專利名稱：經(jīng)直接調(diào)制中紅外激光器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器調(diào)制和光數(shù)據(jù)傳輸。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)于自由空間光數(shù)據(jù)傳輸(FSODT)的興趣不斷增強(qiáng)，因?yàn)镕SODT在密集城市區(qū)域中的經(jīng)濟(jì)效益是很吸引人的。在這些區(qū)域，利用FSODT可以避免安裝新的電纜或光纖。在城市區(qū)域安裝電纜和光纖的費(fèi)用是驚人的。取代電纜和光纖，F(xiàn)SODT利用自由空間進(jìn)行通信，例如，大樓屋頂之間的大氣層。然而，這種自由空間傳輸對(duì)于來(lái)自大氣層條件的干擾是很敏感的，例如，霧，污染，和沉淀物。
常規(guī)的FSODT系統(tǒng)使用波長(zhǎng)在1.55微米附近的近紅外激光器，通過(guò)自由空間光發(fā)射數(shù)據(jù)。常規(guī)FSODT發(fā)射機(jī)的近紅外激光器有連續(xù)波的輸出，在自由空間傳輸?shù)竭h(yuǎn)程接收機(jī)之前，通過(guò)調(diào)制該輸出引入數(shù)據(jù)。
這些常規(guī)的FSODT系統(tǒng)有幾個(gè)限制。第一，該系統(tǒng)是基于近紅外激光器，必須工作在有限的功率電平以確保眼安全。第二，近紅外激光器產(chǎn)生光的波長(zhǎng)可以是大氣衰減(即，吸收和散射)足夠高的波長(zhǎng)而阻礙傳輸。例如，在惡劣的天氣條件下，例如，霧，發(fā)射的波長(zhǎng)往往被強(qiáng)烈地吸收。第三，常規(guī)的FSODT系統(tǒng)利用復(fù)雜的發(fā)射機(jī)，它包含激光器和該激光器輸出端的調(diào)制器。這些復(fù)雜的發(fā)射機(jī)很難制成單片的器件，因此，制造這種單片器件的產(chǎn)量是很低的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個(gè)方面的特征是一種光發(fā)射數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程接收機(jī)的過(guò)程。該過(guò)程包括接收輸入數(shù)據(jù)信號(hào)流，和利用波形的直接調(diào)制方法調(diào)制中紅外(mid-IR)激光器，波形的順序值反映該流中的數(shù)據(jù)信號(hào)。中紅外激光器激射的波長(zhǎng)是在約3.5微米至約24微米的范圍內(nèi)。直接調(diào)制方法包括泵浦中紅外激光器以產(chǎn)生高光功率電平和低光功率電平，它們反映不同的順序值。該過(guò)程還包括從調(diào)制的中紅外激光器經(jīng)自由空間通信信道發(fā)射輸出光到遠(yuǎn)程接收機(jī)。遠(yuǎn)程接收機(jī)把與高光功率電平和低光功率電平相關(guān)的發(fā)射光分別識(shí)別為“信號(hào)接通”狀態(tài)和“信號(hào)關(guān)斷”狀態(tài)。
本發(fā)明另一個(gè)方面的特征是一種光發(fā)射機(jī)。光發(fā)射機(jī)包括有光增益媒體的中紅外激光器和電調(diào)制器，用于在調(diào)制間隔期間調(diào)制增益媒體的泵浦操作。調(diào)制器按照這樣的方式調(diào)制泵浦操作，它反映相關(guān)的數(shù)據(jù)間隔中接收的數(shù)據(jù)信號(hào)值。調(diào)制器配置成使中紅外激光器在與一種數(shù)據(jù)信號(hào)值相關(guān)的調(diào)制間隔中的一部分產(chǎn)生一種光功率電平，而在與那個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)值相關(guān)的調(diào)制間隔中的其余部分產(chǎn)生相對(duì)低的光功率電平。


