专利名称：应用波长转换的自由空间光学通讯系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光学通讯，更具体地涉及自由空间的光学网络化。
背景技术：
与数字数据通讯，有线媒介以及RF媒介相比，光学媒介提供了更多的优点。可将大量的信息编码进入光学信号，光学信号不会遭遇到对有线电通讯和RF传播发生不利影响的许多干扰和噪声问题。而且，光学技术理论上能编码更多的信息，多达比实际上能向有线电通讯或广播RF通讯编码的信息多三个数量级，这样就能提供携带更多信息的优点。
光纤是用于携带光学信号的传导体的最通常种类，能够在光纤传导体上传播巨大数量的信息，但光纤传导体的一个主要缺点是它们必须进行实体安装。
自由空间大气层联接也已经被用来进行光学信息传播。自由空间联接在光学发射器和光学接收器之间的视线中延伸。自由空间光学联接具有不需要传导体的实体安装的优点。自由空间光学联接也提供了消除干扰源中的更高的选择性，因为光学联接能在光学发射器和接收器之间直接聚集，优于以远不及的方向性传播的RF通讯。因此，在这种直接的视线通道中不存在任何不利影响，这样的联接也不干扰传播的光学信号。
在这些优点外，光学自由空间联接也存在一些问题。所传播的光学信号的质量和功率明显依赖于存在于在该联接的末端的光学发射器和光学接收器之间的大气层条件。大气层中的雨，雾，雪，烟和灰尘等将吸收，折射或发散光束，引起接收器上光学功率的减少或衰减。实际上，困扰自由空间光学传播的关键问题之一是雾。自由空间光学联接的长度也影响因Beers法则引起的功率衰减的数量，自由空间联接越长，必然将比较短联接包含更多的大气层因素而潜在地衰减光束。而且，因为光束要通过更长的距离，因此必然会发生发散。结果光束的发散减少了可被探测的功率的数量。
如果光束的衰减足够大，在可靠的基础上识别所传播的信息的能力就被削弱，通讯中发生错误的可能性就增大。大气层衰减尤其削弱了在较高发射频率上无错误通讯的几率，因为在较高的光学频率即较短的波长上，大气层衰减必然会比较低的光学频率即较长的波长以更大的程度发生。这样，大体上，较低的光学频率往往比较高的光学频率能更好地穿透雾。
能高穿透的自由空间光学频率不同于通常在长距离光纤通讯系统中用于传播信息的频率。在此之前就需要一次电-光转换，以将光纤联接主要传播频率转换成自由空间传播频率。电-光转换包括将较高频率的光纤联接主要光学信号转换成电信号，然后再转换回有较低的能高穿透的自由空间光学频率的光学信号，反过来也一样。这样就需要额外的设备来完成这样的转换，导致成本的提高以及使陆地光学通讯网络更加复杂化。
电-光转换在转换过程中引入了发生错误的可能性，尤其是在多波长上携带信息的光纤信号的普通情况下更是如此。普通的光学探测器对宽频率范围或波长带中的信息发生响应，而这样的宽带响应破坏了携带在特定波长上的信息。为了避免这个问题并且保持存在于不同的特定波长的光学信号上的信息，光学信号必须首先被滤波成其不同的波长成分。然后每个不同的波长成分必须各自进行电-光转换，然后所有分别的经转换成分再组合回一个单独的光学信号。这个过程的复杂性提高了在被传播信息中发生错误的可能性，并且增加了在陆地光学通讯网络中使用的设备的成本。
电-光转换也被用于放大通过光缆传导的光信号。在光缆中传导的光信号会发生衰减，为了保持信号强度必须周期性地将信号放大。但当前已经开发了掺铒光纤放大器(EDFA，有时也被称为ERDA)用以光学放大光信号，在光信号通过该光纤时不再需要电-光转换。EDFA允许光围绕一个1.55微米(μm)基础波长在一个相对宽的波长带(约30纳米(nm))中被放大。EDFA在长距离光纤通讯系统中尤其具有优越性，因为这样的系统通常就在1.55μm的波长带中工作。EDFA围绕1.55μm基础频率的宽带放大允许EDFA用分波长多路复用(WDM)技术结合进系统，产生同时在同一个光纤中以不同的波长传播各自的信息的能力。这样，EDFA在长距离通讯系统中具有特别的重要性和价值，因为可以免除电-光转换。
本发明就在相关于陆地光学通讯领域的上述这些以及其他背景信息的因素中发展起来。
发明内容
本发明通过提供一种在自由空间联接上传播光学信号的方法卓越地处理了上述以及其他的需要的问题。该方法包括的步骤为从一个第一单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号；用一个发射波长转换器将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到自由空间基础波长；将具有该自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上；从自由空间联接上接收一个具有自由空间基础波长的第二光学信号；用一个接收波长转换器将第二光学信号的自由空间基础波长转换到光纤界面基础波长；和将具有光纤界面基础波长的第二光学信号引导到一个第二单模光纤。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于在自由空间联接中传播光学信号的设备。该设备包括用于从一个第一单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号的装置；一个配置成将第一光学信号的光纤界面基础波长转换成自由空间基础波长的发射波长转换器；一个配置成将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上的发射元件；一个配置成从自由空间联接上接收具有自由空间基础波长的第二光学信号的接收元件；一个配置成将第二光学信号的自由空间基础波长转换成光纤界面基础波长的接收波长转换器；和用于将具有光纤界面基础波长的第二光学信号引导到一个第二单模光纤的装置。
在另一个实施例中，本发明提供了一种在一个自由空间联接上传播光学信号的方法。该方法包括的步骤为从一个第一单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号；用一个和第一单模光纤在线连接的多波长光学放大器放大该第一光学信号；用一个光学耦合到该多波长放大器的可变光学衰减器衰减该第一光学信号；用一个发射波长转换器将第一光学信号的光纤界面基础波长转换成自由空间基础波长；和将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到该自由空间联接上。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于在自由空间联接中传播光学信号的设备。该设备包括用于从一个第一单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号的装置；一个用于放大该第一光学信号的和第一单模光纤在线连接的多波长光学放大器；一个光学耦合到该多波长放大器用于衰减该第一光学信号的可变光学衰减器；一个配置成将第一光学信号的光纤界面基础波长转换成自由空间基础波长的发射波长转换器；和一个或多个配置成将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上的发射元件。
在另一个实施例中，本发明提供了一种在一个自由空间联接上传播光学信号的方法。该方法包括的步骤为从自由空间联接上接收一个具有一个自由空间基础波长的第一光学信号；用一个接收波长转换器将第一光学信号的自由空间基础波长转换成光纤界面基础波长；用一个光学耦合到该接收波长转换器的多波长光学放大器放大第一光学信号；用一个光学耦合到该多波长放大器的可变光学衰减器衰减该第一光学信号；和将具有光纤界面基础波长的第一光学信号引导到该第一单模光纤上。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于在自由空间联接中传播光学信号的设备。该设备包括一个配置成从自由空间联接接收具有自由空间基础波长的第一光学信号的接收元件；一个配置成将第一光学信号的自由空间基础波长转换成光纤界面基础波长的接收波长转换器；一个光学耦合到该接收波长转换器的用于放大第一光学信号的多波长光学放大器；一个光学耦合到该多波长光学放大器用于衰减第一光学信号的可变光学衰减器；和用于将具有光学界面基础波长的第一光学信号引导到第一单模光纤的装置。
