專利名稱：全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖通信技術(shù)領(lǐng)域的碼型轉(zhuǎn)換裝置，具體是一種全光非歸零 幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
光信號處理被認為是未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中全光調(diào)制碼型轉(zhuǎn) 換，因為不需要解調(diào)出電信號，而直接由一種調(diào)制碼型轉(zhuǎn)換成另一種調(diào)制碼型， 越來越引起人們的重視。非歸零幅度調(diào)制碼(NRZ)有發(fā)送接收簡單的優(yōu)點，但 抗非線性的性能較差，故適合于短途傳輸，在城域網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用。相位調(diào)制 碼，如二相移鍵控碼(BPSK)，靈敏度高，具有抗非線性能力強的優(yōu)點，故適合 在骨干網(wǎng)中作長途傳輸。因此，在采用幅度調(diào)制碼型的短途網(wǎng)與采用相位調(diào)制碼 型的長途網(wǎng)的中間節(jié)點，實現(xiàn)NRZ到BPSK的全光碼型轉(zhuǎn)換，可以有效地提高系 統(tǒng)的透明性和重構(gòu)性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Ken. Mishina等人發(fā)表在學(xué)術(shù)出版物《IEEE Journal of lightwave technology》(《IEEE光波技術(shù)期刊》)2006年第24巻 中的文章"NRZ-OOK-to-RZ-BPSK Modulation-Format Conversion Using S0A-MZI Wavelength Converter (用半導(dǎo)體光放大器-馬赫曾德干涉儀波長轉(zhuǎn)換器實現(xiàn) NRZ-OOK到RZ-BPSK的調(diào)制碼型轉(zhuǎn)換)，提出使用半導(dǎo)體-馬赫曾德干涉儀
(SOA-MZI)波長轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)NRZ到歸零二相移鍵控碼(RZ-BPSK)的轉(zhuǎn)換，SOA-MZI 波長轉(zhuǎn)換器由兩個SOA分別嵌入MZI的兩臂組成。該方案將NRZ數(shù)據(jù)信號作為控制 光入射MZI的一臂，歸零(RZ)時鐘序列和連續(xù)光(CW)分別作為探測光和輔助 光入射MZI的兩臂。RZ時鐘序列在MZI上臂的SOA中，受到NRZ控制信號的交叉相位 調(diào)制(XPM)和交叉增益調(diào)制(XGM)，并在MZI的輸出端與下臂的RZ序列干涉， 實現(xiàn)NRZ到RZ-BPSK的轉(zhuǎn)換。該方案有幾個缺點一，SOA的恢復(fù)時間限制了碼型 轉(zhuǎn)換的速率，該方案的速率為10.7Gb/s; 二，需要一個輔助光，抑制SOA中載流
子的迅速變化，以抑制輸出信號的幅度抖動，增加了成本，同時降低了輸出信號 的幅度；三，為了放大信號，在實施中又在MZI的每一臂多加了一個SOA，增加了 器件的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種全光非歸零幅度調(diào)制碼 到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置，使其基于微環(huán)形諧振腔內(nèi)的交叉相位調(diào)制和非線性 相移特性，實現(xiàn)非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換，具有對速率透明并且 實現(xiàn)簡單的特點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括 一個探測光源、 一個增 益可調(diào)光放大器、 一個2X1光耦合器、 一個級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔(CMRR) 波導(dǎo)、 一個光帶通濾波器。非歸零幅度調(diào)制碼信號接入增益可調(diào)光放大器，增益 可調(diào)光放大器的輸出與探測光源的輸出分別接入2X1光耦合器的兩個輸入端，
光耦合器的輸出接入級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波 導(dǎo)的輸出端接入光帶通濾波器，在光帶通濾波器的輸出端得到轉(zhuǎn)換后的二相移鍵 控碼信號。
