本发明涉及一种运行波长转换器的装置和方法。更具体的，本发明涉及 一种通过使用半导体光放大器的交叉相位调制(XPM)反馈从Mach-Zehnder 干扰仪波长转换器输出的部分光信号以保持两个臂之间最佳的相位差，从而 获得最大消光比的装置和方法。

为了增加通信网络的容量和传输速度、有效地运行通信网络并且改善网 络的可靠性，通信环境以单个网络集成到集成网络中的方式变化。这需要大 容量的信息超高速公路。
采用全光波长转换的波分复用(WDM)技术是一种满足上述要求的通信红 外技术(communication infra-technology)，可以改善通信网络的传输容 量。而且，由于这种技术采用波长作为路由信息，因此这种技术使能可变网 络的构造。在WDM网络中，数据经过由所采用的波长确定的波长路径传输到 节点。但是，在使用不同波长的网络之间的信息连接或者可用于网络中每个 信道的波长数量是有限的。因此，当不同信道采用相同的波长时会产生波长 冲突，并且每个波长的路径和有效路由选择的指定变得困难，这会在网络系 统中引起问题。
为了有效地运作WDM全光网络，每个节点都需要光交叉连接。通过光交 叉连接(OXC)技术实现光交叉连接。通过转换波长的波长转换器、规定波长 路径的空间开关(space switch)、在节点处分出或插入输入/输出光信号路 径的光学插分复用器(OADM)以及组合或者分配不同波长的信号的MUX/DEMUX 进行OXC。波长转换器是在WDM网络中实现OXC的核心元件。波长转换是一 种以新分配的波长传输以某一波长输入的数据的技术。波长转换技术包括利 用半导体光放大器的非线性的交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)和 四波混合(FWM)。
图1示出了使用Mach-Zehnder干扰仪型半导体光放大器的传统XPM波 长转换器的框图。XPM波长转换器包括第一半导体光放大器100、第二半导体 光放大器101、π移相器102和光学带通滤波器103。
在半导体光放大器中，当一小信号被施加到由于电流注入处于密度转换 态的半导体有源层时，由导带的自由电子与价带的空穴组合引起的受激发射 所放大的信号被作为光子输出。
第一半导体光放大器100根据电流i1放大激励信号Ppump和探测信号Pprobe， 并将该信号移相XPM。这里，激励信号Ppump是如图2A所示的波长为λ1的调 制光脉冲信号，探测信号Pprobe是如图2B所示的波长为λ2的连续波光信号。 图1所示传统XPM波长转换器的的一部分、即利用第一半导体光放大器100 放大所述激励信号和探测信号的部分叫做第一臂。
第二半导体光放大器101根据电流i2放大探测信号。π移相器102相移 由第二半导体光放大器101放大的信号。图1所示传统XPM波长转换器的一 部分、即利用第二半导体光放大器101放大探测信号并且利用π移相器102 相移放大的信号的部分叫做第二臂。
这里，π移相器102在第一和第二臂之间创建π弧度的相位差以改善消 光比。光学带通滤波器103切断所述激励信号和仅输出所述探测信号。
图3示出了用于π移相器102的两个不同相移的光学带通滤波器103的 探测输出信号的波形。在图3中，(a)是当第一和第二臂之间的相位差为零 时的探测输出信号，和(b)是当所述相位差为π时的探测输出信号。
在Mach-Zehnder干扰仪(MZI)结构中，由于π移相器102，第二臂的 相位比第一臂的相位延迟π。在低激励功率时，第一半导体光放大器100不 具有相位延迟，但在高激励功率时由于XPM而具有一π相位延迟。因此，在 MZI结构中，第一和第二臂之间的相位差在低激励功率时为π，在高激励功 率时为零。由于所述相位差，使得探测功率受到干扰，从而使得探测信号和 激励信号以相同的方式被调制。也就是说，当第一和第二臂之间的相位差为 2nπ时发生相长干扰，当第一和第二臂之间的相位差为(2n+1)π(其中， n＝0，1，2，3，......)时发生相消干扰。根据所述干扰，波长为λ1的信号 被转换为波长为λ2的信号，以产生图2C所示的输出信号P0probe。
使用Mach-Zehnder干扰仪半导体光放大器的传统XPM波长转换器输出 具有高消光比的非反相信号。但是，只有当第一和第二臂之间的相位差在低 激励功率时为(2n+1)π并且在高激励功率时为2nπ时XPM波长转换器才 可以保持高消光比。为此，手动调节π移相器102以精确地设定相位差。此 外，因为对外部环境非常敏感，因此所述相位差必须稳定。

本发明提供一种相位优化装置和方法，用于使用半导体光放大器的XPM 反馈从Mach-Zehnder干扰仪型波长转换器输出的光信号的一部分以保持两 个臂间最佳的相位差，从而获得最大消光比。
根据本发明的一个方面，相位优化装置包括具有工作于第一预定电流并 放大激励信号和探测信号的第一半导体光放大器的第一臂；具有工作于第二 预定电流并放大探测信号的第二半导体光放大器以及用于控制被放大信号相 位的π移相器的第二臂；对从第一和第二臂输出的已经被干扰且互相混合的 光信号进行滤波并仅输出被以和已调制激励信号同样方式进行调制的探测信 号的一光学带通滤波器；和作为反馈接收部分带通滤波器的输出信号以将相 位控制信号输出给第二臂的π移相器的相位控制单元，该相位控制信号控制 第一和第二臂之间的相位差以根据相位差增加或减少带通滤波器的光功率。
