專利名稱：降低雙向光連接中的串擾的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在用于同時的雙向光傳輸?shù)耐ㄓ嵾B接中降低串擾的方法和設備。
如果所需的光器件、激光發(fā)射機和光探測器能夠單片集成在一個共用半導體襯底上，且如果通訊連接只需要使用單根光纖，即不使用光纖對，那么將可以顯著地降低用戶訪問設備的成本。這種設備已經(jīng)制作出來，但是受到兩個雙向信息流之間的串擾的限制。這些設備中的串擾源包括，例如在光探測器中對發(fā)射光的不期望的吸收或電吸收，在激光器和光探測器之間的電泄漏。
多年以來，已經(jīng)提出并展示了在單根光纖上進行全雙工傳輸?shù)亩喾N設備和系統(tǒng)。如果將已知的調(diào)制信號從差分信號中去除，那么利用分布式布拉格反射激光器作為自差激光收發(fā)機，可以實現(xiàn)全雙工40Mb／s頻移鍵控(FSK)傳輸，例如，見R．A．Linke，K．C．Reichmann，T．L．Koch，U．Koren(AT&T貝爾實驗室)“使用自差激光收發(fā)機的全雙工光傳輸(Full-duplex optical transmission using self-hetero-dyne laser transceivers)”，IEEE Photon．Technol．Lett．，vol．1，PP．278-280，1989。在另一個例子中，兩個終端均由單個半導體光放大器構成，中一個光放大器直接由數(shù)據(jù)調(diào)制，另一個由利用50Mb／s數(shù)據(jù)進行調(diào)制的320MHz的電子子載波驅(qū)動，例如見P．A．Andrekson，N．A．Olsson(AT&T貝爾實驗室)“使用激光放大器的全雙工光傳輸(Optical full-duplex transmission with diode laser amplifiers)”，J．Lightwave Tech．，vol．9，PP．737-740，1991。在這種結構中，可以在一定程度上避免兩個通道之間的串擾。盡管這兩種方案中的最大可用比特率固有地受與正向偏置激光器結構的載波動態(tài)特性有關的時間常數(shù)的限制，后一種方案還由于使用寬帶光源而受到在傳輸光纖中出現(xiàn)的色散的限制。在這兩種方案中，殘余串擾還是一個限制因素。依賴于電子子載波的光通訊系統(tǒng)的另一個實例，盡管本質(zhì)上不是雙向的，仍可以在半導體光放大器中對數(shù)據(jù)同時進行10Mb／s的傳輸和檢測和622Mb／s的光放大，例如見K．T．Koai，R．Olshansky(GTELaboratories Inc．)“使用在線半導體激光放大器同時進行光放大、檢測和傳輸(Simultaneous optical amplification，detection andtransmission using in-line semiconductor laser amplifiers)”，IEEEPhoton．Technol．Lett．，vol．4，PP．441-443，1992。還是在這種情況下，傳輸和檢測信號的比特率受到激光放大器的載波動態(tài)特性的限制。在利用更加復雜的光器件的條件下，即利用單模激光發(fā)射機和獨立的高速光探測器，可以部分地避免色散、速度和串擾的限制。在下列專利中描述了具有縱向集成激光器和光探測器部分的器件授予T．L．Koch，H．Kogelnik，U．Koren(AT&T貝爾實驗室)的US-A 5 031 188，5 144 637和GB-A2 243 720。
在另一種實現(xiàn)方案中，例如見W．Metzger，J．G．Bauer，P．Clemens，G．Heise，M．Klein，H．F．Mahlein，R．Matz，H．Michel，J．Rieger(Siemens AG)“存取網(wǎng)絡的光子集成收發(fā)機(Photonicintegrated transceiver for the access network)”，Proc．20thEuropeanConference on Optical Communication，post-deadline paper，PP．87-90，1994，激光源和監(jiān)測光探測器集成在一個波導支路內(nèi)，而接收光探測器集成在另一個波導支路內(nèi)；這兩個波導支路是通過波長選擇結構實現(xiàn)分立的。