所述的探測光，可以是連續(xù)光，也可以是歸零(RZ)時鐘序列，還可以是載 波抑制歸零(CSRZ)時鐘序列，轉(zhuǎn)換后的信號相應(yīng)的為BPSK、 RZ-BPSK和 CSRZ-BPSK。 RZ時鐘序列可由時鐘恢復(fù)模塊得到，再經(jīng)調(diào)制器實現(xiàn)相鄰比特相位 翻轉(zhuǎn)，即可得到CSRZ時鐘序列。RZ、 CSRZ時鐘序列與NRZ信號同步。
所述的級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，是由硅片上刻制的微環(huán)形諧振腔和直 波導(dǎo)構(gòu)成。直波導(dǎo)與微環(huán)形諧振腔相切耦合。耦合系數(shù)與直波導(dǎo)和環(huán)形腔的距離 有關(guān)。沿著直波導(dǎo)，依次與多個相同的微環(huán)形諧振腔耦合，就組成了級聯(lián)的硅基 微環(huán)形諧振腔(CMRR)。
所述的環(huán)形諧振腔位于過耦合狀態(tài)，使諧振波長處環(huán)形諧振腔仍有光輸出。 當微環(huán)形諧振腔的半徑、截面積，直波導(dǎo)的長、寬、高，環(huán)形腔與直波導(dǎo)的距離、 耦合系數(shù)參數(shù)變化時，需級聯(lián)的微環(huán)形諧振腔的個數(shù)也要隨之變化。
所述的NRZ信號和探測光分別位于微環(huán)形諧振腔的兩個諧振波長。
所述的光帶通濾波器中心波長與探測光的中心波長相同，用來濾除NRZ信號 波長處的光，僅通過轉(zhuǎn)換后的BPSK信號。
本發(fā)明工作時，非歸零幅度調(diào)制碼信號輸入到增益可調(diào)光放大器后，輸出需
要的功率，與探測光源發(fā)出的探測光在2X1光耦合器中耦合，耦合后的信號進 入級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)的輸出信號接入 光帶通濾波器，在光帶通濾波器的輸出端得到轉(zhuǎn)換后的二相移鍵控碼信號。放大 后的NRZ信號與波長不同的探測光合路，并入射CMRR波導(dǎo)，由于CMRR波導(dǎo)的非 線性效應(yīng)比較強，探測光受到NRZ信號的交叉相位調(diào)制，使探測光的相位隨NRZ 信號的幅度變化而在O和Ji之間變化，并且探測光的幅度保持基本不變，這樣從 帶通濾波器輸出的探測光即為轉(zhuǎn)換后的BPSK信號。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明只需要一臺探測光源， 一片設(shè)計好的硅基波導(dǎo)，一 個光帶通濾波器， 一個2X1光耦合器， 一個增益可調(diào)光放大器，即可實現(xiàn)NRZ 到BPSK的碼型轉(zhuǎn)換，使用的器件少，結(jié)構(gòu)緊湊，降低了硬件成本，簡化了系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)簡單，易于集成，并且與COMS電路兼容，對NRZ信號的速率透明， 不受信號速率限制，可支持160Gb/s的系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，可滿足下一代高速網(wǎng) 絡(luò)互聯(lián)的要求。


圖1為本發(fā)明的實施例示意圖2為級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔的特性曲線，
其中(a)是單個環(huán)形諧振腔的結(jié)構(gòu)圖；(b)給出了單個環(huán)形諧振腔的幅 度和非線性相移特性曲線；(c)為四個環(huán)形諧振腔級聯(lián)的結(jié)構(gòu)圖；(d)給出了探 測光通過級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔(CMRR)后的幅度和相移曲線；
圖3為NRZ到BPSK碼型轉(zhuǎn)換的結(jié)果圖，
其中(a)、 (c)、 (e)分別為輸入NRZ信號的波形、眼圖和光譜；(b) 、 (d)、 (f)分別為轉(zhuǎn)換后的BPSK信號的相位、相位的眼圖和光譜；(g)、 (h)分別為輸出 的BPSK信號的幅度和眼圖；(i)、 (j)分別為解調(diào)出的信號的波形和眼圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方
案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限
于下述的實施例。
如圖1所示，是本發(fā)明轉(zhuǎn)換裝置的實施例示意圖，包括一個探測光源、一 個增益可調(diào)光放大器、一個2X1光耦合器、一個級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔(CMRR) 波導(dǎo)、 一個光帶通濾波器。NRZ信號接入增益可調(diào)光放大器，增益可調(diào)光放大器 的輸出與探測光源的輸出分別接入2X1光耦合器的兩個輸入端，2X1光耦合器 的輸出接入CMRR波導(dǎo)，CMRR波導(dǎo)的輸出端接入光帶通濾波器，在光帶通濾波器 的輸出端可得到轉(zhuǎn)換后的BPSK信號。
