專利名稱：光學轉換器和包括該轉換器的多路傳輸系統(tǒng)用的發(fā)送器及接收器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可通過光進行轉換的光學轉換器，它包括其折射率可通過光強進行改變的光波導結構，以及至少一個可被施加信號的輸入端和至少一個引出端，上述轉換器進一步包括有其輻射光可被引入該波導結構的輻射光源裝置，此輻射光源裝置則包括用于供給具有重復時間T和脈沖寬度P的脈沖序列的至少一個脈沖激光器以及用于傳送該激光器供給的輻射光的介質。
本發(fā)明還涉及配備有這種光學轉換器的發(fā)送器和接收器，以及包括該發(fā)送器和/或接收器的多路傳輸系統(tǒng)。
開始段落描述的類型的轉換器是已知的，例如可從N.J.Doran和D.Wood的論文“非線性光學環(huán)反射鏡”中了解到，參見《Optics Letters》，Vol.13，NO.1，1988.1。此論文中描述的轉換器是作為非線性光學環(huán)反射鏡(NOLM)來完成的。波導結構為一玻璃纖維環(huán)，是通過將一個方向耦合器(通常為50∶50的耦合器)的兩端互連因此該環(huán)上形成起著輸入端和引出端作用的兩個口就可以得到。當經(jīng)過入口將信號引進玻璃纖維環(huán)時，此信號將被方向耦合器分成兩個相等信號的部分，這兩部分信號將沿相反的方向通過環(huán)，并在耦合器中重新組合。此外，玻璃纖維環(huán)具有偏振控制元件，確保兩部分信號走過的光路長度維持相等。在出口處將發(fā)生相消干涉，因而在此出口處將測不出信號的強度。利用玻璃纖維的光學非線性，即根據(jù)關系式n＝n0＋n2I，其中n2為非線性系數(shù)，折射率取決于該玻璃纖維中的光強度，如果進入的輻射光只能沿一個方向通過玻璃纖維環(huán)，則可在此纖維環(huán)中引起非對稱性。由于交叉相位調制的原因，該輻射光在與其同方向傳播的信號部分中將引起相位變化，從而在沿相反方向傳播的兩信號部分之間便產(chǎn)生出相位差。非對稱性產(chǎn)生的持續(xù)時間因而也就是最后得到的相位差的持續(xù)時間，與外部輻射光進入的周期相對應。由于這種非對稱性，故在兩個口上不同的強度分布是暫時發(fā)生的，而且信號將傳給引出口。缺少或者存在控制脈沖，便能使此玻璃纖維環(huán)在反射鏡和通路之間轉換。
已知轉換器的缺點在于，激光器的脈沖相互連續(xù)的速率受到激光器重復時間的限制。此重復時間是由二極管激光器直接調制的可能性決定的，并且為10GHz的數(shù)量級。此外，連續(xù)脈沖產(chǎn)生的速率是受到形成連續(xù)脈沖時產(chǎn)生的跳動限制的，從而使脈沖的位置不能準確地相對脈沖的周期確定。
本發(fā)明的目的在于提供一種其轉換速率顯著提高的光學轉換器。而且，其轉換速率也不受相對所使用激光器的脈沖周期確定脈沖位置的限制。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光學轉換器，其特征在于，輻射光源裝置配備有調整裝置，用于將激光器的波長，穩(wěn)定在該激光器供給的一個和同樣的脈沖中從N數(shù)個可能選擇的波長帶中選出的n數(shù)個波長帶上；其特征還在于，用于傳送輻射光的介質是色散型的，其隨與波長有關的傳播時間tD有關的，在傳播時間tD內(nèi)，由于色散的結果，這些波長帶當傳送時在時間上能夠分開。
N數(shù)個可能選擇的波長帶，被理解為意指通過調整裝置可以產(chǎn)生的選擇波長帶的最大數(shù)。
n數(shù)個被選出的波長帶，被理解為意指通過選定那些在調整裝置中被激活的元件實際提供的波長帶數(shù)。
假如波長帶數(shù)從一個和同樣的激光脈沖的頻譜中被選定，隨后并通過一個色散介質，那么這些波長帶由于色散的結果便在時間上彼此分開。按照這些方式，激光器提供的每一個脈沖便被分成與選定的波長帶數(shù)對應個數(shù)的子脈沖。與激光器的重復時間相比，其重復時間縮短到選定波長帶數(shù)分之一的輻射光源裝置，因而可以獲得。此外，由于現(xiàn)在這些脈沖基本上不跳動，所以這些脈沖的位置能夠更準確地確定。
為了防止激光器后續(xù)脈沖的第一個選定的波長帶超越前一激光器脈沖的最后一個波長帶，根據(jù)本發(fā)明的光學轉換器，其特征在于，至少在確定的周期內(nèi)，激光器的重復時間T必須等于或者大于選定的波長帶數(shù)n乘以兩個波長帶之間最小的傳播時間差△tD，△tD＝|D|·LD·△λ，其中△λ為兩個模(modus)之間的距離；|D|為介質的色散；LD為色散介質的長度。
激光器可以是例如具有連續(xù)光譜的脈沖激光器。然而根據(jù)本發(fā)明光學轉換器的最佳實施例，其特征在于此激光器為具有法布里—珀羅頻譜的二極管激光器。
最好采用具有不連續(xù)光譜成份或法布里—珀羅模式的二極管激光器。這種激光器的規(guī)格能夠增強轉換器的緊湊性。兩連續(xù)子脈沖間的距離，是由激光器縱模間的距離決定的，縱模間距離(依次)又由二極管激光器的長度決定。
本發(fā)明光學轉換器進一步實施例，其特征在于，調整裝置是由安裝在激光輻射光路中的光學波長選擇反饋裝置構成的，后者至少包括一個至少對n數(shù)個選定波長帶部分反射的反饋元件，并被安裝在距二極管激光器為d的距離上，且此距離由以下條件確定d≤c2·T]]>其中c為輻射光束通過介質中的光速；T為重復時間。
本發(fā)明光學轉換器的最佳實施例，其特征在于距離d是由以下條件決定的d=C2T-C2∈(P+ΔP)]]>其中P為所發(fā)射激光脈沖的脈沖寬度，T為重復時間；C為輻射光束通過介質中的光速；△P為二極管激光器中脈沖LP的起建時間，而且∈為滿足條件0＜∈＜1的實數(shù)。在這些限度之內(nèi)，當被反饋元件反射地輻射光子脈沖的能量E(Pr)相應減少或者增加時，起建時間將增加或者減小，以使條件E(Pr)＞E(LPi)在輻射光子脈沖進入二極管激光器的瞬間得到滿足，其中條件E(LPi)為在相應瞬間二極管激光器中建立的輻射能量。
在這種情況下，對激光器波長的調整是建立在反饋基礎上的。
激光器發(fā)出的至少一部分輻射將由反射元件返回到激光器。此反射元件的反射系數(shù)和位置的選擇，是使由此元件反饋給激光器的輻射光具有實質上完全由其決定激光器工況的強度以及在完全由其決定激光器工況的瞬間到達該激光器。事實上，眾所周知，激光器對在激光束輻射光路中經(jīng)過反射返回到激光工作介質的激光敏感。與返回輻射光的量有關，這樣可以產(chǎn)生不需要的效果，如線寬的增加、較高的噪聲或激光器波長偏移，以及因而在輸出頻譜方面的變化。激光器的工作狀態(tài)，主要是由新的光脈沖建立的時間間隔內(nèi)出現(xiàn)什么情況決定的。在上述時間間隔內(nèi)，依靠修改(adapting)反射脈沖的能量及其傳播時間，通過讓足夠大量的光子由于反饋產(chǎn)生，而激光器的工作狀態(tài)主要由這些外部光子決定。因而激光器是受根據(jù)給定條件精密準備的反饋控制的。
