光梳光源实现的并行光学转发器
阅读：1044发布：2020-06-14
专利汇可以提供光梳光源实现的并行光学转发器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了具有光梳 光源 的并行光学转发器以及使用它的方法。光梳光源可以从单个光源提供多个光学载波。多个光学载波可以是 相位 对齐的，这可以允许接收的 信号 的联合处理。多个光学载波还可以允许使用多个 调制器 对解复用数据信号进行调制，而不是使用单个调制器来调制整个数据信号。，下面是光梳光源实现的并行光学转发器专利的具体信息内容。
1.一种并行光学发射器，包括：
光梳光源，所述光梳光源被配置为生成包括多个光学载波的光学载波信号，所述多个光学载波具有多个相应的波长；
处理器，所述处理器被配置为接收数据信号并且将它分割为多个数字分量数据信号；
多个数模转换器DAC，所述多个DAC被配置为接收所述数字分量数据信号并且将它们转换为多个相应的模拟分量数据信号；
解复用器，所述解复用器被配置为接收所述光学载波信号并且将所述光学载波信号分离为它的组成光学载波；
光子集成电路PIC，所述PIC包括多个调制器，所述调制器被配置为将每个模拟分量数据信号调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号；以及复用器，所述复用器被配置为接收所述光学分量数据信号并且将所述光学分量数据信号组合为组合光学数据信号。
2.根据权利要求1所述的并行光学发射器，其中，所述PIC包括所述解复用器和所述复用器。
3.根据权利要求1所述的并行光学发射器，其中，由所述光梳光源生成的所述多个光学载波相对于彼此被锁相。
4.根据权利要求1所述的并行光学发射器，其中：
所述处理器包括所述DAC，以及
所述处理器中的所述DAC直接驱动它们相应的调制器。
5.根据权利要求1所述的并行光学发射器，其中，所述调制器是集中式马赫-曾德尔干涉仪。
6.一种发射光学信号的方法，包括：
使用光梳光源生成包括多个光学载波的光学载波信号，所述多个光学载波具有多个相应的波长；
使用处理器将接收的数据信号分割为多个数字分量数据信号；
使用多个数模转换器DAC将所述数字分量数据信号转换为多个相应的模拟分量数据信号；
使用解复用器将所述光学载波信号分离为它的组成光学载波；
使用光子集成电路PIC上的多个调制器将每个模拟分量数据信号调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号；以及
使用复用器将所述光学分量数据信号组合为组合光学数据信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述PIC包括所述解复用器和所述复用器。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，由所述光梳光源生成的所述多个光学载波相对于彼此被锁相。
9.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述处理器包括所述DAC，以及
所述处理器中的所述DAC直接驱动它们相应的调制器。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述调制器是集中式马赫-曾德尔干涉仪。
11.一种并行光学接收器，包括：
光梳光源，所述光梳光源被配置为生成包括多个光学载波的光学载波信号，所述多个光学载波具有多个相应的波长；
第一解复用器，所述第一解复用器被配置为接收所述光学载波信号并且将所述光学载波信号分离为它的组成光学载波；
第二解复用器，所述第二解复用器被配置为接收组合光学数据信号并且将所述组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号；
光子集成电路PIC，所述PIC包括多个相干光学接收器，所述相干光学接收器被配置为从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号；
多个模数转换器ADC，所述ADC被配置为接收所述模拟分量数据信号并且将它们转换为多个相应的数字分量数据信号；以及
处理器，所述处理器被配置为将所述数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号。
12.根据权利要求11所述的并行光学接收器，其中，所述PIC包括所述第一解复用器和所述第二解复用器。
13.根据权利要求11所述的并行光学接收器，其中，所述PIC包括所述第一解复用器和所述第二解复用器，由所述光梳光源生成的所述多个光学载波相对于彼此被锁相。
14.根据权利要求11所述的并行光学接收器，其中，每个相干光学接收器包括具有两个
90度混合器和一组平衡光电二极管的双偏振集成相干接收器。
15.根据权利要求11所述的并行光学接收器，其中，联合地处理所述数字分量数据信号包括联合偏振解复用、联合时钟恢复、联合载波恢复、联合前向误差校正和联合非线性补偿。
16.一种接收光学信号的方法，包括：
使用光梳光源生成包括多个光学载波的光学载波信号，所述多个光学载波具有多个相应的波长；
使用第一解复用器将所述光学载波信号分离为它的组成光学载波；
使用第二解复用器将接收的组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号；
使用光子集成电路PIC上的多个相干光学接收器从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号；
使用多个模数转换器ADC将所述模拟分量数据信号转换为多个相应的数字分量数据信号；以及
使用处理器将所述数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述PIC包括所述第一解复用器和所述第二解复用器。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述PIC包括所述第一解复用器和所述第二解复用器，由所述光梳光源生成的所述多个光学载波相对于彼此被锁相。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，每个相干光学接收器包括具有两个90度混合器和一组平衡光电二极管的双偏振集成相干接收器。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，联合地处理所述数字分量数据信号包括联合偏振解复用、联合时钟恢复、联合载波恢复、联合前向误差校正和联合非线性补偿。
