虽然利用波长划分复用(WDM)能够相当方便地进行大容量处理。 但是也正在广泛开展提高单位波长比特率的研究。其原因在于提高单 位波长的比特率可以降低设备成本，以及整个系统的基本成本并且通 过使设备微型化和降低功率消耗来降低运行费用。实现40Gbit/s的 信道能力的电路已经处于实施阶段(参考文件1：M.Yoneyama”A 40- Gbit/s Optical Repeater Circuit using InAlAs/InGaA HEMT Digital IC chip Set”，IEEE MTT-S Digest，WE1 D-2，1997)。
提高单位波长比特率所存在的问题包括群速度(GVD)对可能传输 距离的限制、光纤的非线性特性所造成的对光纤输入功率的限制等 等。采用色散补偿技术可以有效地解决对可能传输距离的限制问题。 对于输入功率的限制，RZ(回零：return-to-zero)格式比通常用于光 学传输系统的NRZ(非回零：non-return-to-zero)具有更大的容限， 并且40-Gbit/s单信道传输的大多数实验报告说明了使用RZ格式。 采用交变相位反转脉冲的CS(载波压缩)-RZ格式(参考文件2： Y.Miyamoto等人，OAA’99，PDP4-1)，和DCS(双-二进制载波压 缩)-RZ格式尤其被认为具有广阔的前景(参考文件3：Y.Miyamoto 等人Dig.OFC’01，TU4)，因为RZ格式对由光纤非线性特性引起的对 光纤输入功率的限制以及对由群速色散导致的可能传输距离的限制较 为宽松。
一种常规的生成CS-RZ和DCS-RZ格式的方法使用了马赫-森德 (Mach-Zehnder)光调制器，可以相当方便地实现(见参考文件2和 3)。按照采用马赫-森德光调制器的方法，通过以正弦波驱动该光 调制器来产生交变相位反转脉冲，该正弦波是所述交变相位反转脉冲 的重复频率的一半频率。此时施加到光调制器上的电压为半波长电压 Vπ的2倍，半波长电压Vπ是使光调制器开关比最大所需的电压。该电 压必须作为直流偏压施加。在该电压作用下，所述正弦波电压和光调 制器的传输损耗达到最大。
但是因为马赫-森德光调制器利用光干涉，所以已知其输出光功 率的施加电压特性(输入-输出特性)会发生波动(参考文件4：Jumon ji 等人，Institute of Electronics，Information，and Communication Engineers，memoir C-1，J75-C-1，17-26页，1992)。尤其“直流漂 移”术语所表述的是：在施加电压时，输入-输出特性的漂移，从而 提出一个在实际使用由Z切割LiNbO3制造的马赫-森德光调制器过程 中存在的显而易见的问题。
已经提出了一种检测输入输出特性波动并将所施加的电压反馈到 光调制器的电路，该电路业已投入使用；这种电路被称为偏压控制电 路，因为在把数据信号施加到MZ调制器(马赫-森德光调制器)之 前，通常从该数据信号中截取直流分量(参考文件5：日本专利：No. 2642499，参考文件6：日本专利：No.2866901，日本专利：No.2869585， 参考文件7：日本专利申请，第一次公开No.Hei 10-24874)。
在参考文件5“Optical Transmitter，Control Circuit for Optical Modulator and Optical Modulating Method”中，由接收 光调制器的输出部分将低频信号叠加到数据信号上，根据该低频信号 的电平检测输入输出特性漂移，根据该低频信号相位，来检测所述漂 移的方向。
但是，参考文件5的方法假设该光调制器以电压Vπ驱动，在以2Vπ 进行调制期间，该低频信号分量被抵消，因此不可能检测到误差信号 或者控制偏压。