為了穩(wěn)定激光輻射的波長，當使用二極管激光器時，可以利用此二極管激光器后反射鏡發(fā)出的輻射或其前反射鏡發(fā)出的輻射。
目的在于從二極管激光器的法布里—珀羅頻譜中選定單一波長的受控光學反饋，描述在以本申請人名義提出的歐洲專利申請EP0550929A1中。
本發(fā)明光學轉換器上述實施例的第一種變換，其特征在于，該反饋裝置進一步包括位于激光器和反饋元件之間，以將激光器提供的輻射光束從空間上分成許多子光束(每個子光束具有不同的波長帶)的第一塊光柵，以及用于將來自第一光柵的子光束變成相互平行的第二塊光柵。
第一光柵從空間上將光束擴展成由于色散而具有不同方向的不同波長的子光束。第二光柵將這些子光束變成相互平行。按照這種方式，此光束的光譜成分將并排排列。通過讓此光束入射在安排距激光器為確定距離d的元件上，而且至少對這些子光束或模中的一些為部分反射的，則激光器被強制以與被反射成分的波長對應的波長發(fā)出輻射光。
本實施例的第二種變換，其特征在于激光器和反饋裝置之間的輻射光路至少被分成許多與選定的波長帶數(shù)n對應的分支，每一分支都包括有波長選擇元件。
來自激光器的輻射光可被分配給不同的分支，而用于不同波長的波長選擇元件可以安裝在每一分支中。經(jīng)過不同分支返回激光器的輻射光，具有有限數(shù)的波長帶。
根據(jù)本發(fā)明的光學轉換器實施例，其特征在于波長選擇元件為光柵。
光柵具有比較高的波長分開能力。可以通過改變光柵相對于激光器輻射光束的取向角度來挑選被選擇的波長。
根據(jù)本發(fā)明光學轉換器的另一實施例，其特征在于波長選擇元件為標準具。
處在標準具的兩塊平行的平板之間的材料，例如可以是空氣、液晶、半導體或者電光材料。通過改變標準具的光學厚度，將改變自由譜域，即改變在標準具寬度范圍內(nèi)的兩條波長間的差。通過給定每一分支中標準具以不同的光學厚度，因而有可能對每一分支選出不同的波長。
根據(jù)本發(fā)明光學轉換器的另一實施例，其特征在于，反饋裝置包括許多至少與選定的波長帶數(shù)n對應的反饋元件，此反饋元件是作為集成在一和同一種介質上的分配式布喇格反射鏡(DBR)實現(xiàn)的。
光柵柵距決定DBR反射鏡選出的波長。每一個這樣的DBR反射鏡可被安裝在分開的波導中，這些波導例如基本上相互平行，并且終止在為被施加影響的激光器提供連接的單根波導中。這樣的反饋元件可按比較簡單的方式制造，而且是緊湊的。
根據(jù)本發(fā)明光學轉換器的可供選擇實施例，其特征在于調整裝置是由與可能選擇的N數(shù)個波長帶對應的許多輻射光源構成的，這些輻射光源具有自己相應地穩(wěn)定在給定的波長帶上的輻射，這些波長帶彼此有區(qū)別，并可被同時引入激光器。
對激光器的調諧是建立在此情況下的光學引入基礎上的。
在這種情況下，每一激光器產(chǎn)生出不同的波長，在脈沖起建時間內(nèi)同時被引入控制脈沖的激光器。因此，激光器將在與引入激光波長對應的波長上產(chǎn)生出輻射光。
根據(jù)本發(fā)明光學轉換器的最佳實施例，其特征在于該轉換器是作為NOLM反射鏡實現(xiàn)的，其中的光波導結構為光學纖維環(huán)，來自輻射光源裝置的輻射可以非對稱地引入該光纖環(huán)。NOLM反射鏡本身可從N.J.Doran和D.Wood的論文“非線性光學環(huán)反射鏡”中了解到，參見《Optics Letters》Vol.13，NO.1，1988.1。通過利用本發(fā)明，能夠得到轉換時間大大縮短的NOLM反射鏡。
可以不同方式將控制脈沖耦合到光纖環(huán)上。
第一種可能性是利用環(huán)中的外加的耦合器，最好使其盡可能靠近方向耦合器。引起非對稱性所穿過的長度L，事實上也就決定了相位差的大小，即根據(jù)△Φ≈n2·2π·I·L/λ，其中L為玻璃纖維的長度；I為光強度；λ為被引入脈沖的波長。
第二種可能性是將控制脈沖的二極管激光器接在轉換器外部的環(huán)上。在這種情況下，使用的是與波長有關的耦合器替代50∶50的耦合器。這種與波長有關的耦合器，例如作為50∶50的耦合器是工作在信號傳輸波長上，作為耦合器基本上不靈敏；或者對于控制脈沖的激光器的波長來說，作為耦合器工作在另一耦合比上。
由于每一控制脈沖都能產(chǎn)生非對稱性，所以轉換時間將縮短，當上述輻射光源裝置的輸出被用作NOLM反射鏡的控制脈沖信號時，將縮短到所選定波長帶數(shù)n分之一。
本發(fā)明進一步涉及包括發(fā)送器和接收器及在其間帶有傳輸介質的多路傳輸系統(tǒng)。
光通訊系統(tǒng)目的在于提高數(shù)據(jù)傳輸率。然而此傳輸速率受到電子處理電路現(xiàn)行帶寬的限制，通常為10千兆赫的數(shù)量級，而且還受到作為信號源的二極管激光器直接調制可能性的限制。后者受馳豫振蕩的限制。這種限制也具有10千兆赫的數(shù)量級。
由于存在著上述限制，所以在多路傳輸系統(tǒng)中需要通過單個傳輸通道傳輸更多的信號。為此目的，被傳送的不同信號，必須用某種方法在發(fā)送器一端組合成單一信號，并在接收器一端再還原成許多其帶寬水平在現(xiàn)行電子處理電路限制內(nèi)的信號。
本發(fā)明是基于承認，通過使用前面描述的光學轉換器，多路傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號傳輸速率可以大大增加。由于是按照完全光學的方式達到的，故由于電子線路和使用昂貴的電子元件施加的限制也可以避免。
因此，根據(jù)本發(fā)明的多路傳輸系統(tǒng)，其特征在于至少發(fā)送器或接收器包括至少一個前面描述的光學轉換器。
比較高的傳輸速率，通過提供發(fā)送器或接收器或兩者至少帶有這種光學轉換器來增加。
由于這種光學轉換比傳統(tǒng)二極管激光器兩接續(xù)脈沖間的重復次數(shù)快，故數(shù)據(jù)傳輸速率可以大大提高。
在接收器端使信號還原的一種方式是提供帶有光控光學轉換器的接收器，如從P.A.Andrekson等人的論文“帶有非線性光學環(huán)反射鏡的64千兆位/秒的全光學信號分離“中了解的那樣，發(fā)表在《IEEE Photonics Technology Letters》，Vol.4，No.6，pp.644-647，1992，6。在已知的多路傳輸系統(tǒng)中，光學轉換器是NOLM反射鏡(非線性光學環(huán)反射鏡)。數(shù)據(jù)信號經(jīng)過例如50∶50的耦合器在第一個口進入此環(huán)，并被分成兩個子信號。經(jīng)過第二個耦合器將控制脈沖耦合到該環(huán)中使其沿著與兩子信號之一相同的方向通過，并且隨后在沿相反方向傳播的兩子信號間產(chǎn)生出相位差，以致于在控制脈沖信號傳播時間內(nèi)兩個口上的強度分布不同。按照這種方式，可以從復合的數(shù)據(jù)信號中選出一些子信號，并借助可用的電子處理電路對這些子信號進行處理。