根据本发明的另一方面，相位优化装置包括：具有工作于第一电流并放 大激励信号和探测信号的第一半导体光放大器的第一臂；具有工作于第二电 流并放大探测信号的第二半导体光放大器和利用第三电流放大第二半导体放 大器的输出信号并根据电流控制信号改变第三电流的第三半导体光放大器的 第二臂；对从第一和第二臂输出的已被干扰且互相混合的光信号进行滤波、 并仅输出被以和激励信号被调制的相同方式调制的探测信号的光学带通滤波 器；和作为反馈接收部分带通滤波器的输出信号以获得相位控制信号的相位 控制单元，该相位控制信号控制第一和第二臂之间的相位差，以根据该相位 差增加或减少带通滤波器的光功率，和所述相位控制单元将相位控制信号转 换为电流控制信号并将其施加到第二臂的第三半导体光放大器。
根据本发明的另一个方面，相位优化装置包括具有工作于第一电流并放 大激励信号和探测信号的第一半导体光放大器的第一臂；具有工作于第二电 流、放大探测信号并根据电流控制信号改变第二电流的第二半导体光放大器 的第二臂；对从第一和第二臂中输出的已经被干扰且互相混合的光信号进行 滤波、并仅输出被以和激励信号被调制的相同方式调制的探测信号的光学带 通滤波器；和作为反馈接收部分带通滤波器的输出信号以获得相位控制信号 的相位控制单元，相位控制信号控制第一和第二臂之间的相位差以根据相位 差增加或减少带通滤波器的光功率，和所述相位控制单元将相位控制信号转 换为电流控制信号并将其施加到第二臂的第二半导体光放大器。
根据本发明的另一个方面，一种相位优化方法在波长转换器中获得最大 消光比，所述波长转换器包括具有工作于第一预定电流并放大激励信号和探 测信号的第一半导体光放大器的第一臂；具有工作于第二预定电流并放大探 测信号的第二半导体光放大器和用于控制被放大信号相位的π移相器的第二 臂；对从第一和第二臂中输出的已经被干扰且互相混合的光信号进行滤波、 并仅输出被以和激励信号被调制的相同方式调制的探测信号的光学带通滤波 器，该相位优化方法包括：反馈光学带通滤波器的一部分输出信号；根据反 馈信号确定第一和第二臂之间的相位差；和将用于控制相位差的相位控制信 号输出给第二臂，以根据所述相位差增加或减少所述光学带通滤波器的光功 率。
根据本发明的另一个方面，一种相位优化方法在波长转换器中获得最大 消光比，所述波长转换器包括具有工作于第一预定电流并放大激励信号和探 测信号的第一半导体光放大器的第一臂；具有工作于第二预定电流并放大探 测信号的第二半导体光放大器和用于控制被放大信号相位的π移相器的第二 臂；对从第一和第二臂中输出的已经被干扰且互相混合的光信号进行滤波、 并仅输出被以和激励信号被调制的相同方式调制的探测信号的光学带通滤波 器，所述相位优化方法包括：反馈光学带通滤波器的一部分输出信号以检测 峰值保持电压信号和谷值保持电压信号；根据峰值保持电压信号和谷值保持 电压信号之间的差确定第一和第二臂之间的相位差；并且将控制相位差的相 位控制信号输出给第二臂，以根据所述相位差增加或减少光学带通滤波器的 光功率。
本发明的附加方面和/或优点将部分地在下面的描述中提出，并且部分地 从描述中显而易见或者可以通过本发明的实践获得。
附图说明
本发明的这些和其它方面和优点将从下面结合附图的实施例的描述中变 得更加清楚并且更容易理解：
图1示出了使用Mach-Zehnder干扰仪半导体光放大器的传统XPM波长 转换器的框图；
图2A-2C示出了图1所示XPM波长转换器的输入/输出信号的波形；
图3示出了图1所示波长转换器用于一π移相器的两个不同相移的探测 输出信号的波长；
图4示出了根据本发明一个实施例的相位优化装置的框图，用于使用半 导体光放大器的XPM在Mach-Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比；
图5A示出了第一和第二臂之间的光波长相位；
图5B示出了所述相位的传输特征；
图6示出了图4所示相位优化装置的另一个实施例的框图，其中，相位 控制单元具有经修改的结构；
图7示出了图4和图6所示相位控制器的一个实施例的电路图；
图8示出了图7所示相位控制器在工作时产生转换控制信号的方法的流 程图；
图9示出了根据本发明一个实施例使用半导体光放大器的XPM在Mach- Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化方法的流程图；
图10示出了根据本发明另一个实施例使用半导体光放大器的XPM在Mach -Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化方法的流程图；
图11示出了根据本发明的图10的实施例使用半导体光放大器的XPM在 Mach-Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化装置的框图；
图12示出了根据本发明又一个实施例使用半导体光放大器的XPM在Mach -Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化装置的框图。