参考文件7“Optical Modulator Control Circuit”不同于参考 文件5之处在于：低频信号叠加到偏压上，而非数据信号上，对输入 /输出特性漂移的检测基本上与参考文件5中相同。
但是，在参考文件7的方法中，对调制信号进行包络检测，因此， 光电转换器、直流低频去除电路、包络曲线检测器电路都需要一定的 频带，它等于或者大于交变相位反转脉冲光的重复频率。因此，考虑 20Gbit/s或者更高的高速传输系统的应用，其中例如CS-RZ和DCS-RZ 格式有效，其控制电路费用极高。
在参考文件6“Optical Modulator Device”中，为了检测漂移， 把一束不同于主信号光的探测光从反方向输入到一个具有行波电极光 调制器中(最高速的马赫-森德光调制器属于这种类型)。检测漂移 是利用以下的事实：从相反方向输入的光没有被调制。
但是，参考文件6要求一个检测光源，这使得系统组成相对较昂 贵，此外，在生成交变相位反转的脉冲光时，为了获得使光调制器的 输出最小化的偏压，降低了探测光的水平，造成检测困难。
另外，在一个WDM传输系统中，探测光会引起对其它信道的噪音， 在选择探测光波长时要充分小心。
本发明的目的是提供一个光学传输线路，它包含一个价格低廉并 且所引起的主信号光退化尽可能低的偏置控制电路，该主信号光是交 变的相位反转脉冲光。

根据本发明第一方面的光学传输线路包括光调制器、偏压施加单 元、光功率谱测量单元、控制电路，其中所述光调制器利用重复频率 fo赫兹的信号调制波长为λo的连续光，并输出交变相位反转脉冲光； 所述偏压施加单元给光调制器施加偏压；所述光功率谱测量单元的频 率分辨率小于fo赫兹，它测量从光调制器输出的光的光功率谱；所 述控制电路根据对光调制器的输出光的功率谱的测量来控制经偏压施 加单元的偏压，以使波长为λo的载波谱分量的功率密度最小，或者使 双边带中的谱分量的功率密度最大。
根据该光学传输线路，监视产生交变相位反转脉冲光的光调制器 的输出光，并且控制该光调制器的偏压以使载波谱分量的功率密度最 小，或者使双边带中的载波谱分量的功率密度最大，因此能够以最小 损耗稳定地输出交变的相位反转脉冲光。
根据本发明第二方面的光学传输线路包括光调制器、偏压施加单 元、射频谱提取单元、控制电路，其中所述光调制器利用重复频率为 fo赫兹的信号调制波长为λo的连续光，并输出交变相位反转脉冲光； 所述偏压施加单元给光调制器施加偏压；所述射频谱提取单元，将光 调制器的输出光转变成电信号并从电信号中提取射频率为fo赫兹的 频谱；所述控制电路控制经偏压施加单元的偏压，以便将射频谱分量 最小。
根据本发明第三方面的光学传输线路包括光调制器、偏压施加单 元、光学滤波器、光电转换器、控制电路，其中所述光调制器利用重 复频率为fo赫兹的信号调制波长为λo的连续光，并输出交变相位反 转脉冲光；所述偏压施加单元给光调制器施加偏压；所述光学滤波器 从光调制器的输出光中提取波长为λo的载波谱分量；所述光电转换器 将载波谱分量的光转换成电信号；所述控制电路控制经偏压施加单元 的偏压，以使电信号的功率最小。
所述光滤波器可以包括选自以下一组中的一个：通过型窄带光滤 波器它通过波长为λo的载波谱分量；反射型窄带光滤波器，它反射波 长为λo的载波谱分量；周期窄带光滤波器，它具有在通频带(反射频 带)中的周期特性，有选择地阻挡光调制器输出光的双边带谱分量， 同时提取载波谱分量。
根据本发明另一方面的光学传输线路包括光调制器、光学滤波器、 光电转换器、控制电路，其中所述光调制器利用重复频率为fo赫兹 的信号调制波长为λo的连续光，并输出交变相位反转脉冲光；所述光 学滤波器从光调制器的输出光中提取相对于波长λo偏向较长波长边或 者较短波长fo赫兹的谱分量；所述光电转换器将谱分量的光转换成 电信号；所述控制电路控制经偏压施加单元的偏压，以使电信号的功 率最大。