21.一种并行光学转发器，包括：
处理器，所述处理器用于发射和接收的信号的联合处理；
光梳光源，所述光梳光源被配置为生成包括在多个相应的波长处的第一多个光学载波的第一光学载波信号以及包括在多个相应的波长处的第二多个光学载波的第二光学载波信号；
并行光学发射器，所述并行光学发射器包括：
所述处理器，所述处理器被配置为接收第一数据信号并且将它转换为第一多个模拟分量数据信号；
第一光子集成电路PIC，所述PIC被配置为接收并调制第一光学载波信号和所述第一多个模拟分量数据信号以生成第一组合光学数据信号；以及
并行光学接收器，所述并行光学接收器包括：
第二光子集成电路PIC，所述PIC被配置为接收第二组合光学数据信号和所述第二光学载波信号，并且提取多个第二模拟分量数据信号；以及
所述处理器，所述处理器被配置为将所述多个第二模拟分量数据信号联合地处理为第二数据信号。
光梳光源实现的并行光学转发器
[0001] 相关申请的交叉引用
背景技术
[0003] 光学转发器被广泛部署以形成承载大量数据业务的长距离的、地下的、数据中心之间和之内的网络。随着相干光学通信技术的发展，每光学波长所发送的数据量已经极大增加。利用当前一代的所谓线路卡，可以实现高达每光学载波200Gbit/s的线路侧数据速率。增加的数据速率会减少诸如激光器、调制器和光电二极管之类的光学组件的数量，由此降低系统的成本和功耗。数字信号处理器的速度和复杂度的提高(即，较小的半导体制造节点)已经帮助实现了每载波容量的增加。然而，系统的模拟带宽并没有与更小的节点成比例，并且满足模拟域性能要求会增加光学转发器的成本、尺寸和功耗。发明内容
[0004] 至少一个方面涉及一种并行光学发射器。并行光学发射器包括光梳光源(optical comb source)，该光梳光源被配置为生成包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号。并行光学发射器包括处理器，该处理器被配置为接收数据信号并且将它分割为多个数字分量数据信号。并行光学发射器包括多个数模转换器(DAC)，该多个数模转换器(DAC)被配置为接收数字分量数据信号并且将它们转换为多个相应的模拟分量数据信号。并行光学发射器包括解复用器，该解复用器被配置为接收光学载波信号并且将该光学载波信号分离为它的组成光学载波。并行光学发射器包括光子集成电路(PIC)，该光子集成电路(PIC)包括多个调制器，该调制器被配置为将每个模拟分量数据信号调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号。并行光学发射器包括复用器，该复用器被配置为接收光学分量数据信号并且将该光学分量数据信号组合为组合光学数据信号。
[0005] 在一些实施方式中，PIC包括解复用器和复用器。
[0006] 在一些实施方式中，由光梳光源生成的多个光学载波相对于彼此被锁相。
[0007] 在一些实施方式中，处理器包括DAC，并且处理器中的DAC直接驱动它们相应的调制器。
[0009] 至少一个方面涉及一种发射光学信号的方法。方法包括使用光梳光源生成包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号。方法包括使用处理器将接收的数据信号分割为多个数字分量数据信号。方法包括使用多个数模转换器(DAC)将数字分量数据信号转换为多个相应的模拟分量数据信号。方法包括使用解复用器将光学载波信号分离为它的组成光学载波。方法包括使用光子集成电路(PIC)上的多个调制器将每个模拟分量数据信号调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号。方法包括使用复用器将光学分量数据信号组合为组合光学数据信号。
[0010] 在一些实施方式中，PIC包括解复用器和复用器。
[0011] 在一些实施方式中，由光梳光源生成的多个光学载波相对于彼此被锁相。
[0012] 在一些实施方式中，处理器包括DAC，并且处理器中的DAC直接驱动它们相应的调制器。
[0013] 在一些实施方式中，调制器是集中式马赫-曾德尔干涉仪。
[0014] 至少一个方面涉及一种并行光学接收器。并行光学接收器包括光梳光源，该光梳光源被配置为生成包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号。并行光学接收器包括第一解复用器，该第一解复用器被配置为接收光学载波信号并且将该光学载波信号分离为它的组成光学载波。并行光学接收器包括第二解复用器，该第二解复用器被配置为接收组合光学数据信号并且将该组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号。并行光学接收器包括光子集成电路(PIC)，该光子集成电路(PIC)包括多个相干光学接收器，该相干光学接收器被配置为从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号。并行光学接收器包括多个模数转换器(ADC)，该多个模数转换器(ADC)被配置为接收模拟分量数据信号并且将它们转换为多个相应的数字分量数据信号。并行光学接收器包括处理器，该处理器被配置为将数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号。
[0015] 在一些实施方式中，PIC包括该第一解复用器和第二解复用器。
[0016] 在一些实施方式中，PIC包括第一解复用器和第二解复用器，由光梳光源生成的多个光学载波相对于彼此被锁相。
[0018] 在一些实施方式中，联合地处理数字分量数据信号包括联合偏振解复用、联合时钟恢复、联合载波恢复、联合前向误差校正和联合非线性补偿。
[0019] 至少一个方面涉及一种接收光学信号的方法。方法包括使用光梳光源生成包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号。方法包括使用第一解复用器将光学载波信号分离为它的组成光学载波。方法包括使用第二解复用器将接收的组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号。方法包括使用光子集成电路(PIC)上的多个相干光学接收器从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号。方法包括使用多个模数转换器(ADC)将模拟分量数据信号转换为多个相应的数字分量数据信号。方法包括使用处理器将数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号。
