專利名稱：通信系統(tǒng)中的全光學(xué)處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)處理裝置和系統(tǒng)，以及涉及處理光通信信號的方法，具體地涉及用于處理波分復(fù)用光信號的系統(tǒng)、方法與裝置。
光纖是非常有效的傳輸媒體。當(dāng)前，光纖通信系統(tǒng)的容量受限于某些因素，其中包括利用光纖帶寬的方式和為控制某些光通信處理功能所需要的光電子元件。
第一個因素，即帶寬使用因素，通常通過使用不同的復(fù)用技術(shù)、例如波分復(fù)用(WDM)或光的時分復(fù)用(OTDM)來論述。
第二個因素在過去六、七年內(nèi)被廣泛地研究，結(jié)果是論證了在光纖和半導(dǎo)體光學(xué)器件中的全光學(xué)處理功能。只引用全光學(xué)處理功能的光纖通信網(wǎng)絡(luò)提供的潛在通信容量遠(yuǎn)超過在引入非常慢的光電子處理功能的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前可供使用的通信容量。
通過帶寬的使用，WDM網(wǎng)絡(luò)近年來受到很大的注意，并多半可提供例如在大城市的或全國的網(wǎng)絡(luò)中的光路由，其中大的結(jié)點密度使得與WDN有關(guān)的簡單的無源多路分路技術(shù)(波長濾波)很有吸引力。然而，如果使用傳統(tǒng)的信令格式，色散和光纖非線性這二者的結(jié)合潛在地限制了WDM網(wǎng)絡(luò)的大小或擴(kuò)展WDM網(wǎng)絡(luò)的能力。因此，當(dāng)前OTDM多半在更寬廣的地理區(qū)域內(nèi)，在更小數(shù)量的較高容量的光交換機(jī)方面得到應(yīng)用，因為單個波長復(fù)用信道系統(tǒng)，例如OTDM，對于非線性和色散的有害影響并不像WDM系統(tǒng)那樣敏感，特別是當(dāng)采用弧立子(soliton)傳輸效應(yīng)來平衡非線性以對抗色散時尤其是這樣。而且，增益平坦度的均衡或預(yù)加重技術(shù)對于單波長OTDM系統(tǒng)并不是重要的考慮，而這些技術(shù)是相應(yīng)的WDM系統(tǒng)設(shè)計的重要方面，這就大大地簡化了放大器(或功率)的操縱運用。
認(rèn)識到與WDM通信網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的可測量性難題，但同時要看到WDM有許多優(yōu)點，例如簡單的無源的多路分接，申請人認(rèn)為將來可能會對全光學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)有需要，此網(wǎng)絡(luò)能潛在地處理WDM業(yè)務(wù)(例如在本地網(wǎng)規(guī)模上)，OTDM業(yè)務(wù)(例如在國際干線路由上)，以及弧立子業(yè)務(wù)(例如在信息高速公路上)。為了使這樣的光網(wǎng)絡(luò)是有效的，也需要它能在任何兩個所采用的業(yè)務(wù)格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則通用的網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)絡(luò)間信息交換會受到限制。
現(xiàn)在，WDM，OTDM和弧立子光信令格式的產(chǎn)生和傳輸都已得知，并被廣泛地報導(dǎo)。另外，Lacey等的文章，“全光學(xué)的WDM到TDM多路復(fù)用轉(zhuǎn)換器”Electronics Letters，15 Sept.1994，pp1612-1613，首先提出了通過藉使用波長選通濾波器把WDM信號分離成它的組成信道和在分開的各個光放大器中把每個信道和時鐘脈沖相混合，進(jìn)行從WDM到TDM的轉(zhuǎn)換。這就造成這樣的結(jié)果，增益壓縮造成波長變換和減小WDM數(shù)據(jù)脈沖的寬度。然后，每個信道由具有不同延時的分開的各個光延時線予以延時，最后，全部信道通過使用光耦合器被重新多路復(fù)接起來。Bigo等的文章，“對于弧立子傳輸系統(tǒng)通過光學(xué)的NRZ到RZ變換和無源時分復(fù)用的比特率的提高”，Electronics Letters1994，Vol.30，pp984-985，提出了使用光學(xué)環(huán)狀鏡作為對于NRZ(非歸零)數(shù)據(jù)信號和時鐘信號的“與”門，以產(chǎn)生NRZ到RZ(歸零)變換。而且，Bigo等提出多路復(fù)接多個這樣的“與”門輸出，以使得比特率提高(TDM)。