现在将对本发明的实施例做详细描述，附图中示出了本发明的例子，其 中，所有附图中相同的附图标记表示相同的元件。下面，参照附图描述这些 实施例以解释本发明。
下面将参照示出了本发明范例性实施例的附图更全面地描述本发明。但 是，本发明可以多种不同形式实施和不限于这里提出的实施例。此外，提供 这些实施例以使得本披露更加全面和完整，并且将全面地向本领域的技术人 员表达本发明的理念。在所有附图中相同的附图标记表示相同的元件。
图4的框图示出了根据本发明一个实施例的使用半导体光放大器的XPM 在Mach-Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化装置。该 相位优化装置包括第一半导体光放大器(SOA)400、第二半导体光放大器(SOA) 401、π移相器402、光学带通滤波器403和相位控制单元404。相位控制单 元404包括分束器404-1、光电二极管404-2、I/V放大器404-3、低通滤 波器404-4和相位控制器404-5。
图5A示出了第一和第二臂之间的光波长的相位，图5B示出了该相位的 传输特征。
图6示出了图4所示相位优化装置另一实施例的框图，其中，相位控制 单元404具有经修改的结构。参见图6，相位控制单元404包括分束器404 -1a、光电二极管404-2a、I/V放大器404-3a、Peak Hold(峰值保持： PH)检测器404-4a，Bottom Hold(谷值保持：BH)检测器404-5a和相位 控制器404-6a。
图7示出了图4和图6所示相位控制器404-5/404-6a的一个实施例的 电路图。参见图7，相位控制器404-5/404-6a包括积分器404-51、比较 器404-52和开关404-53。
图8示出了图7所示相位控制器工作时产生转换控制信号的方法的流程 图。
下面将参照图3到图8详细地描述根据本发明的使用半导体光放大器的 XPM在Mach-Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化装置 的一个实施例。
工作于电流i1的第一半导体光放大器(SOA)400放大输入的激励信号和 探测信号并且根据XPM移动所述信号的相位。这里，激励信号为波长为λ1 的调制光脉冲信号，探测信号为波长为λ2的连续波光信号。相位优化装置 使用第一半导体光放大器400放大激励信号和探测信号的部分称作第一臂。
第二半导体光放大器401工作于电流i2并且放大探测信号。
π移相器402根据相位控制信号控制第二臂的输出相位。第二臂为相位 优化装置使用第二半导体光放大器401放大探测信号并且通过π移相器402 相移第二半导体光放大器401的输出的部分。
光学带通滤波器403对来自第一和第二臂的输出信号相互干扰结果的激 励信号进行滤波，并且仅输出探测信号。
在MZI结构中，通过π移相器402使第二臂的相位比第一臂的相位延迟 π。在低激励功率处第一臂没有相位延迟，但是在高激励功率处由于XPM有 相应于π的相位差。因此，在MZI结构中，第一和第二臂之间的相位差在低 激励功率处为π，在高激励功率处为零。探测功率受制于相位差从而使得探 测信号和激励信号以相同的方式被调制。也就是说，当第一和第二臂之间的 相位差为2nπ时产生相长干扰，当相位差为(2n+1)π时产生相消干扰， 其中n＝0，1，2，3，......。由于干扰，波长为λ1的信号相位转换为波长为 λ2的信号，产生输出信号P0probe。
相位控制单元404以反馈的形式接收光学带通滤波器403的一部分输出 信号，并且将相位控制信号Vout输出给π移相器402。相位控制信号Vout改变 第一和第二臂间的相位差以根据相位差增加或减少光学带通滤波器403的光 功率。
光学带通滤波器403对于π移相器402的两个不同相移的探测输出信号 示于图3中。在图3中，(a)为当第一和第二臂之间的相位差为零时的探测 输出信号，(b)为当相位差为π时的探测输出信号。
消光比(ER)由下式给出：
ER＝10log(峰值水平/谷值水平)
因而，随着第一和第二臂间的相位差接近零，探测信号的平均值和峰值/ 谷值水平逐渐增加，从而引起消光比增加，如图3中线(a)所示。因此，相 位控制信号404应当产生所述相位控制信号Vout以使探测信号具有低平均值和 峰值/谷值水平，并且将相位控制信号Vout输出给π移相器402。
图5A示出第一和第二臂之间光波长的相位。在图5A中，考虑到在高光 功率处的相位差，点A，C和E具有相同的相位并且它们当中的每一个与高光 功率水平的参考点有2nπ的相位差(n＝0，1，2，3，......)。点B和D中的 每一个与参考点有(2n+1)π的相位差。
在与参考点的相位差为2nπ的点A，C和E点处，光学带通滤波器403 输出的探测光功率的平均值和峰值/谷值达到最大值从而获得最大消光比。在 与参考点的相位差为(2n+1)π的点B和D点处，平均值和峰值/谷值变为 最小值，因此消光比达到最小值。该传输特性示于图5B中。
在相位控制单元404工作的基础上，分束器404-1从输出信号中分离光 学带通滤波器403输出信号的一部分，也就是探测信号，以将获得最大消光 比的相位控制信号Vout输出给π移相器402。光电二极管404-2将从分束器 404-1中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器404-3将从光电二极 管404-2中输出的电流信号转换为电压信号。低通滤波器(LPF)404-4低 通滤波从I/V放大器404-3输出的电压信号，并输出电压信号Vd。