圖1A表示接通激光器電源之后量子級(jí)聯(lián)(QC)激光器輸出功率中的瞬態(tài)漂移；圖1B表示相同QC激光器的輸出功率如何響應(yīng)于交變電壓的泵浦；圖1C表示相同QC激光器的輸出功率如何響應(yīng)于高頻(HF)交變電壓的泵浦；圖2表示相同QC激光器的輸出功率如何響應(yīng)于電壓的泵浦，該電壓的幅度代表偽隨機(jī)比特序列；圖3A表示利用直接調(diào)制中紅外激光器的中紅外光發(fā)射機(jī)；圖3B表示圖3A發(fā)射機(jī)的一個(gè)實(shí)施例中調(diào)制器產(chǎn)生的調(diào)制波形；圖4表示基于圖3A發(fā)射機(jī)的自由空間通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖5是利用直接調(diào)制QC激光器發(fā)射數(shù)據(jù)過(guò)程的流程圖；和圖6表示基于圖4通信系統(tǒng)的自由空間數(shù)據(jù)傳輸中接收的信號(hào)電平和噪聲電平。
具體實(shí)施例方式
量子級(jí)聯(lián)(QC)激光器具有有利于自由空間光發(fā)射機(jī)的性質(zhì)。例如，QC激光器是有高輸出功率的中紅外激光器。此處，中紅外(mid-IR)激光器發(fā)射的波長(zhǎng)是在約3.5微米至約20微米的范圍內(nèi)。
各個(gè)實(shí)施例利用這些QC激光器，它們發(fā)射的波長(zhǎng)是在大氣吸收很低的窗口內(nèi)。一種低吸收窗口包括的波長(zhǎng)是在約8微米至約13微米的范圍內(nèi)。另一種低吸收窗口包括的波長(zhǎng)是在約3.5微米至約5微米的范圍內(nèi)，其中這些波長(zhǎng)不是在位于約4.65微米的CO2吸收峰值上。
QC激光器還可以在高頻下被直接調(diào)制。此處，直接調(diào)制是指這樣的調(diào)制，它在激光器有高輸出功率電平的值與該激光器有低輸出功率電平的值之間改變?cè)摷す馄鞯谋闷帧Ｔ谶@些高功率電平和低功率電平上，遠(yuǎn)程光接收機(jī)把該激光器分別識(shí)別為在信號(hào)接通狀態(tài)和信號(hào)關(guān)斷狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，高功率電平和低功率電平分別對(duì)應(yīng)于激光器的發(fā)射狀態(tài)和非發(fā)射狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)泵浦激光器的增益媒體產(chǎn)生這種接通/關(guān)斷直接調(diào)制，其泵浦電流或光強(qiáng)所取的值是在持續(xù)受激發(fā)射的閾值之下和之上。在另一些實(shí)施例中，高功率電平和低功率電平對(duì)應(yīng)于這樣的狀態(tài)，遠(yuǎn)程接收機(jī)識(shí)別它為激光器接通狀態(tài)和激光器關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)激光器與接收機(jī)之間的媒體產(chǎn)生足夠固定的衰減時(shí)，使接收的光功率電平是在該接收機(jī)的閾值之下，導(dǎo)致激光器的關(guān)斷狀態(tài)。在這些實(shí)施例中，輸出的激光器功率在低功率狀態(tài)下就下降，因此，對(duì)于遠(yuǎn)處接收機(jī)來(lái)說(shuō)該激光器似乎是關(guān)斷的。
QC激光器可以利用直接調(diào)制方法進(jìn)行調(diào)制。但是，QC激光器比常規(guī)的中紅外和近紅外激光器產(chǎn)生更多的熱。增加產(chǎn)生的熱量使直接調(diào)制更容易使QC激光器遭受溫度誘發(fā)漂移。
圖1A是曲線10，表示在激光器增益媒體兩端第一次加了光激射閾值之上的電壓時(shí)QC激光器的光輸出功率。在時(shí)間T＝0，泵浦電壓突然地從一個(gè)恒定值，例如，光激射閾值之下的值，改變到光激射閾值之上的另一個(gè)恒定值。給予響應(yīng)，激光器的光輸出功率在T＝0跳到最大值12，在長(zhǎng)度為P的瞬變期間內(nèi)衰減到較低的穩(wěn)態(tài)值14。
在圖1A中，激光器輸出功率的瞬態(tài)特性來(lái)源于反轉(zhuǎn)載流子數(shù)的變化。反轉(zhuǎn)載流子數(shù)確定受激發(fā)射產(chǎn)生的光量，它在時(shí)間T＝0的激光器剛開始發(fā)射激光之后有一個(gè)最大值，而在大于該時(shí)間T之后有較低的值。反轉(zhuǎn)載流子數(shù)的變化是由于長(zhǎng)時(shí)間的光激射使激光器的增益媒體發(fā)熱，從而改變反轉(zhuǎn)載流子數(shù)目。
圖1B是利用周期為P的方波泵浦電壓直接調(diào)制時(shí)圖1A中相同QC激光器的光輸出功率曲線16。方波的最大電壓和最小電壓分別是在光激射閾值電壓之上和之下。雖然該激光器的泵浦電壓是方波，但是由于激光器增益媒體的發(fā)熱，該激光器的輸出功率不具有方波的形式。
