近年来，光通信系统领域涌现出多种新型先进调制格式。其中，差分相移键控 (DPSK) 调制已被证明能够显著提升长距离光通信链路的性能。与传统的开关键控 (OOK) 强度调制格式相比，DPSK 不仅能将接收灵敏度提高 3 dB，而且对非线性效应（尤其是密集波分复用 (DWDM) 系统中的相移键控效应）的容忍度也更高。.虽然NRZ（不归零）强度调制是一种低成本的选择，但新型调制格式能够实现更远的传输距离和更高的频谱效率，从而在未来提高系统的盈利能力。尤其值得强调的是，DPSK调制是实现传输容量翻倍而不因色散或偏振模色散（PMD）而造成功率损失的基本原理。.
DPSK调制器和解调器架构。DPSK
信号通过相邻符号之间的相位差承载信息，其生成方法多种多样。最基本的方法包括： 
使用偏置电压为Vp的相位调制器、采用推挽配置并连接两个放大器的双臂马赫-曾德尔调制器，或者使用偏置电压为2Vp的单个无啁啾马赫-曾德尔调制器来实现完全相移。直接相位调制技术的主要缺点是会引入啁啾。其他DPSK发射机方案则采用并联两个马赫-曾德尔调制器的架构。
图1所示为一种可能的DQPSK（差分正交相移键控）调制器的原理图。数据使用四个不同的相位状态编码在光载波上。由于每个发射符号包含两位信息，因此符号速率降低了一半，从而实现了高频谱效率。 SHF 46213A 是一款并行调制器，可将两个高达 22 Gbit/s 的电数据流（I 和 Q）转换为一个 
高达 44 Gbit/s (22 GBaud) 的光数据流。两个电数据信号分别使用独立的无啁啾马赫-曾德尔调制器，以 π/2 的相位差调制光载波。在两个光流重组之前，Q 分量会经历额外的 π/2 相移，从而获得传输信号的四种不同相位状态。I 和 Q 数据通道可以独立激活或停用，从而生成 DPSK 或 DQPSK 信号。最后，第三个马赫-曾德尔调制器对输出光脉冲进行整形，以选择 NRZ 或 RZ 信号。例如，图 2 显示了使用 DPSK 接收机 (SHF 47211A) 捕获的 21.4 Gbit/s RZ-DQPSK 信号的眼图。同一家公司还提供另一种 DQPSK 光发射机 (SHF 46214A)，其速率最高可达 100 Gbit/s，但该发射机采用的是 NRZ 调制。COVEGA 公司也提供调制器，例如基于两个马赫-曾德尔干涉仪的 (D)QPSK 调制器，该调制器还可以生成单边带抑制载波 (SSB-SC) 信号。该器件的外观如图 3 所示。
此外，最近有人提出利用谐振微环结构来实现差分相移键控（DPSK）调制器和解调器。此前，这类器件主要用于构建强度调制器，通过移动谐振腔的谐振峰来切换光输出功率的“开”和“关”状态。这种移动可以通过改变载流子密度（从而改变环的折射率）、施加一定的电压或注入载流子来实现。.
环形半径通常在微米量级，腔体品质因数约为10,000。其基本工作原理如下所述。当谐振峰发生偏移时，连续波光信号 
在相位分布的中心区域会发生高达p弧度的相位变化，如图4所示。唯一需要注意的是，两种相位状态在整个比特持续时间内提供相同的输出功率，从而实现NRZ-DPSK调制。无论如何，由于腔体的谐振响应以及快速相位变化引起的频率啁啾，在比特转换期间都会出现功率零点。幸运的是，由于这两种效应同时发生，因此该问题被最小化。
现在，如果目标是解调DPSK信号，则可以使用与图5所示结构非常相似的结构。主要区别在于增加了一个与先前波导对称的新波导。在这种情况下，谐振结构充当带通滤波器，在器件的两个端口产生两种类型的信号：
DB（双二进制）和AMI（交替标记反转）。DB和AMI信号分别被光电探测，然后进行电子合成，从而得到用于DPSK信号的平衡检测器。市售的DPSK解调器的工作原理类似，但通常使用基于延迟线的干涉仪。
最后值得一提的是，Kylia最近推出了一系列超高速DPSK解调器，其压电致动器可确保0.1秒的时间常数，用于补偿信号频率的快速变化，而竞争对手的产品则需要5秒的时间常数。
格式转换器。
未来，随着光网络中DPSK调制技术的日益普及，不同调制格式的共存将成为必然，信号格式转换也变得司空见惯。然而，随着信号比特率的不断提高，人们越来越关注在光域内完成这些格式转换，从而避免任何光电转换或解调过程。近年来，该领域的研究一直在进行，并已提出了多种调制格式转换器架构。下文
将介绍其中一种架构的示例。具体而言，它是一种能够处理高速信号的全光OOK/DPSK在线转换器。
该转换器的架构如图 6 所示（C. Schmidt 等人，ECOC'06）。其关键元件是一根 630 米长的高非线性光纤 (HNLF)，工作原理简单。到达转换器的 OOK 数据脉冲会在从恢复的时钟信号中获得的不同波长的本地生成脉冲序列 (LPT) 上产生相移。OOK 信号中的逻辑“1”会产生 XPM 的非线性相移。在输出端，一个光滤波器会滤除输入波长。需要注意的是，该转换器的工作原理是反转信号逻辑，因此接收端需要一个解码器。该转换器已在 HHI 实验室成功演示，使用 160 Gbit/s 的 RZ-OOK 信号在长达 320 公里的光纤链路上进行传输，这表明此类架构具有广阔的应用前景。.
弗朗西斯科·拉莫斯·帕斯夸尔，电信工程博士，
瓦伦西亚理工大学正教授。
