[发明专利]具有前馈噪声消除的外部调制激光器光学传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于模拟或数字信号的光学传输系统，且明确地说，涉及一种使用外部调制固态激光器的系统。此外，本发明涉及消除所述系统中由半导体激光器内例如电荷载体的布朗运动等许多可能来源产生的噪声分量(白噪声)或由激光器的偏压电流或热环境中的波动产生的噪声(其与频率相反地变化，且因此通常称为“1/f”噪声)。

背景技术

用电信号直接调制发光二极管(LED)或半导体激光器的模拟强度被认为是此项技术中已知的用于在光纤上传输例如语音和视频信号等模拟信号的最简单方法。尽管此类模拟传输技术的优点在于与例如数字脉冲代码调制或者模拟或脉冲频率调制等数字传输相比具有显著较小的带宽要求，但使用振幅调制通常对发射器的噪声和失真特征提出较为严格的要求。

由于这些原因，在应用于采用具有零散射的光纤链路的短传输链路的情况下，已经结合1310nm激光器使用直接调制技术。对于应用于城域和长距离光纤传输链路，链路低损耗要求使用外部调制的1550nm激光器，通常越过非常长的距离(100km)和高频率(超过900MHz)。此类链路的限制因素可能是来自激光器的残余相位噪声的转换，所述残余相位噪声经由光纤链路中存在的散射而转换成振幅噪声。本发明因此专注于提供用于与激光器的相位噪声相关联的噪声消除的简单且低成本系统的问题，使得模拟光学输出可用于城域和长距离光学网络，尤其是用于宽带RF信号的模拟传输。

激光器的直接电流调制还已知用于数字光学传输系统，例如密集波分复用(DWDM)系统。参看(例如)Kartalopoulos的“DWDM Networks，Devices，and Technology”(IEEEPress，2003，第154页)。

除了对1550nm模拟光学传输系统所要求的低噪声特征以外，所述系统还必须为高度线性的。特定模拟发射器中所固有的失真阻止线性电调制信号被线性转换为光学信号，而是致使所述信号失真。这些影响对于多信道视频传输特别有害，所述多信道视频传输要求极好的线性以防信道彼此干扰。高度线性化的模拟光学系统广泛适用于商用模拟系统，例如广播TV传输、CATV、交互式TV和视频电话传输。

作为对直接电流调制的替代方式，已知在现有技术中在光学传输系统中使用连续波(CW)激光器的外部调制器。第5,699,179号美国专利描述一种外部调制的前馈线性化模拟光学发射器，其用于降低光纤诱发的复合二次(CSO)失真分量。

对光学和其它非线性发射器的线性化的研究已经有一段时间了，但所提议的解决方案在实践中具有缺点。上文论述的大部分应用所具有的带宽对于许多实际实施方案来说过大。用于线性化的前馈技术需要复杂的系统组件，例如光功率组合器和多个光源。准光学前馈技术遭受类似的复杂性问题，且另外需要匹配得极好的零件。然而，如下文论述，用于相位噪声消除的前向技术是可使用许多开发良好的技术来实施的实用技术。

在本发明之前，尚未应用耦合到外部调制激光器的相位调制器以用于消除由激光器的半导体结构中的各种噪声源产生的相位噪声分量的目的。应注意，半导体激光器在其振幅(通常称为相对强度噪声)和其相位两者中展现噪声。这些噪声特性基本上与激光波长无关，但噪声可在单模式光纤传输中在不同波长处以不同方式出现。导致相位和振幅噪声的主要内部机制是激光器的作用区内的自发发射。由于自发发射的光子与经由受激发射产生的那些光子没有特定相位关系，因而所得光场的振幅和相位两者均受到影响。自发发射过程是众所周知的，且已经展示为由布朗运动过程描述，其中噪声频谱在操作频率内基本上是恒定的(白噪声)。在激光器外部，例如微音效应、温度波动和偏压电流噪声等环境影响还可在光场中产生相位噪声。这些事件通常导致光相位噪声，其展现具有“1/f”相关性的噪声频谱。

本发明设法通过前馈消除最小化来自半导体激光器的固有相位噪声而不管噪声的驱动机制如何。

发明内容

1.发明目的

本发明的目的在于提供一种使用外部调制激光器的改进光学传输系统。

本发明的另一目的在于补偿用于光学传输系统的激光器中的噪声。

本发明的再一目的在于提供一种用于外部调制1550nm模拟光学传输系统以改进相位噪声降低的外部相位调制器。

本发明的又一目的在于提供一种适用于远距离色散光纤媒体且使用外部调制激光器连同耦合到光学信号的相位校正电路和相位调制器的高度线性光学传输系统。

本发明的又一目的在于提供一种用于在适用于远距离色散光纤媒体的模拟光学传输系统中降低来自外部调制激光器的残余相位噪声的相移电路。