[0020] 在一些实施方式中，PIC包括第一解复用器和第二解复用器。
[0021] 在一些实施方式中，PIC包括第一解复用器和第二解复用器，由光梳光源生成的多个光学载波相对于彼此被锁相。
[0022] 在一些实施方式中，每个相干光学接收器包括具有两个90度混合器和一组平衡光电二极管的双偏振集成相干接收器。
[0023] 在一些实施方式中，联合地处理数字分量数据信号包括联合偏振解复用、联合时钟恢复、联合载波恢复、联合前向误差校正和联合非线性补偿。
[0024] 至少一个方面涉及一种并行光学转发器。并行光学转发器包括处理器，该处理器用于发射和接收的信号的联合处理。并行光学转发器包括光梳光源，该光梳光源被配置为生成包括在多个相应的波长处的第一多个光学载波的第一光学载波信号以及包括在多个相应的波长处的第二多个光学载波的第二光学载波信号。并行光学发射器包括处理器，该处理器被配置为接收第一数据信号并且将它分割为第一多个数字分量数据信号。并行光学发射器包括多个数模转换器(DAC)，该多个数模转换器(DAC)被配置为接收第一数字分量数据信号并且将它们转换为第一多个相应的模拟分量数据信号。并行光学发射器包括第一光子集成电路(PIC)。第一PIC包括第一解复用器，该第一解复用器被配置为接收第一光学载波信号并且将该第一光学载波信号分离为它的组成第一多个光学载波。第一PIC包括多个调制器，该调制器被配置为将每个第一模拟分量数据信号调制到相应的第一光学载波上以生成相应的第一光学分量数据信号。第一PIC包括第一复用器，该第一复用器被配置为接收第一光学分量数据信号并且将该第一光学分量数据信号组合为第一组合光学数据信号。并行光学接收器包括第二光子集成电路(PIC)。第二PIC包括第二解复用器，该第二解复用器被配置为接收第二光学载波信号并且将该第二光学载波信号分离为它的组成第二多个光学载波。第二PIC包括第三解复用器，该第三解复用器被配置为接收第二组合光学数据信号并且将该第二组合光学数据信号分离为第二多个光学分量数据信号。第二PIC包括多个相干光学接收器，该多个相干光学接收器被配置为从每个第二光学分量数据信号提取第二模拟分量数据信号。并行光学接收器包括多个模数转换器(ADC)，该多个模数转换器(ADC)被配置为接收第二模拟分量数据信号并且将它们转换为第二多个相应的数字分量数据信号。并行光学接收器包括处理器，该处理器被配置为将第二数字分量数据信号联合地处理为第二数据信号。
[0025] 这些和其它的方面和实施方式在下文详细讨论。以上的信息和以下的详细描述包括各个方面和实施方式的说明性示例，并且提供了用于理解所请求保护的方面和实施方式的属性和特征的概述或框架。附图提供了各个方面和实施方式的图示和进一步的理解，并且被结合于该说明书中并构成该说明书的一部分。
附图说明
[0027] 图1是示例常规光学转发器的框图；
[0028] 图2是根据说明性实施方式的具有光梳光源的并行光学转发器的框图；
[0029] 图3是根据说明性实施方式的处理器的框图，该处理器包括用于在并行光学转发器中使用的数字信号处理器；
[0030] 图4是根据说明性实施方式的具有片上光梳光源的并行光学转发器的框图；
[0031] 图5是根据说明性实施方式的形成全光谱光学转发器的具有共享光梳光源的并行光学转发器；
[0032] 图6示出了根据说明性实施方式的使用具有光梳光源的并行光学转发器来发射光学信号的示例方法的流程图；以及
[0033] 图7示出了根据说明性实施方式的使用具有光梳光源的并行光学转发器来接收光学信号的示例方法的流程图。
具体实施方式
[0034] 本公开总体上涉及实施并行光学转发器的系统和方法，所述并行光学转发器具有从单个光源提供多个载波的光梳光源。虽然光梳光源比常规的连续波光源更加昂贵，但是它允许在转发器中的多个其它位置使用更简单、更小和/或更廉价的组件。
[0035] 对于更高容量和更高带宽的信号的主要驱动力是对于减少诸如激光器、调制器和光电二极管之类的光学组件的数量的期望。由于激光器的成本和功耗，它们的减少尤其令人感兴趣。
[0036] 数字信号处理器专用电路的采样速率提高已经成为了使得每载波容量能够有所增加的一种因素。为了可伸缩性，数字门和模拟前端——也就是模数和数模转换器——两者都依赖于互补金属氧化物半导体技术。通过减小的处理节点(例如，28nm、16nm、7nm)实现了功耗的持续降低和更高的门数。
[0037] 然而，模拟带宽不与减小的处理节点规模成比例。因此，要提高转换器的采样速率以产生更宽带宽和更高容量的信号就越来越难。此外，高速信号对于信号完整性、电气放大器和光学组件具有严格要求。满足这些要求会明显增加成本和功耗。
[0038] 因此，本公开该介绍了一种并行光学转发器，其具有从单个光源提供多个光学载波的光梳光源。
[0039] 图1和2图示了这些差异中的一些。在对替代组件的要求被大幅放宽的情况下，并行光学转发器的若干组件可以被多个组件所替代。例如，单个高速调制器可以被若干低速调制器所替代。单个高速调制器的要求可能已经要求使用具有行波架构的高带宽调制器，而若干集中式调制器可以充分良好地执行以替代单个行波架构。此外，集中式调制器可以具有更好的调制效率，可以明显地小于行波类型，并且在数量上可以更加容易集成。
[0040] 转发器可以通过利用多个较低性能组件替代其它单个高性能组件而获益。例如，在发射器侧，供应发射器中的调制器的RF驱动器以及供应它们的数模转换器(DAC)可以是以较低速度和较低功率操作的较低成本的部分。DSP ASIC中的高速DAC复用级也可以被省略，从而进一步节约成本。在接收器侧，较低带宽的光电检测器和相干接收器(DC-ICR)与它们的高速对应物相比可以更加廉价地得到。将光电检测器信号增大的跨阻抗放大器可以是利用较低功率操作的较低成本的部分。
[0041] 执行所接收的信号的处理还有另外的好处。由于光梳光源被用作本机振荡器以及发射载波，所以该光梳的单独的光学载波可以相对于彼此被锁相。这使得DSP能够在多个——以及在一些情况下的全部——载波当中执行联合载波恢复，因此能够如同单一载波的常规情形中那样实现相同或基本上相似的线宽公差。
