CN1998165A - 光滤波器端部引发的平顶啁啾 - Google Patents

Abstract

一种光纤通信系统包括：光信号源，适于产生二进制调幅信号；光谱整形器，适于在所述信号的0至1和1至0的过渡处改变其瞬时频率来改变所述信号的瞬时频率，使得它在1脉冲的持续时间内基本保持恒定。一种用于通过光纤发送信号的方法，包括：从上述信号生成包括强度曲线和绝热频率曲线的第二信号；从该第二信号生成包括强度曲线和平顶频率曲线的第三信号。

Description

光滤波器端部引发的平顶啁啾

对审理中的在先专利申请的引用

本专利申请要求以下权益：

(i)丹尼尔·麦吉尔福特(Denial Mahgerefteh)等人于04年03月18日提交的、序列号为60/554243、标题为“滤波器端部引发的平坦啁啾(FLAT CHIRP INDUCED BY FILTER EDGE)”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-34 PROV)；

(ii)丹尼尔·麦吉尔福特等人于04年04月28日提交的、序列号为60/566060、标题为“使用部分FM和AM调制的传输方法(METHODOF TRANSMISSION USING PARTIAL FM AND AMMODULATION)”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-37 PROV)；

(iii)丹尼尔·麦吉尔福特等人于04年05月10日提交的、序列号为60/569769、标题为“光滤波器端部引发的平坦啁啾(FLAT CHIRPINDUCED BY AN OPTICAL FILTER EDGE)”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-40 PROV)；

(iv)丹尼尔·麦吉尔福特等人于2004年05月10日提交的，序列号为60/569768，标题为“使用部分FM和AM调制的传输方法(METHOD OF TRANSMISSION USING PARTIAL FM AND AMMODULATION)”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-41 PROV)；

本专利申请是以下专利申请的部份继续申请：

(i)丹尼尔·麦吉尔福特等人于02年11月06日提交的、序列号为10/289944，标题为“色散补偿光纤系统的电源(POWER SOURCEFOR A DISPERSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM)”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-59474-00006)；

(ii)丹尼尔·麦吉尔福特等人于02年12月03日提交的、序列号为10/308522，标题为“具有耦合多腔光鉴频器的高速传输系统(HIGH-SPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING ACOUPLED MULTI-CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR)”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-59474-00007)；

(iii)丹尼尔·麦吉尔福特等人03年10月06日提交的，序列号为10/680607、标题为“平坦色散鉴频器(FDFD)(FLAT DISPERSIONFREQUENCY DISCRIMINATOR(FDFD))”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-59474-00009)；

(iv)丹尼尔·麦吉尔福特等人于2005年02月28日提交的、序列号为11/068032、标题为“包含FM源和光谱整形组件的光系统(OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND ASPECTRAL RESHAPING ELEMENT)”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-31)。

此处通过引用将上述八个专利申请并入本文之中。

技术领域

本发明一般涉及信号传输，更具体的，涉及光信号的传输。

背景技术

数字发射机的质量和性能由发射的数字信号在没有严重失真的情况下能够传播的距离决定。这通常指色散极限达到约1dB的传播距离。在标准的1550nm单模光纤中，在色散罚值达到约1dB之前，标准的10Gb/s光数字发射机(如外部调制源)能够传播约50km的距离。这个距离通常称为色散极限。色散极限由数字信号是变换受限的基本假设确定，即信号的各个位不具有时变相位，信号的位周期为100ps，或者，对于10Gb/s的发射机，其位周期为1/(位速率)。

在丹尼尔·麦吉尔福特等人于2005年02月28号提交的、序列号为11/068032、标题为“包含FM源和光谱整形组件的光系统(OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND ASPECTRAL RESHAPING ELEMENT)”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-31)和/或丹尼尔·麦吉尔福特等人于04年04月28号提交的、序列号为60/566060、标题为“使用部分FM和AM调制的传输方法(METHOD OF TRANSMISSION USING PARTIAL FMAND AM MODULATION”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-37 PROV)中，公开了一种基于AM信号的FM调制来产生色散容限得到增加的光信号的方法。此处通过引用将上述两项专利申请并入本文之中。本发明的优选实施例是一种包含直接调制的激光器与随后的光谱整形器(OSR)的新型发射机。马萨诸塞州Wilmington的Azna LLC公司有时称该发射机为啁啾管理激光器(CML^TM)。CML^TM的一个重要方面是产生具有平顶的瞬时频率曲线的AM信号，其中，相对于所述信号的强度曲线，所述频率曲线具有较快的上升时间和下降时间。

