專利名稱:光濾波器端部引發(fā)的平頂啁啾的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及信號(hào)傳輸，更具體的，涉及光信號(hào)的傳輸。
背景技術(shù)：
數(shù)字發(fā)射機(jī)的質(zhì)量和性能由發(fā)射的數(shù)字信號(hào)在沒有嚴(yán)重失真的情況下能夠傳播的距離決定。這通常指色散極限達(dá)到約1dB的傳播距離。在標(biāo)準(zhǔn)的1550nm單模光纖中，在色散罰值達(dá)到約1dB之前，標(biāo)準(zhǔn)的10Gb/s光數(shù)字發(fā)射機(jī)(如外部調(diào)制源)能夠傳播約50km的距離。這個(gè)距離通常稱為色散極限。色散極限由數(shù)字信號(hào)是變換受限的基本假設(shè)確定，即信號(hào)的各個(gè)位不具有時(shí)變相位，信號(hào)的位周期為100ps，或者，對(duì)于10Gb/s的發(fā)射機(jī)，其位周期為1/(位速率)。
在丹尼爾·麥吉爾福特等人于2005年02月28號(hào)提交的、序列號(hào)為11/068032、標(biāo)題為“包含F(xiàn)M源和光譜整形組件的光系統(tǒng)(OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND ASPECTRAL RESHAPING ELEMENT)”的審理中的在先美國(guó)專利申請(qǐng)(卷宗號(hào)TAYE-31)和/或丹尼爾·麥吉爾福特等人于04年04月28號(hào)提交的、序列號(hào)為60/566060、標(biāo)題為“使用部分FM和AM調(diào)制的傳輸方法(METHOD OF TRANSMISSION USING PARTIAL FMAND AM MODULATION”的審理中的在先美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)(卷宗號(hào)TAYE-37 PROV)中，公開了一種基于AM信號(hào)的FM調(diào)制來產(chǎn)生色散容限得到增加的光信號(hào)的方法。此處通過引用將上述兩項(xiàng)專利申請(qǐng)并入本文之中。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是一種包含直接調(diào)制的激光器與隨后的光譜整形器(OSR)的新型發(fā)射機(jī)。馬薩諸塞州Wilmington的Azna LLC公司有時(shí)稱該發(fā)射機(jī)為啁啾管理激光器(CMLTM)。CMLTM的一個(gè)重要方面是產(chǎn)生具有平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線的AM信號(hào)，其中，相對(duì)于所述信號(hào)的強(qiáng)度曲線，所述頻率曲線具有較快的上升時(shí)間和下降時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容本文公開了通過使用由邊沿濾波器形成的光譜整形器將來自直接調(diào)制激光器(或其他FM源)的絕熱啁啾輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成平頂?shù)乃矔r(shí)頻率的設(shè)備和方法。在這方面，應(yīng)把平頂頻率曲線與絕熱頻率曲線區(qū)分開來；對(duì)于具有平頂啁啾的光信號(hào)，其強(qiáng)度曲線基本上由頻率曲線包圍，因此幾乎所有的強(qiáng)度曲線均具有相同的恒定頻率。相反，對(duì)于絕熱啁啾，強(qiáng)度和頻率具有幾乎相同的時(shí)間曲線。
在本發(fā)明的一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光信號(hào)源，該信號(hào)源適于產(chǎn)生二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)；和光譜整形器，適于接收調(diào)幅信號(hào)和在該信號(hào)發(fā)生0至1和1至0的過渡處改變信號(hào)的瞬時(shí)頻率，以改變?cè)撔盘?hào)的瞬時(shí)頻率，使得后者在1脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)基本為恒定。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于產(chǎn)生具有第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線的二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)；和光譜整形器，適于接收該信號(hào)和將上述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線變成第二種基本為平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于接收基帶信號(hào)和產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)幅的第一信號(hào)，該信號(hào)具有第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線；和OSR，適于將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)具有近于平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于接收基帶信號(hào)和產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)幅的第一信號(hào)；和OSR，適于將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成經(jīng)過調(diào)幅的第二信號(hào)，其中，該第二信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間比上述第一信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間短。