專利名稱：差分偏振移位鍵控光傳輸系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及光傳輸系統，尤其是涉及一種使用偏振調制光信號的偏振移位鍵控光傳輸系統。
背景技術：
如本領域一般都知道的，偏振移位鍵控光傳輸系統的接收機靈敏度比常規的啟閉鍵控(OOK)光傳輸系統的接收機靈敏度好大約3dB。因為它的信號強度是恒定的，與位模式無關，因此它受光纖的克爾(Kerr)非線性效應的影響較小。在延長遠距離光傳輸系統的傳輸長度或者在保證光傳輸系統的裕度(margin)方面，這些優點是有用的。
授予給Moshe Nazarathy等人的美國專利No.5,253,309，“利用具有互補輸出的光調制器的模擬和數字信號的光分配(OPTICALDISTRIBUTION OF ANALOG AND DIGITAL SIGNALS USING OPTICALMODULATORS WITH COMPLEMENTARY OUTPUTS)”，其內容在此被引入作為參考，其公開了一種偏振移位鍵控光傳輸系統。在系統的發射機單元中，偏振調制器根據輸入的電信號把連續波(CW)光信號轉換為具有兩種偏振模式(這些模式相互垂直)的光信號(TE-TM模式轉換)。在受到這種偏振調制之后，光信號通過光纖被傳輸，并且被輸入到接收機單元。接收機單元由偏振控制器、偏振分束器(PBS)和平衡接收機組成。偏振控制器是為了把入射到接收機單元的光信號分為“1”位和“0”位、然后將它們傳送給PBS的雙臂所需的。偏振控制器一般需要有源控制，這是因為隨著時間流逝，輸入到接收機單元的光信號將改變其偏振態。PBS適于根據信號的偏振態把輸入的光信號分為兩個部分。在接收機單元中，“1”位和“0”位具有相互垂直的偏振模式。因此，“1”位和“0”位被PBS分開，并且被傳送到相應的臂。平衡接收機啟動，以接收和增加或減少已分類的“1”和“0”位。在通過平衡接收機之后，任何檢測到的電信號都被確定為與發自發射機單元的電信號相同。
然而，問題是，上述偏振移位鍵控光傳輸系統具有復雜的接收機單元。特別是，其偏振控制器一般較慢(在液晶的情況下)，或者需要高的工作電壓(在LiNbO3類型的情況下)。此外，因為偏振控制器需要有源控制，因此根據控制的精確度級，接收機單元的性能可能惡化。
發明內容
提出本發明以解決在現有技術中出現的上述問題，本發明的目的是提供一種能夠保證簡單的結構及其接收機單元的穩定性的偏振移位鍵控光傳輸系統。
為了實現該目的，提供一種包括發射機單元的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，該發射機單元適于對輸入的數據預編碼以形成預編碼的信號，以及利用預編碼的信號產生和輸出偏振調制的光信號。該系統還包括通過光傳輸用的光纖相連的接收機單元。接收機單元包括1位延遲干涉儀，其適于把來自發射機單元的光信號分為第一和第二分離光信號，通過使第二分離光信號延遲1位產生延遲的光信號，通過使第一分離光信號的一部分的相位反相產生反相的光信號，通過使延遲光信號的一部分與第一分離光信號的另一部分干涉產生相長干涉的光信號，以及通過使延遲光信號的另一部分與反相的光信號干涉產生相消干涉的光信號；以及平衡接收機，其適于輸出與相長干涉光信號與相消干涉光信號之間的差對應的差分信號。
由以下連同附圖的詳細說明，本發明的以上特征和優點將變得更明顯，其中圖1顯示了根據本發明第一優選實施例的不歸零(NRZ)差分偏振移位鍵控光傳輸系統的結構；圖2顯示了圖1所示的預編碼器的結構；圖3根據信號在圖1所示發射機單元內的位置顯示了各個信號；圖4顯示了圖1所示的1位延遲干涉儀的結構；
圖5根據信號在圖1所示接收機單元內的位置顯示了各個信號；圖6顯示了根據本發明第二優選實施例的歸零(RZ)差分偏振移位鍵控光傳輸系統的結構；以及圖7顯示了根據本發明第三優選實施例的歸零(RZ)差分偏振移位鍵控光傳輸系統的結構。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。在以下的本發明說明中，為了表達的簡明，省略在此引入的周知的功能和結構的細節。