所述光滤波器可以包括选自以下若干滤波器中的一个：通过型窄 带光滤波器，它通过相对于波长λo偏向较长波长边或者较短波长边fo 赫兹的谱分量；反射型窄带光滤波器，它反射相对于波长λo偏向较长 波长边或者较短波长边fo赫兹的谱分量；周期性窄带光滤波器，它 具有在通频带(反射频带)中的周期性特性，通过(反射)相对于波 长λo偏离较长波长边或者较短波长边fo赫兹的谱分量，并且有选择 地阻挡光调制器的载波谱分量，同时提取双边带中的谱分量。
光学滤波器可以包括允许改变通频带和反射频带的波长可变滤波 器。在这种情况下，所述控制电路可以控制经偏压施加单元的偏压， 以便在改变光学滤波器的通频带(或者反射频带)时使电信号的功率 最小或者最大。
反射型窄带光学滤波器可以包括纤维光栅，通过纤维光栅的光可 以是光学传输线路的输出光。
周期性窄带光学滤波器可以包括一个滤波器，它隔离通过波长光 并且在二个输出端口阻挡波长光。在这种情况下，光点转换器可以连 接到输出通过波长光的输出端口，并且输出阻挡波长光的输出端口可 以成为该光学传输线路的输出端口。
光学滤波器可以包括通过型窄带光学滤波器或者周期窄带光学滤 波器，周期窄带光学滤波器通过相对于波长λo偏向较长波长边或者较 短波长边fo赫兹的谱分量，该通过波长可以被一分为二并输入到所 述光电转换器，成为光学传输线路的输出光。
光学滤波器可以包括用于补偿光学传输链路色散的色散媒介。
在光学传输线路中，激光光源输出光的一部分可以被分给反射型 窄带光学滤波器，它反射波长为λo的载波谱；所述控制电路可以控制 光源的波长以便使所反射的载波谱分量的功率密度最大。
在光学传输线路中，并非将波长为λo的连续光输入到光调制器， 而是可以将所述波长为λo的连续光输入到调制单元，该调制单元根据 数据信号对上述连续光进行调制，来自调制单元的光被输入到所述光 调制器中，或者来自该光调制器的光被输入到调制单元中。
附图说明
图1是显示本发明的光学传输线路的第一实施方案的方框图；
图2A和2B示出了马赫-森德(MZ)调制器12的输入/输出特性；
图3A和3B示出了当偏压已经偏离其最佳值时的输入/输出特性；
图4的曲线图示出了交变相位反转脉冲光的光谱；
图5的曲线图示出了交变相位反转脉冲光的载波分量与偏压的关 系；
图6的曲线图示出了交变相位反转脉冲光的fo分量的射频功率与 偏压的关系；
图7的方框图示出了本发明的光学传输线路的第二实施方案的方 框图；
图8的方框图示出了本发明的光学传输线路的第三实施方案的方 框图；
图9的曲线示出了通过型窄带光学滤波器31的通过特性的示例测 量；
图10示出了本发明的光学传输线路的第四实施方案的方框图；
图11示出了本发明的光学传输线路的第五实施方案的方框图；
图12示出了本发明的光学传输线路的第六实施方案的方框图；
图13的曲线图示出了纤维光栅的通过和反射特性；
图14示出了本发明的光学传输线路的第七实施方案的方框图；
图15示出了本发明的光学传输线路的第八实施方案的方框图；
图16示出了本发明的光学传输线路的第九实施方案的方框图；
图17示出了本发明的光学传输线路的第十实施方案的方框图；

根据附图对本发明的实施方案进行解释，虽然本发明并不局限于 这些实施方案。例如，可以将以下的实施方案组合在一起，或者与常 规公知结构进行组合。
第一实施方案
图1是本发明的光学传输线路的第一实施方案的方框图。在图1 中，激光光源11输出一个波长为λo的连续光给马赫-森德(分支干涉 型)调制器12。在该实例中，采用马赫-森德(MZ)调制器作为光调制 器，但是本发明允许使用其它类型的光调制器。
马赫-森德光调制器12包括一对电极12A，对应于二条光学路径 来设置这一对电极12A，所述二条光学路径对来自激光光源11的光进 行分光和干涉；可以利用向电极12A的输入进行推挽操作来调制输入 光。