按照第一方面，本發(fā)明提供了一種光處理裝置，包括非線性光學(xué)單元，具有接收光數(shù)據(jù)輸入和時鐘輸入的輸入裝置和光數(shù)據(jù)輸出裝置；濾波裝置，對從所述光數(shù)據(jù)輸出裝置處接收的光數(shù)據(jù)輸出信號進(jìn)行濾波；以及移位裝置，把所述光數(shù)據(jù)輸出信號中的不同波長在時間上移位不同的預(yù)定量。
該光處理裝置構(gòu)成用于實現(xiàn)NRZ到RZ變換的總的裝置的第一部分。
通過把該裝置正確地安裝在例如大城市區(qū)域網(wǎng)(MAN)，標(biāo)準(zhǔn)的WDM NRZ信令可被用于MAN中的所有業(yè)務(wù)，而例如到第二個遠(yuǎn)端的MAN的長距離業(yè)務(wù)可通過按照本發(fā)明的把NRZ信號轉(zhuǎn)換為RZ格式的方法在弧立子支持的通信鏈路上安排路由發(fā)送。這種方法的優(yōu)點是在每個MAN內(nèi)的所有源和波長變換器/交換機(jī)不一定需要是弧立子兼容的。這樣，有利之處在于，現(xiàn)有的WDM基礎(chǔ)設(shè)施可被保持，使安裝系統(tǒng)所用的投資費用為最小。
非線性光學(xué)單元優(yōu)選地包括行波半導(dǎo)體激光放大器(TWSLA)。在TWSLA中，提供有大的時鐘脈沖信號，它的脈沖重復(fù)頻率至少和最高比特率WDM信道的一樣高，它周期地調(diào)制TWSLA載波密度，把交叉相位調(diào)制(XPM)施加在通過放大器傳送的WDM信道。XPM的結(jié)果是只要在WDM信號是和時鐘脈沖信號相一致的情況下就擴(kuò)譜WDM信號。
當(dāng)光信號在非線性單元中由XPM擴(kuò)譜時，該裝置優(yōu)選地進(jìn)一步包括處在非線性單元下行方向的周期濾波器，用于完成鑒頻功能。周期濾波器消除WDM信道的未調(diào)制的背景噪聲，這樣它應(yīng)當(dāng)具有正規(guī)的通帶和阻帶，具有良好的阻帶衰減。適用的濾波器包括Mach Zehnder干涉儀、Fabry Perot干涉儀和雙折射濾波器。
適用的周期濾波器的一種形式是引入輸入和輸出極化控制的雙折射光纖。濾波器通過修改光纖中每個WDM信道的極化來選擇所需要的波長，以使所需要的波長和輸出極化器相一致。這類設(shè)備可提供具有相當(dāng)寬的通帶的優(yōu)良的衰減。結(jié)果的濾波后的信號基本上是WDM NRZ信號的WDM RZ脈沖信號的表示。
把非線性光學(xué)單元引入到本發(fā)明的裝置的重大優(yōu)點在于，全部WDM信道的從NRZ到RZ的變換是在單個單元中同時實現(xiàn)的，以及運行速度由光的非線性器件限制而不是由替換的光電子器件的速度限制。
使用TWSLA中的XPM作為非線性元件的重大優(yōu)點是TWSLA的固有的對波長的非敏感性，而類似的XPM效應(yīng)在光纖中已被證實，由光纖中的色散所加的限制排除了在很寬的波長范圍內(nèi)的多信道運行，雖然使用色散特性平坦的光纖可緩和這些困難的某些部分。
一個替代TWSLA的非線性單元是非線性光學(xué)環(huán)狀鏡(NOLM)。具體地講，優(yōu)選采用引入半導(dǎo)體激光放大器的NOLM，因為光纖NOLM可能會由于不想要的色散影響以及相位匹配問題而受損害。
NOLM比起上述方法的優(yōu)點在于，不需要周期濾波器，因為交叉相位調(diào)制信號部分是被切換到與非交叉相位調(diào)制信號部分不同的輸出，而不是結(jié)合起來。
可被用來代替TWSLA或NOLM的其它非線性單元包括極化旋轉(zhuǎn)柵，非線性Mach Zehnder干涉柵，非線性定向耦合器，或非線性FabryRerot干涉儀。這個替代品的清單決不是沒有遺漏的，并且也不限于選擇所列的那些替代品。另一個在處理速度上受限制的替代品是通過使用例如電吸收調(diào)制器的電-光調(diào)制，以產(chǎn)生脈沖。
