[发明专利]光调制器和光通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及高效地生成用于光传送大容量信号的多级调制信号光(特别是六级相位调制光)的光调制器和具有该光调制器的光通信系统。

背景技术

光纤通信系统有利地允许高效传输大容量信息。光纤通信系统允许高效信息传送的原因有两个。第一个原因在于作为传送介质的光纤的低损耗特性使得传送期间信号的衰减损耗很小。因此，可有利地削减长距离传送所必需的诸如中继器或发生器之类的设备。第二个原因在于通过时分复用可以削减光信号的发射/接收所必需的硬件。因此，可有利地降低传送相同容量所需的成本。第二个原因对于因因特网的普及所致的通信容量增大尤其有用。例如，某些商业光纤通信系统每波长传送10Gb/s。近年来，某些光纤通信系统已经开始每波长传送40Gb/s。

为了应对未来更大容量的信息通信，需要能够复用更多信号的超高速信号光传送技术。作为对该需要的响应，已经针对与在100Gb/s的速度量级上(近似100Gb/s)或更高速度量级上的信号传送相关的技术进行密集的开发和研究。

容易生成并检测其信号的NRZ(非归零)码被广泛地用在高达每波长10Gb/s的光纤通信系统中。在NRZ系统中，二进制信号被编码为光ON(导通)和OFF(关断)以供传送。

NRZ系统中的超高速传送具有两个主要问题。第一个问题在于由于光纤具有色散导致波形恶化。由光纤的色度色散或偏振模式色散引起的波形失真随着信号速度的增大而变得更加严重。这种由色度色散或偏振模式色散引起的波形失真限制了光通信系统的传输距离。更具体地，受色度色散限制的传输距离与信号速度增大的平方成反比地缩短。同时，受偏振模式色散限制的可能传输距离与信号速度成反比地缩短。

第二个问题在于电信号复用电路的工作速度限制。例如，100Gb/s的信号传送需要100GHz频带量级的电子电路，亦即能够以近似100GHz的信号频率进行正常操作的电子电路。但是，使用当前技术中的高经济性硅CMOS很难实现这种电路。为了实现这种电路，使用InP材料的电子器件技术是必要的。即使可以应用使用InP材料的某些电子器件技术，也必须克服各种技术问题以达到稳定操作，这是因为100GHz量级的工作速度几乎是器件的工作速度极限。

除了增大电子电路的工作速度来实现超高速传送的方案之外，多级光调制技术已引起人们关注。多级调制是将多比特信息指派给三种或更多种光状态的调制技术。例如，差分正交相移键控(DQPSK)已作为用于40Gb/s光传送的重要技术引起人们关注。在DQPSK中，将2比特数字值(00、01、10和11)指派给四种状态或光相位0°、90°、180°和270°(下文中称为“符号”)。在此系统中，通过一符号传送两个比特。于是，符号速率是比特速率的一半。因此，处理这些符号的电子电路需要近似为比特速率一半的频带。例如，对于通过DQPSK传送100Gb/s的信号需要50G符号/秒的符号速率。

有利地，对50G符号/秒的信号进行处理的诸如复用器和调制器驱动器之类的电子电路需要近似高达50GHz的频带。符号速率低于比特速率，因此，一个符号的时隙是比特时隙的两倍。因此，由色散引起的波形失真的影响变小，并且与诸如NRZ之类的二进制调制相比，可有利地增大受色散限制的传输距离。利用以上优点，用于生成、传送和检测DQPSK信号光的技术已经在开发中。

下文中参考图11描述涉及DQPSK信号生成的背景技术。图11是示出专利文献1的图3所述的正交相移键控单元的框图。在图11所示的正交相移键控单元中，进入入射端1110的光被分支为相等光量的两路信号光。一路信号光在第一相位调制器1111中经历二进制(0或π相位)调制。另一路信号光在第二相位调制器1112中也经历二进制(0或π相位)调制。在二进制调制之后，移相器1113给出了π/2的相移。这两路经相位调制的光被复用并从出射端1114输出。

图12呈现了示出图11所示的正交相移键控单元中的相位调制光的相位的复坐标平面。由图11所示的第一相位调制器1111实现的相位调制在图12中由相位调制(信号光状态)1211来呈现。考虑到由移相器1113给出的/2相移，由图11所示的第二相位调制器1112实现的相位调制在图12中由相位调制1212来呈现。这些调制光被复用来生成具有四种相位状态1213的调制光。