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CN101686084A - 光信号发射机 - Google Patents

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CN101686084A
CN101686084A CN200910157317A CN200910157317A CN101686084A CN 101686084 A CN101686084 A CN 101686084A CN 200910157317 A CN200910157317 A CN 200910157317A CN 200910157317 A CN200910157317 A CN 200910157317A CN 101686084 A CN101686084 A CN 101686084A
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CN
China
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light signal
signal
modulating unit
optical
modulated light
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CN200910157317A
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秋山祐一
宫田英之
星田刚司
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

本发明提供一种光信号发射机，该光信号发射机包括第一调制单元、第二调制单元、组合器和控制单元。第一调制单元和第二调制单元分别生成第一调制的光信号和第二调制的光信号。组合器将第一调制的光信号与第二调制的光信号相组合以生成偏振复用光信号；控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个，以使得第一调制的光信号与第二调制的光信号的光功率变得彼此大致相等。

Description

光信号发射机
技术领域
本发明涉及光信号发射机，并且可以应用于例如在偏振复用传输系统中使用的光信号发射机。
背景技术
对实现超高速(超过40Gbit/s，即，例如，100Gbit/s)光传输系统的需求正在快速增加。因此，已经进行研发来实际实现采用已经应用于无线系统的多值调制系统(例如，采用正交相位调制的RZ-DQPSK调制系统)的光传输系统。但是，随着传输信号速度的增加，解决与电信号电路的可行性(viability)有关的问题，以及与光传输信号的衰减(诸如，由于光滤波器导致的传输信号谱的衰减、由于色散和光噪声的积累而导致的信号衰减)有关的问题变得更加困难。
作为一种解决这些问题从而实现大容量长距离传输的系统的方法，采用偏振分集复用和数字相干检测的光传输系统得到了关注。目前正在进行对这些技术的商业化的研究和开发，在例如文献1(G.Charlet et al.，“Transmission of 16.4Tbit/s Capacity over 2,550km using PDM QPSKModulation Format and Coherent Reciever”presented at the OFC′08 PaperPDP3)、文献2(J.Renaudier，et al.，“Linear Fiber Impairments Mitigation of40-Gbit/s Polarization-Multiplexed QPSK by Digital Processing in aCoherent Receiver”J.Lightwave Technology.，vol.26，No.1，pp.36-42，Jan.2008.)和文献3(O.Bertran-Pardo et al.，“NonlinearityLimitation When Mixing 40-Gb/s Coherent PDM-QPSK Channel withPreexisting 10-Gb/s NRZ Channels”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.20，No.15，pp.1314-1316，August 2008)中公开了这些技术。
根据偏振分集复用，使用具有相同波长并且彼此正交的两个偏振波来发送两个数据流。由于这个原因，因为调制速度减半，所以偏振分集复用有利于改善电信号生成电路的特性、降低成本、减小尺寸和降低功耗。此外，减小了由于诸如光传输路径的色散的质量降低因素带来的影响，整体地提高了光传输系统的特性。例如，在专利文献1(日本未审专利特开昭62-024731号公报)和专利文献2(日本未审专利特开2002-344426号公报)中公开了使用偏振分集复用的传输系统。
在产生偏振复用信号的光信号发射机中，针对每个偏振信号设置了调制器。因此，由于调制器之间特性(例如，光损耗)的变化，或者由于光分路器、光合路器等的光损耗的变化，光信号的偏振波之间的光功率可能会出现差异。偏振波的光功率的差异将导致传输特性的下降。
发明内容
本发明的一方面的目的是提供一种发射具有良好的传输特性的光偏振复用信号的光信号发射机。
