基于RSOA的高速可放大逆向调制反射模块及实现方法

摘要

本发明公开了一种基于RSOA的高速可放大逆向调制反射模块及实现方法。包括光学天线、空间‑光纤耦合装置、信号源、反射式半导体光放大，光学天线从自由空间接收的光载波经空间‑光纤耦合装置耦合入射到反射式半导体光放大器中，通过反射式半导体光放大器将信号源发出的电信号调制到来自空间‑光纤耦合装置的光信号上，放大后反射回空间‑光纤耦合装置，再经空间‑光纤耦合装置耦合回自由空间，经光学天线逆向回射，由此实现高速长距离自由空间通信。本发明可用于高速可放大逆向调制反射式自由空间激光通信系统，降低逆向调制终端设备的体积和功耗，同时提高上行信号的传输速率和放大上行信号的功率，可满足下一代高速大容量长距离的自由空间光信号传输的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号调制反射放大功能模块及其实现方法，尤其是涉及了一种基于RSOA(反射式半导体光放大器)的高速可放大逆向调制反射模块及其实现方法。

背景技术

随着手机、电脑等通信设备的日益普及和空间信息技术的急速发展，人们对高速无线信息安全传输的需求迅速增长。自由空间光通信技术有许多潜在的优势，例如安全性高、抗干扰能力强、带宽高和光谱利用率高等，已广泛应用于移动设备和基站(飞机、卫星和地面平台等)之间的信息传输系统。然而，传统高精度的有源自由空间光系统通常具有体积重量大、装置复杂和功耗高等缺点，对有严格负载要求和能耗限制的终端装置是一种极大的挑战。逆向调制反射模块作为一种有竞争力的终端装置，结合光学后向反射器和调制器，把调制后的光信号直接反射到信号发射端，将大部分的重量和功耗转移到自由空间光通信系统的基站上，能有效的解决自由空间光通信的应用限制，因而利用逆向调制发射模块实现自由空间光通信，减小终端装置的体积和技术复杂度已经成为一个重要的趋势。

现有的逆向调制方案包括受抑全内反射器、电光相位调制器、液晶调制器和多量子阱器件等，这些方案的调制和反射元件都是离散的且体积较大，调制速率相对较低。作为一种信号处理装置，集成型的反射式半导体光放大器具有体积小、重量轻、光功率放大、共线光路和调制速率高等优点，可以同时担当反射器、调制器和放大器的角色。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于RSOA的高速可放大逆向调制反射模块及实现方法，能够实现入射光的逆向调制反射。

本发明利用反射式半导体光放大器的高速调制、增益和反射特性，配合光学天线和空间-光纤耦合，即可实现高速可放大的逆向调制反射的功能，对实现高速长距离自由空间通信具有重要的现实意义。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于RSOA的高速可放大逆向调制反射模块：

包括光学天线、空间-光纤耦合装置、信号源、反射式半导体光放大器；光学天线和空间-光纤耦合装置通过空间光耦合连接，空间-光纤耦合装置和反射式半导体光放大器的光输入端通过光纤连接，反射式半导体光放大器的电输入端和信号源通过电缆连接，利用反射式半导体光放大器的高速调制、增益和反射特性对待传输信号进行处理。

所述光学天线从自由空间接收的光载波经空间-光纤耦合装置耦合入射到反射式半导体光放大器中，通过反射式半导体光放大器将信号源发出的电信号调制到来自空间-光纤耦合装置的光信号上，放大后反射回空间-光纤耦合装置，再经空间-光纤耦合装置耦合回自由空间，经光学天线逆向回射，由此实现高速长距离自由空间通信。

本发明利用反射式半导体光放大器的高速调制、增益和反射特性，配合光学天线和空间-光纤耦合，实现高速可放大逆向调制反射模块的功能。

二、一种基于RSOA的高速可放大逆向调制反射方法：

将从自由空间接收的光载波入射到反射式半导体光放大器中，同时将数字信号加载到反射式半导体光放大器中，通过反射式半导体光放大器将数字调制电信号调制到光载波的光信号上，放大后逆向反射回光载波原入射端口，由此实现高速长距离自由空间通信。

