專利名稱：光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)，涉及用于光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機和中繼器。本發(fā)明特別適用于很高比特率的數(shù)據(jù)通信，但并不排除其它的應(yīng)用。
在光通信系統(tǒng)中，對以合理的價格和不犧牲可靠性的條件下提供增加的通信速率，一直有緊迫感。很多努力都集中在改善接收機的性能上，但在改善發(fā)送信號方面也做了一些工作。對送到通道去的光信號進行放大，可得到較大的距離范圍，因而對于給定的傳輸距離只需要較少的中繼器。然而，這樣的光放大器，例如半導體光放大器，呈現(xiàn)了諸如與模式有關(guān)的增益(pattern-dependent gain)這樣的特性，它最終會降低系統(tǒng)性能。在Wiesenfeld等的文章“高速多量子阱光功率放大器”IEEEPhotonics Technology Letters，pp708-711，vol.4，No.7，July 1992中，這個問題藉使用更復雜的激光放大器被提出過，但和單獨的光源相比較，在給定的信號電平下，它在系統(tǒng)的接收機中仍舊會造成更差的誤碼率(見圖3b和3c)。
本發(fā)明的一個目的是提供能克服這個缺點的通信系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的第一方面，所給出的光通信系統(tǒng)包括光源；用于按照電信號來調(diào)制光源以提供至少具有高電平和低電平的被調(diào)制的光信號的裝置；連接成能接收被調(diào)制的光信號的光放大器，該放大器在飽和時給出輸出過沖；一個光通道，放大器的輸出通過此通道被發(fā)送出去；以及用于把從光通道所接收的信號變換成電信號的光檢測器；其特征在于，光源和用于調(diào)制光源的裝置具有能造成脈沖縮短的電-光傳遞函數(shù)，以及被調(diào)制的光信號的高電平使光放大器過激勵。
現(xiàn)在可看到，迄今為止被看作為不合適的、或至少性能相當差的半導體激光器，可被用來和也被看作為有缺點的光放大器相結(jié)合，以給出在高比特速率下有很好的眼圖開口(eye opening)的大幅度的光信號。
如果光源和光放大器的特性與加到放大器輸入端的信號強度能匹配到這樣的程度，即在強度對時間圖中的面積對一種模式的第一比特(或一個孤立的比特)和對位于一個較長模式中的其后的比特基本上相等，那么系統(tǒng)的性能可得以提高。
由于高電平的各單個比特是最容易受損的，已發(fā)現(xiàn)，使用其增益飽和時間近似等于比特周期(bit period)的放大器是有好處的。對于特定的器件可借助調(diào)整放大器的驅(qū)動電流而對這一時間作一定的調(diào)整。由于增益恢復時間是和增益飽和時間在同一數(shù)量級上，具有較低光學輸出電平的單個比特足以使放大器準備好為另一個孤立的比特或階躍輸入所使用。
本發(fā)明的第二個目的是提供具有以上優(yōu)點的在光通信系統(tǒng)中使用的發(fā)射機。
按照本發(fā)明的第二方面，所給出的用于光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機包括光源；用于按照電信號調(diào)制光源以提供至少具有高電平和低電平的被調(diào)制的光信號的裝置；被連接成能接收被調(diào)制的光信號的光放大器，該放大器在飽和時給出輸出過沖；其特征在于，光源和用于調(diào)制光源的裝置具有能造成脈沖縮短的電-光傳遞函數(shù)，以及被調(diào)制的光信號的高電平使光放大器過激勵。
本發(fā)明的第三個目的是提供具有以上優(yōu)點的在光通信系統(tǒng)中使用的中繼器。