通过参考对本发明的详细叙述和阐明应用本发明的原理的说明性实施例的附图，就能获得对本发明的特征和优点的更好的理解。
通过下述结合附图的对本发明的更具体的叙述，本发明的上述和其他实施例，特征和优点将变得更为明显。
图1是说明一对根据本发明的一个实施例制造的自由空间光学收发器的框图；图2和3是分别说明根据本发明的一个实施例制造的可以用于图1显示的收发器的发射和接收部分的示意图；图4和5是分别说明根据本发明的另一个实施例制造的可以用于图1显示的收发器的发射和接收部分的示意图；图6是说明可以用作图4显示的光学参数振荡器(OPO)的一种示例的光学参数振荡器设计的框图；图7和8是分别说明根据本发明的另一个实施例制造的可以用于图2，3，4和5显示的发射和接收部分的发射器和接收器的修改的示意图；图9是说明根据本发明的另一个实施例制造的可以用作图1显示的收发器的一种收发器的示意图；图10是说明根据本发明的一个实施例的一个示例的动态波长选择控制方法的流程图；图11是说明根据本发明的另一个实施例制造的可以用作图1显示的收发器的一种收发器的示意图；图12是说明根据本发明的还有一个实施例制造的可以用作图1显示的收发器的一种收发器的示意图；图13是说明根据本发明的还有一个实施例制造的可以用于图1显示的收发器的一种接收部分的示例变型的框图；图14和15是进一步详尽说明图13显示的接收部分的框图；图16是说明根据本发明的还有一个实施例制造的可以用于图1显示的收发器的一种接收部分的一部分的示例变型的立体示意图；图17，18，19，20和21是进一步详尽说明图16显示的接收部分的框图。
在附图的各个视图中相应的参考字符表示相应的元器件。
详细描述下文的叙述没有限制性的意义，仅用于说明本发明的基本原理的目的。本发明的范围应参考权利要求确定。
参看图1，图中说明了一对根据本发明的一个实施例制造的自由空间光学收发器100，102。收发器100，102对于在自由空间光学联接104上传播数据是很理想的，并且几乎能在任何气候条件下进行传播，尤其是在雾中。
在该说明的实施例中，每一个收发器100，102都包括一个发射部分TX和一个接收部分RX。每个发射部分TX都包括一个用于直接连接到光纤传导器的连接器106或类似物，该光纤传导器通常都包括一个单模光纤(SMF)光缆。连接到收发器100的发射SMF光纤光缆被指定为108，连接到收发器102的发射SMF光纤光缆被指定为110。SMF光纤光缆108，110以一个光纤界面波长λfiber工作，并且能耦合到外部装置和/或系统112，114，诸如长距离光纤通讯系统。通过实例的形式，光纤界面波长λfiber可以等于1550纳米(nm)基础波长，1310nm基础波长或一些其他波长。
相似地，收发器100，102的每个接收部分RX都包括一个用于直接连接到光纤传导器的连接器116或类似物，该光纤诸如一种SMF光纤光缆，工作于光纤界面波长λfiber。连接到收发器100的接收SMF光纤光缆被指定为118，连接到收发器102的接收SMF光纤光缆被指定为120。相似于SMF光纤光缆108，110，SMF光纤光缆118，120可以耦合到外部装置和/或系统112，114，这些装置和/或系统可以包括长距离光纤通讯系统。如将在下文中讨论的，在每个发射和接收部分TX，RX中都设置一个控制器以达到连接到连接器106，116的装置和/或系统112，114所要求的界面功率规格。
如上所述，作为一种技术的自由空间光学联接受到所存在的雾和其他大气层扰动的严重影响，它们能够湮灭光子。大气层条件的具体实例包括雾，雨，风，热闪烁和污染物。本发明克服了这些大气层的局限，然而仍和标准的光纤光缆在用户界面上一起工作。尤其是，根据本发明，收发器100，102能够和它们各自的光纤传导器在光纤界面波长λfiber接合，然后在一个优选的自由空间转换波长λfree-space，或简单地为λfs上进行自由空间光学通讯，该波长是能穿透雾等类似物的最佳波长。为了进行这项功能，收发器100，102进行一个从光纤界面波长λfiber到优选的自由空间转换波长λfs的波长转换，然后再转换回来。例如，每个收发器100，102的发射部分TX配置成将光学信号的波长从λfiber转换成λfs，并将光学信号引导到自由空间联接104上。每个收发器100，102的接收部分RX配置成接收光学信号并且通过将光学信号的波长从λfs转换到λfiber精确地再产生在所需要的界面波长上的同一个信号。这样，收发器100，102用适当的波长通过自由空间联接引导从光纤产生的光学信号，克服人工造成的或自然的大气层的条件。
如本文所使用的，术语“基础波长”以及可变的λfiber，λfree-space和λfs意图包括具有围绕所指出的基础波长的多波长的波长带，该波长带被看作是用作放大和转换的相邻的频谱。
进行从光纤界面波长λfiber到优选的转换波长λfs的波长转换以及脉冲成形克服了宽范围的环境对自由空间光学信号的影响。将要在光学收发器之间传播的转换波长经特定选择而克服多种能降低用于光学通讯的激光束的特性的条件。通过实例的方式，具有在中波红外(MWIR)范围中的一个波长值，例如3.5微米的优选转换波长λfs已经被发现对克服雾是很理想的。但应该能很好地理解的是，根据本发明，优选转换波长λfs可以包括许多不同的值，实际上，如下文将叙述的，根据本发明的动态波长选择控制方法，优选转换波长λfs可以是时间变化的。这样，通过以对穿透雾和类似物为最佳的优选转换波长λfs进行自由空间光学通讯，收发器100，102提供了一个全气候的自由空间光学通讯系统。
根据本发明的一些实施例，通过收发器100，102进行的波长转换为全光学的转换，不需要进行电-光转换。因为在这些收发器100，102的实施例中不发生电-光转换，它们就可以被称为“全光学收发器”或一种“全光学系统”，或进行“全光学”波长转换。通过进行全光学波长转换，本发明的这些实施例避免了有问题的以及高成本的电-光转换。
根据本发明的其他实施例，在其他方面，由部分或全部收发器100，102进行的波长转换可以通过使用电-光转换进行。例如，在本发明的一些实施例中，由发射部分TX进行的波长转换是全光学进行的，而由接收部分RX进行的波长转换用电-光转换进行。在本发明的这些实施例中，具有优选转换波长λfs的光学信号由接收部分RX接收并转换到一个电信号。然后该电信号被用来产生具有光纤界面波长λfiber的光学信号。
参考图2和3，图中分别说明了根据本发明的一个实施例制造的发射和接收部分TX1和RX1的示例变型。该发射和接收部分TX1和RX1可以用于收发器100，102。关于图2显示的发射部分TX1，在本变型中连接器106通过光纤光缆126耦合到多波长光学(或光纤)放大器124。可以用于本发明的多波长光学放大器的一个实例是一种掺饵光纤放大器(EDFA)。但应该很好地理解的是，多波长光学放大器124可以包括能支持多波长的任何类型的光学(或光纤)放大器。或者说，在一个具体波长带中能放大所有不同波长的任何类型的光纤放大器都可以被用作多波长光学放大器124。例如，用这样的多波长光学放大器能选择1550nm空间的一个特定波长带，诸如C，S或L带，该多波长光学放大器将放大带中所有各种波长。这样的多波长光学放大器通常也能处理粗分波长多路复用(CWDM)和密集波长多路复用(DWDM)。而且，虽然EDFA提供了充分的放大，多波长光学放大器124也可以掺以各种材料，这些材料使其能工作在更宽的温度范围，例如掺碲(Te)能使其在室外工作。
