TWI357229B - Directly modulated laser optical transmission syst - Google Patents

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TWI357229B TW094108415A TW94108415A TWI357229B TW I357229 B TWI357229 B TW I357229B TW 094108415 A TW094108415 A TW 094108415A TW 94108415 A TW94108415 A TW 94108415A TW I357229 B TWI357229 B TW I357229B
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Description

1357229 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種用於類比信號之光學傳輸系統，且特 定而言係關於一種直接調變式固態雷射。更特定而古，本 發明係關於使用一電子電路自一諸如半導體雷射等：幅調 變傳輸裝置提供一線性輸出，該振幅調變傳輸裝置具有一 因固有之非線性而自其輸入失真之輸出。藉由給該非線性 裝置之輸入施加一預失真信號來補償該非線性裝置之失 真:所選擇之預失真須使該非線性裝置之失真恢復該非失 真信號，從而能夠在1550奈米之長色散光纖媒體上發送。 【先前技術】 據認為，使用一電信號直接調變一發光二極體（led)或半 導體雷射之類比強度係此項技術中習知用於在光纖上傳輸 諸如音頻和視頻等類比信號之最簡單方法之一。雖然此類 類比技術具有其頻寬要求明顯小於數位脈衝編碼調變或類 比或脈衝頻率調變之優點，但振幅調變可受到雜訊和光源 非線性之影響。 出於此原因，直接調變技術一直與13 10奈米雷射結合使 而該類1310奈米雷射僅應用於使用零色散光纖鏈路之 短傳輸鏈路。對於都會區（metr〇)及長距離光纖傳輸鏈路中 之應用而言，鏈路之低損耗需要使用外部調變式1550奈米 雷射，但此類外部調變技術即複雜又昂貴。因此，本發明 擬解決之問題係提供一種用於直接調變一 155〇奈米雷射之 3單且低成本系統，以便可在都會區（metr〇)和長距離光學 100050-1000830.doc 1357229 網路中使用類比光學輸出。 已知，1550奈米雷射之直接調變用於數位光學傳輸系統 中，例如稠密分波多工系統等。 在先則技術中，尚不知存在可供155〇奈米類比光學傳輸 系統使用的合適之低頻擾雷射。一種低頻擾雷射係數位光 學傳輸系統中使用之外部腔型雷射，該種雷射市面上有售。 一 1550奈米類比光學傳輸系統除需要低頻擾特性外尚 須具有高線性。某些類比發射機中固有之失真會阻礙一線 性電調變信號以線性方式轉變成一光學信號，且會導致該 信號發生失真^該些效應對於需要卓越之線性來防止通道 相互干擾之多通道視頻傳輸而言尤其不利。高度線性化之 類比光學系統在商業電視傳輸、CATV、交作式電視及視頻 電話傳輸中具有廣泛應用。 人們已對光學及其它非線性發射機之線性化進行一段時 間之研究，但提出之解決方案均存在實際缺陷。大多數應 用所具有之頻寬對於實際用途而言均太大。前饋技術需要 複雜之系統組件，例如光功率組合器及多個光源。准光學 則饋技術亦存在類似之複雜性問題，且進一步需要相互區 配極為精確之部件。 