将输入信号1和2施加到马赫-森德光调制器12的电极12A，形 成fo赫兹的重复频率的正弦波，将输入信号的相位相互反转。电容 器13和电容器13和偏置T15与马赫-森德光调制器12的电极12A 相连，并且经偏置T15施加来自偏压施加单元的偏压。
以下对利用推挽电极型马赫-森德光调制器12产生交变相位反转 脉冲光的方法进行解释。已知由推挽电极型马赫-森德光调制器12 产生的光学信号是“没有线性调频噪音(chirpless)”的，即对应强 度的变化相位不发生变化。因为交变相位反转脉冲光最好为没有线性 调频噪音，所以通常采用推挽型光调制器。马赫-森德光调制器设置 在LiNbO3的X切割基片、半导体、或者聚合物上，能够用单个电极 生成没有线性调频噪音的交变相位反转脉冲，在这种情况下，只有一 个输入信号。
将波长为λo的连续光输入到马赫-森德光调制器12，并由fo赫 兹的正弦波进行调制，该正弦波被施加到所述2个电极上。所述正弦 波的幅度是电压Vπ，它是光调制器波长的一半。该正弦波以反转的相 位施加。将从偏压施加单元14被施加到该光调制器的偏压设置成使 调制器的传输因数最小。当电路的构成满足这些条件时，它以重复频 率2fo赫兹产生交变相位反转脉冲。
图2A示出示出了马赫-森德光调制器12的输入/输出特性。该光 学输出的相位在传输因数达到其最小值时进行反转。图2B示出了此 时的该交变相位反转脉冲光的光谱。该交变相位反转脉冲光不含连续 光的载波分量，从激光光源11输入到马赫-森德光调制器12，但是 在距离光源中心波长fo赫兹长波长边和fo赫兹短波长边有线谱。
当由于直流漂移及其它因素使得最佳偏压已经从其初始值偏离， 如图3A所示，所述交变相位反转脉冲光的水平有高有低。如图3B所 示，在光谱中心生成载波分量的线谱。在最佳偏压处，无载波分量生 成，因为具有π相位和零相位的脉冲相互抵消；但是当偏压从其最佳 值偏离，脉冲中的高低部分不会相互抵消，而是留作载波分量。
因为该偏压偏离最佳偏置点，由此生成脉冲中的高低，将fo赫兹 频率分量叠加到脉冲信号上。当该偏压被设在它的最佳值时，fo赫兹 分量被最小化。图4示出了利用光谱分析仪测量fo＝10GHz的交变 相位反转脉冲光的测量结果。
图5示出了在使用窄带光学滤波器后通过光功率计测得的测试结 果以有选择地提取载波分量的线谱，然后改变偏压。图6示出了由射 频谱分析仪获得的5GHz的射频功率谱的测量结果，其中利用宽带光 电转换器检测交变相位反转的脉冲光。在每一种情况下，可以看到在 最佳偏压处，fo赫兹分量处于其最低点。也就是说，在最佳偏压处， 谱功率在二个边带中达到最大，射频谱在交变相位反转的脉冲光的重 复频率处(2fo赫兹)为最大。
考虑到上述几点，本发明测量马赫-森德光调制器12输出的光的 光谱，控制偏置点以使波长为λo的载波谱分量的功率密度最小。在图 1所示的第一实施方案中，光学分支单元16将马赫-森德光调制器12 输出光分出一部分并输入到光学功率谱测量单元17。可以采用市场上 销售的波长(光频率)分辨率小于fo赫兹的光谱分析仪作为光功率 谱测量单元17。
光功率谱测量单元17以小于fo赫兹的波长分辨率仅提取从光调 制器输出光的载波谱分量(波长为λo)，并输出一个正比于所提取分 量功率密度的直流电压信号给控制电路18。控制电路18输出一个控 制信号给偏压施加单元14以使载波谱分量的功率密度最小，并且相 应地控制光调制器的偏压。通过这种方式对偏压进行控制，从马赫- 森德光调制器12输出交变相位反转的脉冲光。
通过使控制电路18输出一个控制信号给偏压施加单元14来控制 光调制器的偏压，以便使二个边带中的功率密度最大。这获得相同的 效果。
第二实施方案