发明内容

本文公开了通过使用由边沿滤波器形成的光谱整形器将来自直接调制激光器(或其他FM源)的绝热啁啾输出信号转换成平顶的瞬时频率的设备和方法。在这方面，应把平顶频率曲线与绝热频率曲线区分开来；对于具有平顶啁啾的光信号，其强度曲线基本上由频率曲线包围，因此几乎所有的强度曲线均具有相同的恒定频率。相反，对于绝热啁啾，强度和频率具有几乎相同的时间曲线。

在本发明的一种形式中，提供了一种光纤通信系统，该系统包括：

光信号源，该信号源适于产生二进制调幅信号；和

光谱整形器，适于接收调幅信号和在该信号发生0至1和1至0的过渡处改变信号的瞬时频率，以改变该信号的瞬时频率，使得后者在1脉冲的持续时间内基本为恒定。

在本发明的另一种形式中，提供了一种光纤通信系统，该系统包括：

光信号源，适于产生具有第一绝热瞬时频率曲线的二进制调幅信号；和

光谱整形器，适于接收该信号和将上述第一绝热瞬时频率曲线变成第二种基本为平顶的瞬时频率曲线。

在本发明的另一种形式中，提供了一种光纤通信系统，该系统包括：

光信号源，适于接收基带信号和产生经过调幅的第一信号，该信号具有第一绝热瞬时频率曲线；和

OSR，适于将所述第一信号转换成第二信号，其中，所述第二信号具有近于平顶的瞬时频率曲线。

在本发明的另一种形式中，提供了一种光纤通信系统，该系统包括：

光信号源，适于接收基带信号和产生经过调幅的第一信号；和

OSR，适于将所述第一信号转换成经过调幅的第二信号，其中，该第二信号的上升时间和下降时间比上述第一信号的上升时间和下降时间短。

在本发明的另一种形式中，提供了一种光纤通信系统，该系统包括：

光信号源，适于接收基带信号和经过调幅的第一信号，该信号具有第一绝热瞬时频率曲线：和

OSR，适于将所述第一信号转换成具有第二瞬时频率曲线的经过调幅的第二信号，其中，所述第二信号的幅值的上升时间和下降时间比所述第一信号的上升和下降时间短。

在本发明的另一种形式中，提供了一种用于通过光纤来发送信号的一种方法，该方法包括以下步骤：

从上述信号产生第二信号，其中，所述第二信号包括强度曲线和绝热频率曲线；

从所述第二信号产生第三信号，其中，所述第三信号包括强度曲线和平顶的频率曲线。

附图说明

通过以下的对本发明的实施例的详细描述(应当结合附图一起考虑)，可以更完全地公开本发明的这些和其他目标、特征，其中，附图中相似的附图标记表示相似的部分。此外，在这些附图中：

图1的简图示出了具有绝热啁啾的脉冲(左)和具有平顶啁啾的脉冲(右)；

图2的简图示出了一阶OSR和输入光信号的光谱位置；

图3的简图示出了一阶OSR之前和之后的纯调幅的超高斯信号的相位和瞬时频率；

图4的简图示出了仿真结果和数据，这些结果和数据反映了光通过光纤传播后蓝移过渡区对滤波器的上升沿和下降沿的影响，插入的图示出了光在具有17ps/nm/km的色散的光纤上传播200km后测得的强度曲线；