[0042] 图1是示例常规光学转发器100的框图。光学转发器100包括处理器110，该处理器110从接收器模块140接收数据并且向发射器模块170提供数据。连续波光源102向发射器模块170提供载波。相同光源102或第二光源可以向接收器模块140提供相同或相似的载波。为了简明，图1已经使用了单个框来表示多个类似组件。例如，驱动器180和160均表示分别地放大四个不同模拟信号的四个单独的放大器。而且，调制器190将包括四个输入，并且接收器150将包括四个输出。这四个信号可以表示两个偏振乘以两个正交。
[0043] 连续波(CW)光源102可以是光学激光器。理想的CW激光器将仅发射单一波长，并且因此为发射器模块170提供单一光学载波。在一些情况下，CW光源102可以被分割并且被重新利用来用作接收器模块140的本机振荡器。
[0044] 接收器模块140使用由光源102提供的载波将进入的光学信号降频转换为电信号。接收器模块140包括接收器150。接收器150可以是双偏振集成相干接收器(DP-ICR)。DP-ICR可以包括两个90度混合器和光电检测器。光电检测器可以是一组高速平衡光电二极管。
[0045] 接收器模块140经由驱动器160向处理器110提供它的输出电信号。驱动器160放大来自光电检测器的信号。在一些情况下，驱动器160可以是跨阻抗放大器，其将来自光电检测器的电流信号转换为电压信号以用于在处理器110的模数转换器114处的数字化。
[0046] 处理器110经由驱动器160从接收器模块140接收经降频转换的电信号。处理器110包括解复用器112、多个模数转换器(ADC)114和数字信号处理器(DSP)120。解复用器112将(如由驱动器160放大的)经降频转换的电信号分割为多个模拟电信号用于由ADC 114采样。ADC114将多个模拟电信号数字化并且将并行化的采样的信号提供至DSP120用于处理。DSP
120完成解调以恢复有效载荷数据。
120完成解调以恢复有效载荷数据。
[0047] DSP 120还处理数据信号用于从转发器100的光学传输。DSP 120将数据信号处理为并行化的数字电信号。处理器110包括数模转换器(DAC)116和复用器118。DAC 116将由DSP 120输出的数字信号转换为模拟电信号。复用器118组合模拟电信号并且经由驱动器180将它们提供至发射器模块170。驱动器180将组合模拟电信号放大至足以驱动发射器模块170的调制器的水平。
[0048] 发射器模块170使用由光源102提供的载波将从处理器110输出的组合模拟电信号升频转换为输出光学信号。发射器模块170包括调制器190。调制器190可以是双偏振同相正交马赫曾德尔(Mach Zehnder)调制器(DP-MZM)。调制器190将组合模拟电信号编码到由光源102提供的载波上并且输出光学信号。
[0049] DSP 120的数字处理以并行化的方式执行以约束芯片的内部频率。在处理器110内，许多并行DAC 116能够以降低的速率运行并且能够被处理器110内的复用器118进行复用以形成高速驱动信号。虽然在处理器110内添加更多DAC 116是可能的，但是在复用器118之后最大的可实现信号带宽可能受限于复用器118自身、驱动器180或调制器190。即使在组件的带宽限制之内，处理高信号带宽也要求昂贵的组件。例如，发射器模块170可以要求所谓的行波MZM用于调制器190。行波MZM相对于集中式MZM非常庞大，并且因此要求半导体晶片上的更大面积从而明显更加昂贵。处理高信号带宽还可能要求具有高功耗的更大、更昂贵的放大器用于驱动器180。此外，印刷电路板上的射频(RF)迹线以及转发器100的光电集成电路可能要求仔细的布线和更多的空间，这进一步制约并增加了转发器100的成本。
[0050] 图2因此呈现了并行转发器系统，其中光梳光源和DSP中信号的联合处理允许在转发器的其余部分使用较低带宽、较低成本的组件，由此降低了系统的整体成本同时保持了相同的性能特性。
[0051] 图2是根据说明性实施方式的具有光梳光源的并行光学转发器200的框图。并行光学转发器200包括处理器210，该处理器210从并行接收器模块240接收数据并且向并行发射器模块270提供数据。光梳光源202向并行发射器模块270和并行接收器模块240提供包括多个光学载波的光学载波信号。如图1中，图2使用单个框来表示多个类似组件。例如，驱动器280和260均表示分别地放大四个不同模拟信号的四个单独的放大器。而且，调制器290均包括四个输入，并且接收器150均包括四个输出。这四个信号可以表示两个偏振乘以两个正交。
[0052] 光梳光源202提供包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号。光梳光源202生成具有若干载波的输出，所述若干载波被共同提供至并行的发射器模块270和接收器模块240，在其中它们被解复用并且分别被用于将信号升频转换至光域并且从光域将信号降频转换。虽然多载波的光梳光源202相对于连续波光源更加复杂和昂贵，但是使用多载波光源可以允许模拟电信号路径上放松的带宽要求。因此，整体的并行光学转发器200系统针对较低成本得到优化。
[0053] 处理器210包括数字信号处理器220。DSP 220接收数据信号用于传输并且将它分割为多个分量数据信号。处理器210还包括数模转换器(DAC)216用于将数字分量数据信号转换为模拟分量数据信号。在并行光学转发器200中，每个DAC 116的框表示四个数模转换器，它们分别对由DSP 220所提供的四个数字分量数据信号进行转换。由于数据信号已经被分割为更多的数字分量数据信号，所以每一个的带宽较低，这进而降低了模拟电信号路径中的分量的带宽要求。例如，DAC 216可以具有较低带宽，并且因此被制作得更小、更加廉价，并且具有更低的功耗。此外，由于数字分量数据信号在多个调制器290当中被分割，而不是如之前所描述的转发器100的示例中那样的单个调制器，所以并行光学转发器200并不需要诸如转发器100的复用器118那样的高速复用级。无需高速复用级导致了额外的功率和成本节约。
[0054] 处理器210经由多个驱动器280将模拟分量数据信号提供至并行发射器模块270。由于调制器290较低的速度和电压要求，所以如下文所描述的，驱动器280可以是较低速度并且是较低功耗的，这使得它们的成本不像转发器100的驱动器180那么高。在一些实施方式中，DAC 216能够产生充分电压和/或功率的模拟分量数据信号以在不需要驱动器280的情况下驱动调制器290，进一步降低了并行光学转发器200的成本和复杂度。