此外，圖1B中最大的光輸出功率18低于圖1A中最大的光輸出功率12，因?yàn)檎{(diào)制頻率太高而使激光器在光激射周期之間不能冷卻。同樣的道理，光激射周期內(nèi)的最大光輸出功率18與最小光輸出功率20之間的差值，利用圖1B所示方波電壓泵浦時(shí)的差值小于利用圖1A所示恒定泵浦電壓泵浦時(shí)的差值。
圖1C是相同QC激光器利用與圖1B相同幅度和較短周期P/2的方波直接調(diào)制方法調(diào)制時(shí)的光輸出功率22曲線。較短的調(diào)制周期降低了光激射時(shí)光輸出功率24的最大值。類似地，光激射期間內(nèi)光輸出功率最大值24與光輸出功率最小值26之差也是在響應(yīng)于較短調(diào)制周期時(shí)較小。調(diào)制頻率增大時(shí)最大光輸出功率下降的趨勢(shì)是與調(diào)制速率率增大時(shí)在光激射周期之間可以冷卻激光器增益媒體的時(shí)間縮短有關(guān)。
圖1A-1C表示QC激光器的光輸出功率在高調(diào)制速率下如何隨調(diào)制速率而變化。光輸出功率還隨調(diào)制數(shù)據(jù)序列的形式而變化。
圖2是在長(zhǎng)度為P′的間隔期間利用泵浦電壓32的隨機(jī)二進(jìn)制序列調(diào)制的相同QC激光器的光輸出功率曲線30。對(duì)于該序列的每個(gè)間隔，例如，泵浦電壓的調(diào)制部分是20毫伏(mV)或0mV。在該序列的不同光激射間隔期間，激光器的光輸出功率因激光器增益媒體的溫度差別而不同。在特定的調(diào)制間隔期間，增益媒體的溫度取決于較早間隔期間的調(diào)制電壓值。在此之前有其他光激射間隔的序列的光激射間隔期間的增益媒體較熱，因?yàn)橐郧爱a(chǎn)生的熱量在此情況下還未耗散。較熱的增益媒體在相同的泵浦電壓下產(chǎn)生較低的光輸出功率。例如，間隔34之前有兩個(gè)光激射間隔，因此，間隔34是增益媒體較熱的間隔。在較熱間隔34中的光輸出功率也比前兩個(gè)間隔中的低。
圖2表示采用隨機(jī)的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)序列通過(guò)直接調(diào)制方法調(diào)制QC激光器產(chǎn)生光輸出功率的不規(guī)則起伏。由于這種起伏，QC激光器的光輸出功率可以偶爾下降到發(fā)射數(shù)據(jù)值的閾值電平以下，并引起遠(yuǎn)程接收機(jī)中的識(shí)別差錯(cuò)，例如，若與20mV泵浦電壓調(diào)制部分相關(guān)的輸出光功率的閾值是電平36，則接收機(jī)很可能錯(cuò)誤地識(shí)別QC激光器在瞬態(tài)間隔34發(fā)射的數(shù)據(jù)值。
當(dāng)發(fā)射機(jī)利用高頻率和高功率電平的直接調(diào)制方法調(diào)制QC激光器時(shí)，光輸出功率的變化更容易產(chǎn)生差錯(cuò)。為了在光發(fā)射機(jī)中無(wú)差錯(cuò)地直接調(diào)制QC激光器，必須控制光輸出功率的變化，即，至少是在高數(shù)據(jù)速率和高輸出功率的情況下。
圖3A表示光發(fā)射機(jī)40的一個(gè)實(shí)施例，包括QC激光器42和電調(diào)制器44。典型的QC激光器42是在U.S.專利No.6,055,254中描述，把它全部合并在此供參考。電調(diào)制器44利用直接調(diào)制方法經(jīng)電流信號(hào)調(diào)制QC激光器42。該信號(hào)是加到電極46的兩端，用于電泵浦該激光器的增益媒體48。
QC激光器42與冷卻裝置50還有熱接觸。冷卻裝置50在直接調(diào)制期間減少激光器增益媒體48中的溫度變化。冷卻裝置50的冷卻功率能夠耗散調(diào)制時(shí)產(chǎn)生的熱量，因此，增益媒體48中的溫度變化保持在預(yù)選的范圍內(nèi)。在該預(yù)選的范圍內(nèi)，溫度變化不會(huì)引起QC激光器42的光輸出功率不可接受的變化。