過去一直沿用之一種用於減少雷射或其它非線性裴置中 固有失真之方法係實施預失真。在此技術令，將一調變信 號與一振幅相等於該非線性裝置内之固有失真但正負號相 反之信號相組合。當該非線性裝置調變該組合信號時，該 組合信號之預失真會絲該裝置之0有失真並僅傳輸該源 l〇005〇.l〇〇〇83〇.d〇c 1357229 信號之線性部分。該預失真信號通常習係輸入基頻之加/減 組合形式，其原因在於該些互調變產物構成類比信號傳輸 中最肥沃之失真源。舉例而言，在有線電視之顺言號分配 中’-敎頻帶上通常具有多達4G個頻率，因&，該些頻 率極有可能產生二階和三階互調擎產物。 該些預失真技術一直用於現有1310奈米光學發射機中， 第6,288,814號美國專利6對此μ舉例說明該專利以引 用方式併入本文令。 某些早期之預失真技術通常係將一輸入信號分成兩個或 更多個電路徑並在-個或多個與該㈣性傳輸裝置中固有 失真相似之路徑上產生預失真。所產生之預失真係該非線 性裝置固有失真之反轉’並且當與該輸人再組合時可用於 消除該裝置固有失真之影響。 、 在再組合該些信號並發送至該非線性裝置供調變之前， 可使用衰減將預失真振幅匹配於裝置固有失真特性之振 幅。然而，由於非線性裝置之振幅和相位失真特性通常相 依於調變信號之頻率，因此該方法具有粗糙性缺陷。較新 之技術可提供對該些相依於頻率之非線性進行補償之手 段》 若忽略糾正失真之頻率相依性，所導致之結果對於諸多 系統及頻寬相對窄之信號而言尚可容忍，但當將一τν電俨 號轉變為一用於電纜傳輸之光學信號時，則變得尤其廚 煩。此等用於有線電視之信號可具有4〇或更多個輪入頻 率’所有該些頻率均需具有高品質之振幅調變信號1於 100050-1000830.doc 1357229 該“號之傳輸裝置必須具有一格外高之線性度β 先進之多路徑失真電路較為靈活，且可極有效地將多種 非線性裝置之輸出線性化。頒予Biauveit等人之第4 992 754 號美國專利即披露一種此類多路徑預失真電路。該電路能 夠產生頻率專有之失真產物用來補償相依於頻率之非線 性，並用於需要一格外高線性度之應用，例如有線電視應 用。 雖然多路徑預失真電路可廣泛用於諸多應用中，但該等 電路之設計卻相當複雜。此複雜性在電路中之表現係該等 電路對於僅需要中等線性化之應用而言過於昂貴。熟悉此 項技術者會賞識一種供有限應用使用之設計相對簡單之低 成本電路，且假如此一電路可使用現信號傳輸應用中常用 之低成本組件製作而成則更佳。 本文所述之電路可產生相依於頻率之三階失真。簡單之 三階失真（例如一理想型二極體所產生之三階失真）具有該 失真係真實且不相依於頻率之性質。然而，許多非線性發 射機或放大器包含諸如電感、電容或延遲等無功元件，該 二元件可導致裝置產生相依於輸入和輸出頻率及失真頻率 之失真。頒予Nazarathy之第5，161，044號美國專利揭示了一 種该專利案圖15中所示之電路，該電路可產生基本真實之 不相依於頻率之預失真。出於偏壓目的並為了阻斷DC和AC 電流’ Nazarathy所揭示之電路中添加了電容器和電感器。 」而’對於母一輸入頻率集合而言，Nazarathy所揭示之電 路可能不具有振幅實質上相等且正負號相反於非線性裝置 100050-1000830 ,joc 所產生失真的正確相位或頻率相依性。 因此’本發明即旨在解決該些及其它在運作1550奈米雷 射類比光學傳輸系統中所發現之困難。 【發明内容】 本發明之一目的係提供一種使用一直接調變式雷射之改 良型光學傳輸系統。 本發明之另一目的係提供一種在155〇奈米類比光學傳輸 系統中使用之低頻擾雷射。 