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于接收基帶信號(hào)和經(jīng)過調(diào)幅的第一信號(hào)，該信號(hào)具有第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線和OSR，適于將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有第二瞬時(shí)頻率曲線的經(jīng)過調(diào)幅的第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)的幅值的上升時(shí)間和下降時(shí)間比所述第一信號(hào)的上升和下降時(shí)間短。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了一種用于通過光纖來發(fā)送信號(hào)的一種方法，該方法包括以下步驟
從上述信號(hào)產(chǎn)生第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)包括強(qiáng)度曲線和絕熱頻率曲線；從所述第二信號(hào)產(chǎn)生第三信號(hào)，其中，所述第三信號(hào)包括強(qiáng)度曲線和平頂?shù)念l率曲線。
通過以下的對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述(應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖一起考慮)，可以更完全地公開本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)、特征，其中，附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的部分。此外，在這些附圖中圖1的簡(jiǎn)圖示出了具有絕熱啁啾的脈沖(左)和具有平頂啁啾的脈沖(右)；圖2的簡(jiǎn)圖示出了一階OSR和輸入光信號(hào)的光譜位置；圖3的簡(jiǎn)圖示出了一階OSR之前和之后的純調(diào)幅的超高斯信號(hào)的相位和瞬時(shí)頻率；圖4的簡(jiǎn)圖示出了仿真結(jié)果和數(shù)據(jù)，這些結(jié)果和數(shù)據(jù)反映了光通過光纖傳播后藍(lán)移過渡區(qū)對(duì)濾波器的上升沿和下降沿的影響，插入的圖示出了光在具有17ps/nm/km的色散的光纖上傳播200km后測(cè)得的強(qiáng)度曲線；圖5的簡(jiǎn)圖示出了一階OSR之前和之后的絕熱啁啾高斯脈沖的脈沖形狀和瞬時(shí)頻率；該高斯絕熱啁啾在通過OSR后幾乎完全變?yōu)槠巾斍€；圖6的簡(jiǎn)圖示出了通過OSR后的脈沖的幅值和頻率曲線-單個(gè)位具有平頂啁啾，而1111位序列具有兔耳。
具體實(shí)施方式本發(fā)明包括一種設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法使用由邊沿濾波器形成的光譜整形器將來自直接調(diào)制激光器(或其他FM源)的絕熱啁啾輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成平頂?shù)乃矔r(shí)頻率。在這方面，應(yīng)將平頂頻率曲線與絕熱頻率曲線區(qū)分開；對(duì)于具有平頂啁啾的光信號(hào)，其強(qiáng)度曲線由頻率曲線包圍，因此幾乎所有強(qiáng)度曲線均具有相同的恒定頻率。相反，對(duì)于絕熱啁啾，其強(qiáng)度和頻率具有幾乎相同的時(shí)間曲線。如圖1所示。
讓具有絕熱啁啾的光脈沖通過光譜整形器(OSR)能將瞬時(shí)頻率變?yōu)榫哂休^短上升時(shí)間和下降時(shí)間的方形平頂曲線。為本發(fā)明的目的起見，術(shù)語OSR意指帶來與頻率有關(guān)的損耗以及能改變經(jīng)過調(diào)幅的輸入光信號(hào)的頻率曲線的無源(或有源)光組件。OSR的一個(gè)實(shí)例是具有線性傳輸區(qū)域、拐角和恒定傳輸區(qū)域的線性邊沿濾波器，如圖2中的實(shí)例所示。
OSR也可以將瞬時(shí)啁啾加入到信號(hào)中。將瞬時(shí)啁啾定義為頻率的突然變化(即頻率值在短期內(nèi)從f1變?yōu)閒1+δf然后又回到f1)。瞬時(shí)啁啾通常在位1至位0或位0至位1的過渡附近出現(xiàn)，且其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于位周期。瞬時(shí)啁啾或正(定義為藍(lán)移頻移)或負(fù)(定義為紅移頻移)。瞬時(shí)啁啾也可包括后接紅移分量的藍(lán)移分量，反之亦然(后接藍(lán)移分量的紅移分量)。
即使輸入信號(hào)未經(jīng)過FM調(diào)制(從而在通過OSR之前不存在啁啾)，OSR也適于引發(fā)這種啁啾修改。
與本發(fā)明有關(guān)的OSR是一種濾波器，它適于改變經(jīng)過調(diào)幅的輸入光信號(hào)的調(diào)頻的大小和形狀；而這稱為AM至FM的轉(zhuǎn)換。
OSR也適于改變經(jīng)過調(diào)頻的輸入信號(hào)的調(diào)幅；在業(yè)內(nèi)這稱為FM至AM的轉(zhuǎn)換。
OSR也適于用調(diào)幅和調(diào)頻技術(shù)來改變輸入光信號(hào)的調(diào)頻和調(diào)幅的幅值或形狀；這可稱為AM至FM與FM至AM的同時(shí)轉(zhuǎn)換。
直接調(diào)制激光器后的光信號(hào)具有絕熱啁啾，并且，該信號(hào)也可能具有瞬時(shí)啁啾。絕熱啁啾和瞬時(shí)啁啾與OSR的相互作用改變了通過OSR來進(jìn)行的FM至AM轉(zhuǎn)換的輸出的幅值。為將各種效應(yīng)分隔開來，我們考慮OSR的輸入為純AM輸入和純FM輸入這兩種情況，然后考慮這兩種情況的組合。
OSR的傳輸光譜可展開為頻域中的泰勒級(jí)數(shù)，其形式如下T(ω)＝α0+α1ω)+α2ω2+α3ω3+….