在優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括移位波長的裝置，用于把每一個離散波長信道在時間上移位不同的預(yù)定量，以提供波長交錯的時分復(fù)用(WITDM)信號。
這樣，WDM信號(RZ格式)被轉(zhuǎn)換為具有OTDM信號的時間形式而不是頻譜形式的偽-OTDM信號(也就是說，在這一級信號包括一系列脈沖，它們以WDM信號的不同波長順序地循環(huán))。WITDM信號格式可以是變換到OTDM信號的中間步驟，如下面所描述的那樣。
移位裝置優(yōu)選地包括色散元件，它提供固定的彩色色散量，以不同的數(shù)量延時每一個離散波長信道，因而產(chǎn)生了WITDM信號。
色散元件可包括適當(dāng)長度的標(biāo)準(zhǔn)光纖，然而，一對折射柵或其它色散元件可替代地被使用。但是使用一段標(biāo)準(zhǔn)光纖長度具有這樣的優(yōu)點，從純粹的波長復(fù)用信號轉(zhuǎn)換到WITDM信號的全部運行在單個光纖路徑中完成。相反，在已知系統(tǒng)中，從WDM到時分復(fù)用格式的轉(zhuǎn)換將包括通過使用不同的延時線把每個個別信道延時不同的量，然后在光交織器中把延時的信號組合起來。這樣的系統(tǒng)可能是不可靠的，因為光交織器典型地呈現(xiàn)很差的穩(wěn)定性。比起可達(dá)到同樣效果的一段標(biāo)準(zhǔn)光纖長度的成本來說，也要考慮這種系統(tǒng)有更大的成本費用。所需要的光纖長度由在WDM信道之間所需要的時間上移位的大小和由光纖的色散常數(shù)來確定。光纖中色散對脈沖的影響應(yīng)當(dāng)予以考慮，而且看來好象需要較低的色散，以減小任何不想要的時間上的增寬，導(dǎo)致寬的RZ脈沖。然而，也許幸運的是，在TWSLA中構(gòu)成的脈沖所經(jīng)歷的線性調(diào)頻現(xiàn)象在某些情況下可造成標(biāo)準(zhǔn)光纖中的脈沖壓縮。因此，光纖色散元件最好既壓縮又交織優(yōu)選方案中的脈沖。
將會看到，例如，如上所述，在一段光纖長度中使用色散以便從RZ格式的WDM信號提供WITDM信號的方式，并不限于按照本發(fā)明進(jìn)行的使用。事實上，WDM信號(RZ格式)可以由任何的源所提供，以及后來所構(gòu)成的WITDM信號可按照本發(fā)明的方式加以使用或用于需要這樣的信號的任何其它裝置。
在優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明還包括第二非線性光學(xué)元件，用于把WITDM信號轉(zhuǎn)換成單波長的OTDM信號。
該第二非線性光學(xué)元件可方便地體現(xiàn)上述的第一非線性光學(xué)元件的特性。
因此，第二非線性光學(xué)元件優(yōu)選地包括以和上述的第一TWSLA工作方式同樣的方式工作的第二TWSLA。然而，在這種情況下，WITDM信號被用來相位調(diào)制一個CW光束，并且周期濾波器由限制帶寬的濾波器代替，以隔離最終的單波長OTDM信號。
另外，非線性元件可以是任何其它適用的非線性元件，例如，如前述的NOLM或Mach Zehnder干涉儀等。
在另一個實施例中，用在第一非線性級的TWSLA的工作速度可藉運行按照我們的共同未決的歐洲專利號93308066.5(1993年10月11日提交)的放大器而得以提高，在此專利中，一個第三泵浦光束被注入到TWSLA，以抑制否則可能由于時間上的非均勻載流子密度動態(tài)變化而發(fā)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)。使用這樣的泵浦光束以牽制Fermi(費米)能級和抑制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成，在所提到專利申請中有更詳細(xì)地描述，此處引用其公開的內(nèi)容，以供參考。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，產(chǎn)生了頻譜極純的數(shù)據(jù)脈沖，而不需使用高性能指標(biāo)的脈沖源。