根据本发明的一个方面的光信号发射机包括：第一调制单元，其被设置用于生成第一调制的光信号；第二调制单元，其被设置用于生成第二调制的光信号；组合器，其被设置用于将所述第一调制的光信号与所述第二调制的光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及控制单元，其被设置用于控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个，以使得所述第一调制的光信号与所述第二调制的光信号的光功率变得彼此大致相等。
根据本发明的另一个方面的光信号发射机包括：第一调制单元，其被设置用于生成第一调制的光信号；第二调制单元，其被设置用于生成第二调制的光信号；组合器；其被设置用于将所述第一调制的光信号与所述第二调制的光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及控制单元，其被设置用于控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个，其中，所述第一调制的光信号与所述第二调制的光信号具有相同的符号速率并且具有彼此偏移预定时间的定时；并且所述控制单元根据所述偏振复用光信号中的符号速率分量来控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个。
根据本发明的又一个方面的光信号发射机包括：强度调制单元，其被设置用于调节第一波长分量与第二波长分量的强度；解复用器，其被设置用于提取所述第一波长分量与第二波长分量；第一调制单元，其被设置用于根据所述解复用器获得的所述第一波长分量生成第一调制的光信号；第二调制单元，其被设置用于根据所述解复用器获得的所述第二波长分量生成第二调制的光信号；复用器，其被设置用于对所述第一调制的光信号和所述第二调制的光信号进行复用以生成复用的光信号；以及控制单元，其被设置用于控制所述强度调制单元，以使得所述第一调制的光信号与所述第二调制的光信号的光功率变得彼此大致相等。
附图说明
图1A和图1B是例示了根据第一方面的光信号发射机的结构的图。
图2是解释偏振分集复用的图。
图3例示了光信号发射机的第一实施方式。
图4是例示了LN调制器的工作的图。
图5A和5B例示了计算单元的实施方式。
图6例示了光信号发射机的第二实施方式。
图7例示了光信号发射机的第三实施方式。
图8是例示了用作RZ调制器的LN调制器的工作的图。
图9是例示了LN调制器的偏置的图。
图10例示了光信号发射机的第四实施方式。
图11例示了光信号发射机的第五实施方式。
图12A和图12B是例示了第一方面的修改的结构的图。
图13例示了光信号发射机的第六实施方式。
图14是例示了根据第二方面的光信号发射机的结构的图。
图15A和图15B是解释时间交织偏振分集复用的图。
图16是例示了光电检测器的输出信号的谱的图。
图17例示了光信号发射机的第七实施方式。
图18例示了光信号发射机的第八实施方式。
图19例示了光信号发射机的第九实施方式。
图20例示了光信号发射机的第十实施方式。
图21例示了光信号发射机的第十一实施方式。
图22是例示了第二方面的变型结构的图。
图23例示了光信号发射机的第十二实施方式。
图24示例了根据第三方面的光信号发射机的结构的图。
图25例示了光信号发射机的第十三实施方式。
图26是解释用作CS-RZ调制的LN调制器的工作的图。
图27是例示了子载波的光功率与偏置之间的关系的图。
图28例示了光信号发射机的第十四实施方式。
图29是例示了根据接收到的信号质量执行反馈控制的结构的图(1)。
图30是例示了根据接收到的信号质量执行反馈控制的结构的图(2)。
图31是例示了根据接收到的信号质量执行反馈控制的结构的图(3)。
具体实施方式
图1A和图1B是例示了根据第一方面的光信号发射机的结构的图。根据第一方面的光信号发射机发送将第一调制光信号与第二调制光信号进行偏振分集复用后得到的偏振复用光信号。此时，第一调制光信号和第二调制光信号的光功率之间的差异会导致偏振复用光信号的特性变差。因此，在第一方面，控制第一调制光信号和第二调制光信号的功率为相等或者大致相等。
光源(LD)1例如是激光二极管，其产生具有频率的光信号。该光信号例如是连续波(CW)，该连续波例如被光分路器分离并且被送入调制单元10、20。
调制单元10根据传送数据X对输入光信号进行调制以生成调制的光信号X。按照同样的方式，调制单元20根据传送数据Y对输入光信号进行调制以生成调制的光信号Y。将调制单元10、20配置为分别包括调制器(在此示例中，是Mach-Zehnder LN调制器)，利用该调制器，输出光的功率相对于驱动电压周期性地发生变化。此外，设置了ABC(自动偏置控制)电路11、21用来控制调制单元10、20的LN调制器的工作点(即，偏置，bias)。ABC电路11、21根据包含在调制单元10、20的输出光中的低频分量，向相应的LN调制器施加低频电压信号，来分别调节LN调制器的工作点(即，DC偏置电压)。
此处将LN调制器描述为光调制器的一个示例，这并不是限制。换言之，光调制器不限于LN调制器，并且可以是使用光电材料的调制器即，例如，配置有诸如InP的半导体材料的调制器。
光衰减器12、22分别调节调制的光信号X、Y的功率。光衰减器12、22不是必需的组成元件。此外，可以将光衰减器12、22可以设置在调制单元10、20的输入侧或者设置在调制单元10、20内，或者设置在调制单元10、20的输出侧。
偏振合束器(polarization beam combiner，PBC)31对调制的光信号X和调制的光信号Y执行偏振复用以生成偏振复用光信号。此时，根据偏振复用(或，DP：双极化)，如图2所示，使用彼此正交的X偏振波和Y偏振波。具体而言，使用X偏振波传播调制的光信号X，而使用Y偏振波传播调制的光信号Y。