可接受的溫度變化范圍取決于調(diào)制頻率，數(shù)據(jù)類型，調(diào)制電流，和接收機(jī)靈敏度。在圖1A-1C和圖2中已描述與調(diào)制頻率和數(shù)據(jù)類型的關(guān)系，它們與數(shù)據(jù)速率和瞬態(tài)周期的平均長(zhǎng)度和方差有關(guān)，該數(shù)據(jù)在瞬態(tài)周期內(nèi)引起光激射。與調(diào)制電流的關(guān)系涉及增益媒體48中的功率耗散與調(diào)制電流幅度的關(guān)系。與接收機(jī)靈敏度的關(guān)系涉及區(qū)分不同數(shù)據(jù)值的閾值光功率。若溫度變化引起光傳輸功率電平在接收機(jī)識(shí)別它們?yōu)榕c不同數(shù)據(jù)值相關(guān)的功率范圍之間徘徊，則這種溫度變化就會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。
圖3A表示包含冷指49的冷卻裝置50的一個(gè)實(shí)施例。冷指49在位于容器52內(nèi)的冷卻劑媒體51與激光器42之間形成熱接觸。典型的冷卻劑媒體51包括液氮和液態(tài)空氣。冷指49以這樣的速率調(diào)節(jié)從激光器42到冷卻劑媒體51的熱轉(zhuǎn)移，該速率是足夠地快以保持增益媒體48中的溫度變化在可接受的范圍內(nèi)，因此，保持激光器42的光輸出功率變化在可接受的范圍內(nèi)。
在另一些實(shí)施例中，冷卻裝置50使用與激光器42熱接觸的熱電冷卻器件，提供增益媒體48的冷卻和維持溫度變化在可接受的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員知道熱電冷卻器件的構(gòu)造和使用方法。
QC激光器42產(chǎn)生幅度調(diào)制的輸出光束54。輸出光束54被無(wú)源光學(xué)元件58通過(guò)自由空間引向接收機(jī)(未畫出)。
圖3B表示圖3A中另一個(gè)實(shí)施例的調(diào)制器44產(chǎn)生的調(diào)制電壓/電流波形，該波形反映二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)值的序列62，即，0和1。序列62的數(shù)據(jù)值有相等的時(shí)間周期。在時(shí)間間隔66中，調(diào)制器44產(chǎn)生低于光激射閾值電壓64的泵浦電壓/電流，它與數(shù)據(jù)值0相關(guān)。在與數(shù)據(jù)值1相關(guān)的時(shí)間間隔中的第一部分67，調(diào)制器44產(chǎn)生光激射閾值電64之上的泵浦電壓/電流。在與數(shù)據(jù)值1相關(guān)的時(shí)間間隔中的其余部分68，調(diào)制器44產(chǎn)生光激射閾值電壓64之下的泵浦電壓/電流。在典型的調(diào)制器44中，第一部分小于與一種數(shù)據(jù)值相關(guān)的總時(shí)間間隔的70％，50％，40％，30％，或10％。因此，這些實(shí)施例中調(diào)制器44在短于與引起光激射的特定數(shù)據(jù)值相關(guān)時(shí)間間隔的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生光激射。
通過(guò)限制光激射間隔的長(zhǎng)度短于各個(gè)數(shù)據(jù)間隔，調(diào)制波形60減小了圖3A中激光器42激射的總時(shí)間。減小光激射時(shí)間的長(zhǎng)度就減小了增益媒體48中產(chǎn)生的熱量，即，產(chǎn)生的熱量與泵浦功率的時(shí)間積分有關(guān)。因此，調(diào)制波形60在數(shù)據(jù)序列的傳輸期間減小了激光器42中的溫度變化和光輸出功率變化。利用配置成產(chǎn)生如波形60的調(diào)制波形的調(diào)制器44，能夠獲得較高的數(shù)據(jù)速率和降低保持可接受光輸出特性所需的冷卻量，例如，對(duì)于某些這種調(diào)制波形，冷卻裝置50是不需要的。
利用圖3A中冷卻裝置50進(jìn)行冷卻以及利用具有類似于圖3B中波形60的泵浦電壓/電流進(jìn)行調(diào)制，使QC激光器42的溫度在直接調(diào)制期間保持穩(wěn)定。
圖4表示光通信系統(tǒng)70，例如，在城市區(qū)域中提供FSODT的終端線路光通信系統(tǒng)。系統(tǒng)70包括圖3A-3B中的光發(fā)射機(jī)40和光接收機(jī)72。光發(fā)射機(jī)40包括電調(diào)制器44，QC激光器42，冷卻裝置50，擴(kuò)束光學(xué)元件76，目標(biāo)光學(xué)元件58，和任選的可見(jiàn)光激光器74。接收機(jī)72包括會(huì)聚光學(xué)元件78，紅外強(qiáng)度檢測(cè)器80和接收信號(hào)監(jiān)測(cè)器82。監(jiān)測(cè)器82電解碼和利用QC激光器42發(fā)射的數(shù)據(jù)。