按照本發(fā)明的第三方面，所給出的在光通信系統(tǒng)中使用的中繼器包括用于把從光通道接收的信號變換成電信號的光檢測器；光源；用于按照電信號調(diào)制光源以提供至少具有高電平和低電平的被調(diào)制的光信號的裝置；被連接成能接收被調(diào)制的光信號的光放大器，該放大器在飽和時給出輸出過沖，且放大器輸出包括中繼器的輸出；其特征在于，光源和用于調(diào)制光源的裝置具有能造成脈沖縮短的電-光傳遞函數(shù)，以及被調(diào)制光信號的高電平使光放大器過激勵。
現(xiàn)在參照附圖，以舉例的方式來描述本發(fā)明，其中

圖1是按照本發(fā)明的通信系統(tǒng)的概略方框圖；圖2顯示了有助于了解本發(fā)明的兩個圖；圖3顯示了說明本發(fā)明的作用的兩個波形；圖4顯示了對于按照本發(fā)明的通信系統(tǒng)的誤碼率對接收信號電平的圖，以及圖5是按照本發(fā)明的第三方面的光中繼器的概略方框圖。
圖1顯示了直接調(diào)制的激光器模塊(DFB)10，其端口12被加上調(diào)制電信號。實際上，激光器模塊可以以單個封裝來實現(xiàn)，或者替換地可用一個連續(xù)發(fā)光的激光器和一個分開的調(diào)制器來實現(xiàn)。由激光器10輸出的被調(diào)制的光被送到行波激光放大器14，它的輸出又被送到光纖通道16(此處顯示成繞在一個鼓筒上)。光纖通道的輸出被耦合到檢測器18(例如光電二極管和放大器)，從而把光信號重新變回成電信號。為簡明起見，耦合器和光隔離器都已省略，而且光纖通道可包括一個或多個中繼器。
圖2A顯示了一對直接調(diào)制半導體激光器模塊連同方波電調(diào)制信號一起的電光傳遞函數(shù)的圖。垂直軸顯示強度，水平軸顯示時間。上面的虛線代表具有良好的幅度和脈沖長度的可接受的傳遞函數(shù)。下面的虛線代表較差的激光器的響應(yīng)，或者至少是以比其指標規(guī)定的速率高的速率工作的激光器的響應(yīng)。下面的曲線顯示了時間縮短的和強度較小的脈沖，比起上面的脈沖，它的光學能量明顯減小。對于數(shù)字通信系統(tǒng)中的孤立的比特這將導致小得多的“眼”，因而帶來范圍和誤碼率的損失。隨著通信系統(tǒng)的比特率增加，這個不良的傳遞函數(shù)對通信誤碼率的影響變得更為明顯。對這一問題的以前的解決辦法是開發(fā)具有較大復雜性和價格較貴的性能較好的激光器。
圖2B顯示了行波激光放大器對于在時間(水平)軸為零時所加的光階躍輸入的響應(yīng)(垂直軸)的光強。階躍輸入具有足夠的幅度使放大器明顯地過激勵，其響應(yīng)是這樣的一個過沖，它在大約300psec的恢復時間內(nèi)穩(wěn)定到恒定電平。過沖是由于激光器量子阱中的靜止載體密度所造成的，它使激光器在未得到大輸出強度的時間間隔之后提供更大的放大。過沖量(高達恒定狀態(tài)電平的四到五倍)關(guān)系到恢復時間，這兩個量由放大器中的靜止載體密度和輸入信號的強度所控制。了解了激光器(如果可適用的話，還包括調(diào)制器)和激光放大器的特性，就允許把驅(qū)動信號的強度調(diào)整到使得由于激光器的不良的電-光傳遞函數(shù)所損失的光輸出的強度-時間乘積基本上或全部地由激光放大器輸出端所提供的更高強度脈沖的強度時間乘積來補償。
圖3顯示了對于同樣的10GHz調(diào)制信號的光強度(垂直軸)對時間的兩種波形。圖3A的曲線代表直接調(diào)制半導體激光器的輸出，而圖3B的曲線代表如圖1所示的激光器和激光放大器組合的輸出。圖3B的信號強度比圖3A所示的幅度大約大兩個數(shù)量級，但是重要的是要注意到各個孤立比特的相對幅度。正如所看到的，表示一種模式中孤立比特或第一比特的信號強度已被激光放大器有選擇地提升。這就為被發(fā)送的信號的這些部分給出好得多的“眼”圖，它改善了通信系統(tǒng)的誤碼率。
圖4顯示了激光放大器的四個不同的過激勵電平以及作為性能參照的本身不帶放大的激光器的誤碼率(垂直軸)對接收機輸入電平的圖。參照值由五個圓點表示。剩下的點代表激光放大器輸入電平為-18dBm(孔形三角)，-15dBm(實心三角)，-12dBm(方孔形)，-15dBm(實心方形)。正如所看到的，誤碼率性能隨增加送到激光放大器的輸入強度(換言之，隨增加過激勵)而得以改善。