多波长光学放大器124通过光纤光缆130耦合到一个可变光学衰减器(VOA)128。VOA128缓和了和/或提供对多波长光学放大器124的功率增益的抑制。该VOA128例如可以具有30-40dB的动态范围，包括一个由控制器132控制的电气界面。控制器132包括用以根据系统指令智能控制VOA128的逻辑。按照该智能控制方案，控制器132向VOA128传播所需要的衰减水平。这样，控制器132控制了多波长光学放大器124的功率增益和VOA128提供的动态衰减以达到外部连接的装置和/或系统112，114(图1)要求的界面功率规格以及克服由闪烁引起的振幅变化。
为该种应用而选择的VOA128最好有在微秒数量级的很快的响应和稳定时间。在这种情况下，它能够结合智能增益控制器132一起使用以缓和由大气层引入的振幅抖动。这种缓和效应将改进电-光接收器在自由空间光学联接中或在下游的通过从光到电的转换恢复信号的光学平台中的性能。
通过实例的形式，由控制器132提供的智能增益控制可以基于所测量的在自由空间联接104上接收的光学信号的功率或基于该光学信号中包括的控制信息，但这是不要求的。通过另外的实例的方式，由控制器132提供的智能控制可以利用或相似于在发表于2001年5月29日，发明人为HeinzWillebrand的题为“TERRESTRIAL OPTICAL COMMUNICATION NETWORK OFINTEGRATED FIBER AND FREE-SPACE LINKS WHICH REQUIRES NO ELECTRO-OPTICALCONVERSION BETWEEN LINKS”，专利号为6239888B1的美国专利中叙述的适应性功率控制技术，该专利的全部内容通过引用全文结合在本申请中，但这再次是不要求的。
VOA128通过光纤光缆136耦合到波长转换器134。将在下文叙述其工作的波长转换器134通过光纤光缆140耦合到光束分离器138。光束分离器138耦合到一个或多个发射元件142，该发射元件将光学数据引导到自由空间联接104上。发射元件142通常将包括平行透镜。
图3中显示的接收部分RX1包括一个或多个从自由空间联接104上接收光学数据的接收元件144。每个接收元件144都耦合到聚焦元件146，聚焦元件的后面是光纤结合器148。聚焦元件146可以包括例如一个成锥形的光纤部件或一个微透镜阵列。接收元件144，聚焦元件146和光纤结合器148都将在下文更详尽地叙述。
光纤结合器148通过光纤光缆152耦合到波长转换器150。将在下文叙述其工作的波长转换器150通过光纤光缆156耦合到多波长光学(或光纤)放大器154。相似于上述，应该很好地理解的是，多波长光学放大器154可以包括支持多波长的任何类型的光学(或光纤)放大器。EDFA是这样的多波长光学放大器的一个实例。
多波长光学放大器154通过光纤光缆160耦合到VOA158。相似于VOA128，VOA158缓和了和/或提供对多波长光学放大器154的功率增益的抑制。VOA158和多波长光学放大器154由控制器162控制，控制器162包括用于根据系统指令智能控制装置的逻辑。如上所述，这样的智能控制可以基于所测量的在自由空间联接104上接收的光学信号的功率或基于该光学信号中包括的控制信息。为该种应用而选择的VOA158最好有在微秒数量级的很快的响应和稳定时间，并且能够结合智能增益控制器162一起使用以缓和由大气层引入的振幅抖动和克服由闪烁引起的振幅变化。而且，VOA158和控制器162一起产生光学自动增益控制(光学AGC)。通过应用该光学AGC可以控制功率，不需要通过分离的波长或通过波长带外装置或其他传播功率控制数据。
最后，VOA158通过光纤光缆164耦合到连接器116。关于连接到连接器116的装置和/或系统112，114，控制器162控制多波长光学放大器154的功率增益和由VOA158提供的衰减，以达到所要求的这样的外部连接的装置和/或系统的界面功率规格。
在工作中，发射部分TX1(图2)通过连接器106从SMF光纤光缆108(或110)接收光学信号。该光学信号的波长等于光纤界面波长λfiber。在将信号发送到波长转换器134之前光学放大器124最好能放大任何光纤界面波长λfiber。光学放大器124也可以缩短输出脉冲长度以产生超快脉冲，下文将进一步详尽地叙述这一点。波长转换器134将λfiber转换到优选转换波长λfs。一旦被光束分离器138分离，新波长就由发射部分TX1在自由空间光学联接104上发射到接收部分RX1。仍为优选转换波长λfs的信号由接收部分RX1的一个或多个接收元件144收集，然后重新组合。波长转换器150将自由空间光学波长λfs转换到光纤界面波长λfiber。然后在输出连接器116上产生之前经转换的光学信号由接收部分RX1进一步调节其状况。在输出连接器116上产生的信号是具有光纤界面波长λfiber的初始信号，该信号也可以包含作为粗分波长多路复用(CWDM)或密集波长多路复用(DWDM)的多个波长。
接收部分RX1的设计包括独特的光学浓缩器，该光学浓缩器对各种波长发挥作用，实际上是宽带的。具体地说，每个通过陆地大气层发送的被发射波长频谱都可以包含一个或多个波长，这些波长被向上和向下转换到所需要的对于给定波长设计的光学耦合器和放大器。例如，λfiber实际上可以表示几个(例如四个)明确的波长，这些波长被多路复用进光纤中并且以例如1550nm或其附近作为这些波长的中心波长。相似地，λfs实际上可以表示几个明确的波长，这些波长被多路复用并且以例如3800nm或其附近作为这些波长的中心波长。这样，波长转换器134，150最好包括波长转换装置，这些装置能够处理在向上转换和向下转换过程期间多路复用在一起的大量波长。尤其是，单波长和多波长都能被转换，包括CWDM和DWDM。波长转换器134，150最好包括其带宽足以通过DWDM信号的窄带滤波器。
更具体地说，一个单模光纤(SMF)能够携带将被看作为被放大和从λfiber到λfs的转换的相邻频谱的多个波长。这样，由N个波长构成的CWDM或DWDM信号将通过在用户界面的两个末端的全部光学通路。频谱将被滤波，因此，其中所包含的波长没有一个会被排斥，相反作为一个单元而通过。
如上所述，在本发明的一些实施例中，波长转换是全光学进行的，不需要电-光转换，而在本发明的其他实施例中，一些或全部波长转换通过用电-光转换进行。具体地说，在全光学实施例中，波长转换器134，150包括进行全光学波长转换的装置，在其他实施例中，波长转换器134，150中的任何一个或两个包括用电-光转换进行波长转换的装置。
现在叙述本发明的全光学实施例的一个实例。参考图4和5，图中分别说明了根据本发明的一个实施例制造的发射和接收部分TX2，RX2的示例变型。可以用于收发器100，102的发射和接收部分TX2，RX2进行全光学波长转换。
发射部分TX2能从光纤系统接收光学数据并且不经电-光转换将该数据发射到自由空间光学联接104上。这样，由长距离光纤通讯系统携带的光纤数据可以光学耦合到SMF光纤光缆108，110，该光学数据并从那里被发射到自由空间联接104上，所有过程都不需电-光转换。本文使用的术语“光学耦合”的意义为在耦合时不需要电-光转换。相似地，接收部分RX2能从自由空间光学联接104接收光学数据并且将该数据提供到光纤系统而不需要电-光转换。这样，从自由空间104接收的光学数据可以光学耦合到SMF光学光缆118，120并且进入长距离光纤通讯系统，所有过程都不需要电-光转换。因此，发射和接收部分TX2，RX2形成一个可以进行任何功能的全光学的联接，这些功能能在光纤上进行，包括沿各种系统网络分布的单波长和多波长，以及所包括的粗的和细的波长构型。
虽然SMF光纤光缆118，120携带的光学数据可以光学耦合到长距离光学通讯系统，但应该很好地理解的是，由SMF光纤光缆118，120携带的光学数据当然也可以被分离和转换成能在计算机，处理设备，电话等中应用的电信号。实际上，一个或多个装置和/系统112，114可以包括进行电-光转换的装置和/或系统。