可以分別確定各項(xiàng)的影響。僅具有線性項(xiàng)的OSR稱為一階OSR，且對(duì)于高階項(xiàng)可以依此類推。然后，可以利用不同項(xiàng)的光譜成形性質(zhì)來設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)所需的光譜成形性質(zhì)的OSR。作為說明性實(shí)例，將考慮一階OSR。
這里，使用傅立葉變換定理來計(jì)算OSR對(duì)輸入光信號(hào)的影響?？紤]入射到一階OSR上的無啁啾(即純AM)光電場(chǎng)EB(t)＝A(t)exp(-iω0t)，其線性傳輸相對(duì)于光頻率的關(guān)系描述為T(ω)＝a+bω 對(duì)于(a-1)/b＜ω＜a/b(1)T(ω)＝1 對(duì)于ω＞(1-a)/bT(ω)＝0 對(duì)于ω＜-a/b這里A(t)是場(chǎng)的包絡(luò)，ω是載波頻率ωa的頻移。公式1描述了邊沿濾波器的一個(gè)實(shí)例。為簡(jiǎn)單起見，可假設(shè)整個(gè)輸入信號(hào)光譜處于一階光譜整形器的線性區(qū)域內(nèi)，如圖2所示。在這種情況下，OSR的時(shí)域脈沖響應(yīng)由公式(1)的傅立葉變換給出 該脈沖響應(yīng)決定了OSR對(duì)時(shí)域內(nèi)的輸入時(shí)變電場(chǎng)的作用。從傅立葉變換理論可知，OSR之后的光場(chǎng)包絡(luò)由邊沿濾波器脈沖響應(yīng)和輸入場(chǎng)的卷積給出EA(t)=aA(t)+ibddtA(t)---(3)]]>公式3以數(shù)學(xué)的形式描述了一階OSR(例如邊沿濾波器)對(duì)輸入電場(chǎng)的作用。邊沿濾波器將輸入場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的π/2相移(這里用復(fù)數(shù)符號(hào)表示，公式3中的i對(duì)應(yīng)π/2相移)與輸入場(chǎng)自身相加。如果用幅值和相位表示，則輸出場(chǎng)變?yōu)?br> EA(t)=a2A2(t)+b2A'2(t)exp(Θ(t)),---(4)]]>其中，相位Θ由下式給出Θ(t)=tan-1(bA'(t)aA(t))---(5)]]>相應(yīng)的瞬時(shí)頻率曲線是相位的負(fù)導(dǎo)數(shù)δω(t)=-dΘ(t)dt~-ba[A''(t)A(t)-A'2(t)A2t)].---(6)]]>因此，公式4是電場(chǎng)的包絡(luò)，公式6則是其在OSR輸出處的頻率曲線。公式4中平方根下的第二項(xiàng)是OSR對(duì)場(chǎng)幅值的貢獻(xiàn)；更高的斜率b使導(dǎo)數(shù)值增加得更多。這使得脈沖的前沿和后沿變得陡峭；因此OSR減少了OSR之后的幅值包絡(luò)的上升時(shí)間和下降時(shí)間。較高的OSR斜率導(dǎo)致了較短的上升時(shí)間和下降時(shí)間。
為了闡明OSR的影響，圖3示出了在一階OSR之前和之后的超高斯脈沖A(t)＝exp(-t8/τ8)的幅值和瞬時(shí)頻率。公式3-6用于計(jì)算輸出場(chǎng)的幅值和頻率曲線。在這個(gè)實(shí)例中，在OSR之前超高斯脈沖開始是變換受限的(如沒有啁啾)，因此其瞬時(shí)頻率曲線相對(duì)于載波為0。在OSR之后，圖3a示出脈沖的幅值在上升沿和下降沿附近有所增加，在這些地方，輸入包絡(luò)發(fā)生了變化。這傾向于減少幅值曲線的上升時(shí)間和下降時(shí)間。因此本例是讓輸入信號(hào)通過OSR來減少信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
這一特征在源(如DFB激光器)的帶寬相對(duì)于工作的位速率不足的情況下是有用的，且上述情況導(dǎo)致了這樣的眼圖在其中，與較長(zhǎng)的位“1”序列相比，各個(gè)位的位“1”幅值發(fā)生了變化。在這種情況下，使用具有高斜率的OSR可以減少上升時(shí)間和下降時(shí)間，增加各個(gè)“1”的位“1”幅值，使得它們與位“1”的較長(zhǎng)序列的幅值基本相等。而這又降低了背-背配置中的接收器處的誤碼率(BER)，其中，數(shù)字信號(hào)不通過光纖傳播便直接得到檢測(cè)。
更重要地，OSR可以改變輸出電場(chǎng)的瞬時(shí)頻率曲線。為本發(fā)明的目的起見，可以將其稱為光譜整形。關(guān)于OSR可以改變輸出電場(chǎng)的瞬時(shí)頻率曲線是本發(fā)明的一個(gè)重要方面。如圖3c所示，OSR將某些藍(lán)移瞬時(shí)頻率調(diào)制加入脈沖的上升沿和下降沿。在這個(gè)實(shí)例中，OSR保持脈沖頻率曲線的中間部分不變。OSR也在藍(lán)移瞬時(shí)啁啾的兩側(cè)引發(fā)了兩個(gè)更為尖銳的、能量較小的紅移瞬時(shí)波瓣。通過用輸出脈沖的歸一化幅值對(duì)瞬時(shí)頻率曲線進(jìn)行加權(quán)，可以注意到藍(lán)移和紅移旁瓣的相對(duì)能量，如圖3d所示。OSR引發(fā)的瞬時(shí)啁啾對(duì)于脈沖的上升沿和下降沿是對(duì)稱的。這與DFB激光器的固有瞬時(shí)啁啾形成了對(duì)比，在DFB激光器中，對(duì)于上升沿，瞬時(shí)啁啾發(fā)生藍(lán)移，而對(duì)于下降沿，它發(fā)生紅移。如下所述，本文稱為兔耳(如圖6所示)的脈沖邊沿處的對(duì)稱藍(lán)移瞬時(shí)啁啾對(duì)于將絕熱啁啾轉(zhuǎn)換成平頂啁啾是很重要的。