圖1通過說明性的而非限制性的例子，顯示了根據本發明第一優選實施例的不歸零(NRZ)差分偏振移位鍵控光傳輸系統的結構。光傳輸系統100包括通過光纖150互連的發射機單元(TX)110和接收機單元(RX)160。發射機單元110包括光源(LS)120、預編碼器130和偏振調制器140。接收機單元160包括1位延遲干涉儀170和平衡接收機210。平衡接收機210包括第一光檢測器212和第二光檢測器214，以及差分放大器216。第一和第二光檢測器212和214的每一個都包括作為常規光電元件的光電二極管(PD)。差分放大器216包括輸出端，與第一光檢測器212相連的負(-)輸入端，以及與第二光檢測器214相連的正(+)輸入端。
發射機單元110的光源120輸出CW模式的光，并且包括常規的CW激光二極管。
如圖2所示，預編碼器130適于對圖3所示的輸入數據S1進行預編碼，以產生預編碼的電信號S2，并且包括1位延遲線134和“異或”(EXOR)電路132。雖然給出了預編碼器130的特定結構作為例子，但是可以以各種方式構成預編碼器130，只要它執行預編碼功能。作為另一個例子，預編碼器可以由二進制計數器和延遲線組成。當輸入的數據有預定值(‘0’或‘1’)時，二進制計數器對輸入的時鐘信號計數，并且輸出結果。給定的數據S1為，例如‘101010011000110’。
偏振調制器140利用預編碼的電信號S2通過偏振調制調制來自光源120的光，并輸出偏振調制的光信號S3。在受到偏振調制之后，每一‘1’位和‘0’位都具有相互垂直(即它們之間的角度為90°)的偏振模式(TE和TM模式)。關于偏振調制的光信號S3，來自預編碼器的電信號S2的‘1’位只有TE模式分量，而來自預編碼器的電信號S2的‘0’位只有TM模式分量。
圖4顯示了1位延遲干涉儀170的結構，圖5根據信號在接收機單元160內的位置顯示了各個信號S4-S9。以下參照圖1、4和5說明接收機單元160。
1位延遲干涉儀170包括分束器(BS)180、第一和第二延遲線192和194，以及光耦合器(OC)200。
分束器180有第一輸入端口182，以及第一和第二輸出端口184和186。第一輸入端口182與光纖150相連。分束器180通過強度分離把輸入到第一輸入端口182的偏振調制光信號S3分為第一和第二分離光信號。第一和第二分離光信號分別經由第一和第二輸出端口184和186輸出。
光耦合器200有第一和第二輸入端口202和204，以及第一和第二輸出端口206和208。光耦合器200的第一輸入端口202通過第一延遲線192與分束器180的第一輸出端口184相連，耦合器200的第二輸入端口204通過第二延遲線194與分束器180的第二輸出端口186相連。第二延遲線194比第一延遲線192長對應于1位的長度。結果，在通過第二延遲線194之后，第二分離光信號(以下稱為“延遲的光信號”)S4比通過第一延遲線的第一分離光信號S3多延遲1位。
光耦合器200使輸入到耦合器的第一輸入端口202的第一分離光信號S3的一部分的相位反相，以產生反相的光信號。光耦合器200使延遲光信號S4的一部分與第一分離光信號S3的另一部分干涉，并產生相長干涉的光信號S5，光信號S5通過光耦合器的第一輸出端口206輸出。在相長干涉的光信號S5的情況下，一方面，具有相對于第一分離光信號S3和延遲光信號S4的相同偏振和相同相位的位被輸出為相長干涉的位，另一方面，具有正交的偏振但是具有相同的相位的位被輸出為其偏振方向與TE模式軸成45°傾角的位。
光耦合器200使延遲光信號S4的另一部分與反相的光信號干涉，并產生相消干涉的光信號S6，光信號S6通過耦合器的第二輸出端208輸出。在相消干涉的光信號S6的情況下，一方面，具有相對于第一分離光信號S3和延遲光信號S4的相同偏振和相同相位的位經歷了相互間的相消干涉，并且被輸出為失效位(‘0’位)，另一方面，具有正交的偏振但是具有相同的相位的位被輸出為其偏振方向與TE模式軸成135°傾角的位。