這種情況下的缺點是，能被傳遞給出口通道的數(shù)據(jù)位的速率，取決于控制脈沖的二極管激光器的重復時間以及二極管激光器脈沖周期的確定。
假如至少讓接收器配備本發(fā)明的光學轉換器，則該接收器的特征在于它至少配備一個光學轉換器，而可被加在每一轉換器入口的信號，是一個經(jīng)過傳輸介質傳送來的、并且由許多經(jīng)過時分復用傳輸?shù)淖有盘柦M成的信號，通過輻射光源裝置，每次可從這個復合信號中選出一個子信號。
在這種情況下，一個數(shù)據(jù)序列被加入轉換器的入口。例如纖維環(huán)的第一個口。通過將控制脈沖二極管激光器的輻射耦合到纖維環(huán)中，轉換器即被暫時打開。借助于調整裝置可以作出一種選擇，按照這種選擇，可能被選擇的波長帶被激活，并且用這種方法確定必須與復合信號分開的子信號，以傳給例如檢測通道。如果選擇的是一個以上的信號，則相應個數(shù)的光學轉換器可以串聯(lián)安置。然后將一個信號加到下一轉換器的入口，該信號包括除了已被前一轉換器耦合輸出信號之外的所有子信號。通過將光學轉換器并聯(lián)安置以替代相互串聯(lián)，還可將復合信號還原成子信號。
被發(fā)送給發(fā)送器一端的各種信號，也可按不同的方式進行組合。適合的技術之一稱之為(時分復用)。能夠提供其脈沖寬度比兩個連續(xù)脈沖間重復時間短得多的脈沖的單模激光器，被用作信號源。通過分成許多具有不同延遲時間的波道繼之以將這些波道組合，便可產(chǎn)生出具有較短重復時間的脈沖序列。被發(fā)送的各種數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過強度調制輪流被加到不同的波道中。當把大量的各種信號組合成單個復合信號時，便可得到比特率比較高的信號。復合信號的各種脈沖，并不需要都從同一個二極管激光器中發(fā)出，但可換一種方式從不同的二極管激光器中發(fā)出，只要在時限和波長方面采取措施。
缺點在于，單一傳輸波道中相互接續(xù)的不同數(shù)據(jù)比特率，受到控制脈沖激光器重復時間的限制。
為了避免這種缺點，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送器，其特征在于它配備有光學轉換器，該發(fā)送器進一步包括連續(xù)工作的激光器，其波長被穩(wěn)定在確定的波長帶上，以提供可被加到轉換器入口上的信號；其特征還在于，輻射光源裝置的脈沖，對于被傳送的數(shù)據(jù)序列是載體。
經(jīng)過第一個口，將連續(xù)工作的單模二極管激光器的輻射加在纖維環(huán)上，該輻射被分成兩個子信號。此外，根據(jù)本發(fā)明的輻射光源裝置的輻射，是以沿兩個方向之一的受控發(fā)射方式應用的。因此，在出口例如光學轉換器的第二個口上，將產(chǎn)生一脈沖序列，其脈沖具有連續(xù)工作單模激光器的波長，并以一定的速率相互接續(xù)，該速率與輻射光源裝置的法布里-珀羅模的選出波長帶相互接續(xù)的速率對應。用這種方法，可以得到傅里葉極限的光脈沖，而且此脈沖序列的所有脈沖因而被形成，并用作必須傳送給具有同樣波長接收器的給定數(shù)據(jù)序列的載體。
以與控制脈沖激光器自身的重復時間對應的速度產(chǎn)生出傅里葉極限脈沖的發(fā)送器，其本身可從R.A.Betts等人的論文“利用全光系出入口產(chǎn)生出受變換限制的光脈沖”中了解到，發(fā)表在《Electronics Letters》，Vol，28，NO.1，PP，1035-1037，1992，5。脈沖的頻率受到現(xiàn)行電子處理電路施加的局限(10千兆赫)的限制。通過利用本發(fā)明，其重復時間增加到選定的模數(shù)倍的受傅里葉變換極限的脈沖被產(chǎn)生出來。按照這種方式，頻率可以達到(例如在選出4個模的情況下為40千兆赫)使用現(xiàn)行電子處理電路所無法達到的程度。
根據(jù)本發(fā)明發(fā)送器可供選擇的實施例，其特征在于該發(fā)送器至少包括一個可通過光進行轉換的光學轉換器，該轉換器具有其折射率可通過光強進行改變的光學波導結構，以及至少一個可被施加信號的輸入端和至少一個引出端，并且進一步包括有其輻射光可被引入該波導結構的輻射光源裝置，該輻射光源裝置則包括用于提供具有重復時間T和脈沖寬度P的脈沖序列的至少一個脈沖的第一激光器，所述輻射光源裝置配備有調整裝置，用于在由第一激光器提供的一個和同樣的脈沖內(nèi)將第一激光器的波長穩(wěn)定在由N數(shù)個可能選擇的波長帶中選出的n數(shù)個波長帶上；上述發(fā)送器進一步包括一波長被穩(wěn)定在確定波長帶上的連續(xù)激光器，用于提供可被加到轉換器輸入端的信號；其特征還在于輻射光源裝置的脈沖乃是被發(fā)送數(shù)據(jù)序列的載波；每個第一激光器被穩(wěn)定在不同的波長λi上，而且調整裝置包括與多個第一激光器對應的多個第二激光器，在保持E(Pm)＞E(LPi)的瞬間其輻射可被引入相關聯(lián)的第一激光器，其中E(Pm)為在第二激光器的波長與其對應第一激光器的波長λi不同的相應瞬間的能量；E(LPi)為在此相應瞬間第一激光器中的輻射能量建立；上述輻射光源裝置進一步包括與多個第一激光器對應的許多波長鑒別器，并且具有被調整在第一激光器從引入輻射后所發(fā)輻射中選出的上述波長上的波長；以及用于將被發(fā)送的數(shù)據(jù)序列組合和傳送給轉換器的裝置。
通過采用所述并行排列裝置的組合，此傳輸系統(tǒng)的傳輸率將以另外的方式大大提高。
根據(jù)本發(fā)明發(fā)送器的進一步實施例，其特征在于第一激光器為具有法布里—珀羅諧振腔并在對于每一激光器為不同的波長λi上被激勵的二極管激光器；相關聯(lián)的第二激光器的波長，被調整到不同于相關聯(lián)的第一激光器的波長λi；并與上述第一激光器諧振腔適應的模上。
通過選擇帶有法布里-珀羅諧振腔的二極管激光器作為第一激光器，通過將相關聯(lián)第二激光器的波長調整到適應該諧振腔且不同于λi的模上，將使此耦合最優(yōu)化。
本發(fā)明的這些以及其它方面，從參照下述實施例所作解釋中將更加明白。
在以下附圖中，

圖1示意表示本發(fā)明光學轉換器實施例；圖2a詳細地示意表示用在本發(fā)明光學轉換器中的輻射光源裝置的實施例；圖2b和2c分別表示反饋之前和之后二極管激光器發(fā)射的脈沖序列；圖3a至3d詳細表示用于圖2a中輻射光源裝置中的反饋裝置的許多實施例；圖4a和4b表示本發(fā)明光學轉換器兩種改型的實施例；圖5示意表示本發(fā)明多路傳輸系統(tǒng)的實施例；圖6示意表示用在包括本發(fā)明光學轉換器的多路傳輸系統(tǒng)中的發(fā)送器的實施例；圖7示意表示用在包括本發(fā)明光學轉換器的多路傳輸系統(tǒng)中的接收器的實施例；圖8示意表示本發(fā)明輻射光源裝置的實施例，包括許多并行排列的裝置，每一裝置產(chǎn)生一單脈沖序列；圖9示意表示用于產(chǎn)生適合于圖8表示的輻射光源裝置的單脈沖的裝置可供選擇的結構的實施例；以及圖10示意表示本發(fā)明發(fā)送器的第二實施例。
