專利名稱:光傳輸系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及光放大器，特別涉及到相干光傳輸系統(tǒng)。
從本發(fā)明涉及的一個方面來看，提供了一種光信號放大器，這種光信號放大器的特征在于用于產(chǎn)生基準(zhǔn)光信號的裝置;用于把輸入光信號變換成電信號的裝置，上述電信號的頻率為所述基準(zhǔn)光信號頻率與輸入光信號頻率的差頻(中頻);用于對這個電信號進(jìn)行放大的裝置;把放大后的電信號引入由所述基準(zhǔn)光信號組成的光頻載波的裝置，該裝置將放大后的電信號引入由所述基準(zhǔn)光信號組成的光頻載波，從而得到輸出光信號，上述輸出光信號與所述輸入光信號相干，并且相對于所述輸入光信號被放大了。
從本發(fā)明的另一方面來看，提供了以光信號放大器為特征的相干光傳輸系統(tǒng)，這種光信號放大器包括用于產(chǎn)生基準(zhǔn)光信號的裝置;用于把輸入光信號變換為電信號的裝置，上述電信號的頻率為所述基準(zhǔn)光信號頻率與所述輸入光信號頻率之差頻;用于放大電信號的裝置;用于把放大后的電信號引入由所述基準(zhǔn)光信號組成的光頻載波的裝置，該裝置將放大后的電信號引入由所述基準(zhǔn)光信號組成的光頻載波，從而得到輸出光信號，上述輸出光信號與所述輸入光信號相干，并相對于所述輸入光信號被放大了。
下面將參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方案。
圖1a是線性光中頻(IF)放大器的線路圖;
圖1b顯示了場效應(yīng)管(FET)放大器放大率-頻率特性以及輸入信息;
圖2顯示了集成光學(xué)單邊帶調(diào)制器;
圖3是銫的D2譜線在0.85微米(μm)處的吸收譜。
在大容量長距離光纖系統(tǒng)中采用相干方法的優(yōu)點(diǎn)主要地包括下面幾個方面由于將探測靈敏度提高得了量子極限，使中繼距離得以增大;采用頻域復(fù)用增加了系統(tǒng)的容量，當(dāng)各個通道都以其最高比特速率(這個最高比特速率由光纖散射或相聯(lián)電路系統(tǒng)的速度確定)工作時，采用頻域復(fù)用進(jìn)一步增加了時分復(fù)用信息通道的容量;增加了調(diào)制方式的選擇余地，例如可采用寬頻移(載波頻率為光頻)的高質(zhì)量模擬頻率調(diào)制(FM);降低了對光探測之后的輔助放大的線性要求，相干光探測中。探測特性是線性型的，而不是二次型的，也就是說，對于動態(tài)范圍為60dB的系統(tǒng)，放大器的動態(tài)范圍也只需要60dB，而不是120dB;能夠用“黑盒”(black bax)方式實(shí)現(xiàn)光放大。
下面的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明在根本上所涉及到的。光放大是通過頻率變換和在中頻(IF)下的放大來實(shí)現(xiàn)的，這又使在中頻(IF)下進(jìn)行的通道降落和通道引入變得簡便易行。
傳輸系統(tǒng)的再生/分支點(diǎn)的功能通常是信號放大，通道降落、通道引入和重新定時。這些功能可通過圖1a所示的線路在諸如纖維光學(xué)傳輸系統(tǒng)那樣的光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。圖1a的電路包括光電二極管1，帶通濾波器2，激光器3(例如一個GaAlAs激光器)，帶有“原子”標(biāo)準(zhǔn)器5的穩(wěn)定電路4，寬帶放大器6(例如由砷化鎵場效應(yīng)管組成)，單邊帶調(diào)制器7。圖1a的電路包含光輸入端和光輸出端，并包含有線性光放大器。
激光器3與穩(wěn)定電路4和“原子”標(biāo)準(zhǔn)器5一起構(gòu)成了光頻本機(jī)振蕩器，這個光頻本機(jī)振蕩器穩(wěn)定在“原子”標(biāo)準(zhǔn)上，以保持高度的相干性，并使中頻(IF)保持在再生器的電路帶寬范圍之內(nèi)。在文獻(xiàn)中已報(bào)道過位于0.85m處的這樣一種“原子”標(biāo)準(zhǔn)器(“用Cs-D2譜線的無多普勒效應(yīng)頻譜穩(wěn)定GaAlAs激光器的頻率”，載IEEE J.Quantum Electronics，Vol.19，0.2，PP169-175，F(xiàn)ebruary 1983)，這種標(biāo)準(zhǔn)器以的D2譜線為基礎(chǔ)，其絕對分辨率優(yōu)于10MHz(見圖3)。已經(jīng)制作出了適用于其他波長范圍的標(biāo)準(zhǔn)器，所以不必把波長限制在0.85μm。