在发射和接收部分TX2，RX2的说明性的变型中，多波长光学放大器124，154分别包括EDFA166，168，波长转换器134，150包括非线性光学元件。例如，波长转换器134包括一个光学参数振荡器(OPO)170，波长转换器150包括一个非线性无源光学元件，诸如一个倍频晶体172。而且，在该实例中，光纤界面波长λfiber＝1550nm，优选转换波长λfs＝3824nm(或3.824微米)。这样，在工作中，OPO170将1550nm的波长转换成3824nm的优选转换波长fs，然后信号在自由空间联接104上被引导到接收部分RX2。晶体172将3824nm的波长转换回1550nm的光纤界面波长λfiber，信号被引导到SMF光缆120(或118)。由非线性光学元件170，172进行的转换是全光学的，不需要电-光转换。
3824nm的波长是优选转换波长λfs的一个优选值，因为已经发现它对克服大气层条件上高度有效。尤其是，3824nm的波长对穿透雾特别理想。而且，1550nm的波长是光纤界面波长λfiber的一个优选值，因为如上所述，1550nm是EDFA和许多长距离光纤通讯系统的基础工作波长。实际上，1550nm是一个很普通的SMF光纤界面波长。但是，虽然3824nm和1550nm分别是λfs和λfiber的示例值，应该很好地理解的是，根据本发明可以应用λfs和λfiber的许多其他值。实际上，如下文将讨论的，本发明任选地提供了监视被选择值的穿透大气层的λfs的性能，并且应用反馈控制系统动态调整λfs的值，直至达到对于给出的大气层条件为最佳的值的能力。
参考图6，图中说明了一种可以用作OPO170的示例的光学参数振荡器(OPO)200的设计。OPO200全光学地将输入波长转换为另一个波长，不需要应用电-光转换。OPO200包括两个位于振荡腔的每个端部的反射表面202，204。非线性晶体206位于两个反射表面202，204之间的振荡腔中。
在工作中，输入泵激信号208通过在振荡腔一端的第一反射表面202提供。泵激信号的一个实例是一个波长，该波长在光纤界面波长λfiber例如λfiber＝1550nm处含有携载的数据。该波长被转换成另一个波长，诸如优选转换波长λfs，该波长由从OPO200输出的输出信号210表示。
和OPO200有关的其他信号是闲置信号212和非耗尽泵激信号214。振荡在两个反射表面202，204之间建立。表面202，204在输出信号210或闲置信号212的波长上是高反射的。当这些波长中只有一个波长被作为振荡的目标波长时，这样的振荡被称为单谐振振荡(SRO)。应用反射表面使输出信号210和闲置信号212的波长发生振荡被称为双谐振振荡(DRO)。当闲置信号212发生振荡时，从腔中的输出是所需要的输出信号210(具有新的另一个波长，诸如λfs)，闲置信号212和非耗尽泵激信号214的一些能量。所需要的输出信号210通过一个波长带通滤波器215以去除闲置和泵激波长。在DWDM应用时滤波器215最好足够宽以便允许多波长通过。然后该输出信号被用于在自由空间诸如自由空间联接104(图1)上携带通讯数据。
非线性晶体206进行振荡腔中的转换。通过实例的方式，非线性晶体可以包括Lithium Niobate(LiNbO3)或Periodically Poled Lithium Niobate(PPLN)。Lithium Niobate晶体具有若干独特的特性。具体地说，LithiumNiobate同时具有铁电，压电和热电特性，而且其具有高度非线性的光学和电-光系数和光折射敏感性。这些特性使Lithium Niobate晶体能广泛用于光学和声学装置中。这些特性由Lithium Niobate的晶体结构确定，该晶体结构对物理和化学效应很敏感。
通过另一个实例的方式，OPO170可以根据发表于2001年4月17日，发明人Fix等人，题为“METHOD OF FREQUENCY CONVERSION OF THE RADIATION OFA PULSED OPTICAL PARAMETRIC OSCILLATOR(OPO)AND DEVICE FOR EXECUTINGTHE METHOD”的专利号为6219363的美国专利的发明和技术构造和工作，该专利的全部内容通过引用全文结合在本申请中。
现在叙述本发明的利用电-光转换的实施例的一个实例。具体地说，根据本发明的各个实施例，波长转换过程可以以混合的方式进行，在光学收发器中同时带有无源光学元件和电转换。例如，波长转换过程可以在发射部分TX中全光学的进行，但在接收部分RX中波长转换过程可以应用电-光转换。
例如，图7说明了一个根据本发明的一个实施例的示例发射器修改230，该修改可以任选地用于本文叙述的任何发射部分TXn。图8说明了一个根据本发明的一个实施例的示例接收器修改232，该修改可以任选地用于本文叙述的任何接收部分RXn。发射器和接收器修改230，232形成一个毫微微秒中波红外(MWIR)收发器，该收发器中发射器保留全光学，但接收器进行电-光转换。
关于发射器修改230，脉冲形成光学元件被结合在发射频率转换器/激光腔中以将发射脉冲长度缩短到毫微微秒。例如，具有一个脉冲形成Q-开关的放大器234通过光纤光缆240接收光学信号。OPO238通过光学光缆240光学耦合到放大器234。发射器光学元件242通过光纤光缆244光学耦合到OPO238。OPO230全光学地进行波长转换过程，不需要电-光转换。在发射器修改230中的脉冲形成光学元件产生更高的峰值能量供接收器修改232使用。
接收器修改232以两种方式吸取由发射器修改230中的脉冲形成光学元件提供的更高的峰值能量的优点。具体地说，接收器修改232包括接收器光学元件246和一个耦合到光纤光缆250的装置248。装置248可以包括一个非线性硅探测装置或一个非线性晶体频率转换装置。非线性硅探测装置用于将光学信号转换为电信号，非线性晶体频率转换装置用于光学信号的全光学方式的波长转换。这样，取决于所应用的装置248的元件，接收器修改232可以进行全光学的或应用电-光转换的波长转换过程。
对于装置248包括一个非线性晶体频率转换装置的方案，由发射器修改230中的脉冲形成光学元件提供的高峰值能量对高效率驱动倍频晶体大有益处，在用光学放大器诸如光学放大器154(图3)或EDFA168(图5)放大之间，该倍频晶体将波长从中波红外(MWIR)3.1微米波长向上转换回近红外(近IR)1.55微米波长。要注意的是，MWIR总体上包括下降到3至11微米范围的波长，而3.1微米波长也能很好地穿透雾。这样，发射器修改230对接收器修改232中全光学进行波长转换过程的方案就大有益处。
对于接收器装置248包括一个非线性硅探测装置的方案，电-光转换被用于进行波长转换过程。取决于用户连接到光学收发器的光纤界面，波长，脉冲转换过程可以用电-光转换进行。具体地说，对于发射MWIR光的次微微秒(~100-fs)脉冲的系统，可以用硅探测器通过非线性多光子吸收过程直接探测信号。该硅探测器可以包括一个雪崩光二极管(APD)或一个二极管。由发射器修改230中的脉冲形成光学元件提供的更高峰值能量增强了硅探测器的性能，该硅探测器产生能用于驱动耦合到网络光纤250的1.55或1.31微米激光器的电子输出信号。或者，一种Mercury Cadmium Tellurium(HgCdTe)探测器或其他快MWIR传感器可以被用在装置248中探测信号并将其转换到近IR信号。然后该近IR信号被探测以产生能用于驱动耦合到网络光纤250的1.55或1.31微米激光器的电子信号。这样，发射器修改230对于在接收器修改232中用电-光转换进行波长转换过程的方案就大有益处。
如上所述，由发射器和接收器修改230，232应用的技术可以分别任选地用于本文叙述的任何发射和接收部分TXn，RXn。这样，本文叙述的所有方法和技术，诸如下文叙述的和图9，10，11和12有关的方法和技术被考虑为本发明的接收部分RXn全光学地进行波长转换过程和接收部分RXn用电-光转换进行波长转换过程的方案的一部分。