计算单元41计算表示调制的光信号X的特性的监测信号X与表示调制的光信号Y的特性的监测信号Y之间的差异。在图1A所例示的结构中，使用ABC电路11、21所参照的监测信号的DC分量来获得监测信号X和Y。在图1B所例示的结构中，从调制单元10、20输出的调制的光信号X、Y的分离部分中获得监测信号X、Y。为了执行反馈控制，控制单元42生成控制信号C以使监测信号X、Y之间的差异为0。此处的“0”无需为确切的0，而包括足够小的值在内。
由控制单元42生成的控制信号C控制，例如调制单元10、20的驱动信号的幅度。另选的是，控制信号C可以用于控制设置在调制单元10、20中的LN调制器的偏置。此外，在其中设置了光衰减器12、22的结构中，控制信号C可以控制光衰减器12、22的衰减量。在任何一种情况下，都形成了用于使监测信号X、Y之间的差异为0的反馈系统。
在上述结构中的反馈控制使得调制的光信号X、Y的功率彼此大致相等。也就是说，偏振复用信号的X偏振波和Y偏振波的功率彼此大致相等。因此，偏振复用光信号的传输特性得到了改善。
图3例示了光信号发射机的第一实施方式。在此实施方式中，假设通过偏振复用光信号来发送传输数据X和传输数据Y。此外，在第一实施方式中，按照NRZ-DQPSK调制来发送数据。同时，调制方法不限于DQPSK、DPSK和其他多值调制方法。例如，如在美国专利申请第2006/0127102号中公开的，光发射机可以配备有光调制器，该光调制器通过对数据信号进行滤波而将光相位变为矢量。
在图3中，例示在图1A和图1B中的调制单元10具有DQPSK光调制器13、驱动电路14a、14b和光电检测器(PD)15。在此实施方式中，DQPSK光调制器13具有LN调制器13a、13b和π/2相位偏移元件13c。在此实施方式中，LN调制器13a、13b是Mach-Zehnder干涉仪。LN调制器13a设置在I臂或Q臂中的一个中，而LN调制器13b设置在I臂或Q臂中的另一个中。π/2相位偏移元件13c使I臂和Q臂之间存在相位差π/2。利用例如光路径长度根据电压或温度而变化的材料来实现π/2相位偏移元件13c。
驱动电路14a利用驱动信号数据I来驱动LN调制器13a。驱动电路14b利用驱动信号数据Q来驱动LN调制器13b。这里，例如，利用DQPSK编码器对传输数据X进行编码来生成驱动信号数据I和数据Q。驱动电路14a、14b可以分别具有放大器，并控制驱动信号数据I、数据Q的幅度。虽然在图3中的驱动电路14a、14b的输出为差分输出，但是也可以为单个输出。
图4是解释LN调制器的工作的图。LN调制器的输出光的功率相对于驱动电压周期地发生变化。这里，驱动幅度是“2Vπ”。同时，“Vπ”是半波长电压，半波长电压是LN调制器的输出光的功率从本地最小值变化为本地最大值的电压。因此，图3中，驱动信号数据I的幅度的减小导致了LN调制器13a的输出光信号的幅度的减小，降低了LN调制器13a的输出光的平均功率。按照相同的方式，驱动信号数据Q的幅度的减小降低了LN调制器13b的输出光的平均功率。通过例如调节设置在驱动电路14a、14a中的放大器的增益来分别控制数据I、数据Q的幅度。此外，当采用固定增益的放大器时，通过调节进入放大器的输入信号的幅度能够获得类似的效果。将LN调制器13a、13b的输出光信号的功率控制为彼此相等(下面将对此进行详细介绍)。
光电检测器15将DQPSK调制器13的输出光转换为电信号。在此实施方式中，DQPSK光调制器13输出一对互补的光信号。然后，将该光信号对中的一个信号送入偏振合束器31，而将另一个信号送入光电检测器15。因此，由光电检测器15获得的电信号表示DQPSK光调制器13的输出光。作为用于将光信号输入至光电检测器15的其他方法，可以使用DQPSK光调制器13的输出组合器的泄露光(leakage light)。
ABC电路11根据抖动法(dithering method)控制例如LN调制器13a、13b的漂移(drift)。在这种情况下，ABC电路11生成低频电压信号。该低频电压信号的频率f0相对于传输数据X、Y的符号速率来说足够低。该低频电压信号被送至LN调制器13a、13b。当低频电压信号被送至LN调制器13a时，LN调制器13a的输出光包括“f0分量”和/或“2f0分量”，而从光电检测器15的输出信号中提取出该f0分量和/或2f0分量。然后，ABC电路11使用所提取的频率分量来调节要施加到LN调制器13a的DC偏置电压。对LN调制器13b执行同样的操作。此外，ABC电路11能够根据抖动法来调节π/2相位偏移元件13c的相位偏移量。
同时，当通过调节要施加到LN调制器13a上的DC偏置电压而使调制器的工作点发生了偏移时，LN调制器13a的输出光的平均功率发生了改变。具体而言，例如图4中，当调节了驱动信号的DC电压时，相应的输出光信号发生改变，从而，输出光的平均功率也发生改变。因此，通过调节要施加到LN调制器13a上的DC偏置电压，能够控制LN调制器13a的输出光的功率。
例示在图1A和1B中的调制单元20的结构和操作基本上与调制单元10的结构和操作相同。也就是说，调制单元20具有DQPSK光调制器23、驱动电路24a、24b和光电检测器25。然后，驱动电路24a、24b根据传输数据Y来驱动DQPSK光调制器23。
如上述设置的光信号发射机利用偏振复用光信号来发送一对传输信号X、Y。具体而言，根据传输数据X来驱动DQPSK光调制器13以生成调制的光信号X。按照相同的方式，根据传输数据Y来驱动DQPSK光调制器23以生成调制的光信号Y。调制的光信号X和调制的光信号Y被送入偏振光束合路器31。然后，偏振光束合路器通过对调制的光信号X、Y进行偏振复用来生成偏振复用光信号。经由光纤传输路径来发送偏振复用光信号。