本發(fā)明輻射光源裝置中使用的脈沖激光器既可以是具有連續(xù)頻譜的激光器，又可以是具有不連續(xù)譜成份即法布里-珀羅模式的二極管激光器。為簡單起見，本發(fā)明將參照二極管激光器作進一步描述。在具有連續(xù)頻譜的激光器中，替代不連續(xù)方式的波長帶，根據(jù)本發(fā)明進行類似選擇。
圖1中示意表示的光學轉換器，包括有環(huán)形光纖形式的波導結構3。此結構可以由光導纖維制成(此光學纖維例如可由玻璃制成)，然而可供選擇的是合成材料。通常為50∶50耦合器的方向耦合器9的兩端是互連的，以在該環(huán)上形成起著輸入口和引出口作用的兩個口11和13。如果經(jīng)過輸入口11將信號引進光纖環(huán)3，則此信號將被方向耦合器分成兩個相等信號的部分，并將沿相反方向通過此光纖環(huán)。不采用任何進一步的措施，兩個子信號走過的光程長度將保持相等。在引出口例如第二個口13處，將發(fā)生相消干涉，而且將測不出信號強度。利用玻璃纖維的光學非線性，即根據(jù)關系式n＝n0＋n2I，其中n2為非線性系數(shù)，折射率取決于該玻璃纖維中的光強度，則進入環(huán)中的入射的額外輻射光只能沿一個方向通過，于是就可以產(chǎn)生非對稱性。為此目的，轉換器1進一步包括用于供給此輻射光的脈沖輻射光源裝置15。在迄今已知的轉換器中，此脈沖輻射光源裝置15乃是脈沖二極管激光器。此激光器的輻射光在環(huán)中只能與兩個子信號中的一個一起傳播，并且由于交叉相位調制的原因，只在與其同向傳播的信號部分中產(chǎn)生相位變化，因而在沿相反方向傳播的兩信號部分之間便產(chǎn)生相位差。產(chǎn)生非對稱性因而也是產(chǎn)生最后相位差的持續(xù)時間，與此二極管激光器脈沖的脈沖寬度對應。由于非對稱性是在控制脈沖的周期內(nèi)產(chǎn)生的，所以兩個口上的強度分布將暫時不同于不存在控制脈沖的情況下。因而，存在或不存在控制脈沖，便使光纖環(huán)在傳輸元件和反射器之間轉換。
通過用一個包括有控制脈沖激光器和用于控制其發(fā)射的調整機構的輻射光源裝置替代現(xiàn)有的控制脈沖激光器，便可得到具有非常短的轉換時間的轉換器。
如圖1所示結構的轉換器，是作為非線性光學環(huán)反射鏡了解到的。
圖2a詳細表示適宜的輻射光源裝置的實施例。此輻射光源裝置15包括作為輻射光源的二極管激光器17，其輻射光被耦聯(lián)到色散介質19中。當加上調制電流時，二極管激光器17將提供具有脈沖寬度P和重復時間T的一系列脈沖LP，其中每一脈沖包括在時間上相同聯(lián)合形成法布里-珀羅波長譜的許多模式數(shù)mi，如圖2b所示。這些模之間的距離，是由二極管激光器的長度決定的。對于在標稱波長1.3μm上提供輻射光例如250μm長的二極管激光器來說，模的距離約為8A。脈沖LP相互接續(xù)的速率，是由二極管激光器的重復時間決定的，而且重復時間是由二極管激光器直接調制的可能性例如約為10千兆赫決定。
當這樣一個脈沖序列通過色散介質19時，連續(xù)脈沖LP中不同的法布里-珀羅模式便在時間上彼此分開。
在本發(fā)明提出的輻射光源裝置中，脈沖相互接續(xù)的速率是通過二極管激光器17的受控發(fā)射來提高的。為此目的，輻射光源裝置15配備有調整裝置21，用于將二極管激光器17的波長，穩(wěn)定在二極管激光器17的一個和同樣的脈沖LP中從許多可能選擇的模式N中選出的一些法布里-珀羅模式n上?，F(xiàn)在二極管激光器供給的每一個脈沖LP只包括一些模式n，例如四個模式，其在波長中相隔幾，并且是通過控制調整裝置來達到的。通過使這樣獲得的頻譜通過色散介質(在圖2a的情況下是色散的玻璃纖維)傳播，則選出的法布里-珀羅模式便在時間上彼此分開，如圖2c所示。因此，脈沖LP′的脈沖串，其重復時間大大短于在玻璃纖維19的一端23得到的起始脈沖序列的重復時間。
為了使法布里-珀羅模式通過色散作用能在時間上彼此分開，而且緊接二極管激光器脈沖的第一個脈沖，不應當超越前一二極管激光器脈沖的最后一個脈沖，二極管激光器17的重復時間必須等于或者大于可能選擇的樣式N的數(shù)字乘以最小的傳播時間差△tD。此處△tD，△tD＝|D|·LD·△λ，其中tD為與波長有關的介質的傳播時間；D為介質的色散；LD為色散介質的長度；△λ為模間距離。數(shù)字實例將通過舉例給出。當△λ＝6，D＝16微微秒/毫微米·公里且LD＝5公里時，△tD＝50微微秒適用。在樣式N為4情況下二極管激光器的脈沖重復時間應為200微微秒，其與50千兆赫的調制速率相對應。當使用的是普通的脈沖二極管激光器時，此調制速率是做得到的而沒有任何問題。
可以按不同的方式將控制脈沖耦合到纖維環(huán)上。
如圖1所示，第一種可能性是將外部耦合器10利用在纖維環(huán)中，而且最好盡可能靠近方向耦合器9，這是因為引起非對稱性所穿過的玻璃纖維長度L還能決定相位差的大小，即根據(jù)△Φ≈n2·2π·I·L/λ，其中L為玻璃纖維的長度；I為光強度；λ為被引入脈沖的波長。
在轉換器的波導結構被表示為玻璃纖維環(huán)的圖中，總是通過額外的耦合器10將輻射光源裝置15的輻射光耦合到該玻璃纖維環(huán)中。
然而，第二種可能性是在外部將輻射光源裝置15接在玻璃纖維環(huán)上。在這種情況下，使用的是與波長有關的耦合器以替代50∶50的耦合器。這種與波長有關的耦合器，例如作為50∶50的耦合器，工作在信號傳輸波長上而基本上不作為耦合器工作；或者對于控制脈沖二極管激光器的波長來說，工作在不同的耦合比上。按照這種方式，兩個傳播方向間的非對稱性也能夠減小。調整機構21可以不同的方式實現(xiàn)。其第一實施例表示在圖3a中，并且包括與兩塊光柵31和33結合的，對于可能選定的波長帶或法布里-珀羅樣式具有給定的反射系數(shù)的反饋元件25。激光束37，經(jīng)過透鏡系統(tǒng)35被作為平行光束39發(fā)送給第一塊光柵。由于色散的結果，光柵31使將此光束39分成具有不同方向的不同波長的許多子光束39a，39b和39c。因而光譜成份在空間彼此分開。子光束39a，39b和39c，再一次由第二塊光柵33變成平行光束。不同的光譜成份現(xiàn)在可以用作分開的光束。其后這些子光束入射在具有不連續(xù)反射區(qū)的反饋元件25上。這種反饋元件25例如可以作為掩?；蚬獗P或者液晶陣列來完成，如尚未初步公開的歐洲專利申請NO.94200336.9(PHN14.651)中描述的那樣。由于此反饋元件25僅對有限數(shù)目的波長是反射或部分反射的，所以返回二極管激光器17的光束只包括選定數(shù)量的子光束，因而此激光器上選定數(shù)目的波長將在給定的條件下強制發(fā)出。