上文提及在一个任选的特征中本发明提供了监视优选转换波长fs的被选择值的性能，并且应用反馈控制系统动态调整fs的值，直至达到对于给出的大气层条件为最佳的值的能力。参考图9，图中说明了根据本发明的实施例制造的发射和接收部分TX3，RX3的示例变型。发射和接收部分TX3，RX3形成一个可以用作收发器100，102中的一个的收发器318。优选转换波长fs的值最好通过一个耦合到并控制在线波长转换器134，150的可构型的波长转换控制器320调整。如上所述，在线波长转换器134，150可以包括诸如非线性光纤元件的全光学装置，或用电-光转换进行波长转换。
可构型的波长转换控制器320最好进行对波长选择的适应性方法，在该方法中，脱机取样算法被设置成发现穿过大气层的最佳吸收波长和功率。如果脱机性能超过在线性能一定的阈值，然后脱机可构型参数就被编进可构型在线波长转换器134，150的程序以将波长改变到更优越的波长，并吸取从脱机波长中发现的更好性能的优点。
在接收通路中的可构型脱机波长转换器322和在发射通路中的可构型脱机波长转换器334通过控制器320而使用以确定脱机性能。具体地说，光纤光缆332被耦合到光纤光缆140以将被发射的光学信号的样本提供到脱机波长转换器334。相似地，光纤光缆324被耦合到光纤光缆152以将被接收的光学信号的样本提供到脱机波长转换器322。光纤光缆326将经转换的光学信号的波长从脱机波长转换器322提供到控制器320。相似地，光纤光缆328将经转换的光学信号的波长的样本从在线波长转换器150提供到控制器320。而且，一个或多个环境传感器330可以共同位于收发器中或位于外部任何距离。环境传感器330和控制器320相接合并被用于为给定的环境条件选择最好的波长。
参考图10，图中说明了根据本发明的一个示例的动态波长选择控制方法300。该方法可以由波长转换控制器320或由一些其他的外部控制器或处理器执行。λfs的被选择值的性能由步骤302的探测脱机接收性能和步骤304的探测在线接收性能监视。脱机接受性能从经转换光学信号的波长样本探测，该波长样本从脱机波长转换器322接收。在线接受性能从经转换光学信号的波长样本探测，该波长样本从在线波长转换器150接收。通过实例的方式，这样的性能可以通过探测样本的光学功率，接受比特错误率(BER)，信噪比(SNR)等测量。各种传感器可以用于探测接收功率，这些传感器包括但不限制于探测光学功率，波前畸变和偏振等的传感器。另外，该一个或多个环境传感器330可以被用于探测或测量风，湍流，背景辐射等。由这些传感器收集的数据可以通过控制器320用于评定给定的大气层条件和选择最佳的波长λfs。
在步骤306，控制器320确定脱机接收性能是否超过在线接收性能。通过实例的方式，这可以这样做，直接将脱机接收性能和在线接收性能比较，或确定脱机接收性能是否大于一个阈值水平。如果脱机性能不超过在线性能，然后在步骤308控制器320调节脱机通路中的可调谐结构。例如，控制器320可以将发射通路中的脱机波长转换器334调节到λfs的一个尝试值，同时不打扰在线数据通路。在尝试值λfs上的一个光学信号通过光纤光缆336(图9)耦合到发射元件142中的一个，并通过自由空间联接104传播到配合的接收器。还是在步骤308，控制器320将脱机接收通路波长转换器322调节到λfs的尝试值，致力于继续搜索超过在线性能的脱机可构型参数。控制器320以这样的方法搜寻λfs的一个较好的脱机值。
在另一方面，如果脱机性能不超过在线性能，然后在步骤310，控制器320确定在线(即初始)通路中的波长是否被锁定。如果在线通路未被锁定，然后在步骤312，在线通路中的可调谐结构被设定或调节到脱机可构型参数。或者说，控制器320将发射通路中的在线波长转换器134构型成发射新选择的波长λfs，控制器320通常也将接收通路中的在线波长转换器150构型成接收新选择的波长λfs。这样，收发器被调节或构型成在λfs的脱机值上工作。如果在线通路被锁定，然后在进行到步骤312之前控制器320在步骤314对在线通路开锁。
通过使用方法300，优选转换波长λfs的值用监视被选择的穿透大气层的波长的性能的反馈控制系统动态地改变或调节。发现最佳波长λfs的过程可以叠代地进行或应用一种或然的过程。一种叠代方法包括逐步增量地扫视可构型参数以定位接收器中的最好性能。或然的方法应用一种随机的方法，该方法将统计性地不着重于局部的最小值。
在应用收发器100，102(图1)的自由空间光学通讯系统中，一个给定的光学发射器TX可以和一个单独的远程定位的接收器RX通讯(点到点)或和许多接收器RX通讯(点到多点)。发射波长λfs可以不同于光纤波长λfiber一个由发射器TX的本地波长转换器(例如134，170)确定的偏离值。而且，根据上述动态波长选择控制方法300(图10)，发射的波长λfs可以是时间变化的。因此，本发明提供这样的方法，该方法中，接收器RX中的波长转换器(例如150，172)进行的波长转换操作相等于和相反于发射器TX进行的波长转换操作。
例如，图11说明根据本发明的一个实施例制造的发射和接收部分TX4，RX4的示例变型。发射和接收部分TX4，RX4形成一个可用作收发器100，102中的一个的收发器340。该收发器340包括一个根据本发明的一个实施例制造的波长转换控制器350。该波长转换控制器350耦合到并控制发射部分TX4中的波长转换器134和接收部分RX4中的波长转换器150。
收发器340应用一种建立相干数据通讯的方法，该相干数据通讯通过和在自由空间联接104的另一端的协调配合的接收器经由一个带外控制通讯通道354进行通讯而建立。直接的带外控制通讯通道354耦合到波长转换控制器350，并能进行在协调配合的接收器之间的直接通讯。通过实例的方式，通讯通道354可以采取各种形式，诸如但不限制于引线-引线(电话调制解调器，LAN等)，无线RF(蜂窝，微波无线电等)，自由空间光学(红外LED，固定保留波长激光等)等。通过另一个实例的方式，通讯通道354可以利用发表于2000年1月13日，发明人为Heinz Willebrand和Maha Achour，题为“HYBRIDWIRELESS OPTICAL AND RADIO FREQUENCY COMMUNICATION LINK”，其申请号为09/482782的美国专利申请中叙述的方法和装置，该申请的全部内容通过引用全文结合在本申请中。
在操作中，收发器340可以例如通过应用动态波长选择控制方法300(图10)选择一个多最佳点发射波长λfs。如果收发器340选择一个新发射波长λfs，收发器340能通过直接带外控制通讯通道354通知协调配合的接收器该新的λfs。通过该方法，为了保持数据通道上的相干通讯，一个或多个协调配合的接收器能将其波长转换器调整成应用所指出的波长值λfs。具体地说，协调配合的收发器将调整接收部分RX中的波长转换器以将所指出的值λfs转换到光纤波长λfiber，这样接收部分RX进行波长转换操作，该操作相等于并相反于发射部分TX4中的波长转换器134进行的操作。协调配合的收发器也将调整其发射部分TX中的波长转换器以将光纤波长λfiber转换到所指出的波长值λfs。
相似地，如果协调配合的收发器选择一个新的发射波长λfs，协调配合的收发器能通过带外控制通讯通道354通知收发器340该新的值λfs。然后收发器340用该信息确定由其自己的发射和接收部分TX4，RX4进行的适当的波长转换量。具体地说，控制器350相应地调整在接收部分RX4中的波长转换器150，因此必要的光纤输出波长被重新建立，为了发射新发射波长λfs，控制器350相应地调整发射部分TX4中的波长转换器134。