此时，通过光电检测器15、25将DQPSK光调制器13、23的输出光分别转换成电信号，并作为监测信号X、Y送入计算单元41。监测信号X、Y可以是光电检测器15、25的输出信号的DC分量。另选的是，当通过诸如DSP的处理器来实现计算单元时，可以通过对光电检测器15、25的输出进行采样来获得DC分量。在任何一种情况下，计算单元41都获得了表示DQPSK光调制器13、23的输出光的平均功率的信号。此后，假设监测信号X、Y表示DQPSK光调制器13、23的输出光的平均功率。
计算单元41计算监测信号X、Y之间的差异。这里，通过例如使用诸如图5A中例示的差分放大器电路实现的减法器来实现计算单元41(但是这并不是具体的限制)。此外，还可以利用诸如图5B中例示的比较器来配置计算单元41。在该结构中，针对比较器的输出设置了平均电路。虽然平均电路不是必需的结构，但是比较器的输出信号的平均使得控制单元42的控制更容易。此外，当利用诸如DSP的处理器来实现计算单元41时，监测信号X、Y被转换为数字数据，并且执行数字计算。
控制单元42生成控制信号C以使计算单元41获得的差异为0。在此示例中，控制信号C被送入驱动电路14a、14b、24a和24b。换言之，由控制信号C来控制驱动DQPSK光调制器13的驱动信号数据I、数据Q的幅度，和/或驱动DQPSK光调制器23的驱动信号数据I、数据Q的幅度。例如，当DQPSK光调制器13的输出光的功率大于DQPSK光调制器23的输出光的功率时，控制单元42生成控制信号C以减小驱动DQPSK光调制器13的驱动信号数据I、数据Q的幅度(或者，增加驱动DQPSK光调制器23的驱动信号数据I、数据Q的幅度)。该反馈控制使得DQPSK光调制器13、23的输出光的功率彼此大致相等。换言之，偏振复用光信号的X偏振波与Y偏振波的光功率彼此大致相等。
虽然在图3所例示的结构中使用光电检测器15、25生成监测信号X、Y，但是也可以根据图1B所示的结构来生成监测信号X、Y。换言之，可以对送入偏振光束合路器31的调制的光信号X、Y进行分束，并且可以从分出的部分中生成监测信号X、Y。然而，在图3例示的结构中，利用用于ABC电路11、21的光电检测器15、25来获得监测信号X、Y，这降低了成本。
此外，虽然在图3例示的结构中控制了驱动DQPSK光调制器13、23的驱动信号的幅度，但是也可以控制其他的元件。换言之，例如，可以控制DQPSK光调制器13、23的偏置。在这种情况下，控制信号C被送入ABC电路11、21。然后，如参照图4所解释的，ABC电路11、21根据控制信号C来控制DC偏置电压。另选的是，在诸如设置了光衰减器12、22的图1A或图1B中所示例的结构中，可以根据控制信号C来控制每个光衰减器。在这种情况下，可以使用在光衰减器输出侧分出的光信号来生成监测信号X、Y。
图6例示了光信号发射机的第二实施方式。根据第二实施方式的光信号发射机在DQSPK光调制器的输入侧或输出侧具有RZ光调制器。在图6中例示的示例中，将RZ光调制器51、61分别设置在DQSPK光调制器13、23的输出侧。也就是说，在第二实施方式中，根据RZ-DQPSK调制来发送数据。
RZ光调制器51、61例如是Mach-Zehnder LN调制器，其根据驱动电路52、62生成的驱动信号来执行RZ调制。这里，驱动电路52、62生成与符号时钟同步的驱动信号，该驱动信号是与符号时钟具有相同频率的正弦波(但这不是具体限制)。此外，该驱动信号的幅度是例如Vπ。
ABC控制电路11不仅控制DQPSK光调制器13的漂移，还控制RZ光调制器51的漂移。按照相同的方式，ABC电路21不仅控制控制DQPSK光调制23的漂移，还控制RZ光调制器61的漂移。同时，计算单元41和控制单元42的结构以及操作与第一实施方式类似。
在如上配置的光信号发射机中，将由控制单元42生成的控制信号C送入驱动电路14a、14b、24a、24b。也就是说，对驱动DQPSK光调制器13、23的驱动信号中的至少一个驱动信号的幅度执行反馈控制。
图7例示了光信号发射机的第三实施方式。在第三实施方式中，将由控制单元42生成的控制信号C送入驱动RZ光调制器51、61的驱动电路52、62。如上所述，驱动电路52、62生成与符号时钟同步的驱动信号。
图8是解释用作RZ调制器51、61的LN调制器的工作的图。在LN调制器中，当将其用作RZ调制器51、61时，驱动信号的幅度例如是Vπ。这里，驱动信号的幅度的减小导致了LN调制器的输出光的平均功率的减小。也就是说，使用控制信号C控制驱动器52、62以控制RZ光调制器51、52的驱动信号的幅度可导致RZ光调制器51、61的输出光的平均功率发生改变。因此，例如，当RZ光调制器51的输出光的功率大于RZ光调制器61的输出光的功率时，控制单元42生成控制信号C以减小驱动RZ光调制器51的驱动信号的幅度(或者，提高驱动RZ光调制器61的驱动信号的幅度)。反馈控制使得RZ光调制器51、61的输出光的功率彼此大致相等。也就是说，偏振复用光信号的X偏振波和Y偏振波的光功率变得彼此大致相等。
图9是解释用作RZ光调制器51、61的LN调制器的偏置的图。这里，例示了其中工作点被调节到中央的状态以及工作点从中央偏移的状态。在这种情况下，如图9所例示的，如果工作点从中央偏移，则LN调制器的输出光的平均功率减小。换言之，通过调节施加到LN调制器的DC偏置电压来控制输出光的平均功率。因此，控制单元42能够利用LN光调制器的这个特性，通过调节DC偏置电压来使得偏振复用光信号的X偏振波与Y偏振波的光功率彼此大致相等。
图10例示了光信号发射机的第四实施方式。在第四实施方式中，由控制单元42生成的控制信号C被送入ABC电路11、21。此时，ABC电路11、21根据控制信号C来控制RZ光调制器51、61的DC偏置电压。DC偏置电压与LN调制器的输出光的功率之间的关系如参照图9所介绍的那样。