[0055] 并行发射器模块270使用由光梳光源202提供的光学载波信号将来自处理器210的模拟分量数据信号升频转换为输出的组合光学数据信号。并行发射器模块270可以被制造为光子集成电路(PIC)。并行发射器模块270包括被配置为接收由光梳光源202生成的光学载波信号并且将光学载波信号分离为它的组成光学载波的解复用器272，被配置为接收该模拟分量数据信号并且将其中的每一个调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号的多个调制器290，以及被配置为接收光学分量数据信号并且将该光学分量数据信号组合为组合光学数据信号的复用器274。
[0056] 如同模拟电信号路径中的组件，并行光学转发器200可以使用具有比如转发器100中的单个调制器190放松的性能要求的多个调制器290。在一些实施方式中，调制器290可以是双偏振马赫曾德尔调制器(DP-MZM)。由于DP-MZM能够以明显更低的速度操作，所以它们可以被制造为集中式调制器而不是更大且更加昂贵的行波调制器。集中式调制器可以明显小于行波调制器，并且因此在数量上更加容易集成。此外，集中式调制器能够表现出比行波调制器更好的调制效率。
[0057] 能够由于放松的速度要求而得到进一步的成本改善。例如，相对较低速度的集中式调制器可以具有明显更高的电压至相位效率(经常被定义为Vpi，这是引发相移pi所需的电压)。在一些实施方式中，调制器290可以针对调制效率而不是带宽而被优化。可以利用更长电极的设计——具有相应减小的带宽——来实现提高的调制效率。在一些实施方式中，调制器290能够以低于20GHz的带宽进行操作。在一些实施方式中，调制器290能够以5和10GHz之间的带宽进行操作。在一些实施方式中，调制器290可以以大约8GHz进行操作。如果DAC 116能够产生足以用于调制的电压水平，则在这些速度下操作的调制器290的改善的Vpi可以致使驱动器280并非必要，这导致并行光学转发器200的成本和复杂度的进一步降低。
[0058] 并行光学转发器200还包括并行接收器模块240。并行接收器模块240使用由光梳光源202所提供的光学载波信号将进入的组合光学数据信号降频转换为多个电信号。并行接收器模块240可以被制造在光子集成电路(PIC)上。并行接收器模块240包括被配置为从光梳光源202接收光学载波信号并且将该光学载波信号分离为它的组成光学载波的第一解复用器242，以及被配置为接收组合光学数据信号并且将该组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号的第二解复用器244。并行接收器模块240包括多个相干光学接收器250，该多个相干光学接收器250被配置为从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号。
[0059] 能够在接收器侧实现类似的成本和复杂度的改善。如在并行发射器模块270中一样，并行接收器模块240可以将来自光梳光源202的多载波信号解复用为在并行接收器模块240上的它的组成光学载波。相干光学接收器250可以包括并行的多个双偏振集成相干接收器(DP-ICR)。并行光学转发器200的单独的DP-ICR可以比转发器100的DP-ICR速度更低，因此其成本更低。
[0060] 每个接收器250可以包括光电检测器。每个光电检测器可以包括一组高速平衡光电二极管。同样，由于每个接收器250较低的速度，所使用的光电检测器可以针对它们接收的光学信号表现出提高的响应性，并且在一些情况下可以被较低速度、较低成本的设备所替代。在一些实施方式中，光电检测器能够以低于20GHz的带宽进行操作。在一些实施方式中，光电检测器能够以5和10GHz之间的带宽进行操作。在一些实施方式中，光电检测器能够以大约8GHz的带宽进行操作。处于这种速度的光电检测器的提高的敏感度允许使用较低增益的驱动器260。此外，降低的带宽允许使用较低速度的驱动器260。因此，驱动器260与转发器100中使用的相对较高速度(大于大约32GHz的带宽)相比消耗较少的功率并且较为廉价。此外，来自接收器250的模拟分量数据信号的较低带宽放松了驱动器260的输出和ADC 214之间的信号路由的信号完整性要求。最后，ADC 214自身可以具有较低的带宽，这导致成本进一步得到节省。
[0061] 处理器210经由多个驱动器260从并行接收器模块240接收模拟分量数据信号。处理器210包括多个模数转换器(ADC)214和DSP 220。ADC 214将模拟分量数据信号转换为数字分量数据信号用于由DSP 220进行处理。由于使用光梳光源202作为本机振荡器并且发射载波，所以光梳的单独的光学载波相对于彼此被锁相。这使得DSP 220能够对数字分量数据信号执行联合载波恢复。DSP 220可以在多个——或者在一些情况下的全部——载波当中执行联合载波恢复，因此允许与转发器100的单一载波情形中相同的线宽公差。DSP 220还可以在解调过程的其它步骤执行联合处理。例如，DSP 220可以对来自每个数字分量数据信号的相邻载波的分量进行数字滤波。DSP 220还可以出于时钟恢复的目的执行联合处理。可以通过简化的色散补偿来获得进一步的DSP 220节省，所述色散补偿可以作为频域和时域混合被执行(频域中的抛物线相位和时域中的简单桶形移位)，因此在DSP 220中节省了相当数量的门。这在通过新的高分散的光纤类型接收信号以及在色散与信号带宽的平方成比例时会是重要特征。DSP 220——包括其中的单独的功能块——的操作在下文进一步参考图3进行描述。
[0062] 图3是根据说明性实施方式的处理器310的框图，包括用于在并行光学转发器中使用的数字信号处理器(DSP)320。例如，处理器310可以用作之前描述的并行光学转发器200中的处理器210。处理器310可以包括接收侧和发射侧。接收侧从诸如并行光学转发器200的并行接收器模块240的接收器模块接收模拟分量数据信号，将它们解调并且输出单一数据信号。发射器侧接收数据信号，将它分割为多个数字分量数据信号，将该数字分量数据信号转换为模拟分量数据信号，并且将它们提供至诸如并行发射器模块270的发射器模块。在一些实施方式中，接收器侧和发射器侧都共享DSP 320。
[0064] 前向误差校正(FEC)编码器330接收包含有效载荷数据的数据信号用于传输。FEC编码器330执行前向误差校正编码。FEC编码可以向传输中引入一定数量的冗余，这允许接收器在无需重传的情况下检测并且校正传输中的一些误差。经FEC编码的数据信号随后被提供至解复用器331。
[0065] 解复用器331将数据信号分割/解复用为数量为N的并行数据流。在图3的DSP 320中，数据信号被分割为N＝4个并行数据流。解复用器331随后将该N个数据流提供至相应的调制字母表(MAP)块332。