通常，用于產(chǎn)生OTDM信號的脈沖源需要頻譜純度和時間上的穩(wěn)定度，因而是相當(dāng)昂貴的。然而，在按照本發(fā)明的裝置中，時鐘脈沖源只需要提供時間上穩(wěn)定的脈沖，因為頻譜純度是通過第二非線性元件和濾波器(如果必要的話)安排來達(dá)到的。因此，用于OTDM系統(tǒng)的光源可以是比較便宜的DFB激光器。另外，如果高速脈沖源是可供使用的話，則第二變換器可用來調(diào)制脈沖流。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，全部有源元件都可以是半導(dǎo)體元件，例如TWSLA，它允許有集成的余地(雖然需要開發(fā)做在芯片上的周期濾波器和色散元件)。
按照另一方面，本發(fā)明也提供如在權(quán)利要求中更詳細(xì)地描述的方法和系統(tǒng)。
現(xiàn)在參照附圖，僅僅以例子的方式，來描述本發(fā)明，其中

圖1是演示把載有NRZ數(shù)據(jù)的四信道WDM信號轉(zhuǎn)換為載有RZ數(shù)據(jù)的WDM信號的實驗系統(tǒng)；圖2表示用于圖1系統(tǒng)的極化濾波器裝置；
圖3表示對于單個NRZ脈沖的頻譜展寬級；圖4表示對于四個RZ濾長信道的濾譜變換；圖5表示對于四個RZ脈沖波形的眼圖；圖6表示對于圖1的系統(tǒng)BER(誤碼率)測量比較；圖7是適用于全WDM到OTDM信號變換的系統(tǒng)表示；圖8A到8G是在圖7的系統(tǒng)中各點處信號譜的理想化圖形表示；以及圖9A到9G是在圖7系統(tǒng)中各點處隨時間變化的幅度信號波形的理想化圖形表示。
圖1的系統(tǒng)用來產(chǎn)生四信道NRZ格式的WDM光信號，以說明從該信號到相應(yīng)RZ格式信號的變換。在圖1的系統(tǒng)中，包含等間隔光脈沖的時鐘信號由外腔半導(dǎo)體激光器110產(chǎn)生，該激光器(1545nm)被模式鎖定在10GHz，具有13ps的脈沖寬度(假定是高斯脈沖形狀)和約0.45的時間-帶寬積。
四個CW(連續(xù)波)信道(1554.2nm，1556nm，1557nm，1558.4nm)由四個DFB激光二極管100產(chǎn)生。這些信道由四合一激光耦合器組合，以及為了說明起見，這些信道通過使用由適合的圖案發(fā)生器160驅(qū)動的鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器130，以單個10Gbit/s 27-1PRBS予以調(diào)制。
時鐘和NRZ格式數(shù)據(jù)信號在光放大器120和122，例如涂鉺光纖放大器中被放大，并通過WDM耦合器140被饋送到TWSLA145。時鐘信號被放大到約12dBm，及NRZ信號被放大到1到3dBm之間。TWSLA145是耦合損耗為每晶面約-6dB的整體器件。雖然TWSLA提供XPM，但提供類似功能的任何元件在這種情況下都將是適合的。
通過使用在雙折射光纖中的極化旋轉(zhuǎn)做成的周期濾波器150(在下面參照圖2加以更詳細(xì)地描述)，在TWSLA145的下行處執(zhí)行鑒頻功能，以同時處理全部四個信道。濾波器周期約是0.7nm，且衰減比是約30dB。實際上，濾波器150去除了數(shù)據(jù)信號的未擾亂部分(背景分量)，使得和時鐘信號相一致的信號通過，因而它由時鐘信號加以調(diào)頻。
最后，0.5nm可調(diào)諧帶通濾波器154為了進(jìn)行誤碼率(BER)測量，選擇四個RZ信道中的一個信道。差錯檢測器158把由帶通濾波器154選擇的和由光接收機(jī)156接收的信號與來自圖案發(fā)生器160的信號復(fù)制品相比較。
每個信道的BER測量結(jié)果在下面參照圖6依次地加以描述。
參照圖2，周期濾波器150包括連到極化控制器(PC)210和極化器220的結(jié)合點的輸入端200。PC210和極化器220被調(diào)諧以確保進(jìn)到濾波器的光信號具有被限制得很好的極化。PC210被安排來使能進(jìn)行輸入極化的細(xì)調(diào)節(jié)。
處在極化器220下行處的光放大器230被安排來補償由于起先的極化選擇級造成的信號損耗。雖然適當(dāng)長度的涂鉺光纖是優(yōu)選的，但也可使用任何形式的光放大器。