如另一个实例，图12说明了根据本发明的一个实施例制造的发射和接收部分TX5，RX5的示例变型。该发射和接收部分TX5，RX5形成一个可以用作收发器100，102中的一个的收发器342。这里，为了确定由发射和接收部分TX5，RX5进行的适当的波长转换量，通过收发器342利用一个适应性的波长选择确定。该适应性的波长选择确定包括接收部分RX5连续监视所接收信号的波长并响应本地测量的所接收的信号波长的变化而适应性地调整其波长转换值。
更具体地，波长转换控制器352被耦合到并控制发射部分TX5中的波长转换器134和接收部分RX5中的波长转换器150。一个光束样本356任选地从在发射部分TX5的光纤光缆140通过两个光纤光缆358，360耦合到控制器352。另一个光束样本362任选地从接收部分RX5的聚焦元件146通过两个光纤光缆364，366耦合到控制器352。
在操作中，接收部分RX5接收由协调配合的发射器在自由空间联接104上发射的信号。一个实际上可以是宽带的所接收光束的样本被确定了从接收部分RX5的聚焦元件146通过光束采样器362到控制器352的路线。相似地，一个发射光束的样本被确定了从发射部分TX5的光纤光缆140通过光束采样器356到控制器352的路线。在控制器352中，接收波长和发射波长的当前值比较。两个波长之间的差异说明，协调配合的(或发送的)自由空间光学收发器已经确定存在一个发射波长λfs的更好的值并且已经改变到该值。通过实例的方式，通过应用动态波长选择控制方法300(图10)协调配合的收发器可以确定发射波长λfs的更好的值。为了匹配当前的接收波长，控制器352调整在接收部分RX5中的波长转换器150以响应所测量的偏离而应用该指出的更好的值。具体地说，波长转换器150被调整成将指出的更好的λfs值转换到光纤波长λfiber。相似地，控制器352将发射部分TX5的波长转换器134调整成应用所指出的更好的λfs值。在这样的方式中，收发器342应用适应性的方法保持在数据通道上的相干通讯。
应该理解的是，可构型的在线波长转换控制器350，352(分别为图11，12)每一个都可以包括一个在一个位置上的单独的装置，或在多于一个位置上的多于一个的装置。例如，一个分离的控制器可以和每个发射和接收部分TX，RX相关联。而且，波长转换控制器350，352可以由每个收发器机载，或位于其外部。
通过实例的方式，关于图3，5，9，11和12显示的接收元件144，聚焦元件146和光纤结合器148，其从自由空间到单模或多模光纤的耦合可以通过应用在发表于2001年5月4日，发明人为Heinz Willebrand和Gerald R.Clark，题为“TERRESTRIAL OPTICAL COMMUNICATION NETWORK OF INTEGRATEDFIBER AND FREE-SPACE LINKS WHICH REQUIRES NO ELECTRO-OPTICAL CONVERSIONBETWEEN LINKS”，申请号为09/849613的美国专利申请中叙述的宽带耦合装置和技术来达到，该申请同时也被确定为Attorney Docket No.70646(7293)，其全部内容通过引用而全文结合在本申请中。
通过另一个实例的方式，接收元件144，聚焦元件146和光纤结合器148可以根据下文的讨论构成和工作。具体地说，图13说明了根据本发明的一个实施例制造的接收部分RX6的一个示例变型。该接收部分RX6可以用在收发器100，102中。在该变型中，一个或多个接收元件144包括Catadioptric(例如Schmidt-Cassegrain，Maksutov和其他)望远镜结构500，该结构将接收的光引导入聚焦元件146。众所周知的Schmidt-Cassegrain望远镜结构应用反射镜和透镜的结合构成光学元件并形成图象。这种结构有几种优点。具体地说，Schmidt-Cassegrain设计是一种紧凑的光学系统，该系统在宽场和频谱带上传播高分辨率图象，结合了平面镜和透镜的光学优点，同时将其缺点减到最小。第二焦点比基本上在f/10的范围。最后，Schmidt-Cassegrain结构具有任何类型的望远镜设计的一个最好的近聚焦能力，和折射物镜相比有相对大的光圈，因此可以收集更多的光。虽然Schmidt-Cassegrain望远镜结构可以用在本发明中，但应该很好地理解的是，根据本发明可以替代应用各种其他设计的望远镜结构或其他聚焦装置。
图14更加详尽地说明了Schmidt-Cassegrain结构500。来自自由空间联接104的输入光从图左侧接收。输入光通过一个薄非球面Schmidt板(或矫正器)506进入，然后撞击球面初级镜并被反射回管内。然后该光被一个小的第二镜504拦截，该第二镜将光反射出在该仪器后面的一个开口508，图象就形成在该处的聚焦平面510上。参考图15，图中说明了一种根据本发明的一个实施例将从自由空间联接104上接收的光耦合到接收部分RX中的9.0微米芯的SMF上的技术。具体地说，根据该技术，Schmidt-Cassegrain结构500从自由空间联接104接收光。聚焦元件146的远端520包括一个微透镜带/阵列522以及一个光学结合器级524。
在工作中，来自Schmidt-Cassegrain结构500输出的光被引导到微透镜阵列522上。从该微透镜阵列522输出的光束被引导进相应的SMF526，然后该光束由光学结合器级524结合成一个单光束。光学结合器级524用诸如一种成阵列的波导结合光，直至所有被接收的光进入一个匹配连接器106，116(图2和3)的光纤界面的SMF中。通过实例的方式，光学结合器级524可以包括一个多级结合器(或相当的装置)，诸如一个两级或三级(2/3-级)结合器。在所说明的实例中，光学结合器级524包括一个三级结合器，有光纤结合器级528，530，532。用这样的方式，从自由空间联接104上接收的光被耦合到1550微米SMF，不需要经过电-光转换。然后该光由波长转换器150进行波长转换，由多波长光纤放大器154放大。
参考图16，图中说明了一个根据本发明的另一个实施例的替代收发器结构600。提供对Schmidt-Cassegrain接收器的一种替代的结构600其特色是一个用于接收和发射的单示踪器和一个紧凑的50mm接收器通路长度。结构600包括一个紧凑的光-机械配件602，一个红外(IR)窗口604，和一个用于容纳电子器件和平衡驱动的机架606。
IR窗口604提供一个滤波器窗口以覆盖和保护光-机械配件602减小来自例如阳光的热影响。IR窗口的使用避免了对每个各别的透镜配备滤波器的需要。IR窗口604最好包括一个850/1550nm带通滤波器窗口。虽然IR窗口604被描绘成具有方形，应该理解的是，IR窗口604可以包括许多不同的形状。
图17，18，19，20和21更详尽地说明了该紧凑的光学配件602。在该实施例中，紧凑的光学配件602包括十六个接收器阵列610，五个数据发射器(DT)612，一个示踪器(Tr)614和一个信标(B)616。接收器阵列610，数据发射器612，示踪器614和信标616被安装在平衡机架(未显示)上。
关于数据接收器物镜，每个接收器阵列610最好包括十六个9mm透镜618(也称为微透镜)，其形成透镜618的一个4×4次阵列，如图18所示。这样，十六个接收器阵列610形成一个9mm透镜618的16×16阵列。通过实例的方式，各种对于透镜618的选择件包括锥形单谱线，CC＝-0.58；和GradiumGPX-10-45，Diffractive，Doublet。透镜618的示范规格包括EFL＝45mm；直径＝9mm，CA F/5匹配光纤；焦点尺寸小于9微米。
在工作中，从自由空间联接104上接收的光通过IR窗口604引导到透镜618的阵列。图19和20说明了从自由空间联接104通过透镜618接收的光能被耦合到0.9微米芯的SMF620的方法。具体地说，阵列610中十六个透镜618的每一个透镜都将光分别引导到十六个SMF620中的一个SMF，每个SMF都分别由十六个光纤支座622中的一个紧固(只显示四个透镜618，四个SMF620和四个光纤支座622)。9mm(45mm EFL)F/5透镜618匹配9.0微米芯的SMF620。通过实例的方式，SMF620可以有一个的视野瞬时场(IFOV)＝0.20mr。