图11例示了光信号发射机的第五实施方式。在第五实施方式中，设置了光衰减器12、22以调节各个调制的光信号的功率。可以将光衰减器12、22设置在DQPSK光调制器13、23与RZ光调制器51、61之间，或者设置在RZ光调制器51、61的输出侧。此外，光衰减器还可以分别设置在LD1与DQSPK光调制器13之间，以及设置在LD1与DQSPK光调制器23之间。
由控制单元42生成的控制信号C被送入光衰减器12、22。光衰减器12、22根据控制信号C调节调制的光信号的功率。当将光衰减器12、22设置在RZ光调制器51、61的输出侧时，从光衰减器12、22的输出侧分出的光信号生成监测信号X、Y。
图12A和图12B是例示了第一方面的变型例的结构的图。图12A和图12B中例示的结构分别对应于图1A和图1B中例示的光信号发射机。
在图12A和图12B中例示的光信号发射机中，调制单元10、20分别设置有光源2、3。调制单元10使用光源2的输出光生成调制的光信号X，而调制单元20使用光源3的输出光生成调制的光信号Y。
在如上设置的光发射机中，由控制单元42生成的控制信号C被送入光源2、3。然后，光源2、3控制发射光的功率，使得偏振复用光信号的X偏振波和Y偏振波的光功率能够彼此大致相等。
图13例示了光信号发射机的第六实施方式。在第6实施方式中，根据控制单元42生成的控制信号C来调节光源2、3的发射光功率。例如，当RZ光调制器51的输出光的功率大于RZ光调制器61的输出光的功率时，控制单元42生成控制信号C以减小光源2的发射光功率(或者用于增大光源3的发射光功率)。该反馈控制使得调制的光信号X、Y的输出光功率几乎彼此相等。
图14是例示根据第二方面的光信号发射机的结构的图。在根据第二方面的光信号发射机中，利用时间交织的偏振复用(time-interleavedpolarization multiplex)来发送信号。
图15A和图15B是示出了时间交织的偏振复用的图。在通常(对准(aligned))的偏振复用中，如图15A所示，在相同的定时中发送X偏振波与Y偏振波的脉冲。另一方面，根据时间交织的偏振复用，如图15B所示，在X偏振波与Y偏振波的脉冲彼此偏移时间Δt的状态下发送该X偏振波与Y偏振波的脉冲。偏移时间Δt对应于例如符号周期的1/4。
在根据时间交织的偏振复用系统的光信号发射机中，调制器10、20的工作定时彼此偏移了符号时钟的1/4周期以实现偏移时间Δt。在图14例示的结构中，调制器10与时钟信号CLK1同步工作，而调制器20与时钟信号CLK2同步工作。时钟信号CLK1、CLK2的频率相同并且对应于符号速率。
时间交织的偏振复用能够抑制由于光纤中的非线性噪声所导致的传输质量的下降。例如D.Van Den Borne等人在“1.6-b/s/Hz SpectrallyEfficient Transmission Over 1700 Km of SSMF Using 40x85.6-Gb/sPOLMUX-RZ-DQPSK”，J.Lightwave Technology.，Vol.25，Bo.1，January2007中介绍了时间交织的偏振复用。
如图14所示，根据第二方面的光信号发射机具有光分路器71、光电检测器(PD)72、混频器73、以及控制单元74。光分路器71从偏振合束器31的输出中分出交织的偏振复用光信号。光电检测器72例如是光电二极管，其将分出的交织的偏振复用光信号转换成电信号。混频器73将光电检测器72的输出信号与时钟信号CLK2相乘以生成监测信号M。控制单元74根据监测信号M生成控制信号D。在这点上，可以将光分路器71与偏振合束器31集成在一起。
图16是例示光电检测器72的输出信号的谱的图。该谱是改变调制的光信号X、Y之间的光功率的差的仿真的结果。符号速率是21.5G。调制的光信号X、Y是RZ-DQPSK光信号。
当调制的光信号X、Y的光功率彼此不同时，在对应于符号速率的频率处出现光功率的峰值。在图16例示的示例中，当调制的光信号X、Y的光功率仅彼此相差0.1dB时，光功率的峰值出现在21.5GHz处。此外，随着调制的光信号X、Y的光功率之间的差异的增大，21.5GHz处的光功率也增加。
另一方面，当调制的光信号X、Y的光功率相同时，在对应于符号速率的频率处没有出现光功率的峰值。因此，调制的光信号X、Y的光功率彼此相等，当在对应于符号速率的频率处监测到光功率时，执行反馈控制以使得监测的光功率最小化。
因此，在第二方面，从光电检测器72的输出信号中提取出与符号速率对应的频率分量fs。在图14所例示的示例中，利用混频器73通过将光电检测器72的输出信号与时钟信号CLK2相乘来从光电检测器72的输出信号中提取出频率分量fs。然后，将由混频器73提取的信号，或者表示频率分量fs的功率的信号送入控制单元74作为监测信号M。同时，还可以利用带通滤波器来提取频率分量fs。在这种情况下，可以不使用时钟信号CLK2来提取频率分量fs。
控制单元74生成控制信号D以使得监测信号M最小化。控制信号D控制例如，调制单元10、20的驱动信号中的至少一个的幅度。另选的是，控制信号D可以控制设置在调制单元10、20中的至少一个调制单元的LN调制器的偏置。此外，在设置有光衰减器12、22的结构中，控制信号D可以控制光衰减器12、22中的至少一个衰减器的衰减量。在任何一种情况下，都形成了使监测信号M最小化(也就是说，使频率分量fs最小化)的反馈系统。同时，可以将光衰减器12、22分别设置在LD1和调制器10、20之间。