通過極化選擇級后的光信號具有限制得很好的極化。在濾波器150中，TWSL145中的數(shù)據(jù)脈沖施加在參考波束上的周期的譜移位經(jīng)歷了在位于放大器230下行處的雙折射元件250中的依賴于波長的極化旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，雙折射元件250是長度為100m的極化模式色散為10ps的雙折射光纖。通過使位于雙折射光纖250的極化控制器260最優(yōu)化，波譜未移位的波形分量被位于極化控制器下行處的極化器270阻塞，導(dǎo)致了入射到該極化器的光的10％的傳輸。10％的光由一系列波長-變換的脈沖組成，其中脈沖有效地相應(yīng)于原先信號的RZ表示。
其它的已知類型的波長濾波裝置可容易地代替所描述的周期濾波器裝置，例如Mach Zehnder干涉儀或Fabry Rerot干涉儀。
圖3表示一個所選擇的NRZ信道的譜展寬級。曲線A代表未展寬的NRZ信道，曲線B代表由時鐘脈沖譜展寬的NRZ信道，以及曲線C顯示由周期濾波器去除的CW分量。
在圖4中，帶有和不帶有時鐘波形的在DFB波長(DX)上的波譜峰是未變換的剩余的NRZ信號，它們在周期濾波器阻帶對準(zhǔn)波譜峰時由周期濾波器去除。
圖3和4顯示，波譜展寬是非對稱的，由于在TWSLA145中的增益恢復(fù)機(jī)制，該展寬偏向于較長的波長。由于波譜的非對稱性，有可能以對被展寬的信號僅約為5dB的插損來去除未被展寬的部分。四個波長相對于濾波器通帶的對準(zhǔn)是通過微調(diào)諧DFB100的溫度和偏置電流來實現(xiàn)的。
圖5表示對于全部四個波長信道的眼圖?？梢钥吹?，各圖并未顯示出由強(qiáng)的時鐘信號完全壓縮的構(gòu)圖效果。變換的RZ信號的脈沖寬度是約15ps(假定是高斯脈沖形狀)，它非常接近于約13ps的時鐘脈沖寬度。
為了說明變換后的RZ信號的低噪聲特性，對所有四個信道進(jìn)行BER測量，結(jié)果示于圖6。在四個信道之間的接收機(jī)156靈敏度(@BER＝10-9)的分散度約為1.5dB，在BER＝10-11處且沒有顯著的誤差底部，說明方案的優(yōu)良的性能。
圖7說明了適用于把不同波長的四個NRZ光信號變換為單個OTDM信道的系統(tǒng)。
在系統(tǒng)中，包括等間隔光脈沖的時鐘信號由被模式鎖定在10GHz的外腔半導(dǎo)體激光器710(1545nm)產(chǎn)生，它具有13ps的脈沖寬度(假定是高斯脈沖形狀)和約0.45的時間帶寬積。
四個WDM格式NRZ信道(1554.2mm，1556nm，1557nm，1558.4nm)由四個CW DFB激光二極管700產(chǎn)生，它們產(chǎn)生的波束被單獨的調(diào)制器730調(diào)制(模仿四個分開的波長信道)。四個信道由四合一WDM光纖耦合器705組合。然后，組合信號優(yōu)選地被傳送到模擬光通信鏈路的光元件708，例如使信號色散和衰減。實際上，鏈路可以是幾千公里長，以及可包括一級或多級放大，信號再生和/或交換。這樣，元件708的參量可加以變化，以模擬不同的鏈路參量。元件708可包括不同類型的光纖的組合，色散元件以及可能有環(huán)狀鏡，然而，實際安排取決于要被模擬的結(jié)果。為了說明起見，光元件708可從系統(tǒng)整體中略去。
時鐘和NRZ格式WDM數(shù)據(jù)信號在涂鉺光纖放大器720和722中被放大，這些放大器為下一級提供必要的信號電平時鐘信號被放大到約12dBm以及NRZ格式信號被放大到1到3dBm之間。然后，信號通過WDM耦合器740被饋送到TWSLA745。TWSLA745是耦合損耗為每晶面約6dB的整體器件。
通過使用在雙折射光纖中的極化旋轉(zhuǎn)做成的周期濾波器750(上面參照圖2所描述的)，在TWSLA745的下行處執(zhí)行鑒頻功能，以同時處理全部四個信道。濾波器周期約是0.7nm，且衰減比約是30dB。實際上，濾波器750去除了數(shù)據(jù)信號的未擾亂部分(背景分量)，使得與時鐘信號相一致的信號通過，因而它由時鐘信號加以調(diào)頻。