[0066] 每个MAP块332将数据流映射至调制字母表。调制字母表表示调制的信号可以取用的每个离散值。MAP块332随后将每个映射的数据流提供至滤波器333。
[0067] 每个滤波器333可以包括数字有限冲激响应(FIR)滤波器。FIR滤波器可以在时域或频域中实施。滤波器333随后可以输出多个数字分量数据信号并且将它们提供至DAC 316用于转换。
[0068] DAC 316将数字分量数据信号转换至模拟域。每个DAC 316块在每光学子信道(数据流)包括四个转换器用于相干传输。该四个模拟分量数据信号表示X和Y偏振的同相和正交信号。DAC 316的输出驱动诸如调制器290的光学调制器。在一些实施方式中，模拟分量数据信号可以从诸如驱动器280的驱动器接收附加的放大。该模拟分量数据信号随后可以由诸如调制器290的调制器被调制到相应的光学载波上。
[0069] 在接收器侧，处理器310包括多个模数转换器(ADC)314、多个滤波器321、多个移位寄存器322、多个时钟恢复块323、多个载波恢复块324、多个最小方差(LMS)自适应均衡器325、多个星座去映射块(MAP-1)326、复用器327和前向误差校正解码器(FEC-1)328。
[0070] 多个模数转换器(ADC)314从诸如接收器250的接收器接收模拟分量数据信号。每个ADC 314块表示用于转换由接收器250产生的四个信号中的每一个的四个模数转换器(针对X和Y偏振中的每一个正交和同相)。ADC 314将模拟分量数据信号转换为数字分量数据信号并且将它们提供至滤波器321。
[0071] 滤波器321从ADC 314接收数字分量数据信号并且对该信号应用有限冲激响应(FIR)滤波器用于对累积色散(CD)和偏振模色散(PMD)作出补偿。滤波器321可以从DSP 320内的数字分量数据信号的子信道的联合处理获益。例如，如果光学子信道在相邻的光学载波上发射，则CD和PMD估计都可以在子信道当中被共享，由此在鲁棒性和收敛时间方面对该滤波器有所改进。在一些实施方式中，仅需要在子信道带宽上执行CD补偿，这缩短了所要求的滤波长度，其中滤波长度随带宽的平方而缩放。滤波器321将滤波的信号提供至移位寄存器322。
[0072] 移位寄存器322可以移除由滤波器321引入的多个符号中的累积延迟。移位寄存器322可以将该信号提供至时钟恢复块323。
[0073] 时钟恢复块323从移位寄存器322接收信号并且执行时钟信号的恢复。时钟恢复也可以从DSP 320内的子信道的联合处理获益。特别地，由于所有子信道都源自于相同的DSP芯片，所以它们全部都共享共同时钟并且可以被联合地处理。在时钟恢复之后，该信号可以被提供至载波恢复块324。
[0074] 载波恢复块324在多波长光源提供了(诸如由光梳光源202所提供的)锁相载波的情况下同样从联合处理获益。针对载波恢复而联合地处理信号可以改善DSP 320针对诸如激光相位噪声之类的效应的耐受性。在载波恢复之后，该信号可以被提供至最小方差(LMS)自适应均衡器325。
[0075] LMS自适应均衡器325可以单独地作用于每个子信道上。LMS自适应均衡器325可以使用来自星座去映射块326的反馈信号来适应由通信信道导致的信号上的时变效应。在自适应均衡之后，
[0076] 星座去映射模块(MAP-1)326可以将每个子信道去映射以产生去映射的二进制数据信号。二进制数据信号可以被提供至复用器327用于复用为单一数据信号，所述单一数据信号随后被提供至前向误差校正解码器(FEC-1)328用于进行FEC解码以提供接收有效载荷数据。该有效载荷数据随后作为单一数据信号从DSP 320和处理器310输出。
[0077] 在一些实施方式中，使用来自光梳光源的锁相载波可以促进DSP320上的附加联合处理。例如，DSP 320可以在发射器和/或接收器侧促进联合非线性补偿。该联合非线性补偿能够提高DSP 320的操作效率。
[0078] 图4是根据说明性实施方式的具有片上光梳光源的并行光学转发器400的框图。并行光学转发器400类似于之前描述的并行光学转发器200，区别在于光梳生成是在片上发生。也就是说，每个并行接收器模块440和发射器模块470可以从连续波光源402接收连续波光学信号以及从射频(RF)生成器404接收RF电信号。并行接收器模块440和发射器模块470中的每一个分别包括调制器446和476，用于从该连续波光学信号和该RF电信号生成光梳信号。如在并行光学转发器200中那样，所产生的光学载波信号可以分别被解复用器242和270分离为它的多个光学载波。
[0079] 使用诸如马赫-曾德尔调制器(MZM)的光学调制器连同通常为正弦的射频(RF)电信号一起来生成光梳可以产生大约10到20个光学载波。在一些实施方式中，根据调制器490所需要的功率水平，附加的光学放大可能是有帮助的。这样的光学放大可以由发射器模块470和/或接收器模块440上的半导体光学放大器来执行。利用模块470和/或440的光梳生成结构，诸如连续波(CW)光源102的连续波激光器可以足够用于驱动模块470和/或440。借助于仅调制由RF源404生成的信号频率，用于该目的的调制器476和446可以比相对宽带的调制器490简单得多。并行光学转发器400的其余部分可以类似或等同于并行光学转发器200的相应部分。
[0080] 图5是根据说明性实施方式的形成全光谱光学转发器500的具有共享光梳光源502的并行光学转发器。全光谱光学转发器500包括共享光梳光源502，向多个并行光学转发器501a、501b或501c(统称为“并行光学转发器501”)中的每一个提供一个或多个光学载波的解复用器505。全光谱光学转发器500还包括用于组合从每个转发器501发射的信号以及在转发器501当中分割所接收的信号的复用器/解复用器(mux/demux)506。
[0081] 光梳光源502可以是单个宽带光梳光源，其可以跨越用于C和L带传输的例如大约10THz的整个通信窗口的部分或全部。在一些实施方式中，单个光源可以被解复用器505进行解复用以向并行光学转发器501提供连续波或光学载波集合。例如，如果并行光学转发器
501a具有类似于并行光学转发器200的配置，则解复用器505可以为并行光学转发器501a提供具有多个光学载波的光梳。并行光学转发器501a可以包括分割器507以向发射器模块570和接收器模块540二者提供光学载波。附加的复用器/解复用器508可以向发射器模块570路由光学数据以及从接收器模块540路由光学数据。