待轉(zhuǎn)換的NRZ光信號，經(jīng)增益可調(diào)光放大器放大到所需的功率，并經(jīng)光2 Xl耦合器與探測光合路，進入硅基微環(huán)形諧振腔CMRR，探測光與NRZ信號光在 CMRR波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生交叉相位調(diào)制，當NRZ信號為1的時候，探測光的相位變化n， 并且幅度保持不變。級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔(CMRR)波導(dǎo)輸出的信號，經(jīng)光帶 通濾波器濾出探測光，即為轉(zhuǎn)換后的BPSK信號。為了驗證該轉(zhuǎn)換裝置的可靠性， BPSK信號由馬赫-曾德延遲干涉儀(MZDI)解調(diào)，MZDI的兩個輸出端分別接入平 衡接收機，轉(zhuǎn)換成電信號，以便與轉(zhuǎn)換前的NRZ信號對比。MZDI的臂長正好相 差1比特。
本實施例中，所述的環(huán)形諧振腔與直波導(dǎo)的距離為幾百納米，直波導(dǎo)的高度 為幾百納米，微環(huán)形諧振腔的半徑可為幾微米到十幾微米。CMRR中相鄰的兩個 微環(huán)形諧振腔之間的距離為幾十微米，距離足夠遠，彼此之間沒有耦合。當微環(huán) 形諧振腔的半徑、截面積，直波導(dǎo)的長、寬、高，環(huán)形腔與直波導(dǎo)的距離、耦合 系數(shù)參數(shù)變化時，需級聯(lián)的微環(huán)形諧振腔的個數(shù)也要隨之變化。
本實施例中，級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)由硅片上刻制的微環(huán)形諧振腔和 直波導(dǎo)構(gòu)成。直波導(dǎo)與微環(huán)形諧振腔相切耦合。耦合系數(shù)與直波導(dǎo)和環(huán)形腔的距 離有關(guān)。沿著直波導(dǎo)，依次與多個相同的微環(huán)形諧振腔耦合，就組成了級聯(lián)的硅 基微環(huán)形諧振腔(CMRR)。
圖2給出了本實施例的原理。圖2 (a)是單個環(huán)形諧振腔的結(jié)構(gòu)圖；(b) 給出了單個環(huán)形諧振腔的幅度和非線性相移特性曲線，橫軸表示控制光信號(在 本發(fā)明中指放大后的NRZ)的功率，從圖中可以看出探測光通過單個環(huán)形諧振腔 最多可得到^的相移，但同時幅度也有很大變化；(c)為四個環(huán)形諧振腔級聯(lián)的
結(jié)構(gòu)圖；(d)給出了探測光通過級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔(CMRR)后的幅度和相 移曲線，可以看到探測光通過CMRR后最多可得到4ii的相移，適當調(diào)節(jié)控制光 的功率，可以使探測光在幅度基本恒定的情況下得到Tt的相位差?；谶@一原理， 即可實現(xiàn)NRZ到BPSK的碼型轉(zhuǎn)換。
圖3為NRZ到BPSK碼型轉(zhuǎn)換的結(jié)果。(a)、 (c) 、 (e)分別為輸入NRZ信號 的波形、眼圖和光譜，本實施例中NRZ信號為長度為29-1的偽隨機序列，信號 速率為160Gb/s; (b)、 (d)、 (f)分別為轉(zhuǎn)換后的BPSK信號的相位、相位的眼圖 和光譜，可以看出BPSK信號的相位隨NRZ信號的幅度的變化而變化，與NRZ信 號的幅度對應(yīng)；(g)、 (h)分別為輸出的BPSK信號的幅度和眼圖，可以看出BPSK 信號殘留的幅度調(diào)制很?。?i)、 (j)分別為解調(diào)出的信號的波形和眼圖，由于 MZDI是用解調(diào)差分相移鍵控碼(DPSK)的辦法，因此，BPSK解調(diào)后的信號需經(jīng) 差分處理才能與原始的NRZ信號完全相同。