[发明专利]用于测量光信号的线宽的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用相干光信号进行的光通信，并且更具体而言，涉 及用于测量光信号的线宽的系统和方法。

背景技术

光传输系统被用于各种通信应用中。例如，电信系统能够利用光 纤技术来长距离地发送语音和数据信号。类似地，有线电视网络用光 纤技术来发送模拟信号和数字信号两者。为了通过光纤来发送信号 (例如，数据信号)，用信息信号来调制光束(“载波”)。经调制 的载波随后经由光纤被发送到接收器。

相干光通信系统利用光学载波的相位来显著地增加光通信的能力 和距离。为了在接收器端提取相位信息，光源必须具有非常窄的光谱 线宽，即，高频纯度。已经进行了相当大的努力以提供以窄光谱线宽 来运行的激光光源。为此目的，已经开发出测量激光束的线宽以确定 相干光通信中的激光的适应性的多种方法。

相干光学传输对于承受包括噪声的激光束的线宽是敏感的，该噪 声包括白调频(FM)噪声和低频(LF)FM噪声。在整个频率范围 内，白FM噪声是恒定级别的。当频率变低时，LFFM噪声具有较 高的噪声级别，这也被称为1/f噪声。然而，只有白FM噪声影响相 干光学传输的质量，而LFFM噪声可被光信号的接收器消除，或者 并不影响接收器性能。因此，需要测量光信号的线宽和测量值的噪声 分量来理解激光相对于相干光通信的适应性。

例如，在T.Okoshi等人的“Novelmethodforhighresolution measurementoflaseroutputspectrum(用于激光输出光谱的高分辨 率测量的新型方法)”(ElectronicsLetters(《电子快报》)，第 16卷，第630页(1980))中描述的一种方法使用简单延迟自外差 法来测量线宽，但没有将白FM噪声和LFFM噪声分离。

在Y.Yamamoto等人的“Quantumphasenoiseandlinewidthof asemiconductorlaser(半导体激光的量子相位噪声和线宽)” (ElectronicsLetters(《电子快报》)，第17卷，第327页 (1981))中描述的另一种方法使用光鉴频器将FM噪声转换成AM 噪声，从而能够直接测量FM噪声谱。然而，光鉴频器需要细致校准 以及对激光波长的稳定性的反馈，这是复杂且困难的。

K.Kikuchi的“Characterizationofsemiconductor-laserphase noiseandestimationofbit-errorrateperformancewithlow-speed offlinedigitalcoherentreceivers(用低速离线数字相干接收器表征半 导体激光相位噪声并且估计误比特率)”(OpticsExpress(《光学 快讯》)，第20卷，第5291页(2012))和K.Matsuda等人的 “AStudyofLaserWhiteandBrownianFMnoiseinCoherentQPSK Signals(关于相干QPSK信号中的激光白噪声和布朗噪声的研 究)”，国际光纤通信会议(OFC)、论文W4K.4(2014))中描 述的方法使用参考与被测试激光具有极近似波长的极窄线宽激光的相 干检测来分离LF噪声。因此，对于不同的激光，必须使用不同的参 考，这是不合需要的。

因此，需要在不需要参考激光或激光波长稳定器和鉴频器的构造 中的、能够分离或测量FM噪声的白分量和LF分量的系统和方法。

发明内容

本发明的一些实施例是基于以下认识：单次测量光信号的线宽不 能将白调频(FM)噪声和低频(LF)FM噪声的值的正确组合与所 有可能的组合区分开。这是因为，单次测量光信号的线宽可包括白噪 声和LFFM噪声的值的多个组合。这个问题类似于求解具有两个未 知数的单个方程的问题。为了确定这两个未知数，需要两个方程式。

本发明的一些实施例是基于以下认识：随着在具有描述LFFM 噪声的恒定参数的光信号进行的距离，LFFM噪声对于总噪声的贡 献量增加。因此，可通过使用不同长度的光纤进行多次测量来求解白 噪声和LFFM噪声的值的多个可能组合的模糊度。这是因为，白 FM噪声和LFFM噪声的仅一个组合可导致所有这些测量值。