在第二方面，同样地，上述结构能够使调制的光信号X、Y的功率也彼此大致相等。也就是说，偏振复用光信号的偏振波X和偏振波Y的功率可以彼此大致相等。因此，提高了偏振复用光信号的传输特性。此外，如图16所示，由于调制的光信号X、Y的光功率之间的轻微差异(在实施方式中，仅为0.1dB)，就会使谱变化很大，因此能够执行高精确度的光功率调整。
图17例示了光信号发射机的第七实施方式。第七实施方式的结构基本上与第一实施方式相同，但是，第七实施方式的反馈系统与第一实施方式不同。
在根据第七实施方式的光信号发射机中，如参照图14所介绍的，对DQPSK调制器13、23的驱动信号的幅度进行控制从而使得监测信号M最小化。但是，在此实施方式中，其中不需要对DQPSK光调制器13、23的输出光中具有更大功率的一个输出光进行检测。因此，在使用控制信号D的反馈控制中，例如执行以下的步骤。这里，假设检测到监测信号M1。
当监测信号M1小于门限电平时，确定为调制的光信号X、Y之间的功率差足够小。在这种情况下，维持了DQPSK光调制器13、23的驱动信号的幅度。当监测信号M1大于门限电平时，生成了用于减小DQPSK光调制器13的驱动信号的幅度的控制信号D，并且检测到监测信号M2。如果监测信号M2小于监测信号M1，则确定为控制方向正确，然后，生成控制信号D以减小DQPSK光调制器13的驱动信号的幅度直到监测信号变得小于门限电平为止。另一方面，如果监测信号M2大于监测信号M1，则确定为控制方向错误。生成控制信号D以减小DQPSK光调制器23的驱动信号的幅度直到监测信号变得小于门限电平为止。
虽然在图17例示的结构中控制DQPSK光调制器13、23的驱动信号的幅度，但是也可以控制其他元件。换言之，可以控制DQPSK光调制器13、23的偏置。在这种情况下，控制信号D被送入ABC电路11、21。然后，如参照图4所解释的那样，ABC电路11、21根据控制信号D来控制DC偏置电压。另选的是，在诸如设置了光衰减器12、22的图14中所例示的实施方式中，可以根据控制信号D来控制各衰减器。
图18至图21例示了光信号发射机的第八至第十一实施方式。第八至第十一实施方式的结构与第二至第五实施方式的结构类似。但是，第八至第十一实施方式的反馈系统采用参照图14所介绍的结构。
图22是例示了第二方面的修改示例的图。在图22例示的光信号发射机中，按照与图12A和图12B所例示的结构相同的方式，对调制单元10、20分别设置了光源2、3。调制单元10使用光源2的输出光生成调制的光信号X，而调制单元20使用光源3的输出光生成调制的光信号Y。这里，可以将光衰减器12、22设置在调制单元10、20的输入侧或设置在调制单元10、20的输出侧。
在如上所述设置的光信号发射机中，由控制单元74生成的控制信号D被送入光源2、3中的至少一个光源。然后，光源2、3根据控制信号D来控制发射光的功率。从而能够使偏振复用光信号的偏振波X与偏振波Y的光功率彼此大致相等。
图23例示了光信号发射机的第十二实施方式。第十二实施方式的结构与第六实施方式类似。但是，第十二实施方式的反馈系统采用了参照图14所介绍的结构。
在第三实施方式中，生成了具有不同频率的多个子载波，并且利用各子载波来发送多个数据集合。
图24是示例了根据第三方面的光信号发射机的结构的图。在图24中，光源(LD)1输出波长为λ的光，光源1的输出光例如是连续波。调制单元80具有LN调制器，并从光源1的输出光生成多个光子载波1至n。λ1至λn的波长彼此相差Δλ。
解复用器91按照各波长将分离该多个子载波1至n。子载波1至n分别被送入调制单元10-1至10-n。调制单元10-1至10-n中的各调制单元的结构和操作与第一或第二方面的调制单元10、20的结构和操作相同。具体而言，调制单元10-1至10-n通过将子载波1至n与相应的传输数据进行调制来分别生成调制的光信号1至n。然后，通过复用器30对调制的光信号1至n进行复用，并输出至光纤传输路径。复用器30例如是偏振合束器或波长复用器。因此，利用多个波长λ1至λn来发送多个数据流。在这种情况下，可以根据OFDM系统来发送多个数据流。
计算单元43对调制单元10-1至10-n的输出光的功率进行比较。然后，控制单元44生成控制信号E以使调制单元10-1至10-n的输出光的功率彼此大致相等。控制信号E被送入例如调制单元80。在这种情况下，根据控制信号E来控制设置在调制单元80中的LN调制器的偏置。
图25例示了光信号发射机的第十三实施方式。在第十三实施方式中，将CS-RZ光调制器81设置为调制单元80。CS-RZ光调制器81是Mach-Zehnder LN调制器，其作为强度调制器进行工作。驱动电路82生成驱动CS-RZ光调制器81的驱动信号。驱动信号的频率是“fc/2”。
在例如A.Sano，H.Masuda等人的“30x 100-Gb/s all-optical OFDMtransmission over 1300km SMF with 10ROADM nodes”中介绍了其中使用光调制器来生成多个子载波的结构。
从光源1输出的波长为λ的连续波被送入CS-RZ光调制器81。此外，如上所述，由频率为fc/2的驱动信号来驱动CS-RZ光调制器81。同时，CS-RZ调制中的驱动信号的幅度通常为2Vπ(如图26所示)。在这种情况下，在CS-RZ光调制器81的输出光中，生成了波长为λ1和λ2的一对子载波。子载波对的波长为λ1和λ2之间的差异对应于频率fc。
CS-RZ光调制器81的输出光被送入交织器92。交织器92对应于图24所例示的解复用器91，并且作为光开关进行工作。交织器92提取出λ1分量和λ2分量，并将λ1分量送入DQPSK光调制器13中，而将λ2分量送入DQPSK光调制器23。也就是说，将子载波λ1、λ2送入DQPSK光调制器13、23中。