在這個(gè)實(shí)例中，脈沖下降沿的藍(lán)移瞬時(shí)區(qū)域有助于壓縮通過正色散光纖進(jìn)行傳播之后的脈沖。另一方面，脈沖下降沿的藍(lán)移過渡區(qū)域在通過正色散光纖進(jìn)行傳播后移入位“0”附近，而這可能造成符號(hào)間干擾。可在光纖傳播的仿真和試驗(yàn)結(jié)果中觀察到這些特征，如圖4所示。在這個(gè)試驗(yàn)中，對(duì)直接調(diào)制的DFB激光器進(jìn)行電流調(diào)制，以產(chǎn)生絕熱啁啾和2-3dB的幅值調(diào)制。其輸出通過2腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波器，使得激光的波長(zhǎng)接近該濾波器的傳輸曲線的最大斜率。該濾波器的高斜率用作OSR，如上所述。圖4的插入的圖示出了在具有17ps/nm/km的色散的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上傳播200km后的光信號(hào)。傳播之后下降沿的過沖是由OSR引發(fā)的藍(lán)移瞬時(shí)啁啾引起的。仿真和試驗(yàn)的結(jié)果均表明，上升沿產(chǎn)生了較小的紋波，該紋波開始干擾左側(cè)的位“0”。這也是由上述OSR導(dǎo)致的藍(lán)移瞬時(shí)啁啾引起的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)激光器的絕熱啁啾來控制脈沖間干擾，如丹尼爾·麥吉爾福特等人于2005年02月28日提交的、序列號(hào)為11/068032，標(biāo)題為“包含F(xiàn)M源和光譜整形組件的光系統(tǒng)(OPTICAL SYSTEMCOMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPINGELEMENT)”的審理中的在先美國(guó)專利申請(qǐng)(卷宗號(hào)TAYE-31)和/或丹尼爾·麥吉爾福特等人于2004年05月10號(hào)提交的、序列號(hào)為60/569768、標(biāo)題為“使用部分FM和AM調(diào)制的傳輸方法(METHODOF TRANSMISSION USING PARTIAL FM AND AMMODULATION)”的審理中的在先美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)(卷宗號(hào)TAYE-41 PROV)中所述，此處通過引用將這些專利申請(qǐng)并入本文中。
根據(jù)公式5和公式6，由OSR在輸出脈沖的邊沿產(chǎn)生的藍(lán)移瞬時(shí)分量的大小與一階OSR的斜率b和邊沿附近的幅值導(dǎo)數(shù)成正比。因此OSR的輸入的幅值曲線中的更快的上升時(shí)間和下降時(shí)間在OSR后產(chǎn)生了更大的瞬時(shí)啁啾值。且OSR之后的頻率曲線中的過渡的上升時(shí)間和下降時(shí)間也由OSR之前的幅值包絡(luò)的上升時(shí)間和下降時(shí)間決定。
因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是通過調(diào)節(jié)OSR的斜率來調(diào)節(jié)OSR之后的頻率曲線的上升時(shí)間和下降時(shí)間。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是通過調(diào)節(jié)OSR的斜率來調(diào)節(jié)由OSR引發(fā)的瞬時(shí)啁啾。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例是通過調(diào)節(jié)OSR之前的幅值曲線的上升時(shí)間和下降時(shí)間來調(diào)節(jié)由OSR引發(fā)的瞬時(shí)啁啾。
存在絕熱啁啾時(shí)的光譜成形OSR適于將具有絕熱啁啾的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成OSR的輸出處的具有平頂啁啾的信號(hào)?；旧希愿咚剐螤畹姆岛皖l率曲線開始，將由OSR引發(fā)的對(duì)稱藍(lán)移瞬時(shí)啁啾加入到輸入的絕熱啁啾，以在輸出處產(chǎn)生方形的頻率曲線。
當(dāng)OSR的輸入光場(chǎng)具有時(shí)變頻率(即啁啾)時(shí)，輸入場(chǎng)可以寫為EB(t)＝A(t)exp(-iω0t+iφ(t))。OSR的輸出場(chǎng)由OSR的脈沖響應(yīng)(公式2)和輸入場(chǎng)的卷積給出。其結(jié)果是EA(t)＝exp(iφ(t))[A(t)(a+bΔω(t))+ibA′(t)]， (7)其中Δω(t)=-dφ(t)dt---(8)]]>