通信系統(tǒng)70包括在物理和電子建立期間起作用的光學(xué)器件。在光發(fā)射機(jī)40的物理建立期間，可見(jiàn)光激光器74產(chǎn)生可見(jiàn)的光束，它用于物理調(diào)整目標(biāo)光學(xué)元件，因此，使輸出光束84瞄準(zhǔn)接收機(jī)72的會(huì)聚光學(xué)元件78。在電子建立期間，低頻(LF)源86調(diào)制來(lái)自調(diào)制器44的泵浦電壓/電流，接收機(jī)72中的鎖相放大器88以LF源86的頻率檢測(cè)接收信號(hào)的調(diào)制。LF調(diào)制和相位匹配檢測(cè)有助于在接收機(jī)72中設(shè)置電子校準(zhǔn)。
調(diào)制器44包括直流(DC)電壓源92和高頻(HP)調(diào)制器94，調(diào)制器94經(jīng)偏置T形接頭96耦合到輸出終端98。DC電壓源92提供恒定的泵浦電壓，使QC激光器42保持在接近于光激射閾值的非激射狀態(tài)，例如，光激射閾值之下的0.1伏至0.001伏。保持QC激光器42接近于該閾值，能夠使用較小的AC電壓，例如，0.1伏至0.001伏，引起QC激光器42在直接調(diào)制期間在激射狀態(tài)與非激射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。高頻(HP)調(diào)制器94產(chǎn)生輸出電壓，其幅度反映發(fā)射機(jī)40接收的輸入數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。來(lái)自HP調(diào)制器94的輸出電壓用于增加QC激光器42上的泵浦電壓/電流到光激射閾值之上，用于響應(yīng)某些類型的輸入數(shù)據(jù)，例如，等于邏輯+1的數(shù)據(jù)值。偏置T形接頭96電隔離DC電壓源92和連接調(diào)制器44和QC激光器42的線路100上的信號(hào)。
圖5是利用直接調(diào)制QC激光器，例如，圖4中的激光器42，發(fā)射數(shù)據(jù)過(guò)程110的流程圖。過(guò)程110包括在調(diào)制器中，例如，圖4中調(diào)制器44，接收輸入模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的各個(gè)值(步驟112)。該調(diào)制器通過(guò)直接調(diào)制方法調(diào)制QC激光器(步驟114)。直接調(diào)制方法涉及利用電或光泵浦信號(hào)流泵浦激光器，其形式代表接收的信號(hào)流中對(duì)應(yīng)的各個(gè)輸入數(shù)據(jù)值。QC激光器經(jīng)自由空間信道發(fā)射直接調(diào)制方法產(chǎn)生的光脈沖流到遠(yuǎn)程接收機(jī)，例如，接收機(jī)72(步驟116)。
直接調(diào)制方法包括調(diào)制泵浦高電平與低電平之間的激光器輸出功率，遠(yuǎn)程接收機(jī)對(duì)這些高電平和低電平分別識(shí)別為發(fā)射機(jī)接通狀態(tài)和發(fā)射機(jī)關(guān)斷狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)接通狀態(tài)和發(fā)射機(jī)關(guān)斷狀態(tài)是QC激光器的激射狀態(tài)和非激射狀態(tài)。在另一些實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)接通狀態(tài)和發(fā)射機(jī)關(guān)斷狀態(tài)在遠(yuǎn)程接收機(jī)中產(chǎn)生的功率電平分別是在該接收機(jī)的檢測(cè)閾值之上和之下。
再參照?qǐng)D4，通信系統(tǒng)70的各個(gè)實(shí)施例利用位于中紅外波長(zhǎng)范圍的光傳輸波段通過(guò)自用空間發(fā)射數(shù)據(jù)。一些實(shí)施例利用QC激光器可用于寬范圍的輸出波長(zhǎng)和利用激光器產(chǎn)生的光波長(zhǎng)是在低的大氣衰減窗口內(nèi)。在這種窗口發(fā)射數(shù)據(jù)減少了大氣吸收和/或諸如散射的各種大氣條件造成的通信差錯(cuò)數(shù)目。