本發明之再一目的係提供一種在155〇奈米類比光學傳輸 系統中使用之預失真電路。 本發明之再一目的係提供一種適合於長距離色散光纖媒 體之低頻擾高線性類比光學傳輪系統。 本發明之再一目的係提供一種適合在長距離色散光纖媒 體之類比光學傳輸系統中用於控制一低頻擾雷射之回饋電 路。 本發明還有-目的係提供—種在—寬頻類比光學傳輸系 統中使用之直接調變和失真補償方法。 本發明之特點 簡要並概括而言，本發明提供：一種供在包括一類比信 號輸入之色散光纖鍵路上使用之光學傳輸系統；—種低頻 擾雷射；一種用於直接調變該雷射之調變電路；及一種用 於減少+導體雷射中相依於頻率之失真分量之預失真電 路0 本發明進-步提供-種低成本直接調變技術，該技術較 100050-1000830.doc 1357229 佳包括一預失真電路，以減小一諸如雷射等非.線性裝置中 所產生之二階或更高階失真產物。 在本發明之一態樣中，該低頻擾雷射係一在“C頻帶”1530 奈米至1570奈米範圍内運作之外部腔型雷射。 在本發明之另一態樣中，本發明提供一種用於減小類比 信號傳輸中失真之預失真電路，該預失真電路將一輸入調 變信號分成兩個電路徑，其中一個係主要路徑，另一個係 次要路徑。一位於該次要路徑上之預失真放大器產生該輸 入信號之二階或更高階互調變失真產物。將由此產生之失 真或預失真調整至振幅實質上相等且正負號相反於被施以 該仏號之非線性調變裝置中所固有之失真。調整預失真信 號之振幅和相位’以匹配該非線性裝置對失真之頻率相依 性。該些信號之相位係藉由電路徑之一中的一延遲或相位 調整疋件實施同步。然後’對主要和次要信號實施重組， 產生一包括互調變產物失真之單一調變信號。藉此，該預 失真電路藉由消除非線性發射裝置内固有之失真而基本上 將調變信號之傳輸線性化，從而使類比信號適合在色散光 纖鏈路上傳輸。 藉由閱讀包括[實施方式]在内之本發明揭示内容及親身 實踐本發明’熟悉此項技術者極易發現本發明之其它目 的、優點和新賴特點。雖然下文將參照較佳實施例來說明 本發明’但應理解：本發明非限於該些較佳實施例。熟悉 此項技術之普通技術人員藉由閱讀本文中之教示將會聯想 出本發明在其它領域中之其它應用、修改和實施例，而該 100050-1000830.doc 1357229 些應用 '修改和實施例皆屬於本文所揭示並要求權利之發 明範圍内且本發明可具有與之相關之明顯實用性。 【實施方式】 下文將不闡述本發明之細節，包括其實例性方面和實施 例。在附圖和下文之詳細說明中，使·用相同之參考編號指 代相同或功能上相似之元件’且該些參考編號旨在以極度 簡化之圖示方式圖解說明實例性實施例之主要特點。況 且’圖式即非意欲描繪出實際實施例之每一特點，亦非意 欲描繪出所繪示元件之相對尺寸，因此，該些圖式未按比 例繪製。 圖1係本發明光學傳輸系統100之一極度簡化之方塊圖。 圖中顯示有一類比RF信號輸入源101，例如一包含複數個不 同通k彳s號之寬頻信號。RF輸入被施加至執行......之RF調 節電路102eRF調節電路102之輸出被施加至一圖4中將予以 更詳細闡述之預失真電路1〇3。預失真電路1〇3將一控制信 號提供至一DC雷射驅動器或控制電路1〇4，該信號被施加 至雷射105並控制光學輸出丨〇7。數位控制電路丨〇6亦控制著 控制電路104和雷射1〇5。 圖2係圖i所示系統中所用之半導體雷射之一剖面視圖。 圖3係先前技術中習知之外部腔型雷射之一方塊圖。該外 部反射器在光學上即可為窄帶亦可為寬頻。其可由鏡面、 衍射光柵、光纖布拉格光柵或任何其它合適之技術構建而 成。