僅檢測誤差。乘法器228的輸出以電氣方式連接到結(jié)合圖1的光學(xué)發(fā)射器描述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器105。

為了穩(wěn)定發(fā)射器100的相位，第一開關(guān)210選擇第一信號路徑214，其中第二開關(guān)220以電氣方式將10khz帶通濾波器222連接到包絡(luò)檢測器208的輸出并且第三開關(guān)226以電氣方式將100hz低通濾波器218連接到加法器電路224的第一輸入。加法器電路224組合利用100hz低通濾波器218濾波的由包絡(luò)檢測器208檢測到的信號的dc部分與利用10khz帶通濾波器222濾波的由包絡(luò)檢測器208檢測到的信號的ac部分。乘法器228將寬帶干擾噪聲與延遲的參考導(dǎo)頻音信號相乘以使檢測到的導(dǎo)頻音與寬帶干擾噪聲的其余部分分離。模數(shù)轉(zhuǎn)換器105將相乘的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以使得它能夠由微處理器106處理。在一些操作方法中，每當從第一信號路徑214切換到第二信號路徑216時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器105的輸出由微處理器106處理。

圖3表示以dbm為單位的ac光電探測器輸出功率302和以毫安為單位的dc光電探測器輸出電流304的曲線圖300，這兩者均作為施加于子mach-zehnder調(diào)制器的dc電壓的函數(shù)。這些曲線圖300表示本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器的子mach-zehnder調(diào)制器的希望的偏置條件。當施加于mach-zehnder調(diào)制器的偏置電壓從零增加至20伏特時出現(xiàn)ac光電探測器輸出功率的三個ac最小值。當出現(xiàn)最大傳輸并且光電探測器的dc輸出電流處于最大值時，出現(xiàn)第一和第三ac最小值。當mach-zehnder調(diào)制器偏置電壓處于2和15伏特時，出現(xiàn)光電探測器的輸出電流是最大值的最大傳輸?shù)钠脳l件。當出現(xiàn)最小傳輸并且光電探測器的輸出電流處于最小值時，第二ac最小值出現(xiàn)在大約7伏特。對于最小傳輸，調(diào)制器的輸出功率為大約-30db。每個mach-zehnder調(diào)制器在它們的最小傳輸點被偏置，在最小傳輸點處它們處于dc截止狀況。也就是說，調(diào)制器被偏置，以使得不存在驅(qū)動調(diào)制器的nrz信號。

作為施加于子mach-zehnder調(diào)制器的dc電壓的函數(shù)的以dbm為單位的ac光電探測器輸出功率302和以毫安為單位的dc光電探測器輸出電流304的曲線圖300顯示：如果發(fā)射器僅監(jiān)測ac導(dǎo)頻音，則發(fā)射器可以鎖定在第一或第三ac最小值上，而非第二ac最小值。因此，必須針對每個極化同時監(jiān)測ac導(dǎo)頻音和dc光電流以確定四個子mach-zehnder調(diào)制器中的每個子mach-zehnder調(diào)制器的正確偏置點穩(wěn)定。

從而，圖3中示出的曲線圖300的特性表示：為了將子mach-zehnder調(diào)制器偏置穩(wěn)定于最小傳輸，需要既抑制導(dǎo)頻音的基諧波(ac)又確保當nrz信號利用2vπ的峰峰電壓擺幅驅(qū)動相應(yīng)的子mach-zehnder調(diào)制器時光電探測器的平均dc光電流處于它的最大值(dc)以用于合適的鎖定穩(wěn)定。在理論上，可以僅使用ac項，但隨后dc電壓范圍必須被限制，否則偏置穩(wěn)定方案將使調(diào)制器處于其中ac項再一次經(jīng)過它的最小值的最大傳輸?shù)狞c。然而，為了滿足100gb/sdp-qpsk調(diào)制器的壽命終期dc偏置電壓要求，工作的dc偏置電壓范圍不能被限制。因此，需要在執(zhí)行子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130和134的鎖定穩(wěn)定的同時既監(jiān)測ac項又監(jiān)測dc項。