相位控制器404-5将低通滤波器404-4的输出信号Vd转换为数字电压 信号，并且根据数字电压信号确定第一和第二臂之间的相位差是驻留在图5b 所示的区域I中还是还是驻留在区域II中。这里，区域I的意思是第一和第 二臂间的相位差为2nπ(点A、C和E)，区域II的意思是相位差对应于(2n +1)π(点B和D)。
参见图5B，第一和第二臂间的相位差在区域I中增加使得从光学带通滤 波器(OBPF)403中输出的探测光功率提高。在区域II中，相位差减小从而 减小从光学带通滤波器403中输出的探测光功率，使得光学带通滤波器403 输出的探测光功率降低。
因此，在区域I中，相位控制器404-5将减小第一和第二臂间相位差的 相位控制信号Vout输出给π移相器402，直到所述探测光功率减少到最小值为 止。在区域II中，相位控制器404-5将增加第一和第二臂间相位差的相位 控制信号Vout输出给π移相器402，直至所述探测光功率达到所述最小值为止。 即使将干扰施加到波长转换器，所述相位控制单元也能控制波长转换器以上 述方式保持最大功率。
图6为图4的相位优化装置的另一个实施例的框图，其中，相位控制单 元404具有经修改的结构。在图6中，除相位控制单元404外，其它组件与 图4中所示的相同。
在相位控制单元404工作的基础上，分束器404-1a从输出信号中分离 光学带通滤波器403输出信号的一部分，也就是探测信号，以将获得最大消 光比的相位控制信号Vout输出给π移相器402。光电二极管404-2a将从分束 器404-1a中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器404-3a将从光 电二极管404-2a中输出的电流信号转换为电压信号。PH检测器404-3a根 据I/V放大器404-3a输出的电压信号检测PH信号的VPH。BH检测器404- 5a根据I/V放大器404-3a输出的电压信号探测BH信号VBH。
相位控制器404-6a根据PH检测器404-4a和BH检测器404-5a的输 出信号VPH和VBH确定第一和第二臂之间的相位差位于图5B的区域I还是区 域II。相位控制器404-6a利用PH检测器404-4a的输出信号VPH和BH检 测器404-5a的输出电压VBH之间的差异确定第一和第二臂间的相位差。
这里，区域I的意思是第一和第二臂间的相位差为2nπ(点A，C和E)， 区域II的意思是相位差对应于(2n+1)π(点B和D)。
在区域I中，增加第一和第二臂间的相位差使得从光学带通滤波器403 中输出的探测光功率增加。在区域II中，相位差减小从而降低光学带通滤波 器403输出的探测光功率。
因此，在区域I中，相位控制器404-6a将减小第一和第二臂间相位差 的相位控制信号Vout输出给π移相器402，直至探测光功率降低到最小值为止。 在区域II中，相位控制器404-6a将增加第一和第二臂间相位差的相位控制 信号Vout输出给π移相器402，直至探测光功率达到最小值为止。
图7为相位控制器404-5或404-6a的一个实施例的电路图。
参见图7，积分器404-51利用第一参考信号Vref1作为偏置信号积分 低通滤波器404-4的输出信号Vd或者PH检测器404-4a与BH检测器404 -5a的输出信号间的差Vd。积分器404-51的输出信号对应于-(R2/R1) Vd。
比较器404-52将积分器404-51的输出信号与第二参考信号Vref2进 行比较并输出这两个信号的差值信号。
开关404-53根据转换控制信号VSW转换积分器404-51的输出信号并 且将其输出给π移相器402。另外，开关404-53将积分器404-51的输出 信号转换到比较器404-52，以使比较器404-52的输出信号施加到π移相 器402。这里，转换控制信号对应于相位控制器404-5或404-6a的相位差 判断信号。相位控制器404-5或404-6a将之前的相位控制信号Vout减去π 移相器402的分辨率值Δp，当相减结果比之前的值低时，确定第一和第二臂 间的相位差位于区域I(点A，C和E)。当相减结果与之前的值相比增加时， 相位控制器确定相位差对应于区域II(点B和D)。这里，π移相器402的分 辨率Δp指的是由π移相器402移位的相位大小。
当相位控制器404-5或404-6a确定第一和第二臂间的相位差驻留在区 域I中时，积分器404-51的输出信号变为相位控制信号Vout。此时，相位控 制器输出以所述中间状态施加到π移相器402上的转换控制信号VSW。积分 器404-51的输出信号对应于在所述探测光功率达到最小值之前减小第一和 第二臂之间相位差的相位控制信号Vout。
当相位控制器404-5或404-6a确定第一和第二臂间的相位差对应于区 域II时，比较器404-52的输出信号变为相位控制信号Vout。此时，相位控 制器404-5或404-6a输出转换控制信号VSW，该信号使得积分器404-51 的输出信号被以中间状态转换到比较器404-52。比较器404-52的输出信 号对应于在所述探测光功率达到最小值之前增加第一和第二臂之间的相位差 相位控制信号Vout。