光電二極管1同光頻本機(jī)振蕩器一起組成降頻變換器。光電二極管1受到輸入光信號與本機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的光信號的照射，光頻本機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的光信號具有相當(dāng)高的功率，通常達(dá)幾個毫瓦。光電二極管的輸出電流的頻率是輸入光信號同本機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的光信號的差頻(中頻intermediate freguency)，該輸出電流經(jīng)濾波器2進(jìn)行帶通濾波后，由砷化鎵(GaAs)帶寬放大器6予以放大。在大信息容量的光學(xué)系統(tǒng)中，放大器6的帶寬可達(dá)10千兆赫(GHz)，其中心頻率為15GHz。圖1b顯示了放大器6的放大率-頻率響應(yīng)在很寬的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)出的平坦線性特性，并顯示了同輸入光信號所攜帶的信息相聯(lián)系的頻率范圍。
放大器6的輸出信號可在被重新引入光頻載波信號之前在中頻下進(jìn)行處理，雖然圖1a中只畫出了光放大器而沒有畫出進(jìn)行這種處理的部分。所用的信息調(diào)制器最好包含有頻分多路傳輸(FDm)通道，并在給定的通道中進(jìn)行時分多路傳輸(TDm)。放大器6的輸出信號在被重新引入光頻載波之前，可用傳統(tǒng)的微波濾波技術(shù)，在中頻(IF)下完任對它的通道降落或通道引入。這種微波濾波技術(shù)可以由微帶技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，也可采用其他的適當(dāng)技術(shù)。如果需要重新進(jìn)行定時，可以用傳統(tǒng)方法在各個頻率通道電平上進(jìn)行這種定時。
經(jīng)過放大的，如果需要的話還經(jīng)過適當(dāng)處理的頻分多路傳輸(FDM)信息組，通過單邊帶調(diào)制處理(升頻變換)，被引入到光頻載波信號中，該光頻載波信號由光頻本機(jī)振蕩器輸出信號的一部分構(gòu)成，該光頻本機(jī)振蕩器輸出信號與進(jìn)行降頻變換時所用的是同一信號，這就保證了輸入光與輸出光的頻率完全相同。用單邊帶調(diào)制方式所進(jìn)行的這種信息重新引入，可用諸如集成光學(xué)(電-光型)單邊帶升頻變換裝置的裝置來完成，如圖2中原理地顯示的。
圖2的集成光學(xué)裝置包括鈮酸鋰襯底8，在其中擴(kuò)散出了輸入波導(dǎo)9，兩條光程基本上相同的分支波導(dǎo)10和11，以及輸出波導(dǎo)12。由半導(dǎo)體激光器13輸出的光信號直接或是經(jīng)過光纖14被引入輸入波導(dǎo)9。在同圖1a的線路配合使用時，激光器13可由激光器3構(gòu)成。來自激光器13的光信號被分成兩部分，這兩部分分別沿著分支波導(dǎo)10和11傳輸。在分支波導(dǎo)10中，光信號的位相相對分支波導(dǎo)11中的光信號的位相落后了90°，這是通過金屬電報(bào)15加上適當(dāng)大小的電場(直流偏置)而引起的。金屬電極15淀積在襯底材料上靠近分支波導(dǎo)10的部分上。然后將圖中標(biāo)為微波輸入16的信號，也就是準(zhǔn)備引入光頻載波中的信號，通過金屬電極17加到分支波導(dǎo)10中的光信號上，同時通過90°移相器18和金屬電極19正交地加到分支波導(dǎo)11中的光信號上。光頻載波信號就是激光器13的輸出光信號。在分支波導(dǎo)10與11的出射端，光信號的位相是不同的，因而在分支波導(dǎo)10與11進(jìn)入輸出波導(dǎo)12的接合處產(chǎn)生不希望有的單邊帶頻率和載波的相消干涉。
在圖2線路的一種改進(jìn)形式中，特別是當(dāng)把它用于圖1a的光放大器中時，在光頻本機(jī)振蕩器與單邊帶調(diào)制器之間引入了光延遲，延遲的大小與電路中的延遲相等，以便將本機(jī)振蕩器所引入的噪聲中除極高的頻率分量以外的所有噪聲分量消除掉。
也可以不采用由穩(wěn)定在原子標(biāo)準(zhǔn)器的激光器組成的光頻本機(jī)振蕩器，就象上面所介紹的那樣;而是使線路以掃頻振蕩器的方式進(jìn)行工作，并通過某一特征參量，例如通過在自動頻率控制裝置的控制下調(diào)節(jié)激光器中的電流，把本機(jī)振蕩器鎖定在特定的頻率通道。
