CN1221118A - 利用隔离器的光调制器和包含这种光调制器的发送器 - Google Patents

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Abstract

在此提供一种使用隔离器的光调制器,以及一种包括该光调制器的光发送器。该光调制器根据预定的电信号对由光源产生的载波进行调制,其中包括:一个包括法拉第旋转器的隔离器,该隔离器用于根据偏振旋转角控制光信号的隔离并输出调制后的光信号;一个用于产生磁场的磁场发生器;以及一个用于把电信号施加到该磁场发生器并控制该电信号的强度的信号发生器。通过把光信号的隔离作用激发或消除,从而调制连续波光信号。

Description

利用隔离器的光调制器和包含这种光调制器的发送器
本发明涉及一种利用隔离器的光调制器和包含这种光调制器的发送器，特别地涉及一种通过改变施加到隔离器上的磁场来引起光衰减以调制连续波光束的光调制器，以及包含这种光调制器的发送器
一种光调制器把一连续波光束调制为具有与电信号相同形式的光信号。当由一波分复用系统(WDM)同时传输几个波长的光束时，它们的中心波长因通过施加电信号产生的光信号谱的线性调频特性而发生抖动，从而使传输特性下降。为了解决上述问题，可以驱动一激光二极管发出输出连续光波，并对该激光二极管的波束输出进行调制。光调制是通过象电光调制器或铌酸锂调制器这样的外部调制器完成。
图1为说明传统光调制器的结构的方框图。如图1所示，该光调制器中包括一激光二极管100、第一和第二光波导102和104、一电极板106以及一电信号源108。
下面具体描述上述元件的工作过程。首先，从激光二极管100提供的一连续光信号被耦合到两个光波导102和104中。当把电信号从电信号源108提供到电极板106时，第一光波导的折射率发生改变。该改变的折射率改变了第一光波导102的传输常数，而被改变的传输常数改变通过第一光波导的光信号的相位。相应地，在第一光波导102的相位改变的光信号与第二光波导104的相位没有改变的光信号之间存在相位差。
光调制器输出的光信号被根据该相位差进行调制。也就是说，当这两个相位相同时，输出的光信号被加强，但是，当这两个相位具有相差180°的相位时，输出光信号消失。这样就可以在输出端口把输出光信号打开/关闭(调制)。在关闭状态的衰减率约为22dB。
但是，在该光调制器中，插入损耗较高(通常约为6dB)，并且由于偏振作用其特性发生严重改变。另外，该调制器需要较高的参考电压和电调制信号。由于采用这样的高压内部产生的热量增加，从而需要对该调制器进行散热处理。
在用于用户网络的低成本的光调制技术中，把使用光放大器的放大后的自发辐射光谱限幅源作为连续波光源，并且采用一种利用上述的外部调制器把电信号调制为光信号的方法。在这种情况下，由于光调制器价格昂贵，为了包括一个用户网络必须增加成本。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种使用隔离器的光调制器，通过该调制器输出光信号被调制，其是通过产生磁场并把该磁场施加到该隔离器上，而使法拉第旋转器的偏振改变而对输出光信号进行调制，本发明还提供一种包括该光调制的发生器。
相应的，为了达到上述目的，在此提供一种使用隔离器的光调制器，以根据预定的电信号对由光源产生的载波进行调制，该光调制器包括：一个包括法拉第旋转器的隔离器，该法拉第旋转器的偏振旋转角取决于所施加的磁场强度，该隔离器用于根据偏振旋转角控制光信号的隔离并输出调制后的光信号；一个用于产生磁场的磁场发生器，该磁场的强度由预定的电信号所控制，并把所产生的磁场施加到隔离器；以及一个用于把电信号施加到该磁场发生器并控制该电信号的强度的信号发生器。
为了达到上述目的，在此提供一种光发送器，其中包括：用于产生载波的光源；包括法拉第旋转器的隔离器，该法拉第旋转器的极化旋转角取决于所施加的磁场强度，该隔离器用于根据偏振旋转角控制光信号的隔离并输出调制后的光信号；一个用于产生磁场的磁场发生器，该磁场的强度由预定的电信号所控制，并把所产生的磁场施加到隔离器；一个用于把电信号施加到该磁场发生器并控制该电信号的强度的信号发生器；以及一个用于把在该隔离器中调制的光信号放大并把所放大的光信号发送到传输信道的光放大器。
在下文参照附图的最佳实施例描述中，上述本发明的目的和优点将变得更加明显。其中附图说明如下：
图1为说明传统光调制器结构的方框图；
图2为本发明的使用隔离器的光调制器的方框图；
图3为图2中所示的隔离器的方框图；以及
图4为本发明的包括使用隔离器的光调制器在内的发送器的方框图。
如图2所示，光调制器中包括：一隔离器200、一磁场发生器204、以及一信号发生器202。该磁场发生器204最好是能够把电信号转化为磁场的电磁铁。