DQPSK光调制器13、23以及偏振合束器31的结构和操作与第一和第二方面的结构和操作相同。因此，DQPSK光调制器13通过利用传输数据X对子载波λ1进行调制来生成调制的光信号X。按照同样的方式，DQPSK光调制器23通过利用传输数据Y对子载波λ2进行调制来生成调制的光信号Y。偏振光束耦合器(polarization beam coupler)31对调制的光信号X、Y执行偏振复用。
计算单元43和控制单元44的操作与第一方面的计算单元41和控制单元42类似。具体而言，计算单元43计算DQPSK光调制器13、23的输出光的功率之间的差异。此时，针对ABC电路11、21检测到的信号的DC分量可以用作DQPSK光调制器13、23的输出光的功率。另选的是，可以使用送入至偏振光束耦合器31的光调制信号X、Y的分出部分来检测DQPSK光调制器13、23的输出光的功率。然后，控制单元44生成控制信号E以使计算单元43获取的差异为0。
控制信号E被送入例如CS-RZ光调制器81。在这种情况下，控制信号E控制CS-RZ光调制器81的DC偏置电压。此时，CS-RZ光调制器81的输出光的谱根据DC偏置电压发生变化(如图27所示)。换言之，可以通过控制CS-RZ光调制器81的DC偏置电压来调节各子载波的强度。因此，在第三方面，通过控制CS-RZ光调制器81的DC偏置电压来调节子载波λ1、λ2的功率平衡，从而使DQPSK光调制器13、23的输出光的功率之间的差异为0。从而能够使得多个复用并发送的子载波的光功率恒定，提高了传输质量。
虽然在图25例示的结构中控制CS-RZ光调制器81的DC偏置电压，但是也可以利用控制信号E来控制其他元件。换言之，可以利用控制信号E来控制DQPSK光调制器13、23的驱动信号的幅度、DQPSK光调制器13、23的DC偏置电压、光衰减器12、22的衰减量。
图28例示了光信号发射机的第十四实施方式。根据第十四实施方式的光信号发射机的结构与图25所例示的第十三实施方式的结构类似。但是，在第十四实施方式中，设置了复用器32来取代图25所例示的偏振合束器31。通过复用器32将多个子载波信号(调制的光信号X、Y)复用并发送。
图29至图31是例示根据接收到的信号质量来执行反馈控制的结构的图。图29、图30、图31例示了其中将根据接收的信号质量的反馈控制分别应用于图1A-1B、图12A-12B和图24所例示的光信号发射机的结构。
如图29至图31所例示的，接收机100具有光接收单元101、判决单元102、和FEC错误统计单元103。光接收单元101接收从发射机发送的光信号(这里，是偏振复用光信号)，并将其转换成电信号。判决单元102确定接收信号的每个符号，并恢复传输数据流。FEC错误统计单元103对恢复的传输数据流的FEC错误数(或者，错误频率)进行统计，从而获得比特错误率(BER)信息。
控制单元111根据BER信息来控制调制单元的驱动信号的幅度、调制单元的DC偏置电压或者光衰减器的衰减量。此时，例如执行使BER最小化的反馈控制，从而适当地调节偏振复用光信号的X偏振波和Y偏振波之间的功率平衡。虽然在图29至图31例示的示例中将控制单元111设置在光发射机内，但是结构也可以是将控制单元111设置在接收机100中。
虽然上述的第一至第三方面例示了发送DQPSK信号的结构，但是该结构并不限于此，根据第一至第三方面的光信号发射机可以发送其他格式的调制的光信号。
此外，在第一至第三方面，例如，周期性地重复调节调制的光信号X、Y的光功率的反馈控制。另选的是，可以在初始设置的时候以及在预定的条件下(例如，当光信号发射机的温度发生变化时)执行上述反馈控制。
根据第一方面的实施方式，即使当例如第一和第二调制单元的特性不相同时，由偏振复用光信号发送的第一和第二调制的光信号的光功率也变得彼此大致相等。
根据第二方面的实施方式，偏振复用光信号的符号速率分量取决于第一和第二调制光信号之间的功率差。因此，根据偏振复用光信号中的符号速率分量来控制第一和第二调制单元中的至少一个调制单元，使得第一和第二调制的光信号的光功率彼此大致相等。
根据第三方面的实施方式，通过控制强度调制单元来调节用于生成第一和第二调制光信号的第一和第二波长分量的强度。因此，即使当例如第一和第二调制单元的特性不相同，由偏振复用光信号发送的第一和第二调制的光信号的光功率也变得彼此大致相等。
本文引用的全部示例和条件语言意在教育目的以帮助受众理解本发明以及发明人提供的用于发展现有技术的概念，并且意在解释为不限制于此类具体指出的示例和条件，并且说明书中此类示例的组织也不是指示本发明的优劣。尽管已经详细描述了本发明的实施例，应理解的是可进行各种改变、替换和变型而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1、一种光信号发射机，该光信号发射机包括：
第一调制单元，其被设置用于生成第一调制光信号；
第二调制单元，其被设置用于生成第二调制光信号；
组合器，其被设置用于将所述第一调制光信号与所述第二调制光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及
控制单元，其被设置用于控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个，以使得所述第一调制光信号与所述第二调制光信号的光功率变得彼此大致相等。
2、根据权利要求1所述的光信号发射机，其中，
所述第一调制单元和所述第二调制单元分别具有驱动电路，该驱动电路根据传输信号生成用于调制光信号的驱动信号；以及
所述控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个的所述驱动信号的幅度。
3、根据权利要求1所述的光信号发射机，其中，
所述第一调制单元和所述第二调制单元分别具有使用光电效应的调制器，并且
