[发明专利]光学调制设备和控制光学调制器的方法

说明书

本发明涉及一种光学调制设备和一种控制光学调制器的方法。更具体地说，本发明涉及一种光学调制设备和一种控制光学调制器的方法，其中即使其光学输出周期性地相对于驱动电压变化的光学调制器的工作点，由于环境温度或老化而波动，也能以稳定的方式补偿操作点的波动。更具体地说，本发明涉及一种用在时分多路复用(TDM)或波分多路复用(WDM)光学传送系统中使用的光学传送机中稳定马赫策恩德光学调制器(称作MZ型光学调制器)的操作点的控制方法。

最近几年可用信息量迅速增大，一直希望扩大光学通信系统的容量和延长距离。容纳10Gbps传送速度的在线光学放大器系统现在正在投入实际使用。将来将需要更大的容量，并且在光学传送的TDM和WDM方面都在进行着研究和开发。

·直接调制

强度调制和直接检测(所谓的“直接调制”)是用于在光学通信系统中采用的电-光转换电路的最简单技术。根据这种技术，由数据信号的“0”和“1”直接接通或断开致动半导体激光器的电流，以控制激光束的发射和熄灭。然而当直接接通和断开激光器本身时，光信号由于半导体的性质而经历波长的波动(所谓的“啁啾声(chirping)”。数据的传送速度(位速率)越高，啁啾声的影响越大。其原因是光学纤维呈现出一种色散性质，其中传播速度对于不同的波长是变化的。当由直接调制引起啁啾声时，传播速度波动，波形在通过光学纤维传播期间失真，并且变得难以进行长距离传送和以高速度传送。

·外部调制

由于上述原因，外部调制用于2.5至10Gbps的高传送速度。根据外部调制，一个激光二极管连续地发射光，并且通过数据的“1”和“0”使用一个外部调制器接通或断开发射的光。上述MZ型调制器主要用作外部调制器。图32A和32B是在描述MZ型调制器时有用的图，其中图32A是调制器构造的示意图，而图32B用来描述调制操作。

在图32A中所示的是一个在大于1Gbps的速度下在长距离传送中使用的分布反馈半导体激光二极管(DFB-LD)1、一个MZ型调制器2及光学纤维3a、3b。MZ型调制器2在LiNbO₃基片上包括：(1)一个输入光学波导管2a，形成在基片上，用来从激光二极管1引入光；(2)分支光学波导管2b、2c；(3)一个输出光学波导管2d，形成在基片上，用来输出调制光；(4)两个信号电极2e、2f，形成在基片上，用来把相位调制施加到分支光学波导管2b、2c中的光学信号上；及(5)一个信号输入终端2g，形成基片上，用来把一个NRZ电气驱动信号输入到信号电极之一，即电极2e。

如果施加到信号电极2e、2f上的电压由数据的“1”和“0”控制，则分支光学波导管2b、2c产生折射率的差，并且光学波导管中的光学信号的光波在他们之间产生相位差。例如，如果数据是“0”，则以这样一种方式进行控制，以致在两个光学波导管2b、2c中的光学信号的光波之间的相位差变成180°；如果数据是“1”，则以这样的方式进行控制，以致在两个光学波导管2b、2c中的光学信号的光波之间的相位差变成0°。如果采用这种装置，则在通过数据的“1”和“0”调制(接通和断开)时，叠加两个光学波导管2b、2c的光学信号将有可能输出输入光。

如图32B中所示，在其两个电极之间有电压差的MZ型光学调制器的光学输出特性，周期性地依据施加的电压而变化。点A代表光发射的极点，而点B代表熄灭的极点。电压在一个周期上的范围是2Vπ。因此，当数据是“1”时，具有Vπ幅值的电压被施加在信号电极2e、2f之间，由此发射光。当数据是“0”时，零电压被施加在信号电极2e、2f之间，由此熄灭光。

上述MZ型光学调制器的便利之处在于，传送光呈现很小的啁啾声。然而，构成基片的LiNbO₃的温度变化、其上电场的延期施加及其老化，都伴随有基片本身的极化，电荷保持在基片的表面上，并且信号电极两端的偏置电压波动。因此，MZ型光学调制器的电压-光学输出特性从图33中的理想曲线a向左和右即向曲线b和c波动。换句话说，MZ型光学调制器的工作点随时间通过而漂移，由此通/断光级变化，并且引起代码之间的符号间干扰(参考图33中的输出眼图)。

·在NRZ调制中的偏置控制方法