下面根据上述结构描述本发明的操作过程。首先，一输入连续波光信号经光纤输入端(未示出)入射，并由隔离器200所阻挡。由信号发生器202产生的电信号来激发/消除磁场发生器204所产生的电磁场，以使隔离器200的隔离作用有效/无效。隔离作用的开/闭可以被认为是对于输入光信号的衰减的开/闭。也就是说，当由信号发生器202所产生的电信号被提供到磁场发生器204时，则形成磁场，例如，当磁场发生器204是一电磁铁并且当电信号为“1”(高电平)。则入射到隔离器200中的输入连续波光信号通过隔离器200并输出到输出端。当电信号为“0”(低电平)，则在隔离器200中没有形成磁场。因此，输入连续光信号不能通过隔离器200，并且不能输出到输出端。该连接波光信号的打开或关闭取决于电信号的开/闭状态，从而实现光调制。在上述的光调制操作中，衰减率的范围在0.5dB到50dB之间。
图3是图2所示的隔离器的方框图。该隔离器可以使光从输入端口低损耗地发送到输出端口，并防止光的高损耗的反向传输和复合，从而使系统的操作保持稳定。例如，当由激光二极管发出的光在光的传送方向上传输时，在光纤分段的分离部位或当连接到各种设备上时由于光反向传输产生的反射噪声处的连接器中会产生反射光。该隔离器防止了上述问题，它在不低于1Gbps波特率的光纤通信中和由于反射光而出现问题的高灵敏度传感器中特别有用。
图3的隔离器中包括第一准直器300、第一双折射元件302、法拉第旋转器304、第二双折射元件306、以及第二准直器308。金红石或方解石适用于作为第一和第二双折射率元件的材料。第一双折射元件302用作为偏振器，第二双折射元件306用作为分析器。其原理是只有一个方向上偏振的偏振光能够通过，而偏振方向垂直于上述偏振光的偏振方向的偏振光不能通过。偏振器与分析器之间的基本参数是所通过的偏振光与偏振方向垂直于该可通过偏振光的偏振方向的偏振光之间的衰减比例。
法拉第旋转器304使入射光的偏振面旋转45°。该旋转45°后的光由法拉第旋转器的末端所反射并重新进入该旋转器，然后再一次被旋转45°。因此，该光束总共被旋转了90°。相应地，该旋转了90°的反射波被偏振器所阻挡。在磁场沿着传输方向施加到磁光材料中时，法拉第旋转器通过法拉第效应产生一个法拉第旋转。法拉第效应就是当光通过磁光材料时，光的偏振面发生旋转。
隔离器的性能由向前传输损耗与向后隔离性能所确定。该隔离器通常由于在元件结合处的反射以及偏振器和旋转器缺陷而使入射损耗约为1dB及隔离度为3dB。
下面描述图3中的隔离器的操作过程。第一准直器300收集由第一光纤或激光二极管(未示出)发出的准直光。该准直光被第一双折射元件302分为偏振方向相互垂直的两束光，该两束光经过不同的路径入射到法拉第旋转器304中。该入射到法拉第旋转器的光在与原有的偏振方向旋转45°并保持相互垂直。该偏振方向改变后的光束通过第二双折射元件306，然后这两束光合二为一。接着，这两束光被第二准直器308所准直，并且该准直后的光速进入第二光纤(未示出)。在此，法拉第旋转器304使隔离器保持稳定的磁场使得偏振方向能够改变45°。但是如果在隔离器附近产生磁场，则会影响法拉第旋转器中磁场。另外，法拉第旋转器根据磁场的强度改变旋转偏振方向的角度，可以由下列方程(1)所表达：
θ=VBI    (1)其中θ为旋转角、V为常量、B为磁场强度、以及I为相互作用长度。
当由方程(1)所表达的外磁场改变偏振方向时，则偏振方向相互垂直的光束通过第二双折射元件306的路径被改变，结果改变了通过第二准直器308入射到第二光纤的光入射量。也就是说，磁场的强度随着外部电信号(电流)的改变而改变，隔离器的损耗特性取决于不同电场强度。
图4为包括本发明的使用隔离器的光调制器的光发送器。图4中的光发送器包括：光源400、使用隔离器的光调制器402、以及放大器404。
下面描述上述元件的操作过程。首先，当用于信号传输的载波由象激光二极管或发光二极管这样的光源400产生时，由光源400所产生的的载波被使用隔离器的光调制器402适时地打开或关闭。所调制并产生的光信号由放大器404所放大，并经过传输信道传送到下一端口。
对于波分复用(WDM)的光信号的传输，来自不同光源的载波光束被调制和复用后发送出去。在光纤用户网络中，加载信息的光和载波光被从光传输系统发送到用户端口。在用户端口处，加载信息的光被输入一检波器并转化为电信号，并且该载波光通过使用隔离器的光调制器加载上用户的信息并发送回光传输系统。
根据本发明，磁场发生器是安装在光隔离器上的，施加到磁场发生器的电信号被调整以用于控制形成于隔离器的磁场的强度。相应地，光信号的隔离作用被激发或取消，从而调制连续波光信号。因此，可以实现具有优良的温度特性的小型且低成本并易于安装在发达器上的光调制器。另外，该光调制器被安装到激光二极管上，并能通过只改变电信号而执行光调制。因此，它不易被象灰尘、温度以及湿度这样的外部因素所影响，因此对于偏振化只存在较小的相位改变。

Claims (4)

1、一种使用隔离器的光调制器，它用于调制由光源根据预定的电信号产生的载波，其特征在于，该光调制器中包括：
一包括法拉第旋转器的隔离器，该法拉第旋转器的偏振旋转角取决于所施加的磁场强度，该隔离器用于根据偏振旋转角控制光信号的隔离并输出调制后的光信号；
一个用于产生磁场的磁场发生器，该磁场的强度由预定的电信号所控制，并把所产生的磁场施加到隔离器；以及
一个用于把电信号施加到该磁场发生器并控制该电信号的强度的信号发生器。
2、根据权利要求1所述的使用隔离器的光调制器，其特征在于，所述磁场发生器是一电磁铁。
3、根据权利要求2所述的使用隔离器的光调制器，其特征在于，所述该隔离器根据电信号为高或低隔离输入的光信号。
4、一种光发射器，其特征在于，其中包括：
一用于产生载波的光源；
一包括法拉第旋转器的隔离器，该法拉第旋转器的偏振旋转角取决于所施加的磁场强度，该隔离器用于根据偏振旋转角控制光信号的隔离并输出调制后的光信号；
一个用于产生磁场的磁场发生器，该磁场的强度由预定的电信号所控制，并把所产生的磁场施加到隔离器；
一个用于把电信号施加到该磁场发生器并控制该电信号的强度的信号发生器；以及
一个用于把在该隔离器中调制的光信号放大并把所放大的光信号发送到传输信道的光放大器。
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