上述方案通過利用一些最先進(jìn)的“電路”元件，實(shí)現(xiàn)了對相干光傳輸系統(tǒng)的線性光放大。這些最先進(jìn)的“電路”元件沒有相應(yīng)的低頻元件，但這些元件是已經(jīng)被顯示過的，至少也是在原理上被顯示過的。
權(quán)利要求
1.光信號放大器，其特征在于用于產(chǎn)生基準(zhǔn)光信號的裝置(3)；用于將輸入光信號變換成電信號的裝置(1)，上述電信號的頻率為上述基準(zhǔn)光信號與輸入光信號頻率的差頻；用于放大電信號的裝置(6)；用于將放大后的電信號引入由上述基準(zhǔn)光信號的組成的光頻載波中的裝置(7)，該裝置(7)將放大后的電信號引入由上述某準(zhǔn)光信號所組成的光頻載波中，從而提供與上述輸入光信號相干的輸出光信號，該輸出光信號相對于上述輸入光信號被放大了。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的放大器，其特征在于所述變換裝置(1)包含降頻變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的放大器，其特征在于所述降頻變換器包括光電二極管(1)，并且其中所述基準(zhǔn)光信號產(chǎn)生裝置包括光頻本機(jī)振蕩器，該光頻本機(jī)振蕩器穩(wěn)定在“原子”標(biāo)準(zhǔn)器(3，4，5)上，光電二極管(1)受到輸入光信號與所述基準(zhǔn)光信號的照射并產(chǎn)生中頻輸出電流，該中頻輸出電流的頻率為輸入光頻率與基準(zhǔn)光頻率的差頻。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的放大器，其特征在于所述降頻變換器包括光電二極管(1)，并且其中所述基準(zhǔn)光信號產(chǎn)生裝置包括激光器(3)，該激光器(3)以掃頻本機(jī)振蕩器的探測方式進(jìn)行工作并被鎖定在預(yù)定的光頻通道上，光電二極管(1)受到輸入光信號和所述基準(zhǔn)光信號的照射并產(chǎn)生中頻輸出電流，該中頻輸出電流的頻率為輸入光頻率同預(yù)定光頻率的差頻。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的放大器，其特征在于引入裝置包括集成光學(xué)單邊帶升頻變換器(7)，該集成光學(xué)單邊帶升頻變換器(7)的輸入光信號包含基準(zhǔn)光信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的放大器，其特征在于所述放大裝置(6)包括砷化鎵(GaAs)寬帶放大器。
7.相干光傳輸系統(tǒng)，其特征在于光信號放大器包括，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)光信號的裝置(3);用于將輸入光信號變換成電信號的裝置(1)。上述電信號的頻率為所述光信號與輸入光信號的差頻;用于放大電信號的裝置(6);用于將放大后的電信號引入由所述基準(zhǔn)光信號所組成的光頻載波中的裝置(7)，該裝置(7)將放大后的電信號引入由所述基準(zhǔn)光信號所構(gòu)成的光頻載波中，從而得到同所述輸入光信號相干并相對于所述輸入光信號被放大了的輸出光信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的相干光傳輸系統(tǒng)，其特征在于包含有對中頻電信號進(jìn)行通道降落與通道引入的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的相干光傳輸系統(tǒng)，其特征在于包含有對中頻電信號進(jìn)行重新定時的裝置。
專利摘要
在相干光傳輸系統(tǒng)中，通過把輸入光信號用降頻的方法變換成中頻信號，對該輸入光信號進(jìn)行放大，例如，借助光電二極管(1)和基準(zhǔn)光頻本機(jī)振蕩器信號。用砷化鎵場效應(yīng)管帶寬放大器(6)，對光電二極管的輸出電流進(jìn)行放大，并利用諸如集成光學(xué)單邊帶調(diào)制器(升頻變換器)的裝置將其引入由基準(zhǔn)光信號構(gòu)成的光頻載波信號中。由于用同一個光頻本機(jī)振蕩器驅(qū)動光電二極管降頻變換器和集成光學(xué)單邊帶升頻變換器，因而保證了輸入/輸出光的相干性。
文檔編號G02F2/00GK85104415SQ85104415
公開日1986年12月10日 申請日期1985年6月11日
發(fā)明者約翰·斯圖爾特·西克思 申請人:標(biāo)準(zhǔn)電話和電報(bào)公共有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan