用于產生相干和頻率鎖定光副載波的方法和裝置制造方法
【專利摘要】公開了一種用于產生副載波的方法和裝置。產生用于攜帶正交頻分復用（OFDM）信號的具有副載波間隔的相干光副載波。通過級聯被不同射頻源驅動的多個相位調制器來產生多個峰。
【專利說明】用于產生相干和頻率鎖定光副載波的方法和裝置
發明領域
[0001 ] 本發明的領域通常涉及光通信架構，尤其是涉及用于產生副載波的光學方法和系統。
[0002]背景
[0003]為了滿足未來的光網絡的帶寬增加，高于每信道100Gb/S的速率被要求。因此，lTb/s和超過lTb/s的傳輸速率正成為熱點研究話題，如在下列文獻中描述的:Y.Ma> Q.Yang> Y.Tang, S.Chen 和 W.Shieh 的 “1-Tb/s per channel coherent opticalOFDMtransmission with subwavelength bandwidth access，，(在 Proc.0FC, paperPDPCl(2009)中);Α.Sano> E.Yamada> H.Masuda、Ε.Yamazaki> Τ.Kobayashi 和 Ε.Yoshida 的“No-Guard-1nterval CoherentOpticalOFDMforIOO-Gb/sLong-HaulWDMTransmission”(J.Lightw.Technol., vol.27, n0.16, pp.3705-3713，2009) ; R.Dishler 和 F.Buchali的 “Transmissionofl.2Tb/scontinuouswaveband PDM-OFDM-FDMsignalwithspectralefficiencyof3.3bit/S/Hzover400km ofSSMF”(在 Proc.0FC，paperPDPC2 (2009)中)；S.Chandrasekhar 等人 的“Transmissionofal.2Tb/s24-Carrierno-guard_intervalconherentOFDM superchannelover7200-kmofultra-large_areafiber，，(在 Proc.ECOC, paper PD2.6 (2009)中)；J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.J1、T.Wang 和P.Magill 的 “400Gb/s (4x100Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDM SignalTransmissionoverl040kmSMF-28”(OpticsExpress, 17，17928-17933 (2009)) ;D.Hillerkuss 等人的“Single source optical OFDMtransmitter and OpticalFFTreceiver demonstrated atlinerates5.4andl0.8Tb/s”(0FC2010，PDPCl);以及 J.Yu 的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDffDMsignal transmission overl040kmSMF_28”(Electron.Lett., Vol.46, N0.11, 2010:775-777)。
[0004]目前，用于光信號生成的最 高每信道比特率是5.4Tb/sOFDM極化復用正交相移鍵(PM-QPSK)和通過梳生成或超連續譜技術的具有16符號星座的10.8Tb/s0FDM極化復用正交振幅調制(PM-16QAM),梳生成或超連續譜技術在D.Hillerkuss等人的“SinglesourceopticalOFDMtransmitterFFTreceiverdemonstratedatIineratesof5.4andl0.8Tb/s，，(在Proc.0FC2010, PDPCl (2010))中被描述。然而，由于通過超連續光譜技術的OFDM光信號生成的有限的光信噪比(0SNR)，傳輸距離是相當有限的。
[0005]級聯相位調制器和強度調制器的使用可產生多個光副載波，如在下列文獻中描述的 J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.J1、T.Wang 和 P.Magill 的 “400Gb/s (4x100Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDM SignaITransmissionoverl040kmSMF-28,>(OpticsExpress, 17，17928-17933 (2009)) ;J.Yu 的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignal transmissionoverl040kmSMF-28” (Electron.Lett., Vol.46, 775-777 (2010))；T.Healy 等人的 iiMult1-waveIengthsourceusinglowdrive-voltage amplitudemodulatorsforopticalcommunications^ (OpticsExpress., 15, 2981-2986 (2007))；T.Yamamoto 等人的 “MulticarrierIightsourcewith flattenedspectrumusingphasemodulatorsanddispersionmedium，，( J.0f Lightwave.Technol., Vol.27, N0.19, 2009:4297-4305);和 T.Yamamoto等人的 “multicarrierlightsourceswithflattenedspectrumusingphasemodulatorsanddispersionmedium” (J.0fLightwave.Technol., Vol.27, N0.19, 2009:4297-4305)。[0006]最近,通過使用該技術,400-Gb/s光信號的生成已被論證，如在J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang、D.Qian、P.N.J1、T.Wang 和 P.Magill 的 “400Gb/s (4x100Gb/s) orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMSignalTransmissionoverl040kmSMF-28”(OpticsExpress, 17，17928-17933
(2009))中描述的，以及1.2Tb/s 光信號的生成在 J.Yu 的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDffDMsignaltransmissionover1040kmSMF-28^(EIectron.Lett., Vol.46, 775-777(2010))被描述。
[0007]由于相位調制器上的射頻(RF)信號的有限的振幅，只有12個副載波(具有25GHz間隔)被產生，覆蓋具有平譜振幅的約300GHz帶寬，如在J.Yu的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDffDMs i gnal transmi s s i ono ver 1040kmSMF-28 ^ (Electron.Lett., Vol.46, 775-777
(2010))中描述的。為了增加單信道OFDM信號的比特率，更多的副載波需要被產生。
[0008]用于使用再循環移頻器(RFS)產生副載波的方案用于根據兩個相位調制器的頻率移動來產生112個副載波(或峰)。然而，因為由RFS產生的多個副載波的音噪比為僅僅約20至25dB，它不足以用于在長距離上的高速信號傳輸。
[0009]用于產生多個副載波的相位和強度調制器的級聯可實現具有平振幅的高音噪比，因為所產生的副載波可用于長距離傳輸。然而，為了獲得平振幅，在強度調制器中有大的損失(通常需要超過IOdB的損失)。
[0010]發明概述
[0011]本發明目的在于通過級聯由不同射頻源驅動的至少兩個相位調制器來以小的插入損失產生平振幅的方法和系統。
[0012]在這些方法和系統中，光波被具有半波電壓的相位調制器調制，該相位調制器被具有比半波電壓大至少幾倍的振幅的第一固定頻率射頻時鐘信號驅動。該光波然后由也具有比半波電壓大至少幾倍的振幅的另一固定射頻時鐘信號所驅動的級聯相位調制器調制。第一固定頻率可等于第二固定頻率且與第二固定頻率同步地被驅動。
[0013]在本發明的另一方面中，這些方法和系統包括通過由等于第一或第二固定頻率信號的兩倍的第三固定射頻信號驅動的級聯的第三相位調制器來調制光波。第三級聯相位調制器不需要與其他相位調制器同步地被驅動。此外，級聯調制器的順序沒有嚴格地被規定。
[0014]改進的另外的方面和優點將從優選實施方式的附圖和描述中出現。
[0015]附圖的簡要說明
[0016]本發明的實施方式通過附圖示出，其中:
[0017]圖1為多副載波生成系統；
[0018]圖2示出在(a)相位調制器1、(b)相位調制器2以及(C)光耦合器2之后的光波的光譜(具有0.02nm分辨率)。
[0019]圖3示出(a)在被25GHz信號驅動的一個相位調制器之后、(b)在使用同步時鐘(O度移位)單獨地被25和12.5GHz驅動的級聯相位調制器之后、(c)在使用不同步時鐘(25度移位)單獨地被25和12.5GHz驅動的級聯相位調制器之后以及(d)在使用不同步時鐘(50度移位)單獨地被25和12.5GHz驅動的級聯相位調制器之后的光譜。[0020]優選實施方式的詳細描述
[0021]圖1示出通過級聯被不同射頻(RF)源驅動的相位調制器，產生多個副載波的原理。ECL為外腔激光器，PMl為第一相位調制器，以及EA為電子放大器。
[0022]與如在下列文獻中描述的前面的方案相反:Y.Ma、Q.Yang、Y.Tang、S.Chen和ff.Shieh 的“1-Tb/sperchanneIcoherentopticalOFDM transmissionwithsubwaveIengthbandwidthaccess”(在 Proc.0FC,paper PDPCl (2009)中);J.Yu、X.Zhou、M.-F.Huang>D.Qian、P.N.Ji, T.Wang,和 P.Magill 的“400Gb/s (4xl00Gb/s)orthogonalFDM-RZ-QPSKDWDM SignalTransmissionoverl040kmSMF-28” (OpticsExpress, 17, 17928-17933 (2009))；和J.Yu 的“1.2Tb/sorthogonalFDM-RZ-QPSKDWDMsignal transmissionoverl040kmSMF-28,>(Electron.Lett., Vol.46, N0.11,2010:775-777)，兩個級聯相位調制器被采用。從一個窄線寬激光器產生的連續波(CW)光波被不同RF時鐘信號所驅動的兩個級聯相位調制器調制。相位調制器被具有固定頻率f的RF時鐘信號驅動。在高功率升壓電子放大器之后的RF信號的振幅是第一相位調制器(PMl)的半波電壓的幾倍，以便產生具有高音噪比的多個副載波。
[0023]圖2 (a)示出在PMl之后的光譜。圖2 (a)中，RF時鐘頻率為25GHz，在升壓電子放大器之后的RF峰-峰電壓為17V，以及相位調制器的半波電壓為4V。為了產生更多副載波，被頻率f驅動的更多相位調制器可被級聯。在圖1中，第二相位調制器(PM2)被級聯。
[0024]圖2 (b)示出在PM2之后的光譜。RF時鐘頻率也為25GHz，在升壓電子放大器之后的RF峰-峰電壓為17V，以及相位調制器的半波電壓為4V。為了獲得平振幅副載波，第三相位調制器(PM3)被級聯。該相位調制器被具有固定頻率2f的低電平RF信號驅動。例如，驅動第三相位調制器的RF信號可與相位調制器的半波電壓相同。PM1、PM2和PM3可按任何順序放置在級聯內。
[0025]圖2 (C)示出在PM3之后的光譜。在PM1、PM2和PM3上的電信號的相位關系可被調節以實現副載波總平直度。PMl和PM2優選地被同步地驅動，而PM3不需要被完全同步地驅動。
[0026]圖3 (a)- (d)示出模擬結果。圖3 (a)示出當具有3.5Vpi (半波電壓)的25GHz時鐘源所驅動的僅僅一個相位調制器被采用時的光譜。
[0027]圖3 (b)示出當使用同步時鐘由具有IVpi的12.5GHz時鐘源驅動的另一相位調制器被米用時的光譜。
[0028]圖3 (C)示出當使用不同步時鐘(25度移位)由具有Vpi的12.5GHz時鐘源驅動的相位調制器被采用時的光譜。
[0029]圖3 (d)示出當使用同步時鐘(50度移位)由具有Vpi的12.5GHz時鐘源驅動的相位調制器被采用時的光譜。相對于圖3 (a) - (c)，圖3 (d)中的副載波有平的振幅。
[0030]在本發明的某些方面中，所提供的一個或多個元件可采取計算設備的形式。如本文所使用的“計算設備”指的是包括處理器的通用計算設備。處理器一般包括中央處理器單元(CPU)，例如微處理器。CPU —般包括執行算術和邏輯操作的算術邏輯單元(ALU)和從計算機可讀介質例如存儲器提取指令(例如，代碼)并且解碼和執行它們的控制單元，當必要時訪問ALU。
[0031]如本文所使用的“存儲器” 一般指的是能夠存儲數據的例如以芯片或驅動器的形式的一個或多個設備或介質。存儲器可采取一個或多個隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可編程只讀存儲器(PR0M)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M)或電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片的形式，僅作為另一非限制性的例子。存儲器可采取一個或多個固態驅動器、基于光或磁的驅動器的形式，僅作為另一非限制性的例子。存儲器可以在包括處理器的集成單元的內部或外部。存儲器可以在計算設備的內部或外部。存儲器可存儲計算機程序，例如，由處理器可操作的指令的代碼或序列。在本發明的某些方面中，所提供的一個或多個元件可采取使用一個或多個計算設備執行的代碼的形式，例如以存儲在存儲器中的計算設備可執行程序或應用的形式。
[0032]雖然示出和描述了本發明的實施方式，對本領域技術人員將明顯，更多修改是可能的，而不偏離本文的創造性構想。作為一個例子，本文所述的信號處理可在軟件中或硬件中被實現。本發明因此不被限制，除了在下面的權利要求的精神中以外。
【權利要求】