本发明的传输速率由反射式半导体光放大器自身的最高调制速率决定，反射式半导体光放大器一般的最高调制速率至少能够达到每秒吉比特，因此使得本发明相比现有调制、放大、反射独立依次处理的结构模块和方式(现有这种结构的传输速率仅为每秒兆比特)提高了传输速率。

本发明的有益效果是：

本发明中只需要一个反射式半导体光放大器即可同时实现高速调制、放大和反射功能，极大地提高了传输速率，调制信号传输速率可达每秒吉比特，无需外加放大器和反射装置，从而极大的降低了终端装置的功耗和复杂度，同时还减小了终端设备的体积和重量，为实现更小更快更远距离的自由空间通信具有重要的现实意义。

本发明可用于高速可放大逆向调制反射式自由空间激光通信系统，降低逆向调制终端设备的体积和功耗，同时提高上行信号的传输速率和放大上行信号的功率，可满足下一代高速大容量长距离的自由空间光信号传输的需要。

附图说明

图1为本发明装置的连接结构示意图。

图2为本发明实施例中逆向调制反射信号的眼图。

图中：1为光学天线，2为空间-光纤耦合装置，3为信号源，4为反射式半导体光放大器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的高速可放大逆向调制反射模块包括光学天线1、空间-光纤耦合装置2、信号源3、反射式半导体光放大器4。光学天线1从自由空间接收的光载波经空间-光纤耦合装置2耦合入射到反射式半导体光放大器4中，通过反射式半导体光放大器4将信号源3发出的电信号调制到来自空间-光纤耦合装置2的光信号上，放大后反射回空间-光纤耦合装置2，再经空间-光纤耦合装置2耦合回自由空间，经光学天线1逆向回射，由此实现高速长距离自由空间通信。

在本发明中，光学天线可选用现有各种空间光准直器件及系统，如透镜、光学望远系统等，空间-光纤耦合装置、反射式半导体光放大器可选用各种商业元器件。

本发明装置的信号光由光学天线1接收，信号经空间-光纤耦合装置2耦合入射到反射式半导体光放大器4，利用反射式半导体光放大器的高速调制、增益和反射特性，将信号源3发出的电信号调制到光信号上并放大后反射，反射的信号光再次通过空间-光纤耦合装置2耦合到自由空间中，再由光学天线1逆向回射。

本发明的实施例如下：

按照上述的基于反射式半导体光放大器的高速可放大逆向调制反射模块，利用波长为1550纳米的空间激光信号，将该空间激光信号经光学天线和空间-光纤耦合装置耦合进入光纤中，光纤与反射式半导体光放大器连接，输入反射式半导体光放大器的光功率为-1.60dBm，信号源产生1.25吉比特/秒的伪随机二进制序列用以模拟实际应用中的调制信号，并加载到反射式半导体光放大器上调制为开关键控信号(OOK)，经放大和反射后，输出反射式半导体光放大器的开关键控信号光功率为2.42dBm，即光通过反射式半导体光放大器获得了4.02dB的增益，调制的开关键控信号(OOK)进入空间-光纤耦合装置耦合到自由空间，再由光学天线逆向回射，在空间激光信号发射端接收并用光电探测器探测，实验中测得的经过自由空间传输的信号眼图如图2所示。

本发明实施例的反射式半导体光放大器的型号为SOA-RL-OEC-1550，体积为12厘米×15厘米×3厘米、重量约200克，由于其自身的调制速率在1.25每秒吉比特左右，因此本实施例能达到的最大传输速率也在1.25每秒吉比特左右。但具体实际操作中可以采用更高速率的反射式半导体光放大器，因此本发明结构应用中的最大传输速率不限于此。

由此可见，本发明技术效果显著，可实现逆向调制反射的功能，具有高速可放大的特点，降低逆向调制终端设备的体积和功耗，同时提高上行信号的传输速率和放大上行信号的功率。