所述控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个的所述调制器的偏置。
4、根据权利要求1所述的光信号发射机，其中，
所述第一调制单元和所述第二调制单元分别具有光衰减器，并且
所述控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个的所述衰减器。
5、根据权利要求1所述的光信号发射机，所述光信号发射机还包括：
第一监测单元，其被设置用于获得第一监测值，该第一监测值表示从所述第一调制单元输出的所述第一调制光信号的光功率；以及
第二监测单元，其被设置用于获得第二监测值，该第二监测值表示从所述第二调制单元输出的所述第二调制光信号的光功率，其中，
所述控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个，以使得所述第一监测值与所述第二监测值变得彼此大致相等。
6、根据权利要求5所述的光信号发射机，其中，
所述第一调制单元和所述第二调制单元分别具有利用光电效应的调制器以及控制所述调制器的工作点的偏置控制电路，并且
利用用于所述偏置控制电路的光电检测器来分别实现所述第一监测器和所述第二监测器。
7、根据权利要求1所述的光信号发射机，其中，
所述第一调制单元和所述第二调制单元分别具有相位调制器以及与该相位调制器串联连接的强度调制器；
各强度调制器具有强度调制驱动电路，该强度调制驱动电路根据时钟信号生成用于强度调制的强度调制驱动信号；以及
所述控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个的所述强度调制器的强度调制驱动信号的幅度。
8、一种光信号发射机，该光信号发射机包括：
第一光源；
第一调制单元，其被设置用于调制由所述第一光源生成的光信号以生成第一调制光信号；
第二光源；
第二调制单元，其被设置用于调制由所述第二光源生成的光信号以生成第二调制光信号；
组合器，其被设置为将所述第一调制光信号与所述第二调制光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及
控制单元，其被设置用于控制所述第一光源和所述第二光源中的至少一个，以使得所述第一调制光信号与所述第二调制光信号的光功率变得彼此大致相等。
9、一种光信号发射机，该光信号发射机包括：
第一调制单元，其被设置用于生成第一调制光信号；
第二调制单元，其被设置用于生成第二调制光信号；
组合器；其被设置用于将所述第一调制光信号与所述第二调制光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及
控制单元，其被设置用于控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个，其中，
所述第一调制光信号与所述第二调制光信号具有相同的符号速率并且具有彼此偏移预定时间的定时；并且
所述控制单元根据所述偏振复用光信号中的符号速率分量来控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个。
10、根据权利要求9所述的光信号发射机，其中，
所述控制单元控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个以使得所述偏振复用光信号中的符号速率分量最小化。
11、一种光信号发射机，该光信号发射机包括：
第一光源；
第一调制单元，其被设置用于调制由所述第一光源生成的光信号以生成第一调制光信号；
第二光源；
第二调制单元，其被设置用于调制由所述第二光源生成的光信号以生成第二调制光信号；
组合器，其被设置为将所述第一调制光信号与所述第二调制光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及
控制单元，其被设置用于控制所述第一光源和所述第二光源中的至少一个，其中，
所述第一调制的光信号与所述第二调制的光信号具有相同的符号速率并且具有彼此偏移预定时间的定时；并且
所述控制单元根据所述偏振复用光信号中的符号速率分量来控制所述第一光源和所述第二光源中的至少一个。
12、一种光信号发射机，该光信号发射机包括：
强度调制单元，其被设置用于调节第一波长分量与第二波长分量的强度；
解复用器，其被设置用于提取所述第一波长分量与第二波长分量；
第一调制单元，其被设置用于根据所述解复用器获得的所述第一波长分量生成第一调制光信号；
第二调制单元，其被设置用于根据所述解复用器获得的所述第二波长分量生成第二调制光信号；
复用器，其被设置用于对所述第一调制光信号和所述第二调制光信号进行复用以生成复用的光信号；以及
控制单元，其被设置用于控制所述强度调制单元，以使得所述第一调制光信号与所述第二调制光信号的光功率变得彼此大致相等。
13、根据权利要求12所述的光信号发射机，其中，
所述强度调制单元具有LN调制器；并且
所述控制单元控制所述LN调制器的偏置。
14、根据权利要求12所述的光信号发射机，其中，
所述复用器对所述第一调制光信号和所述第二调制光信号执行偏振复用。
15、一种光信号发射机，该光信号发射机包括：
第一调制单元，其被设置用于生成第一调制光信号；
第二调制单元，其被设置用于生成第二调制光信号；
组合器，其被设置用于将所述第一调制光信号与所述第二调制光信号相组合以生成偏振复用光信号；以及
控制单元，其被设置用于根据接收的所述偏振复用光信号的信号质量来控制所述第一调制单元和所述第二调制单元中的至少一个。
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