是輸入場(chǎng)相對(duì)于載波頻率的瞬時(shí)頻移。根據(jù)公式7，OSR之后的輸出場(chǎng)是EA(t)=A2(t)(a+bΔω(t))2+b2A'2(t)exp(iφ(t)+iΘ(t)),---(9)]]>其中光相位由一階OSR修改成具有附加相位Θ(t)=tan-1(bA'(t)A(t)(a+bΔω(t))),---(10)]]>它在不存在輸入啁啾(即Δω＝0)的情況下即為公式5。此時(shí)，一階OSR之后的瞬時(shí)頻率曲線是輸入啁啾和OSR引發(fā)的部分之和ΔωA(t)=Δω(t)-ddt[tan-1(bA'(t)A(t)(a+bΔω(t)))].---(11)]]>考慮tan-1的自變量較小時(shí)的情形，公式11表明，一階OSR將與包絡(luò)的對(duì)數(shù)時(shí)間導(dǎo)數(shù)(logarithm time derivative)相關(guān)的頻移加入到OSR之前的初始啁啾。分母中的項(xiàng)bΔω(t)在一定程度上修改了加入的啁啾，但是如以下的實(shí)例所示，給定具有絕熱啁啾的輸入信號(hào)，OSR所得的輸出是近于平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線。
圖5示出了OSR的輸入處的具有絕熱啁啾的信號(hào)實(shí)例的輸入和輸出脈沖?？赏ㄟ^直接調(diào)制DFB激光器(將其偏置為高于其閾值電流(如80mA))來物理地實(shí)現(xiàn)這種情形。在這種情況下，該激光器輸出處的瞬時(shí)頻率遵循以下幅值調(diào)制Δω(t)＝2πΔfADP(t)/P0， (12)其中ΔfAD為絕熱啁啾的幅值，P(t)＝A2(t)為光功率，P0為其平均值。在這個(gè)實(shí)例中，如圖5所示，對(duì)OSR的斜率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲得近于平頂?shù)念l率曲線，而輸出脈沖的包絡(luò)幾乎不受影響。
因此本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是調(diào)節(jié)OSR的斜率，以將具有絕熱啁啾頻率曲線的信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有平頂啁啾頻率曲線的信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)優(yōu)化OSR的斜率，以從具有絕熱啁啾的給定輸入脈沖獲得平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線。考慮具有有限消光比和絕熱啁啾的高斯脈沖的實(shí)例
A(t)＝a1exp(-t2/τ2)+a0(13)其中a1為幅值，a0為恒定背景。消光比是有限的，并由ER＝10log(a1/a0)給出。將公式13代入公式11以得到瞬時(shí)頻率，并對(duì)正切函數(shù)進(jìn)行線性近似，則由OSR在脈沖中心引發(fā)的頻率修正為ΔωOSR(t=0)~2bτ2a1(1+a0/a1).---(14)]]>脈沖t＝τ的翼部附近的修正則由下式給出ΔωOSR(t=τ)~2bτ2a(a1/a0+3e)(a1/a0+e).---(15)]]>假設(shè)脈沖在OSR之前具有絕熱啁啾ΔfAD，則獲得平頂?shù)念l率曲線所需的頻率修正約為ΔωOSR～2πΔfAD(1-e-2)。這是因?yàn)?，絕熱啁啾在t～τ處的高斯脈沖的翼部附近為～ΔfADe-2，在高斯脈沖的頂部為ΔfAD。因此，為獲得平頂?shù)念l率曲線，公式14和公式15在中心處和翼部的頻率修正之差必須滿足b~πτ2aΔfADa1a0h(a0/a1),---(16)]]>其中h(x)=(1-e-2)(1+x)(1+ex)(1+2e+3ex)]]>在～3(1-e-2)/7至(1-e-2)/2之間變化(如同a1/a0在0和1之間變化)，且影響較小。公式16對(duì)調(diào)節(jié)OSR的斜率和輸入信號(hào)的特征進(jìn)行了規(guī)定，以產(chǎn)生平頂啁啾。所需的斜率隨絕熱啁啾、OSR之前的輸入脈寬和OSR之前的輸入消光比的增加而增加。為了減小所需的斜率，需要在OSR之前具有更短的上升時(shí)間、下降時(shí)間和更低的初始消光比(ER)。注意，當(dāng)a0→0時(shí)，OSR輸入處的無限ER將不產(chǎn)生頻率展平(frequency flattening)效應(yīng)，因?yàn)檫@需要無限的斜率。
如果OSR的斜率從用于實(shí)現(xiàn)平頂啁啾的最佳值進(jìn)一步增大，則OSR之后的頻率曲線將具有方形，且在位的上升沿和下降沿處具有藍(lán)移兔耳。圖6示出了一個(gè)實(shí)例。它示出了1111位序列和單個(gè)位1通過OSR后的幅值和頻率圖。該OSR的斜率使得上述單個(gè)位具有平頂?shù)念l率曲線。然而，1111序列具有兔耳。這是因?yàn)椋?111位序列經(jīng)歷了所使用的特定OSR的不同有效斜率。該OSR是3腔多標(biāo)準(zhǔn)具帶通濾波器的端部。
通過將輸入信號(hào)的波長(zhǎng)調(diào)整為濾波器的具有理想形狀和斜率的光譜部分，可以將各種不同的傳輸或反射濾波組件用作OSR。一個(gè)實(shí)例是具有高斜率的傳輸曲線的邊沿?？捎米鱋SR的濾波器實(shí)例包括多腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波器、光纖布拉格光柵，級(jí)聯(lián)的微環(huán)諧振器，單腔法布里-珀羅濾波器、邊沿濾波器和多腔薄膜濾波器。