由十六个光纤支座622紧固的十六个SMF620被结合在一个16:1的结合器中。因为为十六个接收器阵列610中的每一个都有一个各别的16:1结合器624，一个附加的16:1结合器(未显示)被用于结合十六个16:1结合器624的输出。以这样的方式，从紧凑的光学配件602接收的光不需用电-光转换就被耦合到单个的SMF上。
图21说明一个示踪器614的示范实施例。如上所述，示踪器614以及紧凑的光学配件602的其他元件都被安装在平衡机架(未显示)上。
示踪器614和平衡机架回转光学配件602，而只有一个示踪器是需要的。通过示踪器透镜628接受的光被引导通过一个850nm滤波器630和一个场阻挡632。然后光撞击一个四位置传感器634，该传感器被用于探测光束的位置。通过实例的方式，四位置传感器634可以包括一个3-80mr全场视野(FFOV)，850nm传感器。
虽然本文公开的发明通过具体的实施例及其应用的方式得到叙述，但本技术领域熟练的人员可以不背离在权利要求中阐明的本发明的范围而对其作出各种修改和变化。
权利要求
1.一种在自由空间联接上传播光学信号的方法，其特征在于，包括步骤从一个第一单模光纤上接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号；用一个发射波长转换器将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到一个自由空间基础波长；将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上；从自由空间联接上接收一个具有自由空间基础波长的第二光学信号；用一个接收波长转换器将第二光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长；将具有光纤界面基础波长的第二光学信号引导到一个第二单模光纤上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到一个自由空间基础波长的步骤为全光学地进行，不需要应用电-光转换。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将第二光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长的步骤为全光学地进行，不需要应用电-光转换。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将第二光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长的步骤应用光-电转换进行。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括的步骤为取样一部分具有自由空间基础波长的第二光学信号；和在一个脱机通路中用该取样的部分第二光学信号确定自由空间基础波长的一个新值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，用该取样的部分第二光学信号确定自由空间基础波长的一个新值的步骤包括的步骤为将一个探测到的脱机性能和一个探测到的在线性能进行比较。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为重新构型发射波长转换器以将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到自由空间基础波长的新值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为通过一个带外通讯通道接收一个自由空间基础波长的新值的指示。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为重新构型发射波长转换器以将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到自由空间基础波长的新值。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为取样一部分具有自由空间基础波长的第一光学信号；取样一部分具有自由空间基础波长的第二光学信号；将取样的第一光学信号的一部分波长和取样的第二光学信号的一部分波长进行比较。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为响应所测量到的在取样的第一光学信号的一部分的波长和取样的第二光学信号的一部分的波长之间的偏离重新构型发射波长转换器。
12.一种用于在一个自由空间联接上传播光学信号的设备，包括用于从一个单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号的装置；一个构型成将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到一个自由空间基础波长的发射波长转换器；一个构型成将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上的发射元件；一个构型成从自由空间联接上接收一个具有自由空间基础波长的第二光学信号的接收元件；一个构型成将第二光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长的接收波长转换器；和用于将具有光纤界面基础波长的第二光学信号引导到一个第二单模光纤中的装置。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，发射波长转换器包括一个用于将第一光学信号的光纤界面基础波长全光学地转换到一个自由空间基础波长而不需要应用电-光转换的设备。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，接收波长转换器包括一个用于将第二光学信号的自由空间基础波长全光学地转换到光纤界面基础波长而不需要应用电-光转换的设备。
15.如权利要求13所述的设备，其特征在于，接收波长转换器包括一个用于应用光-电转换将第二光学信号的自由空间基础波长全光学地转换到光纤界面基础波长的设备。
16.如权利要求12所述的设备，进一步包括一个构型成将探测到的脱机性能和探测到的在线性能进行比较以确定自由空间基础波长的一个新值的控制器。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，控制器进一步被构型，以将发射波长转换器重新构型成将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到自由空间基础波长的新值。
18.如权利要求12所述的设备，进一步包括一个构型成接收一个自由空间基础波长的新值的指示的带外通讯通道。
19.如权利要求18所述的设备，进一步包括一个构型成将发射波长转换器重新构型，以将第一光学信号的光纤基础波长转换到自由空间基础波长的控制器。
20.如权利要求12所述的设备，进一步包括一个构型成将取样的第一光学信号的一部分的波长和取样的第二光学信号的一部分的波长进行比较的控制器。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，控制器被进一步构型成响应所测量到的在取样的第一光学信号的一部分的波长和取样的第二光学信号的一部分的波长之间的偏离重新构型发射波长转换器。