圖5顯示了按照本發(fā)明的光中繼器的概略方框圖。進入的光纖被耦合到檢測器32，它以類似于圖1所示的光檢測器18的方式工作。檢測器32的電輸出被連接到直接調(diào)制的激光器34，它被調(diào)制到這樣的電平以顯著地過激勵后面的光放大器36。其機理已在以上光通信系統(tǒng)中描述過。放大器36的輸出被連接到光纖38，而被提升的信號沿此光纖繼續(xù)傳播。如有需要，對多模傳播效應(yīng)和符號間干擾的影響進行補償?shù)木馄骺裳b在檢測器32和激光器34之間。
權(quán)利要求
1.一種光通信系統(tǒng)，包括光源；用于按照電信號來調(diào)制光源以提供至少具有高電平和低電平的被調(diào)制光信號的裝置；被連接成能接收被調(diào)制光信號的光放大器，該放大器在飽和時給出輸出過沖；一個光通道，放大器的輸出所通過該光通道被發(fā)送，以及用于把從光通道所接收的信號變換成電信號的光檢測器，其特征在于，光源和用于調(diào)制光源的裝置具有能造成脈沖縮短的電-光傳遞函數(shù)，以及被調(diào)制的光信號的高電平使光放大器過激勵。
2.如權(quán)利要求1中所要求的通信系統(tǒng)，其進一步的特征在于，系統(tǒng)具有比特周期T，并且放大器的輸出過沖和由電-光傳遞函數(shù)造成的被調(diào)制光信號的脈沖縮短是匹配的，使得放大器輸出的高電平在周期T內(nèi)的強度積分對于孤立比特和更長的數(shù)據(jù)流中的一個比特基本上都是相等的。
3.如權(quán)利要求2中所要求的通信系統(tǒng)，其特征在于，光放大器具有這樣的過沖特性，即其增益飽和時間近似等于周期T。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所要求的通信系統(tǒng)，其特征在于，光放大器是半導體光放大器。
5.一種在光通信系統(tǒng)中使用的發(fā)射機，包括光源；用于按照電信號調(diào)制光源以提供至少具有高電平和低電平的被調(diào)制的光信號的裝置；和被連接成能接收被調(diào)制光信號的光放大器，該放大器在飽和時給出輸出過沖；其特征在于，光源和用于調(diào)制光源的裝置具有能造成脈沖縮短的電-光傳遞函數(shù)，以及被調(diào)制光信號的高電平使光放大器過激勵。
6.一種在光通信系統(tǒng)中使用的中繼器，包括用于把從光通道接收的信號變換成電信號的光檢測器；光源；用于按照電信號調(diào)制光源以提供至少具有高電平和低電平的被調(diào)制的光信號的裝置；被連接成能接收被調(diào)制的光信號的光放大器，該放大器在飽和時給出輸出過沖，且放大器輸出包含中繼器的輸出，其特征在于，光源和用于調(diào)制光源的裝置具有能造成脈沖縮短的電-光傳遞函數(shù)，以及被調(diào)制的光信號的高電平使光放大器過激勵。
全文摘要
光通信系統(tǒng)包括直接調(diào)制的半導體激光器(10)，其輸出根據(jù)高頻調(diào)制信號而造成脈沖縮短；行波激光放大器(14)；連接成能把輸出提供到光通道(16)；以及用來把從通道接收的信號變換成電信號的光檢測器。放大器(14)在響應(yīng)過激勵的階躍光輸入時給出過沖特性，且激光器(10)的輸出被安排成提供這樣的輸出電平。放大器的過沖特性能在系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)時提供額外的光輸出。這樣可對在高電平比特流的孤立的比特和起始的比特情況下導致的脈沖縮短進行補償。本發(fā)明也涉及在光通信系統(tǒng)中所使用的發(fā)射機和中繼器。
文檔編號H04B10/50GK1137847SQ95190918
公開日1996年12月11日 申請日期1995年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月15日
發(fā)明者C·T·H·F·李登包姆 申請人:菲利浦電子有限公司