強制激光作用發(fā)生的條件意指，反饋元件25被定位在相對激光器為d的規(guī)定距離上，以確保經(jīng)反饋元件25反射的二極管激光器17發(fā)出的輻射光脈沖成份，在后續(xù)輻射光脈沖產(chǎn)生的起建時間內(nèi)，能以適當?shù)膹姸鹊竭_二極管激光器17。恰好在此脈沖起建時間內(nèi)，激勵激光器中產(chǎn)生受激發(fā)射的過程對外部提供的光子最為敏感，以致于基本上完全在這些光子決定激光器的工作狀況。如果激光器為二極管激光器，則由于實際原因，反饋最好在二極管激光器17的后反射鏡27上完成，如圖所示，但此反饋也可換一種方式在其前反射鏡29上實現(xiàn)。
為了實現(xiàn)所需要的反饋，反饋元件25和二極管激光器的反射鏡之間的距離d，是由下式給出的d=C2T-C2∈(P+ΔP)]]>其中P為所發(fā)射激光脈沖的脈沖寬度，T為重復時間；C為輻射光束在介質中傳播的光速；△P為二極管激光器中脈沖LP的起建時間，而且∈為滿足條件0＜∈＜1的實數(shù)?！实闹凳怯杀环瓷涔庾V成分的能量決定的。如果此能量比較大，那么被反射的成分可能在起建時間中較后時刻到達，于是∈在0～1之間，更接近0。如果被反射光譜成分的能量比較低，則此成份是在起建時間中較早時刻到達二極管激光器，于是∈在0～1之間，更接近1。因而，∈與被反射脈沖的能量成反比。
為了詳細描述上述條件，可參考前面指出的歐洲專利申請EP0550929A1。
由于輻射光源裝置15供給的脈沖串具有的重復時間大大短于使用二極管激光器17本身做得到的重復時間，所以纖維環(huán)中實現(xiàn)非對稱性期間相互接續(xù)的速率將大大提高，從而使此轉換器的轉換速率提高到選定的法布里-珀羅模n數(shù)倍。
數(shù)學實例將通過舉例給出。對于色散介質例如在輻射光源裝置15中10公里長的色散玻璃纖維19來說，峰值功率約為150毫瓦的二極管激光器17，對于將轉換器1從第一個口11轉換到第二個口13是需要的。此玻璃纖維的長度，是由沿相反方向傳播的兩部分信號間相位差達到π所經(jīng)過的距離決定的。
在光學波長選擇反饋的基礎上實現(xiàn)調整裝置21的另一種可能性，是將激光器和反饋裝置間的輻射光路分成許多分支，最好與可能選擇的波長帶數(shù)N一致，至少也要與所選擇的波長帶數(shù)n一致。圖3b表示一種實施例。每個分支39，41，43，45都具有波長選擇元件47，49，51，53。來自激光器17的光束37，經(jīng)過透鏡系統(tǒng)35通過部分透光的反射鏡55，57和59上面。因此，來自激光器的光束被分成了許多子光束，每一子光束通到相應的波長選擇元件上。每次再在波長選擇元件47，49，51，53上將不同的波長反射到部分透光的反射鏡。至少單色子光束的一部分被重新組合，并反射給激光器。為將激光器強制工作在選定的波長上，對于每一波長選擇元件47，49，51，53來說，其至激光器的距離d應滿足此前給定的條件。
這些波長選擇元件47，49，51，53例如可以是光柵。光柵具有比較高的波長分光能力。通過修改光柵對入射其上光束的方向，可對反射波長進行選擇。這些波長選擇元件也可作為標準具來實現(xiàn)。標準具則包括兩塊平行的平板，其間存在有介質。此介質例如可以是液晶、電光介質、半導體或者空氣。通過改變標準具的光學厚度，可以改變此自由譜域，以使兩接續(xù)波長間的距離在標準具變化的寬度范圍內(nèi)。通過將標準具的光學厚度對于每一分支作不同的選擇，因而可對每一分支選擇不同的波長。
在光學波長選擇的反饋的基礎上實現(xiàn)調整裝置21的另一種可能性，是將許多具有各種選定波長的布喇格反射鏡(DBR)集成在一個和同一種介質上，例如半導體材料如InP。圖3c表示這種可能性的實施例。
在這種情況下，來自激光器17(最好為二極管激光器)的輻射，經(jīng)過單波導55通過許多與可能選擇的波長數(shù)對應的波導57，59，61，63上。每一波導57，59，61，63均提供有已知的DBR反射鏡65，67，69，71。由不同的波導57，59，61，63反射的選擇波長，經(jīng)過單波導55加到二極管激光器17上。本實施例的優(yōu)點在于，它可以集成的形式實現(xiàn)，并且容易制造，同時又穩(wěn)定和緊湊。此外，相對于二極管激光器17的是單個的元件對準，結果就使所有的DBR反射鏡能夠很好地相對二極管激光器定位，以便得到增強的激光作用。
二極管激光器可以通過耦合光學系統(tǒng)或者對接耦合將其耦合，如圖所示。
調整裝置21的另一種可能的實施例是建立在注入的基礎上的，表示在圖3d中。在此實施例中，波長分別為λi的激光器的n數(shù)個至少與選定的法布里-珀羅模數(shù)或波長帶數(shù)對應的輻射，然而最好是其與可能選擇的波長帶數(shù)對應的N數(shù)個輻射，在脈沖激光器17中的下一個脈沖起建時間△P內(nèi)同時注入脈沖激光器17。在圖3d中，所有的激光器的為二極管激光器。通過為每一二極管激光器73，75，77，79配備光學玻璃纖維81，83，85，87，然后借助已知的光導纖維耦合器89將其組合到一起，則來自這些二極管激光器的輻射光便被組合在單玻璃纖維91中，并被耦合到脈沖二極管激光器17上。
二極管激光器73，75，77，79例如可以是集成在一種和同一種基片上的分布反饋型(DFB)激光器，，其輻射光經(jīng)過也被集成在基片上的一些波導(以替代經(jīng)過玻璃纖維和通過例如對接耦合)通過二極管激光器17上。
此光學轉換器1不僅可以作為NOLM反射鏡形成，而且也可按其它方式形成。
NOLM反射鏡第一種改型的實施例，表示在圖4a中。這樣的轉換器可從A.L.Steele的論文“通過由兩種不同的纖維構成的光纖環(huán)反射鏡進行脈沖壓縮”中了解到，發(fā)表在《ElectronicsLetters》，Vol，29，NO.22，pp.1972-1974。本論文中提出的轉換器是一種復合纖維環(huán)反射鏡(CFLM)，其與NOLM反射鏡的不同在于，波導結構3是一種由兩根具有不同光學性能的玻璃纖維93和95構成的玻璃纖維環(huán)，兩玻璃纖維彼此對接并通過例如封接97互連。由于兩部分信號經(jīng)過兩種不同的玻璃纖維的時序不同，故在沿相反方向傳播的兩部分信號間將產(chǎn)生相位差。雖然兩種不同的玻璃纖維的存在已經(jīng)使轉換器具有非對稱性，然而對于將波長受控的控制脈沖二極管激光器形式的控制脈沖二極管激光器用在CFLM反射鏡中它仍然是有利的，由于其轉換因而變得可控制和更快。
NOLM反射鏡的第二種變型表面在圖4b中，而且是一種環(huán)形反射鏡中的半導體激光放大器(SLALOM)。這種SLALOM是一種已知元件，且在例如M.Eiselt的論文“帶有半導體激光放大器的光學環(huán)形反射鏡”中描述中，參見《Electionics Letters》Vol，28，NO.16，1992，7。CFLM反射鏡和NOLM反射鏡或者非線性的Sagnac干涉儀，都是建立在光學玻璃纖維的光學非線性基礎上的，然而SLALOM是建立在半導體激光放大器的光學非線性基礎上的。SLALOM包括類似于CFLM反射鏡和NOLM反射鏡的玻璃纖維環(huán)3，是通過將方向耦合器9(例如50∶50的耦合器)的兩端相連構成的。此玻璃纖維環(huán)進一步包括偏振控制元件99和半導體激光放大器(SLA)101。