现在，将参照图8详细说明当相位控制器404-5或404-6a工作时产生 转换控制信号的方法。
在步骤800中，相位控制器404-5或404-6a参考π移相器402的工作 范围设置第一和第二参考值Vref1和Vref2。这里，第一参考值Vref1为积 分器404-51的偏置信号，第二参考值Vref2为比较器404-52的参考信号。
在步骤801中，相位控制器读取并存储低通滤波器404-4的输出信号 Vd或者PH检测器404-4a和BH检测器404-5a的输出信号VPH和VBH之间 的差Vd。
然后，在步骤802中，相位控制器404-5或404-6a确定存储的信号 Vd变量是否大于第K个分辨率值KΔp。这里，分辨率值Δp指的是由π移相 器402移相的幅度。当所存储信号Vd的变量小于第K个分辨率值KΔp时， 程序返回到步骤801以再次读取并存储值Vd。
当所存储信号Vd的变量大于第K个分辨率值KΔp时，相位控制器404 -5或404-6a输出对应于相位控制信号Vout和分辨率Δp之间的差的信号， 作为步骤803中新的相位控制信号Vout。然后，波长转换器根据新的相位控制 信号Vout工作。
在步骤804中，相位控制器404-5或404-6a确定输入的值Vd是否与 在前值相比减小了。在步骤805中，当值Vd已经减小时，相位控制器404- 5或404-6a确定第一和第二臂间的相位差对应于区域I，并且输出控制将开 关404-53转换到其a端以使得积分器404-51的输出信号变为相位控制信 号Vout的转换控制信号VSW。积分器404-51的输出信号对应于减小第一和第 二臂间的相位差直至探测光功率达到最小值的相位控制信号Vout。
在步骤806中，当值Vd已经增加时，相位控制器404-5或404-6a确 定第一和第二臂间的相位差对应于区域II，并且输出控制将开关404-53转 换到其b端的转换控制信号VSW，以使得比较器404-52的输出信号变为相 位控制信号Vout。比较器404-52的输出信号对应于增加第一和第二臂间的相 位差直至探测光功率达到最小值的相位控制信号Vout。
在步骤807中，分辨率值Δp加上相位控制信号Vout。然后，程序返回到 步骤801以重复转换控制信号产生的步骤。
接下来，将参照图9详细说明根据本发明第一实施例的利用半导体光放 大器的XPM在Mach-Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优 化方法。
在步骤900中，相位控制器404-5参考π移相器402的工作范围设置初 始参考值Vref和分辨率值Δp。这里，分辨率值Δp是指由π移相器402移 相的幅度。
在步骤901中，相位控制器404-5将输出给π移相器402的第一相位控 制信号Vout1设置为Vref。然后，在步骤902中，相位控制器404-5将第一相 位控制信号Vout1减去Δp以获得第二相位控制信号Vout2，并将其输出给π移相 器402。
π移相器402根据第二相位控制信号Vout2移相第二臂的输出信号。光学 带通滤波器403从第一和第二臂的输出信号彼此干扰的结果中截去激励信号 并仅输出探测信号。分束器404-1根据第二相位控制信号从信号中分离从光 学带通滤波器403中输出的探测信号的一部分。光电二极管404-2将从分束 器404-1中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器404-3将从光电 二极管404-2中输出的电流信号转换为电压信号。低通滤波器404-4低通 滤波从I/V放大器403-3中输出的电压信号，以将其转换为电压信号Vd。
在步骤903中，相位控制器404-5将低通滤波器404-4的输出信号转 换为数字信号，并且确定数字信号Vd与以前的值相比是否降低。当信号Vd 已经降低时，在步骤904中，相位控制器404-5确定第一和第二臂间的相位 差对应于区域I(点A，C和E)。接着，在步骤905中，相位控制器404-5 执行步骤902，该步骤减小第一和第二臂的相位差直至探测信号的光功率也 就是光学带通滤波器403的输出信号达到最小值。
在区域I中，增加第一和第二臂之间的相位差，以改善光学带通滤波器 403输出的探测光功率。因此，相位控制器404-5将减小第一和第二臂间的 相位差直至探测光功率达到最小值的相位控制信号Vout输出给π移相器402。 这里，减小第一和第二臂的相位差的相位控制信号Vout对应于在步骤902中获 得的Vout(n)＝Vout(n-1)-Δp。
相位控制器404-5确定低通滤波器404-4的输出信号Vd的幅值。当相 位控制器404-5确定信号Vd与以前的值相比增加时，在步骤906中，将Δp 加上设置为初始值的第一相位控制信号以获得第二相位控制信号Vout(2)。