图5的简图示出了一阶OSR之前和之后的绝热啁啾高斯脉冲的脉冲形状和瞬时频率；该高斯绝热啁啾在通过OSR后几乎完全变为平顶曲线；

图6的简图示出了通过OSR后的脉冲的幅值和频率曲线-单个位具有平顶啁啾，而1111位序列具有兔耳。

具体实施方式

本发明包括一种设备和方法，该设备和方法使用由边沿滤波器形成的光谱整形器将来自直接调制激光器(或其他FM源)的绝热啁啾输出信号转换成平顶的瞬时频率。在这方面，应将平顶频率曲线与绝热频率曲线区分开；对于具有平顶啁啾的光信号，其强度曲线由频率曲线包围，因此几乎所有强度曲线均具有相同的恒定频率。相反，对于绝热啁啾，其强度和频率具有几乎相同的时间曲线。如图1所示。

让具有绝热啁啾的光脉冲通过光谱整形器(OSR)能将瞬时频率变为具有较短上升时间和下降时间的方形平顶曲线。为本发明的目的起见，术语OSR意指带来与频率有关的损耗以及能改变经过调幅的输入光信号的频率曲线的无源(或有源)光组件。OSR的一个实例是具有线性传输区域、拐角和恒定传输区域的线性边沿滤波器，如图2中的实例所示。

OSR也可以将瞬时啁啾加入到信号中。将瞬时啁啾定义为频率的突然变化(即频率值在短期内从f₁变为f₁+δf然后又回到f₁)。瞬时啁啾通常在位1至位0或位0至位1的过渡附近出现，且其持续时间远小于位周期。瞬时啁啾或正(定义为蓝移频移)或负(定义为红移频移)。瞬时啁啾也可包括后接红移分量的蓝移分量，反之亦然(后接蓝移分量的红移分量)。

即使输入信号未经过FM调制(从而在通过OSR之前不存在啁啾)，OSR也适于引发这种啁啾修改。

与本发明有关的OSR是一种滤波器，它适于改变经过调幅的输入光信号的调频的大小和形状；而这称为AM至FM的转换。

OSR也适于改变经过调频的输入信号的调幅；在业内这称为FM至AM的转换。

OSR也适于用调幅和调频技术来改变输入光信号的调频和调幅的幅值或形状；这可称为AM至FM与FM至AM的同时转换。

直接调制激光器后的光信号具有绝热啁啾，并且，该信号也可能具有瞬时啁啾。绝热啁啾和瞬时啁啾与OSR的相互作用改变了通过OSR来进行的FM至AM转换的输出的幅值。为将各种效应分隔开来，我们考虑OSR的输入为纯AM输入和纯FM输入这两种情况，然后考虑这两种情况的组合。

OSR的传输光谱可展开为频域中的泰勒级数，其形式如下：

T(ω)＝α₀+α₁ω)+α₂ω²+α₃ω³+….

可以分别确定各项的影响。仅具有线性项的OSR称为一阶OSR，且对于高阶项可以依此类推。然后，可以利用不同项的光谱成形性质来设计用于实现所需的光谱成形性质的OSR。作为说明性实例，将考虑一阶OSR。

这里，使用傅立叶变换定理来计算OSR对输入光信号的影响。考虑入射到一阶OSR上的无啁啾(即纯AM)光电场E_B(t)＝A(t)exp(-iω₀t)，其线性传输相对于光频率的关系描述为：

T(ω)＝a+bω    对于(a-1)/b＜ω＜a/b

(1)

T(ω)＝1    对于ω＞(1-a)/b

T(ω)＝0    对于ω＜-a/b

这里A(t)是场的包络，ω是载波频率ω_a的频移。公式1描述了边沿滤波器的一个实例。为简单起见，可假设整个输入信号光谱处于一阶光谱整形器的线性区域内，如图2所示。在这种情况下，OSR的时域脉冲响应由公式(1)的傅立叶变换给出：

该脉冲响应决定了OSR对时域内的输入时变电场的作用。从傅立叶变换理论可知，OSR之后的光场包络由边沿滤波器脉冲响应和输入场的卷积给出：

$E_A\left(t\right)=\mathrm{aA}\left(t\right)+\mathrm{ib}\frac{d}{\mathrm{dt}}A\left(t\right)---\left(3\right)$