雷射與該外部反射器之間的傳播即可在自由空間内， 亦可局限在一波導内。 100050-1000830.doc 11 - 1357229 調變電路可進一步包括一低頻信號調變器，其施加—低 頻仏號至該雷射之輸入端以增大該色散光纖鏈路之受激布 裏淵散射臨限值。 圖4a和4b係圖1所示系統中所用預失真電路之一當前較 佳實施例之極度簡化之電路圖。 一實例性傳輸裝置可係一由該輸出信號調變之半導體雷 射或LED。 許多改變和修改對熟悉此項技術之人員係顯而易見且 該些改變和修改並不背離本發明之精神和範嘴。舉例而 言，雖然本文以一用於調變一雷射或發光二極體之τν信號 為为景來闡述及圖解說明本發明，但其它諸如放大器等非 線性裝置亦可具有此技術可基本消除之固有失真。對主要 和次要路徑中信號之相對相位之微調在圖示實施例中係在 次要路徑中實施’但亦可在實施粗調之主要路徑中進行。 微調較佳在次要路徑中進行，其原因係主要路徑中之此種 延遲可能會對此路徑造成不適當之阻礙。 圖5圖解說明預失真對一調變信號波形之影響。圖之上半 部分表示本發明處理一 RF信號系統中之分量順序，該圖下 半部分中之相應電壓圖表示作為輸入之一函數之輸出電 壓。 圖6係一用於調整雷射溫度以保證雷射在一最小或最佳 失真作業點下運作之負回饋迴路之方塊圖。 圖6圖解說明靠近該雷射使用一溫度控制器來控制該雷 射之溫度’以最大限度減小光纖鏈路接收機端存在之失 100050-looog30.doc • 12- 1357229 真》該溫度控制器通常係一此項技術中習知之叫如敎電 冷卻器。有數個與-雷射相關之物理參數係隨溫度而變。 在此等變數係至關重要之應用中，無論外部環境溫度如 何，能夠控制該雷射之實際溫度甚為重要。本發明使用一 光電二極體監視該雷射之輸出，並將該信號轉變為一控制 信號麵合至-雷射輸出監視控制電路，該電路包括一叙合 至該溫度控制器之負回饋控制電路，以響應該雷射之輸出 調整該雷射之溫度。 本發明技術和設備之各個態樣可構建在數位電路中，或 構建在電腦硬體、韌體、軟體或其組合中。本發明之電路 可構建在以有形方式包含在一機器可讀存儲裝置中供一可 程式規劃處理器執行之電腦產品中，或構建在位於一網路 節點或網址上可自動或根據請求下載至電腦產品之軟體 上。前述技術可由下述裝置實施：例如，一單一中央處理 窃、一多處理器、一個或多個數位信號處理器、邏輯閘之 閘陣列、或用於藉由作用於輸入資料並產生輸出之方式執 行系列仏號或指令程式來執行本發明功能之硬佈線邏輯 電路。該些方法可有利地構建在可執行於一程式規劃系統 上之一個或多個電腦程式中，該可程式規劃系統包括：至 少一耦合用於自一資料存儲系統接收資料和指令並向該資 料存儲系統發送資料和指令之可程式規劃處理器、至少一 輸入/輸出裝置及至少一輸出裝置。可使用一高階程序或面 向對象之程式規劃語言，或組合或機器語言（若需要）構建每 一電腦程式；在任何情況下，該語言均可係編譯或解譯語 100050-100Q830.doc 1357229 言。合適之處理器包括，舉例而言，通用及專用微處理器。 般而5 ’一處理器將自唯讀記憶體及/或隨機存取記憶體 接收指令和資料。適合以有形方式包含電腦程式指令和資 料之存儲裝置包括所有形式之非揮發性記憶體，其中包 括舉例而D半導體裝置，例如EpR⑽、⑽及快 閃記憶體裝置；磁碟，例如内部硬磁碟及可拆卸式磁碟； 磁光碟；及CD.ROM光碟《前述任何裝置均可由專門設計 之專用積體電路（ASICS)加以補充或含納於該些專用積體 電路中。 