圖4表示以dbm為單位的包絡(luò)檢測器208的ac輸出功率402和以伏特為單位的包絡(luò)檢測器的dc輸出電壓404的曲線圖400，這兩者均作為施加于父mach-zehnder調(diào)制器的dc偏置電壓的函數(shù)。這些曲線圖402、404表示本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器的父mach-zehnder調(diào)制器的希望的偏置條件。包絡(luò)檢測器的ac輸出功率的曲線圖402是針對導(dǎo)頻音信號的。為了穩(wěn)定父mach-zehnder調(diào)制器的相位，包絡(luò)檢測器208的ac和dc輸出必須都處于最小值。從而，根據(jù)曲線圖402、404，為了穩(wěn)定父mach-zehnder調(diào)制器的相位，dc偏置電壓應(yīng)該被鎖定在4、11或17伏特。

作為施加于父mach-zehnder調(diào)制器的dc電壓的函數(shù)的以dbm為單位的包絡(luò)檢測器208的ac輸出功率402和以伏特為單位的包絡(luò)檢測器的dc輸出404的曲線圖400顯示：如果發(fā)射器僅監(jiān)測ac導(dǎo)頻音，則發(fā)射器會鎖定在錯誤的正交點上，并且因此鎖定在在100gb/s光學(xué)發(fā)射器的輸出的調(diào)制的數(shù)據(jù)的極性上。也就是說，必須同時監(jiān)測包絡(luò)檢測器208的dc和ac輸出以確定正確偏置穩(wěn)定點，以使得父mach-zehnder調(diào)制器被穩(wěn)定于它們各自的正交點。

從而，兩個父mach-zehnder調(diào)制器114、128在正交點被偏置以在由對應(yīng)的兩個子mach-zehnder調(diào)制器116和120、130和134產(chǎn)生的兩個psk信號之間獲得合適的90度光學(xué)相移從而產(chǎn)生x和y極化中的每個極化的qpsk信號。為了將兩個父mach-zehnder調(diào)制器114、128偏置穩(wěn)定于正交點，需要使由包絡(luò)檢測器208產(chǎn)生的測量兩個調(diào)制的psk信號之間的干擾的dc信號最小化。當這兩個psk信號按照每個極化以相位正交被組合(希望的qpsk信號)時，干擾處于最小值。此外，需要抑制由包絡(luò)檢測器間接地檢測的導(dǎo)頻音的基諧波(ac)。原則上，可以僅監(jiān)測由包絡(luò)檢測器產(chǎn)生的dc電壓以偏置穩(wěn)定父mach-zehnder調(diào)制器114、128，但隨后工作的dc電壓范圍必須被限制，這是不希望的，因為裝置將會不滿足100gb/s光學(xué)調(diào)制器的壽命終期要求。因此，需要在執(zhí)行父mach-zehnder調(diào)制器的鎖定穩(wěn)定的同時既監(jiān)測dc項又監(jiān)測ac項。

圖5表示穩(wěn)定執(zhí)行切換以及實現(xiàn)數(shù)字環(huán)路控制器的根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器以偏置穩(wěn)定高數(shù)據(jù)速率光學(xué)調(diào)制器(諸如100gb/sdp-qpsk光學(xué)調(diào)制器)的方法的一個實施例的流程圖500。在許多工作模式下，四個個體子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130和134分別被鎖定穩(wěn)定在產(chǎn)生四個psk信號的偏置點。此外，兩個父mach-zehnder調(diào)制器114、128被鎖定穩(wěn)定在產(chǎn)生用于傳輸?shù)碾p極化qpsk(pd-qpsk)信號的偏置點。使用六個不同比例積分環(huán)路控制器切換時分復(fù)用被用于偏置穩(wěn)定。

參照圖1、2、5和6，在根據(jù)本教導(dǎo)的方法的第一步驟502中，模擬信號處理器104被初始化，其中配置模擬和數(shù)字輸入和輸出。在第二步驟504中，啟動偏置穩(wěn)定算法以獲取dp-qpsk調(diào)制器的相關(guān)穩(wěn)定偏置點。在初始獲取循環(huán)中，dp-qpsk調(diào)制器被使用時分復(fù)用數(shù)字環(huán)路控制器鎖定穩(wěn)定達至少十次循環(huán)。也就是說，確定接下來應(yīng)該根據(jù)圖6的偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法600穩(wěn)定什么子或父mach-zehnder調(diào)制器。例如，該方法可以首先穩(wěn)定x極化中的第一(i)子mach-zehnder調(diào)制器，然后穩(wěn)定x極化中的第二(q)子mach-zehnder調(diào)制器，然后穩(wěn)定x極化中的父mach-zehnder調(diào)制器，然后穩(wěn)定y極化中的第一(i)子mach-zehnder調(diào)制器，然后穩(wěn)定y極化中的第二(q)子mach-zehnder調(diào)制器，然后穩(wěn)定y極化中的父mach-zehnder調(diào)制器。在這里描述的某些實施例中，順序地穩(wěn)定子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134以及父mach-zehnder調(diào)制器114和128中的每一個。然而，在根據(jù)本教導(dǎo)的其它設(shè)備和方法中，同時穩(wěn)定x極化和y極化中的子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134以及父mach-zehnder調(diào)制器114和128中的至少一些。