圖1示例了用于同時雙向傳輸?shù)墓馔ㄓ嵾B接，它使用了上述類型的器件，其中與在兩個終端器件的各個部分中使用的半導體材料的能帶帶隙相對應的波長是以微米為單位標出的。盡管與前述方案相比，該器件具有一些優(yōu)點，但是它們的串擾太大，因為在兩個雙向通道之間的光和／或電泄漏無法忽略。終端可以用混合或單片集成的方法實現(xiàn)。為了實現(xiàn)這些系統(tǒng)，可以采用各種材料系，例如InGaAsP／InP和SiO2／Si。
為了降低前述的串擾，將提出一種方法和器件，其中在兩個方向上的傳輸是利用兩個不同的光波長以及兩個不同的電載波頻率實現(xiàn)的。在一個方向上的傳輸可以利用基帶傳輸，即零頻率電載波。重要應用包括基于光的用戶訪問系統(tǒng)和用于在各種信息處理系統(tǒng)例如計算機中進行光互連的系統(tǒng)。感興趣的是可以利用相對簡單的工藝制作這種系統(tǒng)的器件，以降低成本。在特定的應用中，還期望這些全雙工光連接能夠以高比特率工作。
圖1是用于同時雙向傳輸?shù)墓馔ㄓ嵾B接的簡圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的在電頻率域中下行流和上行流信號的可能位置的示例簡圖。
圖3是在連接的兩個終端上實現(xiàn)本發(fā)明電路的更加詳細的、但仍是非常簡單的方案。
在實現(xiàn)用于同時雙向光通訊的集成元件的上述實例中，激光器部分和光探測器部分集成在一個共用半導體襯底上，但其結構利用了對應于不同能帶帶隙的材料成份，如圖1，其中示出了用于同時雙向傳輸?shù)墓馔ㄓ嵾B接的簡圖。
在通訊連接的兩端需要稍微有所不同的元件，見圖1。在這些器件中的一個中，接收器光探測器的材料成份選擇為其對激光器部分發(fā)射的光基本上透明。而激光器部分發(fā)射的部分光將由接收光探測器部分吸收，由此產(chǎn)生了串擾。電子串擾也是一個限制因素。串擾也可以在另一端出現(xiàn)，其中該端的設計類似于剛剛描述的終端。在包括這兩個終端和將其連接起來的光纖的連接中，簡單的方法是將基帶信號用作下限流和上行流信號；但是，從串擾的觀點看，這種方案并沒有吸引力。另一方面，如果利用適當?shù)某Ｒ?guī)電子調(diào)制技術將這些信號中的一個的數(shù)據(jù)調(diào)制到電載波上，兩個信號可以在電頻率域的兩個本質(zhì)上不同的部分進行處理，如果電載波的頻率足夠大的話。這種情況，簡單地示例在圖2和圖3中，放寬了對單片光器件中的接收器-光探測器部分和激光器部分之間的可以接受的光和電子泄漏值的要求。
在圖2中，簡單地在電頻率域中示出了下行流和上行流信號的可能位置。虛線粗略地示出將在圖3中進一步討論的簡化低通濾波器(LPF)和帶通濾波器(BPF)的可能形狀。
在圖3中，在連接的兩端示出了更加詳細的，但仍是十分簡化的，本發(fā)明電路的實施方案。在左終端，1550nm的激光器部分2直接由將要傳送到右終端的比特流數(shù)據(jù)1調(diào)制。通過在1550nm的監(jiān)測器-光探測器部分1中直接檢測比特流來監(jiān)測激光器的輸出，然后在低通濾波器(LPF)7中進行電子濾波，以抑制另一通道產(chǎn)生的串擾。在穿過光纖17之后，處于1550nm波長的比特流數(shù)據(jù)1傳播穿過1300nm的激光器部分4和1300nm的監(jiān)測器-光探測器部分5，這兩部分對于1550nm的信號比特流基本上是透明的，然后該比特流直接由右終端中的1550nm的接收器-光探測器部分6檢測，并進行低通濾波以抑制另一通道引起的串擾。在右終端，信息數(shù)據(jù)2調(diào)制在由方框“電子調(diào)制”10表示的電載波上。所得的信號驅(qū)動1300nm的激光器部分4。激光器的輸出通過對在1300nm監(jiān)測器-光探測器部分5中檢測到的信號進行解調(diào)的方法進行監(jiān)測，這由方框“電子解調(diào)”11表示，并在帶通濾波器(BPF)12中進行濾波，以抑制另一通道引起的串擾。在穿過光纖17之后，通過相應的帶通濾波8和信號解調(diào)9可以獲得比特流數(shù)據(jù)2，這是由左終端中的1300nm接收器-光探測器部分3檢測到的。適當?shù)某Ｒ?guī)技術可以用于進行電子調(diào)制和解調(diào)，其細節(jié)未示出。應當強調(diào)的是這里沒有描述與所需同步或判決電路有關的細節(jié)。