周期濾波器750的輸出被色散元件760色散，此元件是一段長度的標(biāo)準(zhǔn)光纖。對于相隔1.4nm的WDM信道，相鄰信道之間的25ps時延需要17.8ps/nm的色散，它由約1km長的標(biāo)準(zhǔn)光纖提供。另外，也可使用提供所需要的色散量的任何適合的色散光纖長度。
色散后的信號被放大器726放大，并通過WDM耦合器765連同由放大器724放大的和來自光放大的DFB半導(dǎo)體激光器772的原先的CW參考信號一起被饋送到第二TWSLA770。WDM脈沖流被放大到+12dBm的平均光功率，共同傳播的CW參考信號被放大到4.9dBm的平均光功率。
可任選地，分開地被光放大的反向傳播的(或共同傳播的)CWDFB泵浦光束從DFB半導(dǎo)體激光器775被注入到第二TWSLA770，以壓制否則可能由于隨時間的非線性載流子濃度動態(tài)變化而發(fā)生的數(shù)據(jù)構(gòu)圖效果。
第二TWSLA770是具有波峰波長為1.54μm的極化不敏感整體一層器件，工作在200mA的直流偏置電流。位于TWSLA770下行處的濾波器元件780包括可調(diào)諧帶通濾波器和極化器，它被用來消除殘余放大的自發(fā)雜散發(fā)射和用來限定在TWSLA770輸出端處的參考信號的極化。濾波器780典型地類似于在上面參照圖2所描述的周期濾波器。然而，對于此濾波器，重點在于準(zhǔn)確的單個通帶和關(guān)于所需要的輸出信號波長的強(qiáng)衰減，而不是四個同樣的有效通帶和阻帶。
圖8A和8G表示出現(xiàn)在圖7的相應(yīng)位置A到G的脈沖時鐘信號(表示為CL)和四個波長信道(表示為W，X，Y，Z)的譜?？梢钥吹?，圖8B中的四個信道(W＝1554.2nm，X＝1555.6nm，Y＝1557nm和Z＝1558.4nm)是由圖8A所示的脈沖時鐘信號(1545nm)被進(jìn)行波長展寬的，如圖8C所表示的。圖8D和8E顯示了已通過濾波被除去了其CW背景分量的信道。圖8F表示在第二TWSLA770中由CW參考信號進(jìn)行波長變換為單波長OTDM信號后的四個信道。圖8G表示在參考信號的CW背景已被濾除后在1545nm上的最終OTDM信號。
圖9A到9G表示相應(yīng)于圖7上同樣點A到G的時鐘信號和四個信道(表示為Cl，W，X，Y，Z)。圖9A表示脈沖時鐘信號。圖9B表示添加在全部四個信道上的數(shù)據(jù)圖案(為了簡明起見，全部數(shù)據(jù)圖案對于每個信道都是同樣的)。圖9C表示第一TWSLA745的輸出，它包括數(shù)據(jù)圖案分量和時鐘脈沖信號。圖上顯示了在數(shù)據(jù)圖案中信號恰好重合的地方波形的理想疊加，實際上它更接近類似于擾動或電涌。濾波器750的輸出被表示在圖9D上。在此圖上可看到，除被擾動的部分(交叉相位調(diào)制)外，波形的全部被濾去，留下一脈沖序列，相應(yīng)于原先NRZ信號的RZ表示。
圖9E上顯示了用于把每個波長信道色散不同的量的色散元件760的作用，其中WDM RZ脈沖序列被變換成在不同信道波長上的交錯脈沖W，X，Y，Z。此脈沖圖形在其余系統(tǒng)中保持為相同，其中只有脈沖的譜組合按照圖8A到8D變化。
技術(shù)人員將會看到，在圖1和7中的系統(tǒng)只與實現(xiàn)本發(fā)明的可能方式有關(guān)。具體地，所描述的非線性元件可由除TWSLC以外的提供同樣結(jié)果的替換器件或器件裝置(例如NOLM)來實現(xiàn)。
事實上，在本發(fā)明的每一級中所描述的器件(非線性元件，色散元件和第二非線性元件)每個都可以以不同方式來實現(xiàn)，但并非處在本發(fā)明的范圍之外。
另外，所有的信號電平，信號頻率，重復(fù)速率和器件偏置電流等都是以實例的形式給出的，但它們并不是本發(fā)明的本質(zhì)性特征。
而且，技術(shù)人員將會看到，在所描述的系統(tǒng)中的光放大(如果有的話)類型和光放大級的確切定位完全取決于所使用的器件安排和類型，因此它也不是本發(fā)明的本質(zhì)方面。
權(quán)利要求
1.光處理裝置，包括非線性光元件，具有接收光數(shù)據(jù)輸入和時鐘輸入的輸入裝置和光數(shù)據(jù)輸出裝置；濾波裝置，對從所述光數(shù)據(jù)輸出裝置處接收的光數(shù)據(jù)輸出信號進(jìn)行濾波；以及移位裝置，把所述光數(shù)據(jù)輸出信號中的不同波長在時間上移動不同的預(yù)定量。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，其中濾波裝置包括雙折射光纖。