現(xiàn)在參照圖6，圖6是根據(jù)本教導(dǎo)的偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法。第一步驟601將極化開關(guān)設(shè)置為“1”(“1”用于x極化并且“2”用于y極化)。第二步驟602將信道開關(guān)設(shè)置為待穩(wěn)定的用于i子mzm的“1”、用于q子mzm的“2”和用于父mzm的“3”。第三步驟603確定x極化或y極化qpsk中的哪個mach-zehnder調(diào)制器需要被穩(wěn)定。x極化的第一(i)子mach-zehnder調(diào)制器604在模擬信號處理器104中被使用第二信號路徑216穩(wěn)定。第四步驟606在模擬信號處理器104中使用第二信號路徑216穩(wěn)定x極化的第二(q)子mach-zehnder調(diào)制器。第五步驟608在模擬信號處理器104中使用第一信號路徑214穩(wěn)定x極化的父mach-zehnder調(diào)制器114。隨后針對y極化重復(fù)這種方法。

第六步驟610在模擬信號處理器104′中使用第二信號路徑216穩(wěn)定y極化的第一(i)子mach-zehnder調(diào)制器130。第七步驟612在模擬信號處理器104′中使用第二信號路徑216穩(wěn)定y極化的第二(q)子mach-zehnder調(diào)制器134。第八步驟614在模擬信號處理器104′中使用第一信號路徑214穩(wěn)定y極化的父mach-zehnder調(diào)制器128。

在每個步驟之后，在步驟616中切換模數(shù)信號處理器104、200以及控制用于父和子mach-zehnder調(diào)制器的偏置控制電路的微處理器106的狀態(tài)。在獲取操作模式下，利用偏置穩(wěn)定用于x和y極化中的每個極化的三個mach-zehnder調(diào)制器(兩個子和一個父mach-zehnder調(diào)制器)的dp-qpsk調(diào)制器的方法600來執(zhí)行穩(wěn)定。隨后針對所有子和父mach-zehnder調(diào)制器穩(wěn)定，將該處理重復(fù)10次(圖5中的步驟506)。

第四步驟508是用于確定是否所有mach-zehnder調(diào)制器被使用偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法600進行了穩(wěn)定的判定步驟。如果任何mach-zehnder調(diào)制器由于某種原因而不能被穩(wěn)定，則在步驟510中發(fā)出獲取錯誤。如果所有子和父mach-zehnder調(diào)制器被穩(wěn)定于它們各自的點，則在跟蹤操作模式下重復(fù)該方法。在跟蹤操作模式下，如結(jié)合偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法600所述，基于時分復(fù)用連續(xù)地穩(wěn)定子和父mach-zehnder調(diào)制器的各偏置點。

在跟蹤操作模式的第一步驟512中，執(zhí)行結(jié)合圖6描述的偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法600。確定接下來應(yīng)該跟蹤什么子或父mach-zehnder調(diào)制器。例如，該方法可以首先跟蹤x極化中的第一(i)子mach-zehnder調(diào)制器，然后跟蹤x極化中的第二(q)子mach-zehnder調(diào)制器，然后跟蹤x極化中的父mach-zehnder調(diào)制器，然后跟蹤y極化中的第一(i)子mach-zehnder調(diào)制器，然后跟蹤y極化中的第二(q)子mach-zehnder調(diào)制器，然后跟蹤y極化中的父mach-zehnder調(diào)制器。在這里描述的某些實施例中，順序地跟蹤子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134以及父mach-zehnder調(diào)制器114和128中的每一個。然而，在根據(jù)本教導(dǎo)的其它設(shè)備和方法中，同時在x極化和y極化中跟蹤子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134以及父mach-zehnder調(diào)制器114和128中的至少一些。

