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CN115668812B - 自相干光传送系统和接收器 - Google Patents

自相干光传送系统和接收器

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CN115668812B
CN115668812B CN202080102268.XA CN202080102268A CN115668812B CN 115668812 B CN115668812 B CN 115668812B CN 202080102268 A CN202080102268 A CN 202080102268A CN 115668812 B CN115668812 B CN 115668812B
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CN
China
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signal
optical
polarization
modulated optical
modulated
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CN202080102268.XA
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F·卡瓦利埃
L·吉奥尔吉
L·珀缇
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Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
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Abstract

一种光接收器（100），包括：极化控制器（102），被布置成接收具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的非调制光载波信号作为它的输入，所述第一调制光信号在所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；光滤波器设备（104），具有主极化模式；以及相干光接收器设备（106），其中，所述极化控制器被布置成将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化被对准于所述光滤波器设备的所述主极化模式，所述光滤波器设备被布置成接收并且分开所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号，以及所述相干光接收器设备被布置成接收所述分开的信号并且将所述非调制光载波信号用作本地振荡器LO信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。

Description

自相干光传送系统和接收器
技术领域
本发明涉及光接收器以及涉及包含所述光接收器的自相干光传送系统。方法进一步涉及相干光检测的方法并且涉及包含相干光检测的所述方法的自相干光传送的方法。
背景技术
在绝大多数的当前光传输网络中，以100Gbit/s的传送借助于双极化四相相移键控QPSK相干光接口来执行。通过使用16等级四相幅度调制16QAM而非QPSK并且将装置带宽从25翻倍到50GHz，在400Gbit/s的容量增强是可能的。在城域距离上进行操作的可互操作的100和400Gbit/s光接口的标准分别由国际电联电信ITU-T建议G.6982和光互联网络论坛OIF计划400ZR所规定。
相比于数据被编码到光信号的幅度等级上的强度调制直接检测系统，相干系统传送以及检测在信号幅度和相两者上所编码的信息。这具有允许使用增加系统容量的复杂调制方案(诸如QAM)以及使用用于修复传播减损(诸如光纤色散)的均衡技术的双重优点。后者的特征已导致网络成本的巨大节省，避免了光链路中色散补偿光纤(和托管(host)它的双阶段光放大器)的使用。色散补偿光纤的不存在已极大简化了系统设计规则(在旧系统中，对补偿模块的大小和位置定尺寸对于优化系统性能是至关重要的)，对操作成本产生积极影响。虽然相干光传送是数十年前提出的，但是仅在电子电路的集成和小型化使它可能在小型集成电路中实现复杂处理功能之后它才能够被部署，伴随着数十瓦的可接受的功率消耗。
光子电路已遵循了朝着更高集成的类似道路(尽管具有可观的时延)；能够在光子芯片中集成的功能的数量是比相同大小的电子芯片中的功能要少的数量级。另外，光处理功能大多是模拟的，与通过电子处理能够完成的相比而减少了处理可能性。然而，在相同系统中将光子和电子处理进行组合能够实现具有改进的成本和功率消耗的新架构。
城域和长程光网络(跨度从数百到数千km)中的相干光传送的成功不能够在更为成本敏感的较短距离无线电和固定接入网中被复制。能量效率是另一问题；相干接收器中用于信号后处理的集成电路消耗数十瓦而数瓦才将是可接受的。在另一方面，现代无线电接入网所要求的容量能够容易取得数百Gbit/s，使相干传送成为有吸引力的技术而不管成本和功率消耗问题。
相干光系统将在接收器处的激光器用作本地振荡器。本地振荡器光线被耦合到所接收的信号。如果本地振荡器频率等于所传送的光载波频率，则由光检测所生成的跳动项(beating term)正交于所调制信号。如果不相等，则存在将在接收器被补偿的频率偏移(实际系统中为数GHz)，增加了数字信号处理DSP复杂度。在两种情况中，本地振荡器相噪声被传输到信号上，并且对这个进行减轻要求昂贵的窄线宽激光器来被用作本地振荡器。
相干光系统将在接收器处的激光器用作本地振荡器。本地振荡器光线被耦合到所接收的信号。如果本地振荡器频率等于所传送的光载波频率，则由光检测所生成的跳动项正交于所调制信号。如果不相等，则存在将在接收器被补偿的频率偏移(实际系统中为数GHz)，增加了DSP复杂度。在两种情况中，本地振荡器相噪声被传输到信号上：对它进行减轻要求昂贵的窄线宽激光器来被用作本地振荡器。
自相干光系统不具有在接收器处的本地振荡器，而是将光载波与所调制信号一起传送(光载波在常规相干光系统中的传送器被抑制)，避免了相噪声传输和频率偏移的问题。然而，在自相干接收器中必须使用适当技术来分开非调制载波和所调制信号。
为了翻倍所传送信号的比特率，可在两个线性正交极化状态上来发送数据。在光纤链路中的传播期间，所述两个极化状态保持正交但旋转，以使得与本地振荡器的极化状态的角度是随机的。在常规相干接收器的前端，本地振荡器和所调制信号被混在所谓的90°混合(hybrid)装置中并且由光电二极管(双极化接收器)来检测输出。备选地，极化控制器可用来旋转本地振荡器的极化，将它对准于所接收的调制信号。例如，基于光干涉仪中的移相器的极化控制器在V.Sorianello等人的“Polarization Controller for Si photonicintegrated circuits with an active closed loop control”(第42届欧洲光通信会议(European Conference on Optical Communications)，杜塞尔多夫(Dusseldorf)，2016年9月18-22日)中被报告。在光检测之后，所述两个极化上所传送的数据借助于电均衡器而被修复。
在自相干系统中，所传送的光载波被用作本地振荡器，以使得其与所接收信号的角度是已知的并且不需要极化修复。
发明内容
目的是为了提供改进的光接收器。进一步的目的是为了提供改进的自相干光传送系统。进一步的目的是为了提供相干光检测的改进的方法。进一步的目的是为了提供自相干光传送的改进的方法。
本发明的一方面提供包括极化控制器、光滤波器设备和相干光接收器设备的光接收器。所述极化控制器被布置成接收具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的(polarisation aligned)非调制光载波信号作为它的输入。所述第一调制光信号在所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。所述光滤波器设备具有主极化模式。所述极化控制器被布置成将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化被对准于所述光滤波器设备的所述主极化模式。所述光滤波器设备被布置成从所述极化控制器接收所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号并且被布置成将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开。所述相干光接收器设备被布置成从所述光滤波器设备接收所述分开的信号并且被布置成将所述非调制光载波信号用作本地振荡器LO信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。
所述光接收器可减轻从本地振荡器信号(所述非调制光载波信号)向所接收的调制光信号传输的相噪声而不要求昂贵的窄线宽激光器作为本地振荡器源的使用。所述光接收器不要求本地振荡器信号和传送的光载波信号之间的频率偏移的任何修复。所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号向所述光滤波器设备的主极化模式的极化对准使光前端(特别是所述光滤波器设备)能够有成本效益地在硅光子学(silicon photonics)中被实现。
在一实施例中，所述极化控制器被布置成另外接收具有与所述第一极化正交的第二极化的第二调制光信号。所述极化控制器被布置成将所述第二调制光信号与所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号分开。所述光接收器进一步包括第二相干光接收器设备，所述第二相干光接收器设备被布置成将从所述光滤波器设备所输出的所述非调制光载波信号的部分用作本地振荡器LO信号来执行所述第二调制光信号的相干检测。
在一实施例中，所述极化控制器是极化旋转器分离器(rotator-splitter)。
在一实施例中，所述光滤波器设备包括具有第一输出、第二输出和输入的光带分离器，所述输入被布置成从所述极化控制器接收所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号，其中，所述光带分离器被布置成将包含所述非调制光载波信号的光谱的第一谱带内的光信号发送到所述第一输出以及将包含所述第一调制光载波信号的光谱的第二谱带内的光信号发送到所述第二输出。
在一实施例中，所述光带分离器是布拉格光栅和环谐振器之一。所述布拉格光栅被配置成反射所述第一谱带和所述第二谱带中的一个谱带并且被配置成传送所述第一谱带和所述第二谱带中的另一个谱带。所述环谐振器具有谐振峰值、被配置成将所述第一谱带内的光信号放(drop)到所述第一输出并且将所述第二谱带内的光信号传送到所述第二输出。
在一实施例中，所述第一谱带具有比所述非调制光载波信号的光谱的线宽的两倍更大并且比所述预定带宽BW的两倍更小的带宽。这可确保所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号的有效分开。
在一实施例中，所述光带分离器是可调谐光带分离器。所述光接收器进一步包括控制器。所述控制器被配置成为了所述极化控制器生成控制信号。所述控制信号被配置成控制所应用的极化旋转。所述控制器被进一步配置成为了所述可调谐光带分离器生成控制信号。所述控制信号被配置成调谐所述第一谱带和所述第二谱带中的至少一个谱带。所述控制器被布置成修改所述控制信号直至从所述光滤波器设备所输出的所述非调制光载波信号的光功率被最大化。
可调谐光带分离器的使用可能够实现补偿所述非调制光载波信号的频率漂移(例如由于热漂移所导致的)。具有用于控制所应用的极化旋转和所述可调谐光带分离器的调谐的共同控制器可能够实现快速汇聚和减轻中断(outage)问题，诸如由现有技术极化控制器所面对的不足的动态范围。
在一实施例中，所述主极化模式是线性极化的主传播模式。所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号向所述光滤波器设备的线性极化的主传播模式的极化对准使所述光滤波器设备能够有成本效益地在硅光子学中被实现。
对应实施例和优点应用于以下所描述的自相干光传送系统。
本发明的一方面提供包括光接收器和光传送器的自相干光传送系统。
所述光接收器包括极化控制器、光滤波器设备和相干光接收器设备。所述极化控制器被布置成接收具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的非调制光载波信号作为它的输入。所述第一调制光信号在所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。所述光滤波器设备具有主极化模式。所述极化控制器被布置成将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化被对准于所述光滤波器设备的所述主极化模式。所述光滤波器设备被布置成从所述极化控制器接收所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号并且被布置成将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开。所述相干光接收器设备被布置成从所述光滤波器设备接收所述分开的信号并且被布置成将所述非调制光载波信号用作本地振荡器LO信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。
所述光传送器包括被布置成生成光载波信号的光源、光调制器和光分离器。所述光分离器被布置成功率分离(power split)所述光载波信号，以及被布置成将所述光载波信号的第一部分路由到所述光调制器并且路由所述光载波信号的第二部分以绕过所述光调制器。所述光调制器被布置成将信号编码应用于所述光载波信号的所述第一部分以形成第一调制光信号，所述信号编码被配置成使得所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。所述第一调制光信号具有第一极化，以及所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号是极化对准的。所述光传送器被配置成将所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号进行组合以用于传送。
所述信号编码可确保所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号在谱上被分开，以使得它们之间存在带隙，使在所述光接收器处的所述光滤波器设备能够有效分开所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号。从相同光载波信号来形成所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号减轻从所述本地振荡器信号(非调制光载波信号)向在所述光接收器处的所述第一调制光信号传输的相噪声，并且确保所述本地振荡器信号和所述第一调制光信号在传送期间保持极化对准。
在一实施例中，所述光调制器包括双极化调制器，所述双极化调制器被布置成将所述光载波信号的所述第一部分分离成具有所述第一极化的第一光信号和具有第二正交极化的第二光信号。所述双极化调制器被布置成将相应信号编码应用于所述第一和第二光信号以形成具有所述第一极化的第一调制光信号和具有所述第二正交极化的第二调制光信号。所述双极化调制器被配置成将所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号进行组合以用于传送。双极化调制光信号可因此与在所述光接收器用作共同本地振荡器信号的非调制光载波信号被传送，所述非调制光载波信号的极化与所调制光信号之一(即所述第一调制光信号)对准。
在一实施例中，所述光调制器被布置成应用具有等于或高于所述预定带宽的截止频率的信号编码。这可确保所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号在谱上被分开。
本发明的一方面提供包括以下步骤的相干光检测的方法。一步骤是接收具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的非调制光载波信号。所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。下个步骤是将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化对准于主极化模式。下个步骤是在对准于所述主极化模式的所述信号上行动(act)，将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开。下个步骤是使用所述分开的信号，将所述非调制光载波信号用作本地振荡器信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。
所述方法可减轻从本地振荡器信号(所述非调制光载波信号)向所接收的调制光信号传输的相噪声而不要求昂贵的窄线宽激光器作为本地振荡器源的使用。所述方法不要求本地振荡器信号和传送的光载波信号之间的频率偏移的任何修复。
在一实施例中，所述方法进一步包括以下步骤。一步骤是接收具有与所述第一极化正交的第二极化的第二调制光信号。一步骤是将所述第二调制光信号与所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号分开。一步骤是使用所述分开的信号，将所述非调制光载波信号用作本地振荡器信号来执行所述第二调制光信号的相干检测。
在一实施例中，将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开包括：对所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号进行带分开(band split)。所述带分开被布置成将包含所述非调制光载波信号的光谱的第一谱带内的光信号发送到第一输出，以及将包含所述第一调制光载波信号的光谱的第二谱带内的光信号发送到第二输出。
在一实施例中，所述第一谱带具有比所述非调制光载波信号的光谱的线宽的两倍更大并且比所述预定带宽BW的两倍更小的带宽。这可确保所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号的有效分开。
在一实施例中，所述方法进一步包括变化所应用的极化旋转以及调谐所述第一谱带和所述第二谱带中的至少一个谱带直至所述非调制光载波信号的光功率在所述分开之后被最大化。所述非调制光载波信号中的(例如由于热漂移所导致的)任何频率漂移可由此在所述分开期间被补偿。
对应实施例和优点应用于以下所描述的自相干光传送的方法。
本发明的一方面提供包括以下传送步骤以及接收和检测步骤的自相干光传送的方法。所述传送步骤包含的一步骤是生成具有第一极化的光载波信号。下个步骤是功率分离所述光载波信号。一步骤是将信号编码应用于所述光载波信号的第一部分以形成第一调制光信号。所述信号编码被配置成使得所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。下个步骤是将所述第一调制光信号与所述光载波信号的第二非调制部分进行组合。所述第一调制光信号具有第一极化，以及所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号是极化对准的。下个步骤是传送所述组合的信号。
所述方法进一步包括在传送之后以下的接收和检测步骤。一步骤是接收具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的非调制光载波信号。所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。下个步骤是将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化对准于主极化模式。下个步骤是，在对准于所述主极化模式的所述信号上行动，将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开。下个步骤是，使用所述分开的信号，将所述非调制光载波信号用作本地振荡器信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。
所述信号编码可确保所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号在谱上被分开，以使得它们之间存在带隙，能够实现所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号的有效分开。从相同光载波信号来形成所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号减轻从所述本地振荡器信号(非调制光载波信号)向所述第一调制光信号传输的相噪声，并且确保所述本地振荡器信号和所述第一调制光信号在传送期间保持极化对准。
在一实施例中，所述调制包括将所述光载波信号的所述第一部分极化分离(polarization split)成具有所述第一极化的第一光信号和具有第二正交极化的第二光信号，以及将相应信号编码应用于所述第一和第二光信号以形成具有所述第一极化的所述第一调制光信号和具有所述第二正交极化的第二调制光信号。双极化调制光信号可因此与在所述光接收器用作共同本地振荡器信号的非调制光载波信号被传送，所述非调制光载波信号的极化与所调制光信号之一(即所述第一调制光信号)对准。
在一实施例中，被应用于所述第一光信号的所述信号编码具有等于或高于所述预定带宽BW的截止频率的信号编码。这可确保所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号在谱上被分开。
现在将参照附图、仅通过示例的方式来描述本发明的实施例。
附图说明
图1和2是示出光接收器的实施例的框图；
图3是示出光接收器的一实施例的光滤波器设备的框图；
图4是示出光接收器的一实施例的框图；
图5和6是示出光传送系统的实施例的框图；以及
图7和8是示出方法步骤的实施例的流程图。
具体实施方式
相同参考编号将用于不同实施例中的对应特征。
参考图1，一实施例提供光接收器100，所述光接收器包括极化控制器102、具有主极化模式的光滤波器设备104和相干光接收器设备106。所述极化控制器被布置成接收第一调制光信号Sx和非调制光载波信号LO作为它的输入。所述第一调制光信号具有第一极化，以及所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号是极化对准的。所述第一调制光信号在所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。
极化控制器102被布置成将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化被对准于所述光滤波器设备的主极化模式。
光滤波器设备104可被布置成从所述极化控制器接收所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号；所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号可因此由所述光滤波器设备所接收，其中它们的极化对准于所述光滤波器设备的主极化模式。所述光滤波器设备可被布置成将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开。
相干光接收器设备106可被布置成从所述光滤波器设备接收所分开的非调制光载波信号LO和第一调制光信号Sx。所述相干接收器设备可布置成将所述非调制光载波信号用作本地振荡器LO信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。
在一实施例中，所述光滤波器的主极化模式是所述光滤波器的线性极化的主传播模式。
在图2中示出的实施例的光接收器200中，极化控制器202可被布置成另外接收第二调制光信号Sy。所述第二调制光信号具有正交于所述第一极化的第二极化。极化控制器202被布置成将所述第二调制光信号与所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号分开。
此实施例的光接收器200可包括：第一相干光接收器设备204x和第二相干光接收器设备204y，分别被布置成执行所述第一和第二调制光信号的相干检测。所述第一和第二相干光接收器设备都将从光滤波器设备104所输出的所述非调制光载波信号的部分用作本地振荡器LO信号。
在一个实施例中，极化控制器202可以是极化旋转器分离器，诸如例如在WesleyD.Sacher等人的“Polarization rotator-splitters in standard active siliconphotonics platforms”(Optics Express，Vol.22，No.4，第3777-3786页，2014年2月10日)中所描述的。
在一实施例中，光滤波器设备300可包括光带分离器302，如在图3中所示的。所述光带分离器可用于以上所描述的光接收器100、200的任一个之中。
光带分离器是将输入信号的谱分离成具有分开的频带的两个部分的装置，向不同输出发送每个带。此处所应用的信号编码确保在所述部分之间存在带隙。
所述光带分离器具有第一输出304、第二输出306和输入308，所述输入被布置成从极化控制器102、202接收非调制光载波信号320和第一调制光信号322。所述光带分离器被布置成将第一谱带310内的光信号发送到所述第一输出以及将第二谱带312内的光信号发送到所述第二输出。所述第一谱带包含非调制光载波信号320的光谱以及所述第二谱带包含第一调制光载波信号322的光谱。光带分离器有效地充当带通滤波器(就所述非调制光载波信号而言)，以及充当陷波滤波器(就所述第一调制光信号而言)。
所述光带分离器可例如是平面波导或光纤中形成的布拉格光栅，所述布拉格光栅被配置成反射所述第一谱带和所述第二谱带中的一个谱带以及被配置成传送所述第一谱带和所述第二谱带中的另一个谱带。在图3中所示的示例中，所述布拉格光栅被配置成反射所述第一谱带以及传送所述第二谱带。
所述光带分离器可备选地例如是平面波导或光纤中形成的环谐振器，所述环谐振器具有谐振峰值、被配置成将所述第一谱带内的光信号放到所述第一输出以及将第二谱带内的光信号传送到所述第二输出。
所述光带分离器可备选地例如是由其两个输出臂上的带阻滤波器和带通滤波器所跟随的光功率分离器。
在一实施例中，所述第一谱带具有比所述非调制光载波信号的光谱的线宽的两倍更大并且比所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW的两倍更小的带宽。
在图4中所示的实施例的光接收器400中，所述光带分离器可以是可调谐光带分离器402。所述光接收器进一步包括光检测器406和控制器404。
所述控制器包括被配置成为了极化控制器102(或202)来生成控制信号X1的控制电路模块和接口电路模块。所述控制信号被配置成控制所应用的极化旋转，以使得所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号的极化能够被旋转以与所述光滤波器设备的主极化模式对准；如果所述信号恰好伴随着其与所述光滤波器设备的主极化模式对准的极化而被接收，则应用零极化旋转。
所述极化控制器可例如包括一系列的Mach Zehnder干涉仪，如在V.Sorianello等人的“Polarization Controller for Si photonic integrated circuits with anactive closed loop control”(第42届欧洲光通信会议(European Conference onOptical Communications)，杜塞尔多夫(Dusseldorf)，2016年9月18-22日)中所描述的。所述控制信号包括在三个相应Mach Zehnder干涉仪的臂中控制相移的三个电压电平。
可调谐光带分离器402可以是布拉格光栅或环谐振器，如以上所描述的，其两者都可被配置成可调谐的。如技术人员将知道的，布拉格光栅可通过变化应用的温度或应变而被调谐，以及环谐振器可通过变化应用的温度或注入电流而被调谐。
备选地，所述可调谐光带分离器可包括声光可调谐滤波器AOTF、电光可调谐滤波器EOTF、可调谐Fabry-Perot标准具(etalon)、一个或多个阵列波导光栅AWG、一个或多个Mach Zhender干涉仪MZI、主动光滤波器以及微机械光装置，如在D.Sadot和E.Bolmovich的“Tunable optical filter for Dense WDM networks”(IEEE Communications Magazine，1998年12月，第50-55页)中所描述的。
控制器404另外被配置成为了可调谐光带分离器402来生成控制信号X2。所述控制信号被配置成调谐所述第一谱带和所述第二谱带中的至少一个谱带。其中，例如所述可调谐光带分离器是布拉格光栅，变化所应用的温度或应变将调谐所述第一谱带(光栅的反射带)以及将对应地变化传送带，即所述第二谱带。其中所述可调谐光带分离器是环谐振器，变化所应用的温度或注入电流将调谐所述第一谱带(所述环谐振器的谐振峰值)，其将对应地变化所述第二谱带。
控制器404被布置成修改控制信号X1和X2直至使用光检测器406所测量的、从所述光滤波器设备所输出的所述非调制光载波信号LO的光功率被最大化。这可包括迭代地变化所应用的极化旋转以及调谐所述第一谱带和/或第二谱带直至它们在使所述非调制光载波信号的光功率最大化的值上汇聚。公知的算法(诸如最陡下降或梯度算法)可被用来执行所述最大化。
例如，如果极化控制器202是如在Wesley D.Sacher等人的文章(同上)中所描述的极化旋转器分离器，则控制器404被配置成迭代地调整在连续Mach Zehnder干涉仪的臂中控制相移的三个电压v1、v2和v3。
参考图5，一实施例提供包括由光链路540所连接的光传送器510和光接收器530的自相干光传送系统500。
光传送器510包括光源512、光调制器514和光分离器516。
光源512通常是激光器，被布置成生成具有光谱和第一极化的光载波信号。
光分离器516被布置成功率分离所述光载波信号，以及被布置成将所述光载波信号的第一部分路由到所述光调制器并且路由所述光载波信号的第二部分以绕过所述光调制器从而变成非调制光载波信号。
光调制器514被布置成将信号编码应用于所述光载波信号的第一部分以形成第一调制光信号。此实施例中示出的所述光调制器可以是双极化光调制器，但是将领会，单个极化光调制器可备选地被用于以上参照图1或4所描述的向光接收器的传送。
所述双极化光调制器被布置成将所述光载波信号的第一部分分离成具有所述第一极化的第一光信号和具有第二正交极化的第二光信号。所述双极化光调制器被布置成将相应信号编码应用于所述第一和第二光信号以形成具有所述第一极化的第一调制光信号和具有所述第二正交极化的第二调制光信号。信号编码被配置成使得所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围并且因此在所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度。
所述第一调制光信号具有所述第一极化，以及所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号是极化对准的，因为两者都源自所述光载波信号。
所述光传送器被配置成将所述第一调制光信号、所述第二调制光信号和所述非调制光载波信号进行组合以用于传送。
在一实施例中，所述光调制器可被布置成应用具有等于或高于预定带宽BW的截止频率的信号编码。该信号编码被配置成耗尽(deplete)DC分量(所述光载波信号)周围的信号谱并且可以是Manchester编码、交替记号反转(Alternate Mark Inversion)AMI编码或64B66B编码中的一个编码。
在一实施例中，光传送器510另外包括被配置成为了所述第一调制光信号、所述第二调制光信号和所述非调制光载波信号将在跨光链路540的传送期间积累的色散而应用预补偿的光色散预补偿设备520和/或电色散预补偿设备518。
光接收器530是如以上参照图2所描述的，包括极化控制器202、光滤波器设备104、第一相干光接收器204x和第二相干光接收器204y，另外带有控制器404，如以上参照图4所描述的。
在所述光接收器，所述第一调制光信号、所述第二调制光信号和所述非调制光载波信号带有以针对它们的传送的第一和第二极化的随机角度而被旋转的它们的极化而到达。所述极化控制器旋转双极化信号的极化。
在一实施例中，所述极化控制器可以是极化旋转器分离器，所述极化旋转器分离器被配置成既应用极化旋转又将所正交极化的第一和第二调制光信号分开，这两个信号被发送到两个输出。可使用如在Wesley D.Sacher等人的“Polarization rotator-splittersin standard active silicon photonics platforms”(Optics Express Vol.22，No.4，2014年2月24日，第3777-3786页)中所描述的极化旋转器分离器。
参考图6，一实施例提供包括由光链路540所连接的光传送器610和光接收器630的自相干光传送系统600。
在此实施例中，所述光调制器可包括第一IQ调制器514x和第二IQ调制器514y。所述第一IQ调制器被配置成将信号编码应用于具有所述第一极化的所述第一光信号，以及所述第二IQ调制器被配置成将信号编码应用于具有所述第二正交极化的所述第二光信号。
每个IQ调制器514x、514y被提供有相应的数字到模拟转换器DAC 518x、518y(被配置成应用电色散预补偿)。
在光接收器630，所述第一和第二相干光接收器包括相应的90°光混合、平衡光检测器、Rx 634和数字信号处理DSP模块636。
以上所描述的实施例提供一种自相干光传送系统，其中：
在传送器，非调制光载波与所调制信号一起被发送，并且所调制信号被编码以使得其谱功率密度在载波周围的预定带宽BW内是可忽略的；
在双极化系统中，光载波信号极化与在两个正交极化状态上传送的所述两个调制光信号之一对准；
接收器包含由光滤波器设备所跟随的极化控制器，所述光滤波器设备用于提取所述非调制光载波信号以用作本地振荡器信号；
所述光滤波器设备借助于具有等于或窄于预定带宽BW的带宽的通带窄带可调谐光滤波器将光载波与所调制光信号分开；
所述极化控制器和所述光滤波器设备可以有成本效益地在硅光子学中被实现以及可以是单片集成的；
所述光滤波器设备可调谐以补偿在所述光传送器所生成的光载波信号的频率漂移(例如由于热漂移所导致的)；以及
所述光滤波器设备和所述极化控制器具有共同的控制器，所述控制器设置它们的输入变量以使得从所述光滤波器设备所输出的所述非调制光载波信号的光功率被最大化。
所述自相干光传送系统有利地减轻从本地振荡器向接收的调制光信号传输的相噪声而不要求昂贵的窄线宽激光器的使用。它不要求本地振荡器和传送的光载波之间的频率偏移的任何修复。接收器的光前端可有成本效益地在硅光子学中被实现。使用所述光滤波器设备的光载波提取和接收信号极化的并发控制在动态范围和中断概率方面减轻当前极化控制器的问题。
参考图7，一实施例提供一种相干光检测的方法700。
所述方法包括以下步骤：
接收702具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的非调制光载波信号，所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；
然后，将极化旋转应用704于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化对准于主极化模式，
然后，在对准于所述主极化模式的所述信号上行动，将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开706；以及
然后，使用所述分开的信号，将所述非调制光载波信号用作本地振荡器信号来执行708所述第一调制光信号的相干检测。
在一实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：
接收具有与所述第一极化正交的第二极化的第二调制光信号；
将所述第二调制光信号与所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号分开；以及
使用所述分开的信号，将所述非调制光载波信号用作本地振荡器信号来执行所述第二调制光信号的相干检测。
在一实施例中，将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开的步骤包括对所述非调制光载波信号和所述第一调制光信号进行带分开。所述带分开被布置成将包含所述非调制光载波信号的光谱的第一谱带内的光信号发送到第一输出以及将包含所述第一调制光载波信号的光谱的第二谱带内的光信号发送到第二输出。
在一实施例中，所述第一谱带具有比所述非调制光载波信号的光谱的线宽的两倍更大并且比预定带宽BW的两倍更小的带宽。
在一实施例中，所述方法进一步包括变化所应用的极化旋转以及调谐所述第一谱带和所述第二谱带中的至少一个谱带直至所述非调制光载波信号的光功率在分开的所述步骤之后被最大化。
参考图8，一实施例提供一种相干光传送的方法800。
所述方法包括以下传送步骤：
生成802具有第一极化的光载波信号；
功率分离804所述光载波信号；
将信号编码应用806于所述光载波信号的第一部分以形成第一调制光信号，所述信号编码被配置成使得所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；
将所述第一调制光信号与所述光载波信号的第二非调制部分进行组合808，其中，所述第一调制光信号具有第一极化，以及所述非调制光载波与所述第一调制光信号是极化对准的；
传送所述组合的信号。
所述方法进一步包括在传送之后根据以上所描述的相干光检测的方法700来接收和检测所述第一调制光信号的步骤。
在一实施例中，应用信号编码的步骤包括将所述光载波信号的所述第一部分极化分离成具有所述第一极化的第一光信号和具有第二正交极化的第二光信号。相应信号编码然后被应用于所述第一和第二光信号以形成具有所述第一极化的所述第一调制光信号和具有所述第二正交极化的第二调制光信号。
在一实施例中，被应用于所述第一光信号的所述信号编码具有等于或高于预定带宽BW的截止频率。

Claims (6)

1.一种自相干光传送系统，包括：
-光接收器，包括极化控制器，所述极化控制器被布置成接收具有第一极化的第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的非调制光载波信号作为输入，所述第一调制光信号在所述非调制光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；
-光滤波器设备，具有主极化模式；以及
-相干光接收器设备；以及
-光传送器，包括：
ο光源，被布置成生成光载波信号；
ο光调制器；以及
ο光分离器，被布置成功率分离所述光载波信号，以及被布置成将所述光载波信号的第一部分路由到所述光调制器并且路由所述光载波信号的第二部分以绕过所述光调制器，其中，所述光调制器被布置成将信号编码应用于所述光载波信号的所述第一部分以形成第一调制光信号，所述信号编码被配置成使得所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；以及
其中，所述第一调制光信号具有第一极化，以及所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号是极化对准的，并且其中所述光传送器被配置成将所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号进行组合以用于传送。
2.如权利要求1所述的自相干光传送系统，其中：
所述光调制器包括双极化调制器，所述双极化调制器被布置成将所述光载波信号的所述第一部分分离成具有所述第一极化的第一光信号和具有第二正交极化的第二光信号；所述双极化调制器被布置成将相应信号编码应用于所述第一和第二光信号以形成具有所述第一极化的第一调制光信号和具有所述第二正交极化的第二调制光信号；以及
所述双极化调制器被配置成将所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号进行组合以用于传送。
3.如权利要求1所述的自相干光传送系统，其中，所述光调制器被布置成应用具有等于或高于所述预定带宽的截止频率的信号编码。
4.一种自相干光传送的方法，包括以下步骤：
-生成具有第一极化的光载波信号；
-功率分离所述光载波信号；
-将信号编码应用于所述光载波信号的第一部分以形成第一调制光信号，所述信号编码被配置成使得所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；
-将所述第一调制光信号与所述光载波信号的形成非调制光载波信号的第二部分进行组合，其中，所述第一调制光信号具有所述第一极化，以及所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号是极化对准的；
-传送所述组合的信号；以及
-在传送之后，通过以下步骤来接收和检测所述第一调制光信号：
-接收具有所述第一极化的所述第一调制光信号和与所述第一调制光信号极化对准的所述非调制光载波信号，所述第一调制光信号在所述光载波信号的光谱周围的预定带宽BW内具有可忽略的谱功率密度；
-然后，将极化旋转应用于所述第一调制光信号和所述非调制光载波信号，以使得它们的极化对准于主极化模式，
-然后，在对准于所述主极化模式的所述信号上行动，将所述非调制光载波信号与所述第一调制光信号分开；以及
-然后，使用所述分开的信号，将所述非调制光载波信号用作本地振荡器信号来执行所述第一调制光信号的相干检测。
5.如权利要求4所述的方法，其中，应用信号编码包括：将所述光载波信号的所述第一部分极化分离成具有所述第一极化的第一光信号和具有第二正交极化的第二光信号，以及将相应信号编码应用于所述第一和第二光信号以形成具有所述第一极化的所述第一调制光信号和具有所述第二正交极化的第二调制光信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中，被应用于所述第一光信号的所述信号编码具有等于或高于所述预定带宽BW的截止频率。
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