在光传输系统中越来越多地应用了波分复用(WDM)方法。在这 些方法中，多个具有不同载波频率的经调制的光载波信号(又被称 为WDM信号)在一条光传输链路上同时进行传送。这些载波中的 每一个载波可被看作独立的(波长)信道。为了提高传输能力，则 将WDM传输系统的信道数量增加得越来越多。为了应付信道数量 的增加，频率间隔和相应的波长间隔越来越小。在现有的具有所谓 高密度WDM(DWDM)的传输系统(下文称为DWDM传输系统)中， 表现为降至100GHz的等频率间隔。为了进一步提高传输能力，按照 国际电信联盟(ITU)，建议将上述频率间隔减半至50GHz。但是， 随着频率间隔的减小，每个WDM信号频谱的最大容许带宽相应地 减小。
一个WDM信号频谱的带宽，除了与比特速率，特别与调制方法 密切相关，即与上述WDM信号的光脉冲格式密切相关。光系统中 通常使用的脉冲格式是所谓的非归零(NRZ)格式和归零(RZ)格式。 非归零格式与归零格式相比表现为更窄的频谱。因此，在相同的比 特速率下，非归零格式与归零格式相比需要的波长间隔更小。
但是，在光传输系统中，被传输的光信号通常载有多个信源的数 据，这些信源中的信号通过时分复用相结合。如今，多种电时分复 用(ETDM)方法被广泛应用于光传输系统。在光传输系统中应用该方 法，将多个电输入信号通过电时分复用器进行复用，生成复用的电 系统。根据上述复用的电信号，输入有激光、最好是输入有等幅波 (CW)激光的光调制器对上述激光进行调制。上述调制器的光输出 信号的比特速率表现为每个电输入信号比特速率的倍数，例如如果 通过举例，将每个表现为每秒10吉比特(下文缩写为Gbit/s)比特 速率的四个电信号相结合，则光输出信号表现为40Gbit/s的比特速 率。
该光数据信号的波长由激光源确定。等幅波激光作为调制器的输 入。然后，可以很容易地进行调制，使得光输出信号的脉冲格式表 现为非归零特性。以这种方法生成的光信号优选地用于具有紧密信 道间隔的DWDM传输系统。但是，使用电子设备将电数据信号的比 特速率提高，使之超过某个值是很困难的。而且，电控制的光调制 器也被限制在某个比特速率。
光时分复用(OTDM)系统可以处理具有非常高的比特速率的光 信号，例如，未来光系统中超过40Gbit/s的光信号。在传统的光时 分复用器中，通过脉冲调制激光源发出脉冲调制光信号，例如具有 脉冲重复速率10GHz的脉冲调制光信号。该信号被分为具有相同强 度表现为相同的初始脉冲形式的几部分，例如四部分。将这些部分 中的每一部分送入调制器，每一部分对应10Gbit/s比特速率的电数 据信号。这些调制器作为电-光转换器，从上述电信号中产生光信 号。这些光信号在光耦合器中进一步与每个光信号间的某个时间延 迟相结合，产生复用输出信号，该信号具有的比特速率为输入信号 比特速率的倍数，例如，上例后面所述的40Gbit/s。
上述光时分复用中的一个问题涉及由于脉冲交迭而产生的信道 干扰。为了避免上述光时分复用器中的干扰问题，将要在光耦合器 中相结合的经调制的光信号脉冲必须表现为具有相当狭窄的脉宽 (例如，小于时窗的30％，这在理论上是可以得到的)的类归零格 式。但是，使用短脉冲的信号表现为宽大的频谱，并且因此需要宽 大的带宽。因此，在基于具有如上所述类RZ脉冲格式信号的高速 DWDM传输系统中，不能够实现上述紧密的信道间隔。

本发明的目的在于提供一种具有光时分复用装置的光发射机，其 使用的光带宽最小。
该目的通过根据权利要求1所述的光发射机，根据权利要求8 所述的光传输系统，以及根据权利要求9所述的方法实现。
本发明的主要目的在于提供一种无需使用不必要的带宽的光发 射机。本发明的基本原理在于，在光发射机中将产生具有类归零脉 冲的脉冲信号的激光源与光转换滤波器相结合。转换滤波器拓宽类 归零脉冲，以便在传输链路上传输信号前减小带宽的使用。
在本发明的另一实施方式中，无需使用不必要的带宽即可发挥光 时分复用的优势。
本发明的其他改进可从从属权利要求及后面的说明中总结出。
附图说明
下面进一步参照附图，解释本发明，其中：
图1示意性示出根据本发明的光传输系统，该系统包括根据本发 明的光发射机、光传输链路和光接收机；
图2a示意性示出根据本发明的在输出端具有单一光载波的光发 射机；
图2b示意性示出根据本发明的用于WDM系统的光发射机；