在跟蹤操作模式的第二步驟514中，執(zhí)行判定步驟以確定是否所有四個子和兩個父mach-zehnder調(diào)制器都是穩(wěn)定的。如果不能針對任何一個或多個mach-zehnder調(diào)制器各自的偏置點來跟蹤所述任何一個或多個mach-zehnder調(diào)制器，則在步驟516中發(fā)出跟蹤錯誤。

在跟蹤操作模式下，每當集成可調(diào)諧激光器組件的工作波長由網(wǎng)絡(luò)改變時，父mach-zehnder調(diào)制器的光學(xué)相位需要被重置。為了方便實現(xiàn)這一點，調(diào)制器偏置穩(wěn)定算法在第三步驟518中讀取調(diào)制器偏置重置輸入一次。在第四步驟520中，根據(jù)調(diào)制器偏置重置輸入的邏輯狀態(tài)做出判定。如果調(diào)制器偏置重置輸入處于邏輯“0”，則按照跟蹤操作模式執(zhí)行在步驟512中執(zhí)行的偏置穩(wěn)定dp-qpsk調(diào)制器的方法600。如果調(diào)制器偏置重置輸入處于邏輯“1”，則光學(xué)發(fā)射器的偏置控制電路自動地重置在第一和第二極化中產(chǎn)生qpsk信號的第一和第二父mach-zehnder調(diào)制器的對應(yīng)相位，以響應(yīng)于可調(diào)諧dp-qpsk光學(xué)發(fā)射器的工作波長的變化正確地設(shè)置λ/4相差。此外，子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134對dc偏置具有小的波長依賴性。每次波長改變時，子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130、134的偏置信號也可以被重置。另外，微處理器可以被編程為補償這種波長依賴性。一旦數(shù)字環(huán)路控制器被重置，則調(diào)制器偏置穩(wěn)定算法自動地切換到獲取操作模式。

圖7a表示根據(jù)本教導(dǎo)的用于dp-qpsk發(fā)射器的實驗測試設(shè)備700。實驗測試設(shè)置設(shè)備700被設(shè)計為表示利用根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk發(fā)射器和偏置控制電路產(chǎn)生的100gb/sdp-qpsk信號的特征。實驗測試設(shè)備700包括集成可調(diào)諧激光源702，集成可調(diào)諧激光源702在它的輸出產(chǎn)生cw光功率?？烧{(diào)諧激光源702的輸出以光學(xué)方式耦合到根據(jù)本教導(dǎo)的dp-qpsk調(diào)制器704(諸如結(jié)合圖1描述的dp-qpsk調(diào)制器108)的輸入。

625mhz參考時鐘706被用于驅(qū)動復(fù)用器708，復(fù)用器708產(chǎn)生四個25gb/s信號，所述四個25gb/s信號驅(qū)動四個單端調(diào)制器驅(qū)動放大器710，所述四個單端調(diào)制器驅(qū)動放大器710進而驅(qū)動如結(jié)合圖1的光學(xué)發(fā)射器所述的四個子mach-zehnder調(diào)制器116、120、130和134的rf輸入。參考時鐘706具有數(shù)據(jù)速率的1/40的時鐘速率。dp-qpsk調(diào)制器704的輸出以光學(xué)方式連接到放大調(diào)制的pd-qpsk光學(xué)信號的edfa712。edfa712的輸出以光學(xué)方式連接到可變光學(xué)衰減器714，可變光學(xué)衰減器714將調(diào)制的光學(xué)信號衰減至適合由示波器716監(jiān)測的水平。可變光學(xué)衰減器714的輸出以光學(xué)方式耦合到示波器716，示波器716顯示x、y極化qpsk調(diào)制光學(xué)信號和組合dp-qpsk光學(xué)信號的眼圖。

圖7b表示作為使用在圖7a中示出的用于dp-qpsk發(fā)射器的實驗測試設(shè)置設(shè)備產(chǎn)生的x和y極化qpsk信號和組合dp-qpsk信號的眼圖的實驗結(jié)果。第一眼圖750顯示y極化的25gb/sqpsk信號。第二眼圖752顯示x極化的25gb/sqpsk信號。第三眼圖754顯示具有四個水平的復(fù)用dp-qpsk信號。

等同物

盡管結(jié)合各種實施例描述了申請人的教導(dǎo)，但申請人的教導(dǎo)不應(yīng)該局限于這些實施例。相反地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，申請人的教導(dǎo)包括可在不脫離本教導(dǎo)的精神和范圍的情況下對其做出的各種替代物、變型和等同物。