公式3以数学的形式描述了一阶OSR(例如边沿滤波器)对输入电场的作用。边沿滤波器将输入场的时间导数的π/2相移(这里用复数符号表示，公式3中的i对应π/2相移)与输入场自身相加。如果用幅值和相位表示，则输出场变为：

$E_A\left(t\right)=\sqrt{a^2{A}^2\left(t\right)+b^2{A\text{'}}^2\left(t\right)}\exp \left(\mathrm{\Θ}\left(t\right)\right),---\left(4\right)$

其中，相位Θ由下式给出：

$\mathrm{\Θ}\left(t\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{bA}\text{'}\left(t\right)}{\mathrm{aA}\left(t\right)}\right)---\left(5\right)$

相应的瞬时频率曲线是相位的负导数：

$\mathrm{\δ\ω}\left(t\right)=-\frac{\mathrm{d\Θ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}~-\frac{b}{a}[\frac{A^{\text{'}\text{'}}\left(t\right)}{A\left(t\right)}-\frac{{A\text{'}}^2\left(t\right)}{A^{2}t)}].---\left(6\right)$

因此，公式4是电场的包络，公式6则是其在OSR输出处的频率曲线。公式4中平方根下的第二项是OSR对场幅值的贡献；更高的斜率b使导数值增加得更多。这使得脉冲的前沿和后沿变得陡峭；因此OSR减少了OSR之后的幅值包络的上升时间和下降时间。较高的OSR斜率导致了较短的上升时间和下降时间。

为了阐明OSR的影响，图3示出了在一阶OSR之前和之后的超高斯脉冲A(t)＝exp(-t⁸/τ⁸)的幅值和瞬时频率。公式3-6用于计算输出场的幅值和频率曲线。在这个实例中，在OSR之前超高斯脉冲开始是变换受限的(如没有啁啾)，因此其瞬时频率曲线相对于载波为0。在OSR之后，图3a示出脉冲的幅值在上升沿和下降沿附近有所增加，在这些地方，输入包络发生了变化。这倾向于减少幅值曲线的上升时间和下降时间。因此本例是让输入信号通过OSR来减少信号的上升时间和下降时间的本发明的一个实施例。

这一特征在源(如DFB激光器)的带宽相对于工作的位速率不足的情况下是有用的，且上述情况导致了这样的眼图：在其中，与较长的位“1”序列相比，各个位的位“1”幅值发生了变化。在这种情况下，使用具有高斜率的OSR可以减少上升时间和下降时间，增加各个“1”的位“1”幅值，使得它们与位“1”的较长序列的幅值基本相等。而这又降低了背-背配置中的接收器处的误码率(BER)，其中，数字信号不通过光纤传播便直接得到检测。

更重要地，OSR可以改变输出电场的瞬时频率曲线。为本发明的目的起见，可以将其称为光谱整形。关于OSR可以改变输出电场的瞬时频率曲线是本发明的一个重要方面。如图3c所示，OSR将某些蓝移瞬时频率调制加入脉冲的上升沿和下降沿。在这个实例中，OSR保持脉冲频率曲线的中间部分不变。OSR也在蓝移瞬时啁啾的两侧引发了两个更为尖锐的、能量较小的红移瞬时波瓣。通过用输出脉冲的归一化幅值对瞬时频率曲线进行加权，可以注意到蓝移和红移旁瓣的相对能量，如图3d所示。OSR引发的瞬时啁啾对于脉冲的上升沿和下降沿是对称的。这与DFB激光器的固有瞬时啁啾形成了对比，在DFB激光器中，对于上升沿，瞬时啁啾发生蓝移，而对于下降沿，它发生红移。如下所述，本文称为兔耳(如图6所示)的脉冲边沿处的对称蓝移瞬时啁啾对于将绝热啁啾转换成平顶啁啾是很重要的。