图3示意性示出根据本发明的用于光发射机的转换滤波器的示 例性实施方式；
图4a示出根据图3的转换滤波器的输入端复用光信号的示例性 调制脉冲格式图；
图4b示出根据图3的转换滤波器的示意性传递函数曲线图；
图4c示出根据图3的转换滤波器输出端的输出信号的示例性光 眼孔图样(optical eye pattern)图；
图5示出根据本发明的具有残留边带滤波器的光发射机；以及
图6示出根据本发明的具有双二进制滤波器的光发射机。

图1示意性示出根据本发明的光传输系统OS。该光传输系统示 出了光发射机OT、光传输链路OF和光接收机OR。下面，对光发 射机OT进行详细说明。
图2a示意性示出根据本发明的作为光传输系统中传输部件的光 发射机OT。光发射机OT包括光时分复用单元OTDM(下文称为时间 复用器OTDM)和转换滤波器CF。以箭头表示四个电输入信号I1-I4， 每个信号送入上述时间复用器OTDM各自的输入端。将从上述时间 复用器OTDM输出端发出的一个复用输出信号SI或复用的信号SI (以箭头表示)送入转换滤波器CF的输入端。在上述转换滤波器 CF的输出端，送出光发射机输出信号SO。
根据本领域的情况，光发射机OT的光时分复用单元OTDM优 选地表示为上述结构。由脉冲调制的激光源发出脉冲调制的光信号。 该信号被分为某些具有相同强度表现为相同的初始脉冲形式的部 分。将这些部分中的每一部分送入调制器，每一部分对应的数据信 号具有的数据速率等于光系统输出的比特速率除以分路数目或调制 器数目。不同的数据信号代表不同的电输入信号。然后，经调制的 信号在光耦合器中与每个光信号间的某个时间延迟再次结合，产生 其比特速率为输入信号比特速率倍数的光输出信号。
如上所述，上述光时分复用方法的问题涉及由于脉冲交迭而产生 的信道干扰。为了避免干扰问题，激光源的脉冲表现为类归零格式， 其表现为具有小于时窗的30％的狭窄脉宽，这在理论上是可以得到 的。因此，时间复用输出信号SI表现为其脉宽远小于上述复用输出 信号SI比特持续时间的类归零脉冲格式。
根据本发明，转换滤波器CF与光时间复用器单元OTDM的输 出相连。转换滤波器CF将上述时间复用输出信号SI1的类RZ脉冲 展宽为使得脉冲不与相邻时窗交迭的脉宽，或仅仅交迭为使得可能 在接收机端进行时域信道区分(time channel division)的脉宽。因此， 和转换滤波器CF的输入信号SI1相比，输出信号SO的带宽减小。 原则上，要将具有类RZ脉冲的信号转换为具有类NRZ脉冲的信号， 即使用最小光带宽的脉冲格式。
转换滤波器CF可以由具有类似平面光学结构的串联的 Mach-Zehnder干涉计的光滤波器、光横向滤波器或现有技术 中已知的光纤布拉格(fiber bragg)光栅实现。
然而，本发明方法最重要的优势是在使用时分复用OTDM方法， 并结合波分复用(WDM)方法时实现的，该时分复用OTDM方法 经常用于得到非常高的比特速率，该波分复用方法经常用在光核心 网络中或用于长距离传输以便发挥光纤容量大的优势。
如导言中所述，在WDM(传输)系统中，一定数量具有不同频 率的经调制的光载波信号(被称为WDM-信号)在光波导中同时传 输，彼此之间没有显著的相互光影响(干扰)。每个光载波信号可 被看作独立的波长信道或WDM信道。在当前具有紧密信道间隔的 WDM系统中，所谓的高密波分复用(DWDM)系统，例如，传输 40个信道其具有低于50GHz载波频率的等距离频率间隔。至少将相 应的WDM信号的容许带宽限制在两个载波频率之间的距离之内； 但是，为了在频域精确地区分信号，进一步将容许带宽限制在更小 的取值范围之内。为了在每个WDM信道中都容许高比特速率，有 效地利用带宽是必要的。
结合使用光时分复用方法和波分复用方法的现有技术系统中的 问题在于光时间复用器OTDM的RZ输出信号不适于进行有效的波 分复用。根据本发明，减小通过波分复用器将要结合的不同OTDM 输出信号的并行(parallel)带宽。
对上述信号并行带宽的减小通过与不同时分复用器和上述波分 复用器之间的每个光分路中的转换滤波器CF相连得以实现。下图示 出该方法的另一个并且是更优的方案。