應瞭解，上述每一元件或兩個或更多個元件亦可有效應 用於不同於上述類型之其它類型之結構中。 雖然本文以一光學傳輸系統為實施例圖解說明並闡述本 發明，但本發明並不意欲受限於所示细節其原因係在不 以任何方式背離本發明精神之前提下可對本發明做各種修 改和結構改變。 無需再做進一步分析，上述内容如此全面地揭示本發明 之要旨，以使其他人藉由應用現有知識即可在不省略自先 月1J技術角度看合理構成本發明一般或特定方面之基本特徵 之前提下輕易地將本發明修改應用於各種應用中，因此， 此類修改應該且擬涵蓋在隨附申請專利範圍之等效意義和 範圍内。 【圖式簡單說明】 結合附圖參閱下文之詳細說明將會更好更全面地理解本 發明之該些和其它特點和優點。 100050-1000830.doc ^57229 圖1係一本發明光學傳輸系統之極度簡化之方塊圖； 圖2係圖1所示系統中使用之半導體雷射之剖面視圖； 圖3係先前技術中習知之外部腔型雷射之方塊圖； 圖4a和4b係圖1所示系統中使用的一預失真電路之一當 前較佳實施例之方塊圖； 圖5係預失真對一調變信號波形所產生作用之圖解說 B月；及
圖6係一用於調整雷射溫度以保證雷射在一最小或最佳 失真作業點運作之負回饋迴路之方塊圖D 本發明之新穎特點和特徵陳述於隨附申請專利範圍中。 然而，藉由結合附圖來閱讀和參閱一具體實施例之詳細說 明可最佳地理解本發明自身及其其它特點和優點。 【主要元件符號說明】 100 完整的發射機總成 101 RF輸入 102 RF調節電路 103 預失真電路 104 DC雷射控制裝置 105 雷射 106 數位控制電路 107 光學輸出 100050-1000830.doc

Claims (1)

1357229 十、申請專利範圍： 1. 一種用於產生一調變信號供在一色散光纖鏈路上發送至 一遠端接收機之光學發射機，其包括： 一輸入端，其用於接收一寬頻類比射頻信號輸入； 一半導體雷射’其用於產生一供在一光纖上發送的光 學信號；及 一調變電路，其用於使用該寬頻類比射頻信號直接調 變該半導體雷射，該調變電路包括一預失真電路以減小 該光纖鏈路接收機端處所存在信號内之失真， 其中該調變電路進一步包括一低頻信號調變器，以增 大該色散光纖鏈路之受激布襄淵散射臨限值。 2. 如請求項1之發射機，其中該半導體雷射係一外部腔型雷 射。 3. 如請求項1之發射機，其中該半導體雷射之光學輸出波長 位於1530至1570奈米範圍内。 4. 如請求項1之發射機，其中該寬頻類比射頻信號輸入具有 一大於一倍頻程之頻寬並包括複數個不同之資訊載送通 道。 5. 如請求項1之發射機，其争該預失真電路補償該半導體雷 射之非線性響應。 6. =請求項！之發射機，其中該預失真電路補償在該接收機 端處所測定的因ϋ過-色散光纖鏈路發送一調頻光學信 號而產生之失真。 7. 如請求項1之發射機，其令該預失真電路可選擇性調整， 100050-1000830.doc 1357229 以依據該鏈路之長度補償由該色散光纖鏈路產生之失真。 8. 如請求項1之發射機’其中該預失真電路依據該鏈路之長 度補償由該色散光纖鏈路產生之失真。 9. 如請求項1之發射機’其中該預失真電路包括沿該寬頻類 比射頻信號路徑依序設置之複數個線内失真產生電路元 件’以便藉由加性組合來自線内失真產生電路元件組合之 失真分量’而在該電路内合成一適當之真實和虛失真，該 真實和虛失真在程度上足以實質上消除或減小因該半導 體雷射非線性而產生之失真；且其中在該線内失真產生電 路元件内該寬頻類比射頻信號不分離成一基頻信號路徑 和一單獨不同之失真產生路徑。 