以上僅考慮了線性O(shè)SR。但是，通過仿真和試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)各種不同的非線性O(shè)SR形狀能產(chǎn)生非常相似的效果。這些例子包括貝賽爾濾波器、具有正切雙曲線形狀的邊沿濾波器。對(duì)給定的消光比、絕熱啁啾和上升/下降時(shí)間而言，公式16為確定OSR的最佳斜率提供了設(shè)計(jì)指南。
在上述的實(shí)例和分析中，僅考慮了OSR的傳輸。根據(jù)克拉默斯-克勒尼希(Kramers-Kronig)關(guān)系，與頻率相關(guān)的傳輸具有相關(guān)的相位變化和相應(yīng)的色散。如在丹尼爾·麥吉爾福特等人于02年10月04日提交的、序列號(hào)為60/416102、標(biāo)題為“平坦色散鑒頻器(FLATDISPERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR)”的審理中的在先美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)(卷宗號(hào)TAYE-59474-00005 PROV)和丹尼爾·麥吉爾福特等人于02年11月06日提交的、序列號(hào)為10/289944、標(biāo)題為“色散補(bǔ)償光纖系統(tǒng)的電源(POWER SOURCE FOR A DISPERSIONCOMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM)”的審理中的在先美國(guó)專利申請(qǐng)(卷宗號(hào)TAYE-59474-00006)所指出的，也可用濾波器的色散來補(bǔ)償傳輸光纖中的部分色散，此處，通過引用將這些專利申請(qǐng)并入本文之中。位1的波峰附近的線性瞬時(shí)頻率曲線表明了這種補(bǔ)償。從而，處于濾波器端部的OSR與濾波器(給出了線性斜率)的負(fù)色散作用的組合可以將OSR之前的絕熱調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成在脈沖中心附近具有線性斜率且在過渡處具有較短的上升時(shí)間和下降時(shí)間的瞬時(shí)頻率曲線。
權(quán)利要求
1.一種光纖通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于產(chǎn)生二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)；和光譜整形器，適于接收所述調(diào)幅信號(hào)和在所述信號(hào)的0至1和1至0的過渡處改變其瞬時(shí)頻率來改變所述信號(hào)的瞬時(shí)頻率，使得它在1脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)基本保持恒定。
2.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述瞬時(shí)頻率的改變與所述調(diào)幅信號(hào)的時(shí)間曲線的一階導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值成正比。
3.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述0至1的過渡引起的瞬時(shí)頻率改變與所述1至0的過渡引起的瞬時(shí)頻率改變相同。
4.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述0至1的過渡引起的瞬時(shí)頻率改變與所述1至0的過渡引起的瞬時(shí)頻率改變不同。
5.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)源是直接調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。
6.如權(quán)利要求
5所述的系統(tǒng)，其中，所述光信號(hào)源是分布式反饋激光器。
7.如權(quán)利要求
6所述的系統(tǒng)，其中，所述分布式反饋激光器被偏置為高于其閾值電流。
8.如權(quán)利要求
5所述的系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)源是可調(diào)諧DBR激光器。
9.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)源是快速可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。
10.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是光帶通濾波器的傳輸端。
11.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是邊沿濾波器。
12.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是光纖布拉格光柵濾波器的傳輸端。