應當指出的是，NOLM反射鏡和CFLM反射鏡通常也包括偏振控制元件(圖中未表示)，以便確保傳播信號部分的偏振性能夠保持，從而實現(xiàn)最優(yōu)干涉。
當經(jīng)過第一個口11將數(shù)據(jù)信號引入此環(huán)時，它將被耦合器9分成兩部分信號，此兩部分信號將沿相反方向通過此玻璃纖維環(huán)。與兩子波的相對相位有關，由于在耦合器9中兩子波之間干涉，所以脈沖不是可以出現(xiàn)在第一個口11就是第二個口13上。當使用SLALOM時，光學非線性引起兩子波間的相位差，是由半導體激光放大器101引進的。此放大器101在環(huán)3中具有這樣位置，使得在耦合器9和放大器101間兩子波的傳播時間不同。利用這種方式，兩子波在不同的瞬間到達放大器101。首先到達放大器101的子波使放大器飽和，只要其強度足以到達飽和點。然后第二個子波經(jīng)歷飽和的放大器并不受干擾地通過，只要兩脈沖間的時間差小于該放大器失去飽和所需要的時間。盡管非對稱性在環(huán)中已由半導體放大器101產(chǎn)生，然后受控的快速轉換是根據(jù)本發(fā)明通過將控制脈沖二極管激光器與被控發(fā)射相連來取得的。
本發(fā)明可應用的另一種可能的光學轉換器，被描述在T.Morioka和M.Saruwatari的論文“利用光學克爾效應在偏振保持單模光纖中的超速全光轉換器”中，參見IEEE Journal onSelected Areas in Communications，Vol.6，NO.7，1988，8。在該論文描述的轉換器中，波導結構是由光學玻璃纖維構成的，其出射面上配備有偏振旋轉反射鏡。這種反射鏡可借助上述出版物中描述的光纖，通過將偏振靈敏分束器的兩出口互連來獲得。引入轉換器信號的兩個垂直偏振分量，當通過玻璃纖維傳播時由于玻璃纖維的雙折射而具有不同的折射率。當在偏振旋轉反射鏡上反射時，信號和只有一個偏振方向的控制脈沖激光器的偏振方向，將全部旋轉90°，其后將沿相反的軸線在相反的方向上傳播。按照這種方式，玻璃纖維的雙折射在控制脈沖持續(xù)期間被抵消。通過實現(xiàn)本發(fā)明的轉換，即通過用輻射光源裝置15取代控制脈沖激光器，便可得到轉換時間大大縮短的轉換器。
使用光學轉換器還有另一種可能性，被描述在J.P.Sabini等人的論文“非線性X結形的全光學轉換”中，發(fā)表于《AppliedPhysics Letters》55(12)，pp1176—1178，1989，9。在這種轉換器中，波導結構是由X結構成的。此X結包括四條同樣的波導。其中的兩條波導帶有入口，另兩條帶有出口。通過將來自控制脈沖激光器的輻射光引到兩個入口之一上，由于非線性而在轉換器中將產(chǎn)生非對稱性，其結果是使兩輸出口上測出的強度不同。通過提供這種帶有輻射光源裝置15作為控制脈沖激光器的轉換器，便可得到具有大大縮短轉換時間的轉換器。
如上所述的光學轉換器，在需要高傳輸率的多路傳輸系統(tǒng)的發(fā)送器和/或接收器中可發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢。
圖5示意表示多路傳輸系統(tǒng)150。該傳輸系統(tǒng)150包括發(fā)送器151和接收器153，其間存在有傳輸介質155。
在現(xiàn)行傳輸系統(tǒng)中，傳輸率受到限制，而尤其是受電子處理線路帶寬的限制。假如傳輸率增加，則不只一個信號應能通過單一通道。為此目的，在發(fā)送器一端要將各種信號組合在同一個傳輸通道中。在接收器一端，被組合的信號必需再一次還原成帶寬水平至現(xiàn)行電子處理線路行得通的各種信號。
在發(fā)送器一端按照完全光學的方式將各種信號組合在一個和相同的通道中，通過將本發(fā)明的光學轉換器使用在發(fā)送器中可以實現(xiàn)。這樣的發(fā)送器151表示在圖6中。所表示的轉換器是作為NOLM反射鏡來實現(xiàn)的。該發(fā)送器包括可連續(xù)工作的單模二極管激光器157，例如連續(xù)波長分布反饋型(CW DFB)激光器，繼之以隔離器159，以防止系統(tǒng)中反射的輻射返回激光器。來自二極管激光器157的輻射經(jīng)過轉換器1的第一個口11射進玻璃纖維環(huán)3，并在50∶50耦合器9上被分成兩個子波，每一子波沿相反方向傳播通過纖維環(huán)3。經(jīng)過傳輸系統(tǒng)151的傳輸介質155傳送的數(shù)據(jù)序列，通過調整裝置對對應數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)位進行調制，分配給輻射光源裝置15的脈沖串中的脈沖，并且經(jīng)過耦合器10引入纖維環(huán)。每當來自輻射光源裝置15的脈沖串中的脈沖在纖維環(huán)3中傳播時，來自DFB激光器的兩子波間總要存在相位差，且在此周期內(nèi)第二個口13上的信號可以測出，該信號具有強度與CWDFB激光器15 7的強度對應，其波長與該激光器157的波長對應。按照這種方式，在轉換器1的第二個口13上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列，帶有為具有同樣波長的脈沖載送的所有數(shù)據(jù)，這是由于傳輸介質155中存在色散的需要。
當光學轉換器應用在多路傳輸系統(tǒng)的發(fā)送器中時，輻射光源裝置可以另外一種方式實現(xiàn)。此輻射光源裝置15可供選擇的實施例，包括由一些平行排列的部件161組成的組件，每一部件提供一不同波長λi的信號脈沖序列。因而此傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率將提高到內(nèi)裝的部件數(shù)倍。
部件161包括具有脈沖周期T和波長λi的第一個脈沖激光器163。為了能夠使用數(shù)據(jù)對此脈沖序列進行調制，可以利用調制器。然而為此目的的調制器要具有足夠高的轉換速率，而且能夠以此速率在數(shù)字“0”和數(shù)字“1”之間實現(xiàn)足夠高的對比，則比較難以制造和昂貴。由于這個緣故，利用被稱之為主激光器的第二個激光器165來構成調制單元167的一部分。這個激光器165例如可以是連續(xù)的分布反饋型(DFB)激光器，通過電源流169工作在較高的偏流上。經(jīng)過電流調制，此激光器提供一數(shù)據(jù)序列，使此激光器的光學圖樣由數(shù)“0”和“1”構成，然而“0”級光強度不等同零。取代采用電源調制，激光器163可以換一種方式來提供數(shù)據(jù)，即通過另一脈沖激光器經(jīng)過纖維耦合與其相連而注入。然后將第二激光器165的調制周期，即兩相繼數(shù)據(jù)(0或1)之間的時間調整到第一激光器163的脈沖周期T。此激光器能夠提供具有非常短的脈沖寬度的脈沖，例如是一種增益開關型激光器。