π移相器402根据第二相位控制信号Vout2偏相第二臂的输出信号。光学 带通滤波器403从第一和第二臂的输出信号彼此干扰的结果中截去激励信号 并仅输出探测信号。分束器404-1根据第二相位控制信号从信号中分离从光 学带通滤波器403中输出的探测信号的一部分。光电二极管404-2将从分束 器404-1中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器404-3将从光电 二极管404-2中输出的电流信号转换为电压信号。低通滤波器404-4低通 滤波从I/V放大器404-3中输出的电压信号，并将其转换为电压信号Vd。
在步骤907中，相位控制器404-5将低通滤波器404-4的输出信号转 换为数字信号，并且确定数字信号Vd与以前的值相比是否下降。当信号Vd 下降时，在步骤908中，相位控制器确定第一和第二臂间的相位差对应于区 域II(点B和D)。
接着，在步骤909中，相位控制器404-5执行增加第一和第二臂间的相 位差的步骤906，直至探测信号的光功率也就是光学带通滤波器403的输出 信号达到最小值。
在区域II中，随着第一和第二臂间的相位差增加，光学带通滤波器403 输出的探测光功率降低。因此，相位控制器将增加第一和第二臂间的相位差 直至探测光功率达到最小值的相位控制信号Vout输出给π移相器402。这里， 增加第一和第二臂间的相位差的相位控制信号Vout对应于在步骤906中获得的 Vout(n)＝Vout(n-1)+Δp。
接下来，将参照图10详细说明根据本发明第二实施例的利用半导体光放 大器的XPM在Mach-Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优 化方法。
在步骤1000中，相位控制器404-6a参考π移相器402的工作范围设置 初始值Vref和分辨率值Δp。这里，分辨率值Δp是指由π移相器402移相 的幅度。
在步骤1001中，相位控制器404-6a将输出给π移相器402的第一相位 控制信号Vout1设置为Vref。在设置Vref后输入到相位控制器404-6a的信号 为Vd＝VPH-VBH。
在步骤1002中，相位控制器404-6a将第一相位控制信号Vout1减去Δp 以获得第二相位控制信号Vout2，并将其输出给π移相器402。
π移相器402根据第二相位控制信号Vout2移相第二臂的输出信号。光学 带通滤波器403从第一和第二臂的输出信号彼此干扰的结果中截去激励信号 并仅输出探测信号。分束器404-1a根据第二相位控制信号从信号中分离从 光学带通滤波器403中输出的探测信号的一部分。光电二极管404-2a将从 分束器404-1中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器404-3a将从 光电二极管404-2中输出的电流信号转换为电压信号。PH检测器404-4a 根据I/V放大器404-3输出的电压信号检测峰值保持电压信号VPH。BH检测 器404-5a根据I/V放大器404-3输出的电压信号检测谷值保持电压信号 VBH。
在步骤1003中，相位控制器404-6a确定峰值保持电压信号VPH和谷值 保持电压信号VBH间的差值与以前的值相比是否降低。当差值降低时，在步 骤1004中，相位控制器确定第一和第二臂间的相位差对应于区域I(点A，C 和E)。
接着，在步骤1005中，相位控制器404-6a执行减小第一和第二臂间的 相位差的步骤1002，直至探测信号的光功率也就是光学带通滤波器403的输 出信号达到最小值为止。
在区域I中，随着第一和第二臂间的相位差的增加，从光学带通滤波器 403中输出的探测光功率也增加。因此，相位控制器404-6a将减小第一和 第二臂间的相位差直至探测光功率达到最小值的相位控制信号Vout输出给π 移相器402。这里，减小第一和第二臂间的相位差的相位控制信号Vout对应于 在步骤1002中获得的Vout(n)＝Vout(n-1)-Δp。
相位控制器404-6a确定PH检测器404-4a和BH检测器404-5a的输 出信号之间的差值大小。当相位控制器确定所述差值与以前的值相比增加时， 在步骤1006中，将Δp加上设置为初始值的第一相位控制信号以获得第二相 位控制信号Vout(2)。
π移相器402根据第二相位控制信号Vout2移相第二臂的输出信号。光学 带通滤波器403从第一和第二臂的输出信号彼此干扰的结果中截去激励信号 并仅输出探测信号。分束器404-1根据第二相位控制信号从信号中分离从光 学带通滤波器403中输出的探测信号的一部分。光电二极管404-2将从分束 器404-1输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器404-3将从光电二 极管404-2输出的电流信号转换为电压信号。PH检测器404-4a根据I/V 放大器404-3输出的电压信号检测峰值保持电压信号VPH。BH检测器404- 5a根据I/V放大器404-3输出的电压信号检测谷值保持电压信号VBH。
在步骤1007中，相位控制器404-6a确定峰值保持电压信号VPH和谷值 保持电压信号VBH之间的差值Vd的大小。当峰值保持电压信号VPH和谷值保 持电压信号VBH之间的差值减小时，在步骤1008中，相位控制器404-6a确 定第一和第二臂间的相位差对应于区域II(点B和D)。