在这个实例中，脉冲下降沿的蓝移瞬时区域有助于压缩通过正色散光纤进行传播之后的脉冲。另一方面，脉冲下降沿的蓝移过渡区域在通过正色散光纤进行传播后移入位“0”附近，而这可能造成符号间干扰。可在光纤传播的仿真和试验结果中观察到这些特征，如图4所示。在这个试验中，对直接调制的DFB激光器进行电流调制，以产生绝热啁啾和2-3dB的幅值调制。其输出通过2腔标准具滤波器，使得激光的波长接近该滤波器的传输曲线的最大斜率。该滤波器的高斜率用作OSR，如上所述。图4的插入的图示出了在具有17ps/nm/km的色散的标准单模光纤上传播200km后的光信号。传播之后下降沿的过冲是由OSR引发的蓝移瞬时啁啾引起的。仿真和试验的结果均表明，上升沿产生了较小的纹波，该纹波开始干扰左侧的位“0”。这也是由上述OSR导致的蓝移瞬时啁啾引起的。可以通过调节激光器的绝热啁啾来控制脉冲间干扰，如丹尼尔·麦吉尔福特等人于2005年02月28日提交的、序列号为11/068032，标题为“包含FM源和光谱整形组件的光系统(OPTICAL SYSTEMCOMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPINGELEMENT)”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-31)和/或丹尼尔·麦吉尔福特等人于2004年05月10号提交的、序列号为60/569768、标题为“使用部分FM和AM调制的传输方法(METHODOF TRANSMISSION USING PARTIAL FM AND AMMODULATION)”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-41 PROV)中所述，此处通过引用将这些专利申请并入本文中。

根据公式5和公式6，由OSR在输出脉冲的边沿产生的蓝移瞬时分量的大小与一阶OSR的斜率b和边沿附近的幅值导数成正比。因此OSR的输入的幅值曲线中的更快的上升时间和下降时间在OSR后产生了更大的瞬时啁啾值。且OSR之后的频率曲线中的过渡的上升时间和下降时间也由OSR之前的幅值包络的上升时间和下降时间决定。

因此，本发明的一个实施例是通过调节OSR的斜率来调节OSR之后的频率曲线的上升时间和下降时间。本发明的另一个实施例是通过调节OSR的斜率来调节由OSR引发的瞬时啁啾。

本发明的又一个实施例是通过调节OSR之前的幅值曲线的上升时间和下降时间来调节由OSR引发的瞬时啁啾。

存在绝热啁啾时的光谱成形

OSR适于将具有绝热啁啾的输入信号转换成OSR的输出处的具有平顶啁啾的信号。基本上，以高斯形状的幅值和频率曲线开始，将由OSR引发的对称蓝移瞬时啁啾加入到输入的绝热啁啾，以在输出处产生方形的频率曲线。

当OSR的输入光场具有时变频率(即啁啾)时，输入场可以写为E_B(t)＝A(t)exp(-iω₀t+iφ(t))。OSR的输出场由OSR的脉冲响应(公式2)和输入场的卷积给出。其结果是：

E_A(t)＝exp(iφ(t))[A(t)(a+bΔω(t))+ibA′(t)]，    (7)

其中

$\mathrm{\Δ\ω}\left(t\right)=-\frac{\mathrm{d\φ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(8\right)$

是输入场相对于载波频率的瞬时频移。根据公式7，OSR之后的输出场是：

$E_A\left(t\right)=\sqrt{A^2\left(t\right){(a+\mathrm{b\Δ\ω}\left(t\right))}^2+b^2{A\text{'}}^2\left(t\right)}\exp (\mathrm{i\φ}\left(t\right)+\mathrm{i\Θ}\left(t\right)),---\left(9\right)$

其中光相位由一阶OSR修改成具有附加相位

$\mathrm{\Θ}\left(t\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{bA}\text{'}\left(t\right)}{A\left(t\right)(a+\mathrm{b\Δ\ω}\left(t\right))}\right),---\left(10\right)$

它在不存在输入啁啾(即Δω＝0)的情况下即为公式5。此时，一阶OSR之后的瞬时频率曲线是输入啁啾和OSR引发的部分之和：

${\mathrm{\Δ\ω}}_A\left(t\right)=\mathrm{\Δ\ω}\left(t\right)-\frac{d}{\mathrm{dt}}\left[{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{bA}\text{'}\left(t\right)}{A\left(t\right)(a+\mathrm{b\Δ\ω}\left(t\right))}\right)\right].---\left(11\right)$

考虑tan^-1的自变量较小时的情形，公式11表明，一阶OSR将与包络的对数时间导数(logarithm time derivative)相关的频移加入到OSR之前的初始啁啾。分母中的项bΔω(t)在一定程度上修改了加入的啁啾，但是如以下的实例所示，给定具有绝热啁啾的输入信号，OSR所得的输出是近于平顶的瞬时频率曲线。

图5示出了OSR的输入处的具有绝热啁啾的信号实例的输入和输出脉冲。可通过直接调制DFB激光器(将其偏置为高于其阈值电流(如80mA))来物理地实现这种情形。在这种情况下，该激光器输出处的瞬时频率遵循以下幅值调制

Δω(t)＝2πΔf_ADP(t)/P₀，    (12)

其中Δf_AD为绝热啁啾的幅值，P(t)＝A²(t)为光功率，P₀为其平均值。在这个实例中，如图5所示，对OSR的斜率进行调节，以获得近于平顶的频率曲线，而输出脉冲的包络几乎不受影响。

因此本发明的一个实施例是调节OSR的斜率，以将具有绝热啁啾频率曲线的信号转换成具有平顶啁啾频率曲线的信号。

应当优化OSR的斜率，以从具有绝热啁啾的给定输入脉冲获得平顶的瞬时频率曲线。考虑具有有限消光比和绝热啁啾的高斯脉冲的实例：

A(t)＝a₁exp(-t²/τ²)+a₀    (13)

其中a₁为幅值，a₀为恒定背景。消光比是有限的，并由ER＝10log(a₁/a₀)给出。将公式13代入公式11以得到瞬时频率，并对正切函数进行线性近似，则由OSR在脉冲中心引发的频率修正为：

${\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{OSR}}(t=0)~\frac{2b}{{\mathrm{\τ}}^{2}a}\frac{1}{(1+a_0/a_1)}.---\left(14\right)$

脉冲t＝τ的翼部附近的修正则由下式给出：

${\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{OSR}}(t=\mathrm{\τ})~\frac{2b}{{\mathrm{\τ}}^{2}a}\frac{(a_1/a_0+3e)}{(a_1/a_0+e)}.---\left(15\right)$

假设脉冲在OSR之前具有绝热啁啾Δf_AD，则获得平顶的频率曲线所需的频率修正约为Δω_OSR～2πΔf_AD(1-e^-2)。这是因为，绝热啁啾在t～τ处的高斯脉冲的翼部附近为～Δf_ADe^-2，在高斯脉冲的顶部为Δf_AD。因此，为获得平顶的频率曲线，公式14和公式15在中心处和翼部的频率修正之差必须满足：

$b~{\mathrm{\π\τ}}^{2}a{\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{AD}}\frac{a_1}{a_0}h(a_0/a_1),---\left(16\right)$

其中 $h\left(x\right)=(1-e^{-2})\frac{(1+x)(1+\mathrm{ex})}{(1+2e+3\mathrm{ex})}$ 在～3(1-e^-2)/7至(1-e^-2)/2之间变化(如同a₁/a₀在0和1之间变化)，且影响较小。公式16对调节OSR的斜率和输入信号的特征进行了规定，以产生平顶啁啾。所需的斜率随绝热啁啾、OSR之前的输入脉宽和OSR之前的输入消光比的增加而增加。为了减小所需的斜率，需要在OSR之前具有更短的上升时间、下降时间和更低的初始消光比(ER)。注意，当a₀→0时，OSR输入处的无限ER将不产生频率展平(frequency flattening)效应，因为这需要无限的斜率。

如果OSR的斜率从用于实现平顶啁啾的最佳值进一步增大，则OSR之后的频率曲线将具有方形，且在位的上升沿和下降沿处具有蓝移兔耳。图6示出了一个实例。它示出了1111位序列和单个位1通过OSR后的幅值和频率图。该OSR的斜率使得上述单个位具有平顶的频率曲线。然而，1111序列具有兔耳。这是因为，1111位序列经历了所使用的特定OSR的不同有效斜率。该OSR是3腔多标准具带通滤波器的端部。

通过将输入信号的波长调整为滤波器的具有理想形状和斜率的光谱部分，可以将各种不同的传输或反射滤波组件用作OSR。一个实例是具有高斜率的传输曲线的边沿。可用作OSR的滤波器实例包括多腔标准具滤波器、光纤布拉格光栅，级联的微环谐振器，单腔法布里-珀罗滤波器、边沿滤波器和多腔薄膜滤波器。

以上仅考虑了线性OSR。但是，通过仿真和试验，我们发现各种不同的非线性OSR形状能产生非常相似的效果。这些例子包括贝赛尔滤波器、具有正切双曲线形状的边沿滤波器。对给定的消光比、绝热啁啾和上升/下降时间而言，公式16为确定OSR的最佳斜率提供了设计指南。

在上述的实例和分析中，仅考虑了OSR的传输。根据克拉默斯-克勒尼希(Kramers-Kronig)关系，与频率相关的传输具有相关的相位变化和相应的色散。如在丹尼尔·麦吉尔福特等人于02年10月04日提交的、序列号为60/416102、标题为“平坦色散鉴频器(FLATDISPERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR)”的审理中的在先美国临时专利申请(卷宗号：TAYE-59474-00005 PROV)和丹尼尔·麦吉尔福特等人于02年11月06日提交的、序列号为10/289944、标题为“色散补偿光纤系统的电源(POWER SOURCE FOR A DISPERSIONCOMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM)”的审理中的在先美国专利申请(卷宗号：TAYE-59474-00006)所指出的，也可用滤波器的色散来补偿传输光纤中的部分色散，此处，通过引用将这些专利申请并入本文之中。位1的波峰附近的线性瞬时频率曲线表明了这种补偿。从而，处于滤波器端部的OSR与滤波器(给出了线性斜率)的负色散作用的组合可以将OSR之前的绝热调频信号转换成在脉冲中心附近具有线性斜率且在过渡处具有较短的上升时间和下降时间的瞬时频率曲线。

Claims (45)

1.一种光纤通信系统，所述系统包括：

光信号源，适于产生二进制调幅信号；和

光谱整形器，适于接收所述调幅信号和在所述信号的0至1和1至0的过渡处改变其瞬时频率来改变所述信号的瞬时频率，使得它在1脉冲的持续时间内基本保持恒定。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述瞬时频率的改变与所述调幅信号的时间曲线的一阶导数的绝对值成正比。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述0至1的过渡引起的瞬时频率改变与所述1至0的过渡引起的瞬时频率改变相同。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述0至1的过渡引起的瞬时频率改变与所述1至0的过渡引起的瞬时频率改变不同。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述信号源是直接调制的半导体激光器。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述光信号源是分布式反馈激光器。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述分布式反馈激光器被偏置为高于其阈值电流。

8.如权利要求5所述的系统，其中，所述信号源是可调谐DBR激光器。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述信号源是快速可调谐半导体激光器。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是光带通滤波器的传输端。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是边沿滤波器。

12.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是光纤布拉格光栅滤波器的传输端。

13.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是多腔标准具滤波器的传输端。

14.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是单腔滤波器的传输端。

15.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是级联的微环共振器的传输端。

16.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是阵列形式的波导光栅的传输端。

17.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是中阶梯光栅的传输端。

18.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是贝塞尔滤波器的传输端。

19.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器是马赫-曾德干涉仪的传输端。

20.如权利要求1所述的系统，其中，所述光谱整形器适于改变所述信号的瞬时频率，使得所述信号基本为方形的，且在0至1和1至0过渡处存在兔耳。

21.一种光纤通信系统，所述系统包括：

光信号源，适于产生具有第一绝热瞬时频率曲线的二进制调幅信号；和

光谱整形器，适于接收所述信号和将所述第一绝热瞬时频率曲线变为第二种基本为平顶的瞬时频率曲线。

22.如权利要求21所述的系统，其中，所述光谱整形器适于将所述第一绝热瞬时频率曲线变为脉冲的前沿和后沿处存在兔耳的第二种基本为方形的瞬时频率曲线。

23.如权利要求21所述的系统，其中，所述第二种基本为方形的瞬时频率曲线的上升时间和下降时间比所述第一绝热瞬时频率曲线的相应上升时间和下降时间短。

24.如权利要求21所述的系统，其中，所述第二种基本为方形的瞬时频率曲线的持续时间比所述第一绝热瞬时频率曲线的持续时间短。

25.如权利要求21所述的系统，其中，所述第二种基本为方形的瞬时频率曲线的持续时间比所述第一绝热瞬时频率曲线的持续时间长。

26.如权利要求21所述的系统，其中，所述第一绝热瞬时频率曲线相对于所述二进制信号的幅值曲线发生相移。

27.如权利要求21所述的系统，其中，所述光谱整形器的特征在于其光传输与光频率的关系曲线的斜率。

28.如权利要求27所述的系统，其中，所述斜率处于2dB/GHz和4dB/GHz之间，且所述二进制调幅信号的位速率约为10Gb/s。

29.如权利要求27所述的系统，其中，所述OSR的所述斜率根据近似关系

来选择。

30.如权利要求27所述的系统，其中，所述OSR的斜率是所述二进制调幅信号的上升时间和下降时间的函数。

31.如权利要求27所述的系统，其中，所述OSR的斜率是所述二进制调幅信号的消光比的函数。

32.如权利要求27所述的系统，其中，所述OSR的斜率是绝热瞬时频率曲线的绝热啁啾幅值的函数。

33.一种光纤通信系统，所述系统包括：

光信号源，适于接收基带信号和产生幅值经过调制的第一信号，所述第一信号具有第一绝热瞬时频率曲线；和

OSR，适于将所述第一信号转换成第二信号，其中，所述第二信号具有基本为平顶的瞬时频率曲线。

34.如权利要求33所述的系统，其中，所述第二信号还具有比第一信号更大的幅值调制。

35.如权利要求33所述的系统，其中，所述第二信号的消光比处于10dB和15dB之间。

36.如权利要求33所述的系统，其中，所述基带信号是非归零(NRZ)信号。

37.如权利要求33所述的系统，其中，所述数字信号是归零(RZ)信号。

38.如权利要求36所述的系统，其中，所述平顶瞬时频率偏移和所述第二信号的瞬时频率的位0持续时间的乘积基本等于0.5的奇数倍。

39.如权利要求36所述的系统，其中，所述平顶瞬时频率偏移和所述第二信号的瞬时频率的位0持续时间的乘积为0.25和0.75之间的分数的奇数倍。

40.一种光纤通信系统，所述系统包括：

光信号源，适于接收基带信号和产生幅值经过调制的第一信号；和

OSR，适于将所述第一信号转换成幅值经过调制的第二信号，其中，所述第二信号的上升和下降时间相应地比所述第一信号的上升和下降时间短。

41.一种光纤通信系统，所述系统包括：

光信号源，适于接收基带信号和产生具有第一绝热瞬时频率曲线的幅值经过调制的第一信号；和

OSR，适于将所述第一信号转换成具有第二瞬时频率曲线的幅值经过调制的第二信号，其中，所述第二信号的幅值的上升和下降时间相应地比所述第一信号的幅值的上升和下降时间短。

42.一种通过光纤发送信号的方法，所述方法包括：

从所述信号产生第二信号，其中，所述第二信号包括强度曲线和绝热频率曲线；

从所述第二信号产生第三信号，其中，所述第三信号包括强度曲线和平顶的频率曲线。

43.如权利要求42所述的方法，其中，所述第三信号的频率曲线在时间上基本上为所述第三信号的强度曲线所包围。

44.如权利要求42所述的方法，其中，所述第三信号的强度曲线基本上为所述第三信号的频率曲线所包围。

45.如权利要求44所述的方法，其中，仅所述强度曲线的前翼和后翼处于所述频率曲线之外。

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