在脈沖在第一個激光器163中組建的時間間隔內(nèi)，通過將第二個激光器165脈沖序列中的脈沖注入第一激光器163，便強制其產(chǎn)生出被注入脈沖波長的脈沖。該時間間隔是由E(Pm)＞E(LPi)的條件決定的，其中E(Pm)為被注入激光器163的第二個激光器165脈沖的能量；E(LPi)為在相應瞬間第一激光器163中組建的輻射能量。當?shù)诙す馄饕虼硕l(fā)出不同于λi的給定波長脈沖時，即數(shù)字信號為“1”，則第一激光器將發(fā)出同樣波長的替代波長λi的脈沖。當?shù)诙す馄鞑话l(fā)脈沖時，即數(shù)字信號為“0”，則第一激光器將產(chǎn)生波長為λi的脈沖。這樣以來，第一激光器163因而將提供具有脈沖周期T的脈沖序列，其接續(xù)脈沖的波長是由第二激光器165的脈沖圖樣決定的。當此脈沖序列施加到波長鑒別器171上僅讓第一激光器波長λ1的輻射通過而吸收其余輻射時，將可獲得被調制脈沖的圖樣，其與主激光器165的脈沖圖樣互補，且其所有脈沖具有與第一激光器9相同的波長λ1。因此產(chǎn)生的信號脈沖序列，在傳輸介質中可被轉換成弧波。由于它們的時間包絡和光強度，這樣的脈沖特別適于長距離傳輸。
由于第一激光器163的調制是靠輻射的注入實現(xiàn)的，故在第一激光器163中平均電荷載體密度基本上保持不變，而且信號序列的光脈沖基本上具有相同的形狀，從而使存在和不存在信號間的區(qū)別，換句話說，具有波長不同于λi的脈沖和具有波長等于λi的脈沖間的區(qū)別比較大。這就不可能通過對激光器163的電調制來達到。
如圖8所示，波長鑒別器171和調制單元167可以存在在受控激光器163的兩側。如圖所示，激光器163和165可以經(jīng)過光纖173耦聯(lián)在一起。換一種方式，這兩個激光器163和165也可經(jīng)過對接耦合(未表示)耦聯(lián)在一起。
換一種方式，波長鑒別器171和調制單元167也可存在于受控激光器163的同一側。圖9表示這種情況下單個部件的實施例。主激光器165的輻射光經(jīng)過第一光纖177通向受控激光器163。在主激光器165的輻射注入之后由受控激光器163返回的受調制輻射，通過第一光纖177的光纖耦合器179耦合到第二光纖181上，隨后通向波長鑒別器171。
假如需要，可在主激光器165的后面安裝光學隔離器175，以便防止部件161中反射的輻射返回到激光器165中。由于此隔離器是可選擇性的，故其在圖中以虛線表示。
通過將兩激光器163，165和鑒別器171集成在一個和相同的基片上，此部件可以做得緊湊、堅固而且穩(wěn)定。
當激光器165的輻射波長是使其對受控激光器163的耦合勝過受控激光器的固有耦合，以便強制此受控激光器工作在與其自身波長不同的波長。然而，假如受控激光器163為帶有法布里—珀羅諧振腔的激光器，其中主激光器165的波長對應于該諧腔中適合的非激勵模波長，則主激光器165對受控激光器163輻射光的耦合是最佳的。
通過確保入射在受控激光器163中輻射光的偏振，即來自主激光器165的輻射光未能準確地垂直于受控激光器本身所產(chǎn)生的輻射光的偏振方向，可以使調制轉換效率最佳化。這可以通過偏振旋轉元件如λ/4波片來實現(xiàn)。
為將各種信號脈沖序列聯(lián)合加到接收器上，各種信號脈沖序列(例如圖8中所示為三種)，需經(jīng)三條光纖183，185，187并通過光纖耦合器191組合在單一光纖189中。
然而在通過傳輸介質傳送之前，由各部件發(fā)出的信號脈沖序列需轉換為同一波長，這是由于通過傳輸介質傳送時將發(fā)生色散，否則在不同的瞬間將得到不同的波長。
圖10表示不同部件161的信號脈沖序列給出同樣波長的結構實施例。其中的光學轉換器例如乃是NOLM反射鏡。與圖6類似，發(fā)送器151包括一連續(xù)激勵的單模激光器157，例如CW DFB激光器，繼之以光學隔離器159。來自激光器157的輻射經(jīng)過轉換器1的第一入口11引入光纖環(huán)3，并在耦合器9上分成兩個子波，每一子波沿相反方向通過光纖環(huán)傳播。每當部件161中一個信號脈沖序列的脈沖與二極管激光器157的輻射一起在環(huán)3中傳播時，便在二極管激光器157發(fā)出的兩子波間出現(xiàn)相位差，且在此周期內(nèi)在第二個口13上將測出其波長和強度與二極管激光器157相對應的信號。這樣，其全部脈沖具有相同波長的復合信息脈沖序列，將在第二個口13上產(chǎn)生。
條件是，被組合的信號脈沖序列彼此以一定方式相互同步，以在光學轉換器1耦合到耦合器10的瞬間讓這些信號脈沖序列相互貼合而沒有脈沖重疊。這些方法本身是已知的。
當各種信號被組合成可通過信號通道傳送的信號時，在發(fā)送器一端此復合的信號應被再一次還原。這可以通過提供帶有本發(fā)明光學轉換器的接收器來實現(xiàn)。這樣的接收器153表示在圖7中。來自發(fā)送器151并經(jīng)過傳輸介質155傳送的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過例如第一個口11引入光學轉換器1。被穩(wěn)定在選定的法布里-珀羅模數(shù)或波長帶數(shù)的輻射，作為控制脈沖序列經(jīng)耦合器10引入環(huán)3中。通過在二極管激光器17工作時由其發(fā)出的脈沖中確定出法布里-珀羅?；虿ㄩL帶，即通過操縱調整裝置而從N數(shù)個可能選擇的波長中選擇出n數(shù)個波長，因而就能從復合信號中取回給出的信號，并將其加到例如檢測器上。這些模的選擇是由調整裝置選出的模被激勵或未被激勵決定的。復合信號中存在的信號，與控制脈沖的關系是同步。作為實現(xiàn)這一點的可能方式，參見S.Kawanishi的論文“采用新的鎖相環(huán)技術的帶時鐘恢復的64至8千兆位/秒的全光學信號分離實驗”，發(fā)表于《ElectronicsLetters》，1993，1，Vol.29，NO.2，PP.231～233。
如果從復合信號中要檢測出更多的信號，則可將上述一些光學轉換器串聯(lián)安置。然后將信號引入下一轉換器的輸入端，該信號則包括除已被前面轉換器耦合掉的信號外的所有子信號。按照這種方式，就可能在接收器一端為檢測目的選擇通過該通道的數(shù)據(jù)位。而且也可能以并聯(lián)取代串聯(lián)來安排各種光學轉換器，以便將復合信號還原。
權利要求
1.一種可通過光轉換的光學轉換器，它包括其折射率可通過光強進行改變的光學波導結構，以及至少一個可被施加信號的輸入端和至少一個引出端，所述轉換器進一步包括有其輻射光可被引入該波導結構的輻射光源裝置，此輻射光源裝置則包括用于供給具有重復時間T和脈沖寬度P的脈沖序列的至少一個脈沖激光器，以及用于傳送該激光器提供的輻射光的介質，其特征在于輻射光源裝置配備有調整裝置，用于將激光器的波長，穩(wěn)定在該激光器供給的一個和同樣的脈沖中從N數(shù)個可能選擇的波長帶中選出的n數(shù)個波長帶上；用于傳送輻射光的介質，是隨與波長有關的傳播時間tD色散的，在傳播時間tD內(nèi)，由于色散的結果，這些波長帶當傳送時在時間上能分開。