22.一种在一个自由空间联接上传播光学信号的方法，包括的步骤为从一个第一单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号；用一个和第一单模光纤在线连接在一起的多波长光学放大器放大第一光学信号；用一个光学耦合到多波长光学放大器的可变光学衰减器衰减第一光学信号；用一个发射波长转换器将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到一个自由空间基础波长；和将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到一个自由空间基础波长的步骤为全光学地进行，不需要应用电-光转换。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为将发射波长转换器重新构型成将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到自由空间基础波长的新值。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为将一个探测到的脱机性能和一个探测到的在线性能进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为通过一个带外通讯通道接收一个自由空间基础波长的新值的指示。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为取样一部分具有自由空间基础波长的第一光学信号；从自由空间联接上接收一个具有自由空间基础波长的第二光学信号；取样一部分具有自由空间基础波长的第二光学信号；将取样的第一光学信号的一部分的波长和取样的第二光学信号的一部分的波长进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括的步骤为控制多波长光学放大器的功率增益以及由可变光学衰减器提供的动态衰减。
29.一种用于在一个自由空间联接上传播光学信号的设备，其特征在于，包括用于从一个单模光纤接收一个具有一个光纤界面基础波长的第一光学信号的装置；一个和第一单模光纤在线连接到一起，用于放大第一光学信号的多波长光学放大器；一个光学耦合到多波长光学放大器以衰减第一光学信号的可变光学衰减器；一个构型成将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到一个自由空间基础波长的发射波长转换器；和一个或多个构型成将具有自由空间基础波长的第一光学信号引导到自由空间联接上的发射元件。
30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，发射波长转换器包括一个用于将第一光学信号的光纤界面基础波长全光学地转换到一个自由空间基础波长而不需要应用电-光转换的设备。
31.如权利要求29所述的设备，进一步包括一个构型成将发射波长转换器重新构型，以将第一光学信号的光纤界面基础波长转换到自由空间基础波长的控制器。
32.如权利要求31所述的设备，其特征在于，控制器被进一步构型成将一个探测到的脱机性能和一个探测到的在线性能进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
33.如权利要求31所述的设备，其特征在于，控制器被进一步构型成通过一个带外通讯通道接收一个自由空间基础波长的新值的指示。
34.如权利要求29所述的设备，进一步包括一个构型成控制多波长光学放大器的功率增益以及由可变光学衰减器提供的衰减的控制器。
35.一种在一个自由空间联接上传播光学信号的方法，包括的步骤为从自由空间联接上接收一个具有自由空间基础波长的第一光学信号；用一个接收波长转换器将第一光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长；用一个光学耦合到接收波长转换器的多波长光学放大器放大第一光学信号；用一个光学耦合到多波长光学放大器的可变光学衰减器衰减第一光学信号；和将具有光纤界面基础波长的第一光学信号引导到一个第一单模光纤上。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，将第一光学信号的自由空间基础波长转换到光纤界面基础波长的步骤为全光学地进行，不需要应用电-光转换。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，将第一光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长的步骤用光电转换进行。
38.如权利要求35所述的方法，进一步包括的步骤为重新构型接收波长转换器以将第一光学信号的自由空间基础波长的新值转换到光纤界面基础波长。
39.如权利要求38所述的方法，进一步包括的步骤为将一个探测到的脱机性能和一个探测到的在线性能进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
40.如权利要求38所述的方法，进一步包括的步骤为通过一个带外通讯通道接收一个自由空间基础波长的新值的指示。
41.如权利要求38所述的方法，进一步包括的步骤为取样一部分具有自由空间基础波长的第一光学信号；将取样的第一光学信号的一部分的波长和取样的第二光学信号的一部分的波长进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
42.如权利要求35所述的方法，进一步包括的步骤为控制多波长光学放大器的功率增益以及由可变光学衰减器提供的衰减。
43.一种用于在一个自由空间联接上传播光学信号的设备，包括一个构型成从自由空间联接上接收一个具有自由空间基础波长的第一光学信号的接收元件；一个构型成将第一光学信号的自由空间基础波长转换到一个光纤界面基础波长的接收波长转换器；一个光学耦合到接收波长转换器用于放大第一光学信号的多波长光学放大器；一个光学耦合到多波长光学放大器用于衰减第一光学信号的可变光学衰减器；和用于将具有光纤界面基础波长的第一光学信号引导到一个第一单模光纤的装置。
44.如权利要求43所述的设备，其特征在于，接收波长转换器包括一个用于将第一光学信号的自由空间基础波长全光学地转换到光纤界面基础波长，不需要应用电-光转换的设备。
45.如权利要求43所述的设备，其特征在于，接收波长转换器包括一个用于应用电-光转换将第一光学信号的自由空间基础波长全光学地转换到光纤界面基础波长的设备。
46.如权利要求43所述的设备，其特征在于，还包括一个构型成将接收波长转换器重新构型，以将第一光学信号的自由空间基础波长的一个新值转换到光纤界面基础波长的控制器。
47.如权利要求46所述的设备，其特征在于，控制器被进一步构型成将一个探测到的脱机性能和一个探测到的在线性能进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
48.如权利要求46所述的设备，其特征在于，控制器被进一步构型成通过一个带外通讯通道接收一个自由空间基础波长的新值的指示。
49.如权利要求46所述的设备，其特征在于，控制器被进一步构型成将取样的第一光学信号的一部分波长和取样的第二光学信号的一部分波长进行比较以确定自由空间基础波长的新值。
50.如权利要求43所述的设备，其特征在于，进一步包括一个构型成控制多波长光学放大器的功率增益以及由可变光学衰减器提供衰减的控制器。
全文摘要
自由空间光学收发器应用从光纤界面波长(108)到自由空间转换波长(104)的波长转换并且再转换回，其目的为克服诸如雾等环境对自由空间光学信号的宽范围的环境影响。
文档编号H04B10/10GK1593028SQ02814494
公开日2005年3月9日 申请日期2002年4月30日 优先权日2001年5月21日
发明者G·R·克拉克, B·W·奈夫, R·W·皮塞尔 申请人:光点通讯有限公司