3.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，其中所述移位裝置包括用于提供色散的色散元件。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，其中所述移位裝置包括一段長度的光纖。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括輸入光數(shù)據(jù)信號的裝置和輸入光時鐘信號的裝置，光時鐘信號的功率基本上高于光數(shù)據(jù)信號的功率。
6.按照權(quán)利要求1到5中任一項的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括第二非線性光元件，它具有接收所述光數(shù)據(jù)輸出信號和時鐘輸入信號的裝置，并具有光數(shù)據(jù)輸出裝置。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括帶通濾波器裝置，對從第二非線性光元件的光數(shù)據(jù)輸出裝置處接收的光數(shù)據(jù)輸出信號進(jìn)行濾波。
8.按照前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其特征在于，其中至少一個非線性光元件提供時鐘信號和多波長數(shù)據(jù)信號的光“與門”功能。
9.按照前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其特征在于，其中至少一個非線性光元件包括半導(dǎo)體激光放大器。
10.按照前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其特征在于，其中至少一個非線性光元件包括光環(huán)狀鏡。
11.按照前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其特征在于，其中至少一個非線性光元件包括具有電時鐘輸入裝置的電-光調(diào)制器。
12.按照權(quán)利要求6到8中任一項的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括把時鐘輸入信號輸入到第二光非線性元件的裝置，所述時鐘輸入信號的功率基本上大于由第二光非線性元件所接收的光數(shù)據(jù)輸出信號的功率。
13.處理光信號的方法，包括以下步驟把第一輸入信號引入到非線性光器件，所述信號包括多個離散波長數(shù)據(jù)信道；以及把第二輸入信號引入到非線性光器件，所述信號的頻率至少和最高數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)信道的一樣高，其中輸入信號被安排成這樣，以使非線性光器件提供包括從第一和第二信號的交叉相位調(diào)制造成的擾動的數(shù)據(jù)信號部分的輸出信號。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，其中非線性光器件包括半導(dǎo)體光放大器。
15.按照權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的方法，其特征在于，其中第一輸入信號包括多個離散波長的非歸零(NRZ)數(shù)據(jù)信道。
16.按照權(quán)利要求15的方法，其特征在于，其中第二輸入信號包括時鐘脈沖流。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，其中第一輸入信號的功率被安排為基本上小于第二輸入信號的功率，因而確定輸出信號包括第一輸入信號的擾動的譜分量。
18.按照權(quán)利要求13到17中任一項的方法，其特征在于，其中擾動的譜分量基本上代表兩個輸入信號的“與門”功能。
19.按照權(quán)利要求13到18中任一項的方法，其特征在于，包括另一個步驟對輸出信號進(jìn)行濾波，以除去任何未擾動的譜分量。