接着，在步骤1009中，相位控制器404-6a执行增加第一和第二臂间的 相位差的步骤1006，直至探测信号的光功率也就是光学带通滤波器403的输 出信号达到最小值为止。
在区域II中，随着第一和第二臂间的相位差增加，光学带通滤波器403 输出的探测光功率降低。因此，相位控制器404-6a将增加第一和第二臂间 的相位差直至探测光功率达到最小值的相位控制信号Vout输出给π移相器 402。这里，增加第一和第二臂间的相位差的相位控制信号Vout对应于在步骤 1006中获得的Vout(n)＝Vout(n-1)+Δp。
图11为根据本发明另一个实施例的利用半导体光放大器的XPM在Mach -Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化装置的框图。该 装置包括第一半导体光放大器1100、第二半导体光放大器1101、第三半导体 光放大器1102、光学带通滤波器1103和相位控制单元1104。相位控制单元 1104包括分束器1104-1、光电二极管1104-2、I/V放大器1104-3、低通 滤波器1104-4、相位控制器1104-5和V/I转换器1104-6。
第一半导体光放大器1100工作于电流i1，根据XPM放大输入的激励信 号Ppump和探测信号Pprobe，并且移位这些信号的相位。这里，激励信号为波长 为λ1的调制光脉冲信号，探测信号Pprobe为波长为λ2的连续波光信号。相位 优化装置的利用第一半导体光放大器1100放大激励信号和探测信号的部分 叫做第一臂。
第二半导体光放大器1101工作于电流i2，并且放大探测信号。
第三半导体光放大器1102以电流i3工作，放大第二半导体光放大器1101 的输出信号，并且相移第二半导体光放大器1101的输出信号的相位。电流 i3依照电流控制信号变化。
相位优化装置的使用第二半导体光放大器1101放大探测信号和通过第 三半导体光放大器1102相移第二半导体光放大器1101的输出信号的部分叫 做第二臂。
尽管在本发明的第一实施例中，第一和第二臂间的相位差由π移相器402 控制，但是在本发明的第二实施例中，该相位差由第三半导体光放大器1102 调整。
光学带通滤波器1103对来自第一和第二臂的输出信号的彼此干扰结果 的激励信号进行滤波，并仅输出探测信号。
相位控制单元1104以反馈的形式接收光学带通滤波器1103的输出信号 的一部分以获得相位控制信号Vout，将相位控制信号Vout转换为电流控制信号 i3并将其输出给第三半导体光放大器1102，其中该相位控制信号Vout改变第 一和第二臂间的相位差以根据相位差增加或减小光学带通滤波器1103的光 功率。
消光比(ER)由下式给出：
ER＝10log(峰值水平/谷值水平)
这样，随着第一和第二臂间的相位差接近零，探测信号的平均值和峰值/ 谷值水平逐渐增加，从而导致消光比的增加。因此，相位控制器1104应当产 生相位控制信号使探测信号具有较低的平均值和峰值/谷值水平，并且将相位 控制信号转换为电流i3并将其输出给第三半导体光放大器1102。
图5A示出第一和第二臂间的光波长的相位。在图5A中，考虑到高光功 率时的相位差，点A，C和E具有相同的相位并且每个与高光功率水平时的参 考点有2nπ的相位差(n＝0，1，2，3，......)。点B和D每个与参考点有(2n +1)π的相位差。
在与参考点的相位差为2nπ的点A，C和E点处，光学带通滤波器1103 输出的探测光功率的平均值和峰值/谷值水平达到最大值以获得最大消光比。 在与参考点的相位差为(2n+1)π的点B和D点处，平均值和峰值/谷值水 平变为最小值因此消光比达到最小值。该传输特性示于图5B中。
在相位控制单元1104工作的基础上，分束器1104-1从输出信号中分离 光学带通滤波器1103输出的光信号的一部分，也就是探测信号，以将获得最 大消光比的电流控制信号输出给第二臂。光电二极管1104-2将从分束器 1104-1中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器1104-3将从光电二 极管1104-2中输出的电流信号转换为电压信号。低通滤波器1104-4低通 滤波从I/V放大器1104-3中输出的电压信号并输出电压信号Vd。
相位控制器1104-5将低通滤波器1104-4的输出信号Vd转换为数字电 压信号，并且根据数字电压信号Vd确定第一和第二臂之间的相位差是位于图 5B所示的区域I还是区域II。这里，区域I意指第一和第二臂间的相位差为 2nπ(点A，C和E)，区域II意指相位差对应于(2n+1)π(点B和D)。
第一和第二臂间的相位差在区域I中增加使得从光学带通滤波器1103中 输出的探测光功率提高。在区域II中，相位差减小以减小从光学带通滤波器 1103中输出的探测光功率。
因此，在区域I中，相位控制器1104-5输出减小第一和第二臂间的相 位差直至探测光功率降低到最小值的相位控制信号Vout。在区域II中，相位 控制器1104-5输出增加第一和第二臂间的相位差直至探测光功率达到最小 值的相位控制信号Vout。即使将干扰施加到波长转换器，所述相位控制单元 1104也能控制波长转换器以上述方式保持最大功率。
V/I转换器1104-6将从相位控制器1104-5中输出的相位控制信号Vout 转换为电流控制信号i3，并将其输出给第三半导体光放大器1102。