圖6表示圖4通信系統(tǒng)70的一個(gè)實(shí)施例中信號(hào)強(qiáng)度如何依賴于自用空間中紅外傳輸?shù)臄?shù)據(jù)頻率。噪聲本底代表接收機(jī)72正確識(shí)別發(fā)射數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的閾值，它是用分貝(dB)表示的。各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是用星號(hào)表示的。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)說(shuō)明信噪比隨數(shù)據(jù)頻率的增大而減小。然而，該數(shù)據(jù)說(shuō)明，直接調(diào)制典型的QC激光器42能夠發(fā)射速率為1吉赫(GHz)，2GHz，4GHz或更高的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
根據(jù)這個(gè)技術(shù)說(shuō)明，附圖，和本申請(qǐng)的權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種光發(fā)射數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程接收機(jī)的過(guò)程，包括接收輸入數(shù)據(jù)信號(hào)流；利用波形的直接調(diào)制方法調(diào)制中紅外激光器，波形的順序值反映該流中的數(shù)據(jù)信號(hào)，直接調(diào)制方法包括泵浦中紅外激光器以產(chǎn)生高光功率電平和低光功率電平，它們反映不同的順序值；和從調(diào)制的中紅外激光器經(jīng)自由空間通信信道發(fā)射輸出光到遠(yuǎn)程接收機(jī)。
2.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中遠(yuǎn)程接收機(jī)配置成把與高光功率電平和低光功率電平相關(guān)的接收光分別識(shí)別為中紅外激光器的“信號(hào)接通”狀態(tài)和“信號(hào)關(guān)斷”狀態(tài)。
3.按照權(quán)利要求2的過(guò)程，其中直接調(diào)制方法調(diào)制中紅外激光器包括利用調(diào)制電流泵浦該激光器的增益區(qū)，調(diào)制電流相繼的各值反映該流中的數(shù)據(jù)信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中直接調(diào)制方法的調(diào)制操作泵浦中紅外激光器到第一間隔期間的激射狀態(tài)以響應(yīng)有第一信號(hào)值的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)和到第二間隔期間的非激射狀態(tài)以響應(yīng)有第二信號(hào)值的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求4的過(guò)程，其中第一間隔短于第二間隔。
6.按照權(quán)利要求5的過(guò)程，其中第一信號(hào)值和第二信號(hào)值分別是第一數(shù)字值和第二數(shù)字值。
7.按照權(quán)利要求2的過(guò)程，其中調(diào)制操作產(chǎn)生的光波長(zhǎng)是在約3.5微米至約24微米的范圍內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中產(chǎn)生的光波長(zhǎng)至少是約8微米長(zhǎng)，但不長(zhǎng)于約13微米。
9.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中產(chǎn)生的光波長(zhǎng)至少是約3.5微米長(zhǎng)，但不長(zhǎng)于約5微米，且不在位于約4.65微米的CO2吸收峰值上。
10.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中調(diào)制操作產(chǎn)生的光是在這樣的頻譜窗口內(nèi)，其中大氣衰減低于相鄰的波長(zhǎng)范圍。
11.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中發(fā)射操作是在至少高達(dá)1吉赫的速率上發(fā)送順序調(diào)制的光數(shù)據(jù)值。