图2b示意性示出波分复用光发射机WOT，也称为WDM发射机 WOT。通过举例，该WDM发射机WOT包括两个时间复用器OTDM1 和OTDM2，一个波分复用器WDM和一个WDM转换滤波器WCF。 两个时间复用器OTDM1和OTDM2中的每一个复用器分别具有四个 输入信号I1-I4和I1′-I4′。每个时间复用器OTDM1和OTDM2分 别发出第一时间复用(光输出)信号SI1和第二时间复用(光输出) 信号SI2，它们被送入波分复用器WDM。波分复用输出信号SI′被 送入WDM转换滤波器WCF中。上述WDM转换滤波器WCF的输 出端发出WDM输出信号SO′。
通过首先对上述输入信号I1-I4和I1′-I4′中的每一个信号进 行电-光转换，再分别与上述第一时间复用信号SI1和第二时间复用 信号SI2进行光结合，时间复用器OTDM1和OTDM2得以分别对上 述输入信号I1-I4和I1′-I4′进行如图1所述的结合。上述时间复 用信号SI1和SI2中每一个信号的载波信号分别表现为不同的频率或 波长。通常，多个时间复用信号被送入WDM复用器中，该复用器 本质上作为结合上述时间复用信号SI1和SI2的光偶合器。其中，上 述多个时间复用信号中的每个信号具有不同的载波频率，并根据规 定的波分复用方案进行间隔，例如表现为50GHz的等距离频率间隔。 WDM复用器的输出信号SI′被送入转换滤波器WCF，该滤波器具 有重复的光传输特性，该光传输特性具有与WDM信道间隔的整数 倍相等的自由频谱范围(FSR)，例如上述频率间隔示例中50GHz 的整数倍的自由频谱范围，或者具有表现为包括例如100GHz或 200GHz的og Mach-Zehnder干涉计的光栅滤波器近似信道间隔的整 数倍的自由频谱范围(FSR)。
图3示意性示出根据本发明的用于光发射机的转换滤波器CF的 示例性实施方式。图中示出光循环器(circulator)OZ具有(光)输 入端1，(光)中间端2以及(光)输出端3。输入光纤IF与输入 端1相连，反射光纤RF与中间端2相连，并且输出光纤OF与输出 端3相连。反射光纤表现为集成在光波导中的布拉格光栅(bragg grating)BG，即所谓的光纤内布拉格光栅。将(光)输入信号SI送 入输入光纤IF，输出光纤OF输出(光)输出信号SO。将循环器 OZ配置为如下形式，使得到达输入端1的光信号还在中间端2漏出 (dropped)，并且到达中间端2的光信号还在输出端3漏出。
输入信号SI进入循环器OZ的输入端。该信号在中间端2漏入 反射光纤RF。布拉格光栅BG以反射模式工作。布拉格光栅BG被 设计为如下结构，使得根据频率利用滤波器CF传递函数的幅值和相 位频谱，仅将部分发射信号反射回中间端2。随后该信号在输出端3 漏出，组成输出信号SO。由于抑制了高频信号部分，即带宽减小， 输出信号SO在时域表现为脉冲的展宽。
根据图3的转换滤波器CF可被应用于本发明的光发射机OT以 及本发明的波分复用光发射机WOT。为了将上述转换滤波器CF应 用于波分复用光发射机WOT，即用作WDM转换滤波器WCF，自由 频谱范围(FSR)必须等于WDM的频率间隔或WDM频率间隔的整 数倍。
下图，图4a-图4c示出使用图3中的转换滤波器CF的仿真结果。
图4a示出以光复用的光信号作为转换滤波器CF输入信号SI的 示例性RZ调制脉冲格式的眼孔图。横坐标标记为标准化的从0到2 的时间T，表示输入信号SI的两个比特周期。纵坐标标记为标准化 的从0到1的幅值A。该眼孔图表示，不论在下一个比特周期光脉 冲是否紧随，输入信号SI在每个脉冲之后归零。该脉宽非常狭窄， 例如，小于相对于标准化幅值A的0.5级的可得到的比特时窗的 50％。
图4b示出转换滤波器CF的示意性示例传递函数曲线或滤波器 响应图。上面部分示出相位滤波器响应，下面部分示出幅值滤波器 响应。对于相位滤波器响应和幅值滤波器响应，横坐标标记为从-1 到1的频率F，其将乘以因子1 exp 11。对于相位滤波器响应，在纵 坐标上，发射(radiant)相位PH从0到5；对于幅值滤波器响应， 纵坐标标记为从-20到0的对数幅值ADB。幅值响应示出一个位于 频率中心的主瓣和两个位于主瓣左右两侧各一个的较小旁瓣。在主 瓣区域，相位PH等于零。在旁瓣区域，相位PH等于π(3.1415…)， 即传递函数在这些区域表现为负值。该传递函数部分地和近似地表 示为所谓的si-函数(si(x)＝sin(x)/x)形式。时域中si-函数表示为 矩形脉冲。由于转换滤波器CF的输出脉冲由输入信号与上述滤波器 响应在时域上的卷积确定，输入信号SI的狭窄脉冲在输出信号中被 拓宽。伴随着上述滤波的时域延迟在此不相关，因此不再考虑。
图4c示出图4b所述转换滤波器CF的输出信号SO的眼孔图， 图4a所述信号送入该转换滤波器CF。与图4a相似，横坐标标记为 标准化的从0到2的时间T，表示输出信号SI的两个比特周期。纵 坐标标记为标准化的从0到1的幅值A。眼孔图表明输出信号SO的 脉宽比输入信号SI的脉冲格式显著扩大了，例如，大于相对于标准 化幅值A的0.5级的可得到的比特时窗的80％。由于不可能实现理 想的RZ脉冲或NRZ脉冲，本发明的发射机产生的输出信号SO的 两个连续比特周期的脉冲发生部分交迭，这就使得上述信号SO在上 述两个脉冲之间不返回零。因此，输出信号SO的带宽显著小于输入 信号SI的带宽。
可以选择使用具有上述传递函数的转换滤波器CF，对于上述转 换滤波器CF，可以实现其他传递函数，例如幅值具有类似高斯函数 波形的传递函数。
图5示意性示出根据本发明的残留边带光发射机VOT，包括例 如光时分复用单元OTDM和如图2a所示的转换滤波器CF。与图2a 相似，四个电输入信号I1-I4被分别送入光时分复用单元OTDM的 输入端，并且上述时间复用器OTDM输出端发出的复用信号SI被送 入转换滤波器CF的输入端。上述转换滤波器CF的输出端提供输出 信号SO，该输出端与在图2a基础上附加的残留边带滤波器VSBF 相连。上述残留边带滤波器VSBF的输出端提供残留边带输出信号 SVSB。串联在一起的转换滤波器CF与残留边带滤波器VSBF组成 第一修正滤波器RZ-VSB。
如上所述，将归零信号转换为非归零信号的转换滤波器CF减小 了滤波器输出信号SO的信号带宽。残留边带滤波器VSBF将接收的 信号SO的两个边带中的一个边带滤去，因而与复用信号SI相比， 进一步减小了每个残留边带输出信号SVSB的带宽。在理想情况下， 残留边带滤波器VSBF允许将分别接收的信号SO的带宽减小至一 半。于是，复用信号SI的带宽在两级中被减小。
在优选实施方式中，第一修正滤波器RZ-VSB由单一光滤波器实 现，其传输特性与所述串联滤波器的传输特性相对应，即滤波器CF 和VSBF中每一个的光功能性由上述单一光滤波器完成。
图6示意性示出根据本发明的双二进制(duobinary)光发射机 DOT，包括例如光时分复用单元OTDM和如图2a所示的转换滤波器 CF。另外还示出电双二进制预编码器EDBP和双二进制滤波器DBF。 图2a中已知的四个电输入信号I1-I4被送入电双二进制预编码器 EDBP。上述电双二进制预编码器EDBP生成预编码的输入信号 I1*-I4*，其被送入光时分复用单元OTDM的输入端。上述时分复用 器OTDM输出端发出预编码的复用输出信号SI*，其被送入转换滤 波器CF的输入端。提供预编码输出信号SO*的上述转换滤波器CF 的输出端与双二进制滤波器DBF相连。上述双二进制滤波器DBF 的输出端提供双二进制输出信号SDB。串联在一起的转换滤波器CF 和双二进制滤波器DBF组成第二修正滤波器RZ-DB。
如前所述，转换滤波器CF减小接收的复用信号SI的带宽。预 编码的复用输出信号SI*表现为两个不同的离散强度值(代表可能的 比特值“0”和“1”)。双二进制编码器或双二进制滤波器DBF产 生树状强度值信号SDB，例如将接收的信号SO*分为两个信号SO*， 将这两个信号SO*中的一个在时域上延迟一个比特位隙的时间并将 延迟的信号与未延迟的信号相加或结合。产生的双二进制信号SDB 与可比较的NRZ信号SO*相比需要的带宽更小。
为避免接收机的解码器中的错误传播(该接收机未在附图中示出 且不在这里进一步讨论)，并且为了由上述接收机启动错误检查， 由电双二进制预编码器EDBP对初始电输入信号进行电预编码。预 编码器可以包含现有技术中已知的反馈回路。预编码器可以通过使 用标准逻辑集成电路实现。
在优选实施方式中，第二修正滤波器RZ-DB作为单一光滤波器 实现，其具有与上述串联在一起的滤波器CF和DBF的传输特性相 似的传输特性。
本发明的另一实施方式涉及将WDM转换滤波器WCF集成到 WDM多路复用器或WDM多路信号分解器中，例如以排列的波导实 现。在该设备中，类RZ信号可被同时复用和转换为类NRZ信号。