1.一種產生光副載波信號的方法，包括: 由具有半波電壓和被第一射頻時鐘信號驅動的第一相位調制器調制光波，所述第一射頻時鐘信號具有(i)第一固定頻率和(ii)比所述半波電壓大至少幾倍的第一振幅； 由被第二射頻時鐘信號驅動的級聯的第二相位調制器調制所述光波，所述第二射頻時鐘信號具有(i)第二固定頻率和(ii)比所述半波電壓大至少幾倍的第二振幅。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一固定頻率實質上等于所述第二固定頻率。
3.如權利要求1所述的方法，還包括由級聯的第三相位調制器調制所述光波。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述第三相位調制器在所述第一相位調制器和所述第二相位調制器中的一個或兩個之前或之后被級聯。
5.如權利要求3所述的方法，其中所述級聯的第三相位調制器被第三射頻信號驅動，所述第三射頻信號具有實質上等于所述第一固定頻率或所述第二固定頻率之一的兩倍的固定頻率。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述第一相位調制器和所述第二相位調制器被同步地驅動。
7.如權利要求6所述的方法，還包括由級聯的第三相位調制器調制所述光波，其中所述第三相位調制器不與所述第一相位調制器或所述級聯的第二相位調制器同步地被驅動。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述第一固定頻率和所述第二固定頻率每個為大約26GHz，所述第一振幅和所述第二振幅每個為大約17V，且所述半波電壓為大約4V。
9.一種用于產生光副 載波信號的系統，包括: 第一相位調制器，其具有半波電壓并且被第一射頻時鐘信號驅動，所述第一射頻時鐘信號具有(i)第一固定頻率和(ii)比所述半波電壓大至少幾倍的第一振幅； 級聯的第二相位調制器，其被第二射頻時鐘信號驅動，所述第二射頻時鐘信號具有(i )第二固定頻率和(ii)比所述半波電壓大至少幾倍的第二振幅。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述第一固定頻率實質上等于所述第二固定頻率。
11.如權利要求9所述的系統，還包括級聯的第三相位調制器。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述第三相位調制器在所述第一相位調制器和所述第二相位調制器中的一個或兩個之前或之后被級聯。
13.如權利要求11所述的系統，其中所述級聯的第三相位調制器被配置為被第三射頻信號驅動，所述第三射頻信號具有實質上等于所述第一固定頻率或所述第二固定頻率之一的兩倍的固定頻率。
14.如權利要求9所述的系統，其中所述第一相位調制器和所述級聯的第二相位調制器被同步地驅動。
15.如權利要求14所述的系統，還包括第三級聯相位調制器，其中所述第三級聯相位調制器不與所述第一相位調制器或所述級聯的第二相位調制器同步地被驅動。
16.如權利要求9所述的系統，其中所述第一固定頻率和所述第二固定頻率每個為大約26GHz，所述第一振幅和所述第二振幅每個為大約17V，且所述半波電壓為大約4V。
17.一種用于產生光副載波信號的計算機程序產品，所述計算機程序產品存在于計算機可讀介質上并且包括計算機可讀指令，所述計算機可讀指令被配置為使計算機: 通過具有半波電壓和被第一射頻時鐘信號驅動的第一相位調制器調制光波，所述第一射頻時鐘信號具有(i)第一固定頻率和(ii)比所述半波電壓大至少幾倍的第一振幅；通過被第二射頻時鐘信號驅動的級聯的第二相位調制器調制所述光波，所述第二射頻時鐘信號具有(i)第二固定頻率和(ii)比所述半波電壓大至少幾倍的第二振幅。
18.如權利要求17所述的計算機程序產品，其中所述第一固定頻率實質上等于所述第二固定頻率。
19.如權利要求17所述的計算機程序產品，其中所述計算機可讀指令還被配置為使所述計算機通過級聯的第三相位調制器調制所述光波。
20.如權利要求19所述的計算機程序產品，其中所述第三相位調制器在所述第一相位調制器和所述第二相位調制器中的一個或兩個之前或之后被級聯。
21.如權利要求19所述的計算機程序產品，其中所述級聯的第三相位調制器被第三射頻信號驅動，所述第三射頻信號具有實質上等于所述第一固定頻率或所述第二固定頻率之一的兩倍的固定頻率。
22.如權利要求17所述的計算機程序產品，其中所述第一相位調制器和所述級聯的第二相位調制器被同步地驅動。
23.如權利要求22所述的計算機程序產品，其中所述計算機可讀指令還被配置為使所述計算機通過級聯的第三相位調制器調制所述光波，其中所述第三級聯的相位調制器不與所述第一相位調制器或所述級聯的第二相位調制器同步地被驅動。
24.如權利要求17所述的計算機程序產品，其中所述第一固定頻率和所述第二固定頻率每個為大約26GHz，所述第一振幅和所述第二振幅每個為大約17V，且所述半波電壓為大約4V。
【文檔編號】H04B10/548GK103493407SQ201280020413
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月25日 優先權日:2011年4月26日
【發明者】錢鴻章, 余建軍 申請人:中興通訊股份有限公司, 中興通訊(美國)公司