13.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是多腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波器的傳輸端。
14.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是單腔濾波器的傳輸端。
15.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是級(jí)聯(lián)的微環(huán)共振器的傳輸端。
16.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是陣列形式的波導(dǎo)光柵的傳輸端。
17.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是中階梯光柵的傳輸端。
18.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是貝塞爾濾波器的傳輸端。
19.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器是馬赫-曾德干涉儀的傳輸端。
20.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器適于改變所述信號(hào)的瞬時(shí)頻率，使得所述信號(hào)基本為方形的，且在0至1和1至0過渡處存在兔耳。
21.一種光纖通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于產(chǎn)生具有第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線的二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)；和光譜整形器，適于接收所述信號(hào)和將所述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線變?yōu)榈诙N基本為平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線。
22.如權(quán)利要求
21所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器適于將所述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線變?yōu)槊}沖的前沿和后沿處存在兔耳的第二種基本為方形的瞬時(shí)頻率曲線。
23.如權(quán)利要求
21所述的系統(tǒng)，其中，所述第二種基本為方形的瞬時(shí)頻率曲線的上升時(shí)間和下降時(shí)間比所述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線的相應(yīng)上升時(shí)間和下降時(shí)間短。
24.如權(quán)利要求
21所述的系統(tǒng)，其中，所述第二種基本為方形的瞬時(shí)頻率曲線的持續(xù)時(shí)間比所述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線的持續(xù)時(shí)間短。
25.如權(quán)利要求
21所述的系統(tǒng)，其中，所述第二種基本為方形的瞬時(shí)頻率曲線的持續(xù)時(shí)間比所述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
26.如權(quán)利要求
21所述的系統(tǒng)，其中，所述第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線相對(duì)于所述二進(jìn)制信號(hào)的幅值曲線發(fā)生相移。
27.如權(quán)利要求
21所述的系統(tǒng)，其中，所述光譜整形器的特征在于其光傳輸與光頻率的關(guān)系曲線的斜率。
28.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其中，所述斜率處于2dB/GHz和4dB/GHz之間，且所述二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)的位速率約為10Gb/s。
29.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其中，所述OSR的所述斜率根據(jù)近似關(guān)系
來選擇。
30.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其中，所述OSR的斜率是所述二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間的函數(shù)。
31.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其中，所述OSR的斜率是所述二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)的消光比的函數(shù)。
32.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其中，所述OSR的斜率是絕熱瞬時(shí)頻率曲線的絕熱啁啾幅值的函數(shù)。