2.如權利要求1所述的光學轉換器，其特征在于至少在確定的周期內(nèi)，激光器的重復時間T必須等于或者大于選定的波長帶數(shù)n乘以兩個波長帶之間最小的傳播時間差△tD，此處△tD＝|D|·LD·△λ，其中△λ為兩個模之間的距離；|D|為介質的色散；LD為色散介質的長度。
3.如權利要求1或2所述的光學轉換器，其特征在于，該激光器為具有法布里-珀羅頻譜的二極管激光器。
4.如權利要求1，2或3所述的光學轉換器，其特征在于調整裝置是由安裝在激光輻射光路中的光學波長選擇反饋裝置構成的，該反饋裝置包括一個至少對n數(shù)個選定波長帶部分反射的至少一個反饋元件，并被安裝在距二極管激光器為d的距離上，且此距離由以下條件確定d≤c2·T]]>其中c為輻射光束通過介質中的光速；T為重復時間。
5.如權利要求4所述的光學轉換器，其特征在于，距離d是由以下條件決定的d=C2T-C2∈(P+ΔP)]]>其中P為所發(fā)射激光脈沖的脈沖寬度，T為重復時間；C為輻射光束通過介質中的光速；△P為二極管激光器中脈沖LP的起建時間，而且∈為滿足條件0＜∈＜1的實數(shù)。在這些限度之內(nèi)，當被反饋元件反射的輻射子脈沖的能量E(Pr)相應減少或者增加時，脈沖起建時間將增加或者減小，以使條件E(Pr)＞E(LPi)在輻射子脈沖進入二極管激光器的瞬間得到滿足，其中條件E(LPi)為在相應瞬間二極管激光器中的輻射能量建立。
6.如權利要求4或5所述的光學轉換器，其特征在于反饋裝置進一步包括位于激光器和反饋元件之間，以將激光器提供的輻射光束從空間方面分成許多子光束(每個子光束具有不同的波長帶)的第一光柵，以及用于將來自第一光柵的子光束變成相互平行的第二光柵。
7.如權利要求4或5所述的光學轉換器，其特征在于，激光器和反饋裝置之間的輻射光路至少被分成許多與選定的波長帶數(shù)n對應的分支，每一分支都包括有波長選擇元件。
8.如權利要求7所述的光學轉換器，其特征在于，波長選擇元件為光柵。
9.如權利要求7所述的光學轉換器，其特征在于，波長選擇元件為標準具。
10.如權利要求4或5所述的光學轉換器，其特征在于反饋裝置包括許多至少與選定的波長帶數(shù)n對應的反饋元件，該反饋元件是作為集成在一種和同一種介質上的分配式布喇格反射鏡(DBR)實現(xiàn)的。
11.如權利要求1，2或3所述的光學轉換器，其特征在于調整裝置是由與可能選擇的N數(shù)個波長帶對應的許多輻射光源構成的，這些輻射光源具有自己相應地穩(wěn)定在給定的波長帶上的輻射，這些波長帶彼此有區(qū)別，并可被同時引入激光器。
12.如前述權利要求任一權利要求所述的光學轉換器，其特征在于該轉換器是作為NOLM反射鏡實現(xiàn)的，其中的光波導結構為光學纖維環(huán)，來自輻射光源裝置的輻射可以非對稱地引入該光纖環(huán)。
13.一種多路傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)送器和接收器及在其間帶有傳輸介質，其特征在于，至少發(fā)送器或接收器包括至少一個前述權利要求中任一權利要求所述的光學轉換器。
14.如用在權利要求13所述多路傳輸系統(tǒng)中的接收器，其特征在于該接收器至少配備一個如權利要求1至12中任一權利要求所述的光學轉換器，而可被加在每一轉換器入口的信號，是一個經(jīng)過傳輸介質傳送來的、并且由許多經(jīng)過時分復用的子信號組成的信號，通過輻射光源裝置，每次都可從這個復合信號中選出一個子信號。
15.如用在權利要求13所述多路傳輸系統(tǒng)中的發(fā)送器，其特征在于該發(fā)送器配備有權利要求1至12中任一權利要求所述的光學轉換器，此發(fā)送器進一步包括連續(xù)工作的激光器，其波長被穩(wěn)定在確定的波長帶上，以提供可被加到轉換器入口上的信號；輻射光源裝置的脈沖，是被傳送的數(shù)據(jù)序列的載體。
16.一種用在包括發(fā)送器和接收器的多路傳輸系統(tǒng)中的發(fā)送器，其特征在于該發(fā)送器至少包括一個可通過光進行轉換的光學轉換器，該轉換器具有其折射率可通過光強進行改變的光學波導結構，以及至少一個可被施加信號的輸入口和至少一個引出口，并且進一步包括有其輻射光可被引入該波導結構的輻射光源裝置，該輻射光源裝置則包括用于提供具有重復時間T和脈沖寬度P的脈沖序列的至少一個脈沖的第一激光器，所述輻射光源裝置配備有調整裝置，用于在由第一激光器提供的一個和同樣的脈沖內(nèi)將第一激光器的波長穩(wěn)定在由N數(shù)個可能選擇的波長帶中選出的n數(shù)個波長帶上；上述發(fā)送器進一步包括一波長被穩(wěn)定在確定波長帶上的連續(xù)激光器，用于提供可被加到轉換器輸入端的信號；輻射光源裝置的脈沖乃是被發(fā)送數(shù)據(jù)序列的載體，每個第一激光器被穩(wěn)定在不同的波長λi上，而且調整裝置包括與許多第一激光器對應的許多第二激光器，在保持E(Pm)＞E(LPi)的瞬間其輻射可被引入相關聯(lián)的第一激光器，其中E(Pm)為在第二激光器的波長與其對應第一激光器的波長λi不同的相應瞬間的能量；E(LPi)為在此相應瞬間第一激光器中的輻射能量組合；上述輻射光源裝置進一步包括與許多第一激光器對應的許多波長鑒別器，并且具有被調整在第一激光器從引入輻射后所發(fā)輻射中選出的上述波長上的波長，以及用于將被發(fā)送的數(shù)據(jù)序列組合和傳送給轉換器的裝置。
17.如權利要求16所述的發(fā)送器，其特征在于第一激光器為具有法布里-珀羅諧振腔并在對于每一激光器為不同的波長λi上被激勵的二極管激光器；相關聯(lián)的第二激光器的波長，被調整到不同于相關聯(lián)的第一激光器的波長λi并與上述第一激光器諧振腔適應的模式上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可通過光進行轉換的光學轉換器(1)。該轉換器(1)包括帶有可被施加信號的輸入口(5)和輸出口(7)的光波導結構(3)。此波導結構(3)的折射率可通過光強進行改變。該轉換器(1)進一步包括其輻射光可被引入該波導結構(3)的輻射光源裝置(15)。此輻射光源裝置(15)則包括具有重復時間T和脈沖寬度P的脈沖激光器(17)和用于傳送該激光器(17)提供的輻射的介質(19)。輻射光源裝置(15)配備有調整裝置(21)，用于將激光器(17)的波長，穩(wěn)定在該激光器(17)供給的一個和同樣的脈沖中從N數(shù)個可能選擇的波長帶中選出的n數(shù)個波長帶上。此外，介質(19)在與波長有關的傳播時間t
文檔編號H04B10/572GK1128607SQ95190423
公開日1996年8月7日 申請日期1995年4月6日 優(yōu)先權日1994年4月14日
發(fā)明者C·T·H·F·里德里鮑姆, J·J·E·賴德 申請人:菲利浦電子有限公司