10. 如請求項1之發射機，其中該調變電路係一AM_VSB調變 器。 如請求項1之發射機，其中該調變電路係一正交振幅調變 器。 如請求項丨之發射機，其進一步包括連接至該半導體雷射 輸出之輸出功率調整構件’該構件用於㈣該光學載波信 號之平均輸出功率，以使該平均輸出功率低於該色散光纖 鏈路之受激布裏淵散射臨限值之功率。 如請求項12之發射機，其中該輸出功率調整構件係一相位 調變器。 14·如請求項12之㈣機，其中該輸出功率調整構件係一銳酸 鋰相位調變器。 15.如請求項12之發射機，其中該輸出功率調整構件係一壓電 100050-1000830.doc -2- 1357229 相位調變器。 16.—種用於產生一調變光學信號供在一色散光纖鏈路上發 送至一遠端接收機之光學發射機，其包括： 一輸入端，其用於接收一寬頻類比射頻信號輸入； 一半導體雷射，其用於產生一供在一光纖上發送的光 學信號； 一調變電路，其用於使用該寬頻類比射頻信號以直接 地調變該半導體雷射； 一接近該半導體雷射的溫度感測器，其用於監視該半 導體雷射的溫度；及 一輕合至該溫度感測器之控制電路，其用於響應該半 導體雷射之一輸出特徵來調整該半導體雷射之溫度， 其中該調變電路進一步包括一低頻信號調變器，以增 大該色散光纖鏈路之受激布襄淵散射臨限值。 17·如請求項16之發射機，其中該半導體雷射之輸出特徵係與 該半導體雷射輸入信號呈函數關係的該光學信號之線性。 18. 如請求項16之發射機，其中該半導體雷射之輸出特徵係藉 由以下方式測得：使用一導頻音作為該半導體雷射之一輸 入並在該輸出處檢查互調變產物以確定與該半導體雷射 輸入信號呈函數關係的該輸出信號之線性。 19. 如請求項16之發射機，其中該半導體雷射係一外部腔型雷 射。 20. 如請求項16之發射機’其中該半導體f射之光學輸出波長 位於1530至1570奈米範圍内。 21_如請求項16之發射機，其中該寬頻類比射頻信號輸入具有 100050-1000830.doc 1357229 一大於一倍頻程之頻寬並包括複數個不同之資訊載送通 道。 22. —種用於產生一調變光學信號供在一色散光纖鏈路上發 送至一遠端接收機之光學發射機，其包括： 一輸入端，其用於接收一寬頻類比射頻信號輸入； 一半導體雷射，其用於產生一供在一光纖上發送的光 學信號； 一調變電m於使用該寬頻類比射頻信號直接調 變該半導體雷射；及 連接至該半導體雷射輸出之輸出功率調整構件，該構 件用於調整該光學餘㈣之平均輸出功率，以使該平 均輸出功率低於該色散光纖鏈路受 <又激布爰淵散射臨限 值之功率， 其中該調變電路進一步包括一低頻信號調變器… 大該色散光纖鏈路之受激布裏淵散射臨限值。 0 23. 如請求項22之發射機，其中該輸出功率㈣構 調變器。 1 24. 如請求項22之發射機，其中該輸出功率㈣ 鋰相位調變器。 π现以 25. 如請求項22之發射機，其中該輪 相位調變器。 力丰調整構件係一壓電 26. 如請求項22之發射機，其中該半導♦ 射。 田射係—外部腔型雷 27·如請求項22之發射機，其中該半 田射之先學輪出波長 I00050-I000830.doc -4- 1357229 位於1530至1570奈米範圍内。 28.如請求項22之發射機，其中該寬頻類比射頻信號輸入具有 一大於一倍頻程之頻寬並包括複數個不同之資訊載送通 道0 100050-1000830.doc
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