12.按照權(quán)利要求1的過(guò)程，其中發(fā)射操作是在至少高達(dá)2吉赫的速率上發(fā)送順序調(diào)制的光數(shù)據(jù)值。
13.一種光發(fā)射機(jī)，包括有光增益媒體的中紅外激光器；和調(diào)制器，它在調(diào)制間隔期間按照這樣的方式調(diào)制增益媒體的泵浦，它反映相關(guān)數(shù)據(jù)間隔中接收的數(shù)據(jù)信號(hào)值，調(diào)制器配置成使中紅外激光器在與一種數(shù)據(jù)信號(hào)值相關(guān)的調(diào)制間隔中的一部分產(chǎn)生一種光功率電平，而在與那個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)值相關(guān)的調(diào)制間隔中的其余部分產(chǎn)生相對(duì)低的光功率電平。
14.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中調(diào)制器配置成使中紅外激光器在該間隔中的各個(gè)部分發(fā)射激光，而在該間隔中的其余部分不發(fā)射激光。
15.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中調(diào)制器在增益媒體的兩端加上電壓以調(diào)制媒體的泵浦。
16.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中中紅外激光器是量子級(jí)聯(lián)激光器。
17.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中中紅外激光器配置成產(chǎn)生光的波長(zhǎng)至少為約8微米，但不長(zhǎng)于約13微米。
18.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中中紅外激光器配置成產(chǎn)生光的波長(zhǎng)至少為約3.5微米，但不長(zhǎng)于約5微米，且不在位于約4.65微米的CO2吸收峰值上。
19.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中中紅外激光器產(chǎn)生的光是在這樣的頻譜窗口內(nèi)，其中大氣吸收低于相鄰的波長(zhǎng)范圍。
20.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，還包括準(zhǔn)直光學(xué)元件，它把來(lái)自中紅外激光器的輸出光準(zhǔn)直成直徑至少為1mm的光束。
21.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中調(diào)制器把泵浦光加到增益媒體以調(diào)制增益媒體的泵浦。
22.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)，其中調(diào)制器通過(guò)增益媒體發(fā)射電流以調(diào)制增益媒體的泵浦。
全文摘要
一種光發(fā)射數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程接收機(jī)的過(guò)程，包括接收輸入數(shù)據(jù)信號(hào)流，和利用波形的直接調(diào)制方法調(diào)制中紅外激光器，波形的順序值反映該流中的數(shù)據(jù)信號(hào)。直接調(diào)制方法包括泵浦中紅外激光器以產(chǎn)生高光功率電平和低光功率電平，它們反映不同的順序值。該過(guò)程還包括從調(diào)制的中紅外激光器經(jīng)自由空間通信信道發(fā)射輸出光到遠(yuǎn)程接收機(jī)。
文檔編號(hào)H04B1/04GK1409499SQ01140670
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2001年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月20日
發(fā)明者克萊德·G·比瑟, 飛德里科·卡帕瑟, 阿爾弗雷德·Y·周, 克萊爾·F·格馬奇, 阿伯特·李·胡琴松, 萊諾·馬丁, 羅伯特·派拉, 德伯拉·李·思烏克, 阿勒桑德羅·特里迪蘇賽, 埃德瓦·A·維塔克 申請(qǐng)人:朗迅科技公司