图7示出了本发明的光学传输线路的第二实施方案。该实施方案 的特征在于它使用了光电转换器21、带通滤波器22、和射频功率检 测电路23，来取代图1所示的第一实施方案中的光功率谱测量单元 17。否则，该实施方案的构成与第一实施方案相同。
光学分支单元16将从马赫-森德光调制器12输出的光分出部分， 光电转换器21将该光转换成电信号；带通滤波器22提取fo赫兹频 率的射频分量，并将其输入到射频功率检测电路23。射频功率检测电 路23施加一个正比于输入射频功率的直流电压到控制电路24。控制 电路24输出一个控制信号给偏压施加单元14以使输入直流电压最 小，并且相应地控制光调制器的偏压。
作为替代，由带通滤波器22提取2fo赫兹的射频分量，控制电路 24输出一个控制信号给偏压施加单元14以使该射频功率最大，并且 相应地控制光调制器的偏压。
第三实施方案
图8示出了本发明的光学传输线路的第三实施方案。该实施方案 的特征在于：它使用了通过型窄带光学滤波器31和光电转换器32， 来取代图1所示第一实施方案的光功率谱测量单元17。否则，该实施 方案的构成与第一实施方案相同。
该通过型窄带光学滤波器31的通频带中心波长等于激光光源11 的波长λo；向下20分贝的通频带宽度是fo赫兹或者更小，交变相位 反转的脉冲光的截止双边带谱。利用该通过型窄带光学滤波器31，从 马赫-森德光调制器12输出光提取载波谱分量(波长λo)，光电转换 器32将它转换成一个直流电压，该电压被输入到控制电路33中。控 制电路33输出一个控制信号给偏压施加单元14以使该输入直流电压 最小，并且相应地控制该光调制器的偏压。
作为替代，通过型窄带光学滤波器31可以用来仅从马赫-森德光 调制器12输出光的每一边带上提取谱分量之一，并且控制电路33输 出一个控制信号给偏压施加单元14以使该直流电压最大，并且相应 地控制该光调制器的偏压。
在第二实施方案中，光电转换器21的频带必须大于fo赫兹；与 之相反，因为本实施方案的光电转换器32只需检测直流分量，所以 可使用诸如光电二极管等价格低廉的光电转换器。
图9以通过型窄带光学滤波器为例示出了对光学滤波器通频带的 测量。这里，光学滤波器包括2个级联的纤维光栅，其中fo＝10GHz。
因为在本实施方案中，该通过型窄带光学滤波器要求应该能够阻 止位于二个边带中的谱而允许载波分量通过，可以使用周期性滤波 器。该周期性滤波器的周期应当最好为2fo赫兹，但是不必严格地等 于2fo赫兹。所必须的是可以阻止二个边带中的谱。作为替代，可以 阻止载波分量，而允许二个边带通过，从而二个边带中的总谱功率达 到其最大值。
第四实施方案
图10示出了本发明的光学传输线路的第四实施方案。该实施方案 的特征在于：它采用了反射型窄带光学滤波器41，来取代第三实施方 案的通过型窄带光学滤波器31。
反射型窄带光学滤波器41经一个光学环行器42与光学分支单元 16和光电转换器32相连接。纤维光栅等可以例如用作本实施方案的 反射型窄带光学滤波器41。作为替代，一种具有周期反射特性的滤波 器可以用作反射型窄带光学滤波器41。
第五实施方案
图11示出了本发明的光学传输线路的第五实施方案。该实施方案 的特征在于：它采用了可变光学滤波器51来取代第三实施方案的通 过型窄带光学滤波器31(以及第四实施方案的反射型窄带光学滤波器 41和光学环行器42)；测量光功率同时利用控制电路52的控制信号 来改变通频带。
可变光学滤波器51的可变通频带宽度应当为3fo赫兹+激光的长 期稳定部分(大约为DWDM的LD中±20GHz)。光功率在可变带宽内2 次达到其最大值；这是因为可变光学滤波器51逐一地俘获该交变相 位反转脉冲光的二个边带谱。可以将一个控制信号输出给偏压施加单 元14以使在这2个中间点处的光功率最小，相应地控制光调制器的 偏压。作为替代，可以控制该偏压使得峰值在2个点之一处达到其最 大。
第六实施方案
图12示出了本发明的光学传输线路的第六实施方案。该实施方案 的特征在于：它采用了一个光学环行器61和一个反射型窄带光学滤 波器62，来取代第三实施方案的光学分支单元16和通过型窄带光学 滤波器31。经光学环行器61将从马赫-森德光调制器12输出的光引 导到反射型窄带光学滤波器62，并且经光学环行器61将反射的载波 分量输入到光电转换器32中。图13示出被用作反射型窄带光学滤波 器62的纤维光栅的传输特性和反射特性，其中fo＝20GHz或者更高。
本实施方案在机械方面与第四实施方案相同。但是由于在提取载 波分量偏置和控制的同时从输出光中消除了载波分量，所以输出光的 质量没有退化，即使当例如，所述偏压偏离了其最佳点。
第七实施方案 
图14示出了本发明的光学传输线路的第七实施方案。本实施方案 的特征在于：它采用了一个周期型窄带光学滤波器71，来取代第六实 施方案的光学环行器61和反射型窄带光学滤波器62。否则，本实施 方案的构成与已经描述的实施方案构成相同。
可将双端口滤波器，诸如马赫-森德干涉仪型滤波器或者定向耦 合器型滤波器，用作周期性窄带光学滤波器71。在这种情况下，可以 从端口之一提取载波分量并用于偏置控制，使得将已经将含有的载波 分量从中消除的光能够从另一个端口提取。
第八实施方案
图15示出了本发明的光学传输线路的第八实施方案。在第六实施 方案中，经光学环行器61把由反射型窄带光学滤波器62反射的载波 分量输入到光电转换器32。在第八实施方案中，由光学隔离器81把 由反射型窄带光学滤波器62反射的载波分量截止，从而通过反射型 窄带光学滤波器62的光成为输出光；此外，由光学分支单元82将该 输出光分出一部分并输入到光电转换器32中。否则，本实施方案的 构成与已经描述的实施方案的构成相同。
图13示出了被用作反射型窄带光学滤波器62的纤维光栅的通过 特性和反射特性的例子。
在第六实施方案中，控制该偏压以使被反射型窄带光学滤波器62 反射的载波分量的功率最小；在该实施方案中，控制该偏压以使通过 反射型窄带光学滤波器62的双边带中的分量功率最大。
在第六和第八实施方案中，将一个纤维光栅用作反射型窄带光学 滤波器62，通过该纤维光栅的光(双边带)成为输出光。因此，通过 利用具有色散特性的纤维光栅并且同时设定色散值以补偿任何沿着光 传输路径的色散，有可能采用图12和15的结构来补偿光传输路径的 色散。
第九实施方案
图16示出了本发明的光学传输线路的第九实施方案。该实施方案 的特征在于：它采用了第四实施方案的反射型窄带光学滤波器41以 从输出光中提取载波分量以便控制偏压，控制光源波长λo使得它与反 射波长严格匹配。激光光源95必须为波长λo可控；这可以通过控制 例如DBR激光器或者DFB激光器的温度来实现。光学分支单元91把 从激光光源95输出的连续光分出波长为λo的一部分并经光学环行器 92输入到反射型窄带光学滤波器；经光学环行器92将所反射的光输 入到光电转换器93中。控制电路94控制激光光源95使得光电转换 器93的输出电压最大。其结果，可以采用相同的光学滤波器提取用 于控制偏压的载波分量和提取用于控制光源波长的载波分量，使二者 匹配。
第十实施方案
图17示出了本发明的光学传输线路的第十实施方案。该实施方 案的特征在于一个调制数据信号的光调制器，它设置于第一至第八实 施方案的激光光源11和马赫-森德光调制器12之间。该光学调制单 元包括马赫-森德型调制器101、光学分支单元102、偏置控制电路 103、偏置-T104。在所示的例子中，控制马赫-森德光调制器12 的偏压的构成，为第三实施方案的构成，该关学调制器产生交变的相 位反转脉冲光。但是作为替代也可以采用其它实施方案的调制器。本 实施方案可以与第九实施进行组合。