由于上行和下行信號在電子域中是分開的，因此可以顯著地降低串擾，而不需要更好的、可能更加復雜的集成解決方案。在這兩個終端中，兩個雙向通道實際上在空間域、光波長域以及電頻率域是分離的，這按照降低串擾的觀點是有吸引力的。由比特率為100Mb／s，或更加準確的155Mb／s，SDH的STM-1的比特率足以滿足用戶的使用，所需的電載波也不必非常高。在這種情況下為顯著地降低串擾，1GHz量級的電載波就足夠了。引入1GHz的電載波頻率將影響系統(tǒng)成本，這是一個應當詳細研究的問題。注意系統(tǒng)也是可以以更高速度工作的，例如Gb／s范圍，因為可以實現(xiàn)具有幾十GHz量級帶寬的光探測器。因此，本結構利用相對簡單的光器件提供了全雙工光通訊連接，降低了兩個雙向通道之間的串擾，并具有相對較高的傳輸潛能。
權利要求
1．在用于同時雙向光傳輸?shù)耐ㄓ嵾B接中減低串擾的方法，特征在于兩個方向的傳輸利用兩種不同的光波長和兩種不同的電子載波頻率。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于一個方向的傳輸利用基帶傳輸，即零頻率電載波。
3．在用于同時雙向光傳輸?shù)耐ㄓ嵾B接中減低串擾的器件，包括用于產(chǎn)生電磁輻射、調(diào)制電磁輻射、對電磁輻射進行濾波、檢測電磁輻射、對電子信號進行濾波、調(diào)制電子信號、解調(diào)電子信號的結構、器件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，其特征在于前述裝置可以在兩個方向的傳輸中利用兩種不同的光波長和兩種不同的電載波頻率。
4．根據(jù)權利要求3的器件，特征在于一個方向的傳輸利用基帶傳輸，即零頻率電載波。
5．根據(jù)權利要求3或4的器件，其特征在于所述裝置提供在兩個終端中，它們均是混合集成的。
6．根據(jù)權利要求3或4的器件，其特征在于在兩個終端提供了所述裝置，它們均是單片集成的。
7．根據(jù)權利要求5的器件，其特征在于所述裝置提供在光子回路中，其中兩個終端中的每一個的光子回路都是混合集成的。
8．根據(jù)權利要求5或6的器件，其特征在于所述裝置提供在光子回路中，其中兩個終端中的每一個的光子回路都是單片集成的。
9．根據(jù)權利要求5、6、7或8的器件，其特征在于兩個終端中的每一個包括激光源(2，4)、監(jiān)測器光探測器(1，5)和接收器光探測器(3，6)。
10．根據(jù)權利要求9的器件，其特征在于激光源(2，4)、監(jiān)測器光探測器(1，5)和接收器光探測器(3，6)均是縱向集成的。
11．根據(jù)權利要求9的器件，特征在于激光源和監(jiān)測器光探測器縱向集成在一個光支路中，接收器光探測器集成在另一個光支路中。
12．根據(jù)權利要求11的器件，其特征在于兩個支路由波長選擇結構分離。
13．根據(jù)權利要求3-12中任一個的器件，其特征在于兩個終端中的每一個都是利用InGaAsP／InP材料系實現(xiàn)的。
14．根據(jù)權利要求3-13中任一個的器件，其特征在于兩個終端中的每一個的光電路都是利用波導和導波器件實現(xiàn)的。
15．根據(jù)權利要求3-14中任一個的器件，其特征在于用于兩個方向傳輸?shù)墓獠ㄩL分別在1．3μm和1．5μm附近。
全文摘要
本發(fā)明涉及在用于同時雙向光傳輸?shù)耐ㄓ嵾B接中降低串擾的方法和設備。為了降低串擾,可以利用兩種不同的光波長和兩種不同的電載波頻率。重要應用包括基于光的用戶訪問系統(tǒng)和在各種信息處理系統(tǒng)例如計算機中用于光互連的系統(tǒng)。
文檔編號H04B10/85GK1279848SQ9881147
公開日2001年1月10日 申請日期1998年11月5日 優(yōu)先權日1997年11月24日
發(fā)明者G·馬茨 申請人:艾利森電話股份有限公司