33.一種光纖通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于接收基帶信號(hào)和產(chǎn)生幅值經(jīng)過調(diào)制的第一信號(hào)，所述第一信號(hào)具有第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線；和OSR，適于將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)具有基本為平頂?shù)乃矔r(shí)頻率曲線。
34.如權(quán)利要求
33所述的系統(tǒng)，其中，所述第二信號(hào)還具有比第一信號(hào)更大的幅值調(diào)制。
35.如權(quán)利要求
33所述的系統(tǒng)，其中，所述第二信號(hào)的消光比處于10dB和15dB之間。
36.如權(quán)利要求
33所述的系統(tǒng)，其中，所述基帶信號(hào)是非歸零(NRZ)信號(hào)。
37.如權(quán)利要求
33所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字信號(hào)是歸零(RZ)信號(hào)。
38.如權(quán)利要求
36所述的系統(tǒng)，其中，所述平頂瞬時(shí)頻率偏移和所述第二信號(hào)的瞬時(shí)頻率的位0持續(xù)時(shí)間的乘積基本等于0.5的奇數(shù)倍。
39.如權(quán)利要求
36所述的系統(tǒng)，其中，所述平頂瞬時(shí)頻率偏移和所述第二信號(hào)的瞬時(shí)頻率的位0持續(xù)時(shí)間的乘積為0.25和0.75之間的分?jǐn)?shù)的奇數(shù)倍。
40.一種光纖通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于接收基帶信號(hào)和產(chǎn)生幅值經(jīng)過調(diào)制的第一信號(hào)；和OSR，適于將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅值經(jīng)過調(diào)制的第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)的上升和下降時(shí)間相應(yīng)地比所述第一信號(hào)的上升和下降時(shí)間短。
41.一種光纖通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于接收基帶信號(hào)和產(chǎn)生具有第一絕熱瞬時(shí)頻率曲線的幅值經(jīng)過調(diào)制的第一信號(hào)；和OSR，適于將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有第二瞬時(shí)頻率曲線的幅值經(jīng)過調(diào)制的第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)的幅值的上升和下降時(shí)間相應(yīng)地比所述第一信號(hào)的幅值的上升和下降時(shí)間短。
42.一種通過光纖發(fā)送信號(hào)的方法，所述方法包括從所述信號(hào)產(chǎn)生第二信號(hào)，其中，所述第二信號(hào)包括強(qiáng)度曲線和絕熱頻率曲線；從所述第二信號(hào)產(chǎn)生第三信號(hào)，其中，所述第三信號(hào)包括強(qiáng)度曲線和平頂?shù)念l率曲線。
43.如權(quán)利要求
42所述的方法，其中，所述第三信號(hào)的頻率曲線在時(shí)間上基本上為所述第三信號(hào)的強(qiáng)度曲線所包圍。
44.如權(quán)利要求
42所述的方法，其中，所述第三信號(hào)的強(qiáng)度曲線基本上為所述第三信號(hào)的頻率曲線所包圍。
45.如權(quán)利要求
44所述的方法，其中，僅所述強(qiáng)度曲線的前翼和后翼處于所述頻率曲線之外。
專利摘要
一種光纖通信系統(tǒng)包括光信號(hào)源，適于產(chǎn)生二進(jìn)制調(diào)幅信號(hào)；光譜整形器，適于在所述信號(hào)的0至1和1至0的過渡處改變其瞬時(shí)頻率來改變所述信號(hào)的瞬時(shí)頻率，使得它在1脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)基本保持恒定。一種用于通過光纖發(fā)送信號(hào)的方法，包括從上述信號(hào)生成包括強(qiáng)度曲線和絕熱頻率曲線的第二信號(hào)；從該第二信號(hào)生成包括強(qiáng)度曲線和平頂頻率曲線的第三信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1998165SQ20058001524
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年3月18日
發(fā)明者D·馬格雷夫特, Y·馬特隋, P·泰巴蒂, X·鄭 申請(qǐng)人:阿茲納有限責(zé)任公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan