[发明专利]偏振多级信号光学接收装置、偏振多级信号光学发送装置以及偏振多级信号光学传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及在光纤上传输光学偏振多级(multilevel)信号。

背景技术

在超高速光纤传输中，波长复用传输系统被广泛使用，在该系统中具有不同波长的多个光学信号被捆绑在一起进行传输从而有效地利用信号传输可用的波长范围(或频带)。在该传输系统中，发送侧捆绑并发送具有不同波长的多个光学信号，而接收侧接收被分路到原始波长的该光学信号，并且因此做出信号传输。

而且，为了有效地利用频带，正在研究偏振复用传输。偏振复用传输系统使用利用光的不同偏振态的复用技术。根据该系统，在发送侧，利用独立信息信号来调制的两对光学信号被转换到相互正交的偏振态以被复用然后被发送到光纤。光学信号的偏振态可以表示为邦加球(Poincare sphere)表面上的点。

此外，已知的是，在经由光纤的传输期间，光学信号的偏振态会发生改变。偏振态的改变可以表示为邦加球表面上的随机转变。应当注意，传输期间的该改变之后，偏振态的正交性会保持。通过利用该特性，接收侧执行偏振态的转变操作以及偏振态的分路操作从而把接收的光学信号分路成在发送侧被复用的两个原始光学信号。像这样，偏振复用传输系统与使用相同波长宽度的波长复用系统相比，实现了两倍的信息传输。

下面描述了用于实现光学偏振复用传输系统的技术，即，发送器处的光学偏振复用技术以及接收器处的光学偏振分路技术。首先，将描述作为偏振复用光学接收器的常规技术之一的相干偏振复用传输系统。P.J.Winzer，“Spectrally Efficient Long-Haul Optical Networking Using112-Gb/s Polarization-Multiplexed16-QAM”，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，第28卷，第4期，2月15日，2010，第547-556页是公开了支持该类传输系统的装置的构造的文档之一。

包括图1A和图1B的图1示出了常规数字相干偏振复用传输系统的例子。图1A表示系统的偏振复用光学多级发送器100的构造，图1B表示系统的偏振分集相干光学多级接收器120的构造。

偏振复用光学多级发送器100在光学分路器105把来自传输激光源104的非调制激光束输出分成2路，并把2路信号输入到两个正交光场调制器106-1以及106-2。正交光场调制器(或者称为IQ调制器)被配置有在例如铌酸锂的基板上并行布置的两对MZ调制器。响应于被应用到MZ调制器的调制信号输入端子的快速调制的电压信号，可以独立地调制从输出端子输出的输出光的光场的同相分量(I分量或者实部)和正交分量(Q分量或者虚部)。

将被发送的输入信息信号101-1和101-2分别被多级编码电路102-1和102-2编码为多级信号(例如16QAM)。多级信号的同相分量和正交分量被D/A转换器103-1到103-4以快速操作转换为模拟电波形并且然后被输入到两个正交光场调制器106-1和106-2的同相调制端子和正交调制端子。

结果是，来自各个正交光场调制器106-1和106-2的输出的光分别被转变为在二维复平面上调制的独立的多级调制光。它们被转换使得偏振态相互正交，并且作为S偏振的光学调制信号108以及P偏振的光学调制信号109被输入到偏振复用电路107，并且作为偏振复用光学多级信号111从输出光纤110输出。

图2A是根据光学多级调制和偏振复用传输的信号星座的示意图。图2A示出了作为根据光学多级调制的信号星座的例子的16级的正交幅度调制(16QAM)。在16QAM中，以网格模式布置了信号星座并且每个符号发送4个比特的信息。图中的例子表示Q坐标轴上的2个高位比特的值(10xx，11xx，01xx，00xx)以及I坐标轴上的2个低位比特的值(xx10，xx11，xx01，xx00)。

可以通过把多级电信号(在该例子中为4级)分别输入到图1中同相分量调制信号的输入端子以及正交分量调制信号的输入端子，并且指定同相分量和正交分量的场坐标(i(t)，q(t))来产生这样的多级信号。这时，从正交光场调制器106-1和106-2输出的X偏振的光学调制信号的光场表示为(i(t)+jq(t))exp(jωt)。这里，ω是传输激光源104的光学角频率，j是虚数单元。应当注意，当产生复的光场信号时，可以使用超高速DA转换器产生复的场信号的实部i(t)和虚部q(t)的电压信号，并把它们施加到用于同相分量调制信号的输入端子和用于正交分量调制信号的输入端子。