第一光檢測器212與光耦合器200的第一輸出端口206相連，并且適于輸出第一檢測信號S7，第一檢測信號S7是通過從耦合器200的第一輸出端口206輸入的相長干涉光信號S5的光電轉換獲得的。
第二光檢測器214與光耦合器200的第二輸出端口208相連，并且適于輸出第二檢測信號S8，第二檢測信號S8是通過從耦合器200的第二輸出端口208輸入的相消干涉光信號S6的光電轉換獲得的。
差分放大器206通過輸出端輸出與分別輸入到(-)和(+)輸入端的第一和第二檢測信號S7和S8之間的差對應的差分信號S9。圖3和圖5的比較顯示了接收機160輸出的差分信號S9與輸入到發射機110的數據S1相同。
圖6顯示了根據本發明第二優選實施例的RZ差分偏振移位鍵控光傳輸系統的結構的一個例子。光傳輸系統300與圖1所示的光傳輸系統100相同，除了去除了預編碼器130以及添加了輔助光調制器340用于RZ編碼。因此，除了輔助光調制器340之外，將省略對相同部件的重復說明。
光傳輸系統300包括通過光纖350互連的發射機單元310和接收機單元360。發射機單元310包括光源320；偏振調制器330，其適于接收作為輸入的數據和來自光源的CW模式光；以及輔助光調制器340。接收機單元360包括1位延遲干涉儀370和平衡接收機380。平衡接收機380有第一和第二光檢測器382和384，以及差分放大器386。
輔助光調制器340利用輸入的時鐘信號或時鐘的半頻信號，產生對應于時鐘頻率的光脈沖流。從偏振調制器330輸入的偏振調制光信號被加載到光脈沖流中，并且經過光纖350被傳輸。
一般，與NRZ模式相比，RZ模式的接收靈敏度提高了約2dB，并且其優點在于可以延長光傳輸系統300的傳輸長度，或者可以確保光傳輸系統300的裕度。
圖7顯示了根據本發明第三優選實施例的RZ差分偏振移位鍵控光傳輸系統的示例結構。光傳輸系統400與圖6所示的光傳輸系統300相同，除了偏振調制器440與輔助光調制器430的排列順序與圖6中的對應部件的排列順序相反。因此，將省略對相同部件的重復說明。光傳輸系統400包括通過光纖450互連的發射機單元410和接收機單元460。發射機單元410包括光源420；輔助光調制器430；以及偏振調制器440，其適于接收作為輸入的數據和來自輔助光調制器430的光脈沖流。接收機單元460包括1位延遲干涉儀470和平衡接收機480。平衡接收機480有第一和第二光檢測器482和484，以及差分放大器486。
光源420輸出CW模式光。輔助光調制器430利用輸入的時鐘信號或時鐘的半頻信號由CW模式光產生對應于時鐘頻率的光脈沖流。利用輸入的數據，偏振調制器440通過偏振調制來調制光脈沖流，并產生偏振調制的光信號，然后該偏振調制光信號通過光纖450被傳輸。
如上所述，根據本發明的差分偏振移位鍵控光傳輸系統利用偏振調制方式實現由1位延遲干涉儀和平衡接收機組成的接收機單元。所得到的設備提供優秀的接收靈敏度，并且受光纖的克爾(Kerr)非線性效應的影響小。其優點在于不需要任何附加的有源控制器件。因此，可以以少得多的成本和顯著提高的系統性能，實現遠距離光傳輸系統。
雖然以參照本發明的某些優選實施例顯示和說明了本發明，但是本領域技術人員應該理解，可以對本發明進行各種形式和細節上的更改，而不背離由附加的權利要求定義的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種差分偏振移位鍵控光傳輸系統，包括發射機單元，其被配置成對輸入的數據預編碼以形成預編碼的信號，以及利用預編碼的信號產生和輸出偏振調制的光信號；以及接收機單元，其通過光傳輸用的光纖與接收機單元相連，所述接收機單元包括延遲干涉儀，其被配置成把來自發射機單元的光信號分為第一和第二分離光信號，通過使第二分離光信號延遲產生延遲的光信號，通過使第一分離光信號的一部分的相位反相產生反相的光信號，通過使延遲光信號的一部分與第一分離光信號的另一部分干涉產生相長干涉的光信號，以及通過使延遲光信號的另一部分與反相的光信號干涉產生相消干涉的光信號；以及平衡接收機，其被配置成輸出相長干涉光信號與相消干涉光信號之間的差分信號。
