[发明专利]用于稳定光学发射器的方法和设备

说明书

本申请是国际申请日为2013年7月17日、名称为“用于稳定光学发射器的方法和设备”、申请号为201380048724.7(PCT/US2013/050895)的发明专利申请的分案申请。

这里使用的章节标题仅用于组织目的，并且不应该被解释为以任何方式限制在本申请中描述的主题。

技术领域

本公开涉及光学发射器及相关设备和方法。

背景技术

对通过光纤的高比特率数据传输的日益增长的需求给光纤电信产业带来了很大的挑战。例如，高比特率系统非常容易受到光纤非线性的影响。另外，高比特率系统使数据的电子处理变得非常困难。

面对这些挑战的一个选择是以双极化正交相移键控(DP-QPSK)格式传输数据。正交相移键控包括在复平面中表示数据，以使得每个码元包括实(同相)部和虚(正交相位)部。在DP-QPSK调制格式中，独立数据传输发生在两个正交极化上。在水平极化中传输一个信号，并且在垂直极化中传输另一信号。然而，两个信号都具有相同的光学频率，并且它们相对于彼此极化90°，因此它们不干扰。与信号在每个时隙处于“1”或“0”电平一次的传统调制格式不同，QPSK能够在每个时隙实现两个比特的调制，因为信号能够处于四个不同相位状态之一。也就是说，信号可以是(0，0)；(1，1)；(0，1)；或(1，0)。

通过在每个光学码元传输四个比特，双极化QPSK调制有效地降低了系统的波特率，这使光学频谱比未降低波特率的情况窄四倍。从而，理论上，DP-QPSK数据速率是QPSK数据速率的两倍，这等于如接收器所见仅在四分之一的接收器带宽中在每个时隙传输四个比特。从而，与传统开关键控调制格式相比，双极化在每个时隙提供两倍的信息并且QPSK信号在每个时隙提供两倍那么多的比特。结果，每个双极化数据调制信号仅需要以四分之一的预期比特率与数据进行调制。这意味着波特率或每秒传输的码元的数量实际上可以是比特率的一半。当还使用极化复用时，系统实现它的波特率的四倍的比特率。减小的数据速率使发送信号所需的光学带宽变窄，在相同谱带中允许更多光学信道。因此，电子设备以比实际数据速率慢四倍的速率处理信号。信息可以随后由通常可用的数字信号处理(DSP)硬件和软件处理，这显著减少对光学交互工作硬件的需要。

DP-QPSK接收基于信号的光学相位的检测，这需要使用相干检测。在相干检测中，工作在类似波长的本地振荡器的输出在接收端与输入信号混合，这提供使用四个光电探测器的阵列恢复信号的光学相位的能力。相干接收器被设计为锁定到输入信号的频率和相位上并且从而能够合适地恢复输入双极化QPSK比特。在检测之后，真实电压被重新分派给它们各自的类型(同相或正交相位)，以使得能够恢复数据。数字后处理技术经常被用于补偿由传输过程引入的失真和错误。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种双极化光学调制器，包括：a)第一Mach-Zehnder调制器上层结构，包括两个并行的子Mach-Zehnder光学调制器，第一Mach-Zehnder调制器上层结构调制第一极化的第一光学信号；b)第二Mach-Zehnder调制器上层结构，包括两个并行的子Mach-Zehnder光学调制器，第二Mach-Zehnder调制器上层结构与第一Mach-Zehnder调制器上层结构以光学方式并行耦合以形成双极化光学调制器，所述双极化光学调制器具有接收来自激光源的光束的光学输入，第二Mach-Zehnder调制器上层结构调制第二极化的第二光学信号，并且所述双极化光学调制器复用第一极化的第一光学信号和第二极化的第二光学信号以形成双极化光学信号；c)第一光学检测器，耦合到第一Mach-Zehnder调制器上层结构的输出；d)第二光学检测器，耦合到第二Mach-Zehnder调制器上层结构的输出；e)第三光学检测器，耦合到所述双极化光学调制器的输出；以及f)偏置控制电路，具有第一、第二和第三输入、第一输出和第二输出，第一、第二和第三输入以电气方式连接到第一、第二和第三光学检测器中的相应光学检测器的输出，第一输出以电气方式连接到第一Mach-Zehnder调制器上层结构的偏置输入，第二输出以电气方式连接到第二Mach-Zehnder调制器上层结构的偏置输入，偏置控制电路响应于由第一、第二和第三光学检测器中的至少一个检测到的DC和AC信号两者在第一和第二输出中的至少一个上产生稳定所述双极化信号的偏置信号，其中，偏置控制电路在第一和第二输出中的至少一个上产生使由第一、第二和第三光学检测器中的至少一个产生的平均DC光电流最大化的电信号。