501a具有类似于并行光学转发器200的配置，则解复用器505可以为并行光学转发器501a提供具有多个光学载波的光梳。并行光学转发器501a可以包括分割器507以向发射器模块570和接收器模块540二者提供光学载波。附加的复用器/解复用器508可以向发射器模块570路由光学数据以及从接收器模块540路由光学数据。
[0082] 如果并行光学转发器501b具有类似于并行光学转发器400的配置，则解复用器505可以向并行光学转发器501b提供连续波光学载波用于调制为并行光学转发器501b的发射器和接收器模块中的光学载波集合。
[0083] 在一些实施方式中，并行光学转发器501可以均为单一类型。在一些实施方式中，并行光学转发器501可以包括两种或更多种不同类型的并行光学转发器。
[0084] 跨多个转发器501共享单一光源可以进一步降低全光谱光学转发器500的成本，尤其是在高容量部署中。
[0085] 图6示出了根据说明性实施方式的使用具有光梳光源的并行光学转发器来发射光学信号的示例方法600的流程图。该并行光学转发器例如可以是之前所描述的并行光学转发器200、400或500之一。方法600包括生成包括具有多个相应的波长的多个光学载波的光学载波信号(阶段610)。方法600包括将接收的数据信号分割为多个数字分量数据信号(阶段620)。方法600包括将数字分量数据信号转换为多个相应的模拟分量数据信号(阶段630)。方法600包括将光学载波信号分离为它的组成光学载波(阶段640)。方法600包括将每个模拟分量数据信号调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号(阶段
650)。方法600包括将光学分量数据信号组合为组合光学数据信号(阶段660)。
650)。方法600包括将光学分量数据信号组合为组合光学数据信号(阶段660)。
[0086] 方法600包括生成包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号(阶段610)。在一些实施方式中，光学载波信号可以由诸如光梳光源202的光梳光源生成。在一些实施方式中，光学载波信号可以通过利用射频(RF)电信号调制连续波光学信号被生成。在一些实施方式中，连续波光学信号的调制可以使用光子集成电路上的调制器来执行，所述光子集成电路还包括用于调制每个模拟分量数据信号的调制器。在一些实施方式中，由光梳光源生成的多个光学载波相对于彼此被锁相。
[0087] 方法600包括将接收的数据信号分割为多个数字分量数据信号(阶段620)。接收的数据信号可以使用诸如处理器210或410的处理器被分割为多个数字分量数据信号。处理器在将数字分量数据信号提供至诸如DAC 216、316或426的数模转换器之前可以执行前向误差校正编码、解复用到子信道、将子信道映射至调制字母表以及滤波。
[0088] 方法600包括将数字分量数据信号转换为多个相应的模拟分量数据信号(阶段630)。转换可以由诸如DAC 216、316或416的数模转换器来执行。DAC可以与处理器210、310或410或者DSP 220、320或420相关联或者是其组件。在一些实施方式中，模拟分量数据信号可以使用诸如驱动器280或480的驱动器被放大。然而，在一些实施方式中，DAC可以直接提供模拟分量数据信号以调制该模拟分量数据信号。
[0089] 方法600包括将光学载波信号分离为它的组成光学载波(阶段640)。光学载波信号可以使用诸如解复用器272或解复用器472的光学解复用器被分离为光学载波。在一些实施方式中，光学解复用器可以在光子集成电路上，该光子集成电路还包括用于调制每个模拟分量数据信号的调制器。该解复用器可以将单独的光学载波提供至相应的调制器用于调制模拟分量数据信号。
[0090] 方法600包括将每个模拟分量数据信号调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号(阶段650)。每个模拟分量数据信号可以使用诸如调制器290或490的调制器被调制到相应的光学载波上以生成相应的光学分量数据信号。在一些实施方式中，调制器是集中式马赫-曾德尔干涉仪。光学分量数据信号被提供至复用器用于与其它光学分量数据信号组合。
[0091] 方法600包括将光学分量数据信号组合为组合光学数据信号(阶段660)。光学分量数据信号可以使用诸如复用器274或474的光学复用器被组合。在一些实施方式中，光学复用器可以在光子集成电路上，该光子集成电路还包括用于调制每个模拟分量数据信号的调制器。
[0092] 图7示出了根据说明性实施方式的使用具有光梳光源的并行光学转发器接收光学信号的示例方法700的流程图。并行光学转发器例如可以是之前所描述的并行光学转发器200、400或500之一。方法700包括生成包括具有多个相应的波长的多个光学载波的光学载波信号(阶段710)。方法700包括将光学载波信号分离为它的组成光学载波(阶段720)。方法
700包括将组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号(阶段730)。方法700包括从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号(阶段740)。方法700包括将模拟分量数据信号转换为多个相应的数字分量数据信号(阶段750)。方法700包括将数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号(阶段760)。
700包括将组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号(阶段730)。方法700包括从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号(阶段740)。方法700包括将模拟分量数据信号转换为多个相应的数字分量数据信号(阶段750)。方法700包括将数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号(阶段760)。
[0093] 方法700包括生成包括具有多种相应的波长的多个光学载波的光学载波信号(阶段710)。在一些实施方式中，光学载波信号可以由诸如光梳光源202的光梳光源生成。在一些实施方式中，光学载波信号可以通过利用射频(RF)电信号调制连续波光学信号被生成。在一些实施方式中，连续波光学信号的调制可以使用光子集成电路上的调制器来执行，所述光子集成电路还包括用于调制每个模拟分量数据信号的调制器。在一些实施方式中，由光梳光源生成的多个光学载波相对于彼此被锁相。
[0094] 方法700包括将光学载波信号分离为它的组成光学载波(阶段720)。光学载波信号可以使用诸如解复用器272或解复用器472的解复用器被分离为光学载波。在一些实施方式中，光学解复用器可以在光子集成电路上，该光子集成电路还包括用于调制每个模拟分量数据信号的调制器。解复用器可以将单独的光学载波提供至相应的调制器用于调制模拟分量数据信号。
[0095] 方法700包括将组合光学数据信号分离为多个光学分量数据信号(阶段730)。诸如解复用器244或444的第二光学解复用器可以接收组合光学数据信号并且将它分离为它的组成光学分量数据信号。第二解复用器可以将光学分量数据信号提供至诸如接收器450的光学接收器。
[0096] 方法700包括从每个光学分量数据信号提取模拟分量数据信号(阶段740)。模拟分量数据信号的提取可以使用光子集成电路上的多个相干光学接收器来执行，诸如接收器250或450。相干光学接收器可以使用由第一解复用器分离的光学载波来将模拟分量数据信号从它们相应的光学载波中提取出来。
[0097] 方法700包括将模拟分量数据信号转换为多个相应的数字分量数据信号(阶段750)。该转换可以由诸如ADC 214、314或414的模数转换器来执行。ADC可以与处理器210、
310或410或者DSP 220、320或420相关联或者是其组件。在一些实施方式中，模拟分量数据信号在转换之前可以使用诸如驱动器260或460的驱动器被放大。
310或410或者DSP 220、320或420相关联或者是其组件。在一些实施方式中，模拟分量数据信号在转换之前可以使用诸如驱动器260或460的驱动器被放大。
[0098] 方法700包括将数字分量数据信号联合地处理为单个数据信号(阶段760)。联合处理可以使用处理器或DSP来执行。处理器和/或DSP可以如上文参考图2、3和4所描述的指令来执行联合处理。在一些实施方式中，数字分量数据信号的联合处理包括联合偏振解复用、联合时钟恢复、联合载波恢复、联合前向误差校正以及联合非线性补偿。
[0099] 该说明书中所描述的主题和操作的实施方式能够以数字电子电路来实施，或者以体现于有形介质上的计算机软件、固件或硬件来实施，包括该说明书中所公开的结构及其结构等同物，或者以它们中一个或多个的组合来实施。该说明书中所公开主题的实施方式能够被实施为体现于有形介质上的一个或多个计算机程序，即，一个或多个计算机程序指令的模块，能够被编码在一个或多个计算机存储介质上以便由数据处理装置执行或者控制其数据处理装置的操作。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储底层、随机或串行访问存储器阵列或设备或者它们中一个或多个的组合，或者包括于其中。计算机存储介质还可以是一个或多个分离的组件或媒体(例如，多个CD、盘或其它存储设备)，或者包括于其中。计算机存储介质可以是有形且非暂时性的。
[0100] 该说明书中所描述的操作能够被实施为由数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或者从其它来源接收的数据所执行的操作。操作可以在数据处理装置的原生环境内执行或者在由数据处理装置所托管的一个或多个虚拟机或容器内执行。
[0101] 计算机程序(也被称作程序、软件、软件应用、脚本或代码)能够以任意形式的编程语言进行编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且其可以以任意形式被采用，包括作为独立程序或者作为适于在计算环境中使用的模块、组件、子例程、对象或其它单元。计算机程序可以对应于文件系统中的文件，但是并非需要如此。程序可以存储在保存其它程序或数据(例如，标记语言文档中所存储的一个或多个脚本)的文件的一部分之中，存储在专用于所讨论程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序能够被部署为在一台计算机上执行或者在多台计算机上执行或者在位于一个地点或跨多个地点分布并且通过通信网络进行互连的一个或多个虚拟机或容器上执行。通信网络的示例包括局域网(LAN)和广域网(WAN)、互联网络(例如，互联网)以及点对点网络(例如，专用点对点网络)。
[0102] 该说明书中所描述的处理和逻辑流程能够由一个或多个可编程处理器来实施，所述可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。所述过程和逻辑流程还能够由例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的专用逻辑电路执行，并且装置也能够被实施为所述专用逻辑电路。
[0103] 虽然该说明书包含许多具体实施细节，但是这些并不应当被理解为对任何发明以及所要求保护的内容的范围进行限制，而是作为特定于特定发明的特定实施方式的特征的描述。该说明书中以分离的实施方式为背景进行描述的某些特征也能够在单个实施方式中以组合形式来实施。相反，以单个实施方式为背景进行描述的各种特征也能够单独或以任意适当子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征在上文中可以被描述为以某种组合进行工作并且甚至最初要求如此，但是来自所要求组合的一个或多个特征在一些情况下可以脱离该组合，并且所要求的组合可以涉及子组合或子组合的变化。
[0104] 类似地，虽然操作在附图中以特定顺序进行描绘，但是这并不应当被理解为要求这样的操作以所示出的特定顺序或以连续顺序来执行，或者所有所图示的操作都要被执行以实现所期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，以上所描述实施方式中的各种系统组件的划分并不应当被理解为在所有实施方式中都要求这样的划分，并且应当理解的是，所描述的程序组件和系统通常在单个软件产品中集成在一起或者被封装到多个软件产品中。
[0105] 对“或”的引用可以被理解为是包含性的，使得任何使用“或”描述的术语都可以指示单个、多于一个以及所有的所描述术语中的任一种。标记“第一”、“第二”、“第三”等并不一定意味着指示顺序，而通常仅是被用来在相同或相似的事项或要素之间加以区分。
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