2.根據權利要求1所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中發射機單元包括光源，其被配置成輸出連續波模式的光；預編碼器，其被配置成執行輸入數據的預編碼，所述預編碼的信號是預編碼的電信號；以及偏振調制器，其被配置成在執行偏振調制光信號的產生和輸出過程中，利用預編碼的信號通過偏振調制調制來自光源的光。
3.根據權利要求1所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中發射機單元包括光源，其被配置成輸出連續波模式的光；偏振調制器，其被配置成在執行偏振調制光信號的產生和輸出過程中，利用預編碼的信號通過偏振調制調制來自光源的光；以及輔助光調制器，其被配置成產生具有頻率的光脈沖流，把光脈沖流加載到輸出的偏振調制光信號中，以及通過光纖傳輸光脈沖流。
4.根據權利要求1所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中發射機單元包括光源，其被配置成產生連續波模式的光；輔助光調制器，其被配置成由連續波模式的光產生具有頻率光脈沖流；以及偏振調制器，其被配置成在執行偏振調制光信號的產生和輸出的過程中，利用輸入的數據通過偏振調制調制光脈沖流，所述輸出經過光纖發生。
5.根據權利要求1所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中延遲干涉儀是1位延遲干涉儀。
6.根據權利要求5所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中1位延遲干涉儀包括分束器，所述分束器被配置成通過強度分離執行分離，以及通過分束器的第一和第二輸出端口輸出所述第一和第二分離光信號，所述光信號被輸入到分束器的第一輸入端口，所述第一輸入端口與光纖光學連接。
7.根據權利要求6所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中1位延遲干涉儀還包括分別與第一和第二輸出端口相連的第一和第二延遲線，并且被配置成通過使第二分離光信號比第一分離光信號多延遲1位來產生所述延遲的光信號。
8.根據權利要求7所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中1位延遲干涉儀還包括光耦合器，所述光耦合器被配置成用于產生反相的光信號、相長干涉的光信號和相消干涉的光信號，所述第一分離光信號被輸入到所述光耦合器的輸入端口，所述光耦合器的所述輸入端口與第一延遲線相連，所述相長干涉和相消干涉的光信號分別通過所述光耦合器的第一和第二輸出端口被輸出。
9.根據權利要求8所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中平衡接收機包括第一光檢測器，所述第一光檢測器與光耦合器的第一輸出端口光學連接，并且被配置成輸出通過相長干涉光信號的光電轉換獲得的第一檢測信號。
10.根據權利要求9所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中平衡接收機還包括第二光檢測器，所述第二光檢測器與光耦合器的第二輸出端口光學連接，并且被配置成輸出通過相消干涉光信號的光電轉換獲得的第二檢測信號。
11.根據權利要求10所述的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，其中平衡接收機還包括差分放大器，所述差分放大器包括與第一光檢測器相連的負輸入端、與第二光檢測器相連的正輸入端和輸出端，并且被配置成通過輸出端輸出與分別輸入到負輸入端和正輸入端的第一和第二檢測信號之間的差對應的差分信號。
12.一種發射機單元，其被配置成對輸入的數據預編碼以形成預編碼的信號，以及利用預編碼的信號產生和輸出偏振調制的光信號。
13.根據權利要求12所述的發射機單元，所述發射機單元包括光源，其被配置成輸出連續波模式的光；預編碼器，其被配置成執行輸入數據的預編碼，所述預編碼的信號是預編碼的電信號；以及偏振調制器，其被配置成在執行偏振調制光信號的產生和輸出過程中，利用預編碼的信號通過偏振調制調制來自光源的光。
14.根據權利要求12所述的發射機單元，所述發射機單元包括光源，其被配置成輸出連續波模式的光；偏振調制器，其被配置成在執行偏振調制光信號的產生和輸出過程中，利用預編碼的信號通過偏振調制調制來自光源的光；以及輔助光調制器，其被配置成產生具有頻率的光脈沖流，把光脈沖流加載到輸出的偏振調制光信號中，以及通過光纖傳輸光脈沖流。
15.根據權利要求12所述的發射機單元，所述發射機單元包括光源，其被配置成產生連續波模式的光；輔助光調制器，其被配置成由連續波模式的光產生具有頻率光脈沖流；以及偏振調制器，其被配置成在執行偏振調制光信號的產生和輸出的過程中，利用輸入的數據通過偏振調制調制光脈沖流，所述輸出經過光纖發生。
16.一種接收機單元，其包括1位延遲干涉儀，其被配置成把光信號分為第一和第二分離光信號，通過使第二分離光信號延遲產生延遲的光信號，通過使第一分離光信號的一部分的相位反相產生反相的光信號，通過使延遲光信號的一部分與第一分離光信號的另一部分干涉產生相長干涉的光信號，以及通過使延遲光信號的另一部分與反相的光信號干涉產生相消干涉的光信號；以及平衡接收機，其被配置成輸出相長干涉光信號與相消干涉光信號之間的差分信號。
17.根據權利要求16所述的接收機單元，其中1位延遲干涉儀包括分束器，所述分束器被配置成通過強度分離執行分離，以及通過分束器的第一和第二輸出端口輸出所述第一和第二分離光信號，所述光信號被輸入到分束器的第一輸入端口，所述第一輸入端口與光纖光學連接。
18.根據權利要求17所述的接收器單元，其中1位延遲干涉儀還包括分別與第一和第二輸出端口相連的第一和第二延遲線，并且被配置成通過使第二分離光信號比第一分離光信號多延遲1位來產生所述延遲的光信號。
19.根據權利要求18所述的接收器單元，其中1位延遲干涉儀還包括光耦合器，所述光耦合器被配置成用于產生反相的光信號、相長干涉的光信號和相消干涉的光信號，所述第一分離光信號被輸入到所述光耦合器的輸入端口，所述光耦合器的所述輸入端口與第一延遲線相連，所述相長干涉和相消干涉的光信號分別通過所述光耦合器的第一和第二輸出端口被輸出。
20.根據權利要求19所述的接收機單元，其中平衡接收機包括第一光檢測器，其與光耦合器的第一輸出端光學連接，且被配置成輸出通過相長干涉光信號的光電轉換獲得的第一檢測信號；第二光檢測器，其與光耦合器的第二輸出端光學連接，且被配置成輸出通過相消干涉光信號的光電轉換獲得的第二檢測信號；以及差分放大器，其包括與第一光檢測器相連的負輸入端、與第二光檢測器相連的正輸入端和輸出端，并且被配置成通過輸出端輸出與分別輸入到負輸入端和正輸入端的第一和第二檢測信號之間的差對應的差分信號。
全文摘要
一種包括發射機單元的差分偏振移位鍵控光傳輸系統，該發射機單元用于對輸入的數據預編碼以形成預編碼的信號，以及利用預編碼的信號產生偏振調制的光信號。該系統還包括通過光傳輸用的光纖與發射機單元相連的接收機單元。接收機單元包括延遲干涉儀，該延遲干涉儀用于把光信號分為第一和第二分離光信號，通過使第二分離光信號延遲1位產生延遲的光信號，通過使第一分離光信號的一部分的相位反相產生反相的光信號，以及通過使延遲信號的相應部分分別與第一分離光信號的另一部分和反相光信號干涉，產生相長干涉的光信號和相消干涉的光信號。接收機單元中的平衡接收機輸出與相長干涉光信號與相消干涉光信號之間的差對應的差分信號。
文檔編號H04B10/06GK1621874SQ20041001203
公開日2005年6月1日 申請日期2004年9月28日 優先權日2003年11月25日
發明者金薰, 黃星澤 申請人:三星電子株式會社