示于图6中的相位控制单元404的结构可以用于图11的相位控制单元 1104。
图12为根据本发明第三实施例的利用半导体光放大器的XPM在Mach- Zehnder干扰仪波长转换器中获得最大消光比的相位优化装置的框图。该装 置包括第一半导体光放大器1200、第二半导体光放大器1201、光学带通滤波 器1202和相位控制单元1203。相位控制单元1203包括分束器1203-1、光 电二极管1203-2、I/V放大器1203-3、低通滤波器1203-4、相位控制器 1203-5和V/I转换器1203-6。
工作于电流i1的第一半导体光放大器1200根据XPM放大输入的激励信 号Ppump和探测信号Pprobe，并且移位这些信号的相位。这里，激励信号为波长 为λ1的调制光脉冲信号，探测信号为波长为λ2的连续波光信号。相位优化 装置的利用第一半导体光放大器1200放大激励信号和探测信号的部分叫做 第一臂。
第二半导体光放大器1201以电流i2工作，并且放大探测信号。电流i2 通过电流控制信号改变。
相位优化装置的利用第二半导体光放大器1201放大探测信号的部分叫 做第二臂。
尽管在本发明的一个实施例中，第一和第二臂间的相位差由π移相器402 控制，但是在本发明的另一个实施例中，该相位差由第三半导体光放大器1002 控制，在本发明的又一个实施例中，该相位差由第二半导体光放大器1202调 节。
光学带通滤波器1202对来自第一和第二臂的输出信号的彼此干扰的结 果的激励信号进行滤波并仅输出探测信号。
相位控制器1203以反馈的形式接收光学带通滤波器1202的输出信号的 一部分以获得相位控制信号Vout，并且将相位控制信号Vout转换为电流控制信 号i2并将其输出给第二半导体光放大器1201，该相位控制信号Vout改变第一 和第二臂间的相位差以根据相位差增加或减小光学带通滤波器1202的光功 率。
消光比(ER)由下式给出：
ER＝10log(峰值水平/谷值水平)
这样，随着第一和第二臂之间的相位差接近零，探测信号的平均值和峰 值/谷值水平逐渐增加，从而导致消光比的增加。因此，相位控制单元1203 应当产生具有较低平均值和峰值/谷值水平的探测信号，并且将相位控制信号 转换为电流i2并将其输出给第二半导体光放大器1201。
图5A示出第一和第二臂间的光波长的相位。在图5A中，考虑到高光功 率时的相位差，点A，C和E具有相同的相位并且每个与高光功率水平的参考 点有2nπ的相位差(n＝0，1，2，3，......)。点B和D每个与参考点有(2n +1)π的相位差。
在与参考点的相位差为2nπ的点A，C和E点处，光学带通滤波器1203 输出的探测光功率的平均值和峰值/谷值水平达到最大值从而产生最大消光 比。在与参考点的相位差为(2n+1)π的点B和D点处，平均值和峰值/谷 值水平变为最小值以使消光比达到最小值。该传输特性示于图5B中。
在相位控制单元1203工作时，分束器1203-1从输出信号中分离光学带 通滤波器1202输出的光信号的一部分，也就是探测信号，以将获得最大消光 比的电流控制信号输出给第二臂。光电二极管1203-2将从分束器1203-1 中输出的探测信号转换为电流信号。I/V放大器1203-3将从光电二极管1203 -2中输出的电流信号转换为电压信号。低通滤波器1203-4低通滤波从I/V 放大器1203-3中输出的电压信号并输出电压信号Vd。
相位控制器1203-5将低通滤波器1203-4的输出信号Vd转换为数字电 压信号，并且根据数字电压信号Vd确定第一和第二臂之间的相位差相应于图 5B的区域I还是区域II。这里，区域I意指第一和第二臂间的相位差为2n π(点A，C和E)，区域II意指相位差对应于(2n+1)π(点B和D)。
第一和第二臂间的相位差在区域I中增加使得从光学带通滤波器1202中 输出的探测光功率提高。在区域II中，相位差减小以减小从光学带通滤波器 1202中输出的探测光功率。
因此，在区域I中，相位控制器1203-5输出减小第一和第二臂间的相 位差的相位控制信号Vout，直至探测光功率降低到最小值。在区域II中，相 位控制器1203-5输出增加第一和第二臂间的相位差的相位控制信号Vout，直 至探测光功率达到最小值。即使将干扰施加到波长转换器，相位控制单元1203 控制波长转换器以上述方式保持最大功率。
V/I转换器1203-6将从相位控制器1203-5中输出的相位控制信号Vout 转换为电流控制信号i2，并将其输出给第二半导体光放大器1201。
示于图6中的相位控制单元404的结构可以用于图12的相位控制单元 1203。
如上所述，本发明以反馈的形式接收利用半导体光放大器的XPM从Mach -Zehnder干扰仪波长转换器中输出的光信号的一部分，以保持两个臂之间 的最佳相位差，从而获得最大消光比。因此，可以保持最小BER。
尽管已经示出和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应当 理解，在不背离本发明原理和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变， 本发明的范围由权利要求及其等价范围限定。