差分處理使信號的幅度遇1翻轉(zhuǎn)，遇 0保持，可由T觸發(fā)器實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置，包括一個探測光源、一個增益可調(diào)光放大器、一個2×1光耦合器、一個級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)、一個光帶通濾波器，其特征在于，非歸零幅度調(diào)制碼信號接入增益可調(diào)光放大器，增益可調(diào)光放大器的輸出與探測光源的輸出分別接入2×1光耦合器的兩個輸入端，光耦合器的輸出接入級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)的輸出端接入光帶通濾波器，在光帶通濾波器的輸出端得到轉(zhuǎn)換后的二相移鍵控碼信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置， 其特征是，所述的探測光，其波長位于微環(huán)形諧振腔的諧振波長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換 裝置，其特征是，所述的探測光，是連續(xù)光、歸零時鐘序列，或是載波抑制歸零 時鐘序列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝 置，其特征是，所述的級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，是由硅片上刻制的微環(huán)形 諧振腔和直波導(dǎo)構(gòu)成，直波導(dǎo)與微環(huán)形諧振腔相切耦合，沿著直波導(dǎo)，依次與多 個相同的微環(huán)形諧振腔耦合，就組成了級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換 裝置，其特征是，所述的微環(huán)形諧振腔均處于過耦合狀態(tài)，使諧振波長處環(huán)形諧 振腔仍有光輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換 裝置，其特征是，所述的級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔，其相鄰的微環(huán)形諧振腔距離 為幾十微米，彼此之間沒有耦合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換 裝置，其特征是，所述的環(huán)形諧振腔與直波導(dǎo)的距離為幾百納米，直波導(dǎo)的高度 為幾百納米，微環(huán)形諧振腔的半徑為幾微米到十幾微米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，所述的級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，其微環(huán)形諧振腔的半徑、 截面積，直波導(dǎo)的長、寬、高，環(huán)形腔與直波導(dǎo)的距離、耦合系數(shù)參數(shù)變化時， 需級聯(lián)的微環(huán)形諧振腔的個數(shù)也隨之變化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置， 其特征是，所述的光帶通濾波器，其中心波長與探測光的中心波長相同，用來濾 除非歸零幅度調(diào)制碼信號波長處的光，保留探測光，即為得到的二相移鍵控碼信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，所述的非歸零幅度調(diào)制碼信號，其波長與探測光不同，位于 級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔的另 一諧振波長處。
全文摘要
一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的全光非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼的轉(zhuǎn)換裝置，包括一個探測光源、一個增益可調(diào)光放大器、一個2×1光耦合器、一個級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)、一個光帶通濾波器。增益可調(diào)光放大器將待轉(zhuǎn)換的NRZ信號放大到所需功率，與探測光耦合，并入射級聯(lián)的硅基微環(huán)形諧振腔波導(dǎo)，利用環(huán)形諧振腔的非線性使探測光的相位發(fā)生改變，從而實現(xiàn)非歸零幅度調(diào)制碼到二相移鍵控碼型的轉(zhuǎn)換，并由光帶通濾波器濾出轉(zhuǎn)換后的信號。本發(fā)明使用的器件少，結(jié)構(gòu)緊湊，降低了硬件成本，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；并且使用硅基波導(dǎo)易與COMS電路集成，響應(yīng)速度快，可滿足下一代高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的要求。
文檔編號G02F2/00GK101206375SQ200710171230
公開日2008年6月25日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者旻 仇, 盧媛媛, 蘇翼凱 申請人:上海交通大學(xué)