20.按照權(quán)利要求17到19中任一項的方法，其特征在于，包括另一個步驟在時間上移動輸出信號的每一個離散波長分量，以提供具有時分復(fù)用信號的時間形式的信號。
21.按照權(quán)利要求20的方法，其特征在于，使用色散以提供時間上的移位。
22.按照權(quán)利要求20或權(quán)利要求21的方法，其特征在于，包括另一個步驟把結(jié)果的光信號連同具有基本上與結(jié)果信號的周期同樣的周期的時鐘信號一起引入到第二非線性光器件，所述時鐘信號被安排成具有基本上比所述結(jié)果信號功率小的功率電平，藉此，第二非線性光器件提供包括從數(shù)據(jù)和時鐘信號的交叉相位調(diào)制造成的擾動時鐘信號部分的光輸出信號。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其特征在于，包括安排第二非線性光器件來接收CW控制波束，以便把器件的費米能級固定在預(yù)定的能級上。
24.按照權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的方法，其特征在于，包括另一個步驟用窄的通帶濾波器對光輸出信號進(jìn)行濾波，以除去幾乎所有的非擾動的譜分量。
25.從多信道非歸零(NRZ)數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生多信道歸零(RZ)數(shù)據(jù)信號的方法，所述方法包括把多信道非歸零數(shù)據(jù)信號引入到非線性光器件；把其重復(fù)頻率至少和最高數(shù)據(jù)速率的非歸零信道的一樣高的時鐘信號引入所述器件；以及安排各個信號功率電平以提供包括從數(shù)據(jù)和時鐘信號的交叉相位調(diào)制造成的擾動的數(shù)據(jù)信號部分的輸出數(shù)據(jù)信號，藉此，提供包括相應(yīng)于非歸零數(shù)據(jù)信道的歸零表示的譜分量的輸出數(shù)據(jù)信號。
26.用于把包括多個離散波長非歸零數(shù)據(jù)信道的輸入光數(shù)據(jù)信號變換為包括單波長時分復(fù)用信號的輸出光數(shù)據(jù)信號的光處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一非線性光器件，被安排來接收輸入信號和第一時鐘信號，以及提供原先的非歸零信號的輸出的光的歸零信號表示，所述輸入信號包括具有較低光功率的多個離散波長非歸零數(shù)據(jù)信道和所述時鐘信號包括其頻率至少和最高數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)信道的一樣高并具有較高光功率的脈沖序列；色散裝置，使輸出光信號的不同波長分量在時間上色散各自的預(yù)定量，以提供波長交織的輸出歸零(RZ)光信號；及第二非線性光器件，安排用來接收所得到的輸出歸零光信號和第二時鐘信號，并提供單個波長的輸出歸零光信號，所述輸入信號具有相對低的光功率，所述時鐘信號包括一個脈沖序列，其頻率實質(zhì)上等于歸零信號的頻率，并具有相對高的光功率。
全文摘要
描述了全光處理系統(tǒng)，用于變換或接口光信號，即從波分復(fù)用(WDM)形式變到光時分復(fù)用(OTDM)形式，其中原先的WDM信號典型地包括非歸零(NRZ)信號格式。該系統(tǒng)包括多個NRZ數(shù)據(jù)調(diào)制的CW光WDM信道(W，X，Y，Z)，它們在非線性光元件(745)中被強(qiáng)時鐘脈沖信號交叉調(diào)制，因而被波譜展寬。結(jié)果的信號包括原先的NRZ信號的RZ表示。RZ信號被色散元件(760)在時間上移位，它把每個波長信道在時間上移動預(yù)定的量，以產(chǎn)生波長交織的OTDM信號。然后，信號使用第二非線性光元件(770)中的CW控制波束進(jìn)行交叉相位調(diào)制的方法進(jìn)行波長變換，以提供單波長的OTDM信號。
文檔編號H04B10/2507GK1169222SQ9519667
公開日1997年12月31日 申請日期1995年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月19日
發(fā)明者A·D·埃利斯 申請人:英國電訊公司