專利名稱：全光纖移位式光脈沖序列壓縮－擴(kuò)展方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是全光纖移位式光脈沖序列壓縮-擴(kuò)展方式。
現(xiàn)有OTDM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是采取按比特插入的復(fù)接方式，未見(jiàn)有按字插入OTDM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的報(bào)道，而ATM則都是通過(guò)電子邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。國(guó)際上已經(jīng)報(bào)道的光脈沖序列全光壓縮-擴(kuò)展裝置是由級(jí)聯(lián)的光纖分束器和各種不同長(zhǎng)度的光纖延遲線以及光控光開(kāi)關(guān)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，偏差不易控制，難以適應(yīng)多樣的應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)。
本發(fā)明就是針對(duì)當(dāng)前發(fā)展OTDM和全光ATM等技術(shù)時(shí)所需要解決的全光序列壓縮-擴(kuò)展問(wèn)題提出的一種技術(shù)方案。本發(fā)明的內(nèi)容包括光路部分，控制信號(hào)生成部分和工作方式部分。
以下是對(duì)本發(fā)明所述的壓縮-擴(kuò)展方式進(jìn)行詳細(xì)描述，通過(guò)以下描述并結(jié)合以后的附圖，可以清楚地理解本發(fā)明。
本發(fā)明的具體內(nèi)容如下。
一、光路部分本發(fā)明光路部分主要技術(shù)特征是在所述各種情形中等效環(huán)長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)均須滿足 其中vg是光纖中光脈沖的群速度，B1是支路碼元速率，自然數(shù)N為碼流的壓縮倍數(shù)，KN為碼流的實(shí)際局域壓縮比，自然數(shù)m為環(huán)長(zhǎng)與支路碼元距離的比。
(1)環(huán)長(zhǎng)不變情形最簡(jiǎn)單的情形如附

圖1a所示，現(xiàn)以附圖2a所示光路為例加以說(shuō)明。
壓縮部分如附圖2a所示，光纖環(huán)上帶有合路器C和光開(kāi)關(guān)S，支路碼流由A端經(jīng)C進(jìn)入光纖環(huán)，繞行過(guò)程中逐漸疊加，由碼率為B1的連續(xù)碼流變?yōu)榇a率為干路碼率B2＝NB1的適于干路傳輸?shù)年嚢l(fā)碼流，在控制部分(見(jiàn)“發(fā)明內(nèi)容三(2)”)的驅(qū)動(dòng)下電光開(kāi)關(guān)S將壓縮后的碼流周期性地輸出到B端，注入干路的特定時(shí)隙內(nèi)。
擴(kuò)展部分其光路與壓縮部分相同。
干路部分時(shí)隙內(nèi)的碼率為B2的陣發(fā)碼流由A端經(jīng)C耦合入光纖環(huán)，繞行過(guò)程中控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)S(見(jiàn)“發(fā)明內(nèi)容三(3)”)將入環(huán)的碼流從B端逐漸地耦合出來(lái)，恢復(fù)原始的支路信號(hào)流。詳細(xì)過(guò)程參見(jiàn)“實(shí)施例一”。
(2)環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形最簡(jiǎn)單的情形如附圖1b所示，現(xiàn)以附圖2b所示光路為例加以說(shuō)明。
壓縮部分如圖2b所示，在“環(huán)長(zhǎng)不變情形”光路中加入可變延時(shí)線AD，通過(guò)調(diào)節(jié)AD可使等效環(huán)長(zhǎng)在若干厘米之內(nèi)變化(時(shí)間上約相當(dāng)于200ps)，其作用是a.保證l壓＝l擴(kuò)，以降低對(duì)環(huán)焊制精度的要求；b.可自由選擇“增一”和“減一”兩種工作方式；c.可使同一環(huán)適用于不同vg和B支，即不同載頻和支路碼率的系統(tǒng)；d.可用于可變的微弱非均勻壓縮，使干路碼流具有獨(dú)立于檢測(cè)控制的保密性；e.用于非均勻壓縮，以便插入系統(tǒng)信息。
擴(kuò)展部分光路與壓縮部分光路相同。
(3)含光控光開(kāi)關(guān)的壓縮環(huán)和擴(kuò)展環(huán)光路結(jié)構(gòu)壓縮部分a.在“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”中將S由光控光開(kāi)關(guān)代替，此時(shí)光路結(jié)構(gòu)如圖3a所示，8字光纖腔中含合路器C1，隔離器ISO，分束器C2，50/50耦合器S1，非線性晶體NLE，可變延時(shí)線AD及將控制信號(hào)CT耦合進(jìn)并耦合出的波分復(fù)用器S2；支路碼流由A端流經(jīng)C1入環(huán)，經(jīng)N次疊加后在CT的控制下經(jīng)S2逆時(shí)針流向C2，分束后一部分從B端注入干路指定時(shí)隙，一部分流向波導(dǎo)隔離器ISO后消失；b.在“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形2”中將S取為光控光開(kāi)關(guān)，此時(shí)光路結(jié)構(gòu)與“a”中光路的差別是在C1和ISO之間加一個(gè)可變延時(shí)線(參見(jiàn)附圖3b)；擴(kuò)展部分光路(包括a、b兩種情形)與壓縮部分光路對(duì)應(yīng)相同，差別只在于控制光信號(hào)不同(參見(jiàn)附圖4a、4b)。
(4)含摻鉺光纖放大器(EDFA)的壓縮-擴(kuò)展環(huán)光路結(jié)構(gòu)這一情形要求EDFA使環(huán)工作在閥值附近(但低于閥值)。
a.與“環(huán)長(zhǎng)不變情形”相應(yīng)，在光路中加一個(gè)EDFA以抵消C、S造成的損耗，如附圖1c、2c所示。壓縮環(huán)光路與擴(kuò)展環(huán)光路相同。
b.與“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形”相應(yīng)，在光路中加一個(gè)可變延遲線AD，如附圖1d、2d所示，壓縮環(huán)光路與擴(kuò)展環(huán)光路相同。
c.與采用光控光開(kāi)關(guān)情形相應(yīng)c1.“環(huán)長(zhǎng)不變情形”加光控光開(kāi)關(guān)和EDFA在附圖3a所示光路中將ISO換成EDFA；c2.“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形”加光控光開(kāi)關(guān)和EDFA在附圖3b所示光路中將ISO換成EDFA；c3.在情形c1光路中將分束器C2換成光纖環(huán)行器；c4.在情形c3光路中將C1和EDFA之間加一個(gè)可變延遲線AD。
二、工作方式壓縮環(huán)在OTDM和全光ATM中有三種基本工作方式(1)支路碼率較低時(shí)，可采用不改變碼元順序的壓縮方式，此時(shí)壓縮后的序列具有與壓縮前序列相同的線路碼型，此時(shí)亦有均勻和非均勻兩種壓縮方式；(2)支路碼率很高，但合路給每一支路分配的時(shí)隙較長(zhǎng)(如全光ATM和按幀插入的OTDM)時(shí)，可采取碼元交錯(cuò)式均勻壓縮方式；(3)支路碼率很高，而合路給支路的時(shí)隙又較短時(shí)(如按字插入的OTDM)，可采用碼元交錯(cuò)式非均勻壓縮方式。
擴(kuò)展環(huán)亦有相應(yīng)的三種工作方式。
實(shí)際上實(shí)現(xiàn)這三種工作方式之間的轉(zhuǎn)換所需改變的(無(wú)論在壓縮部分還是在擴(kuò)展部分)只是等效環(huán)長(zhǎng)l、控制電信號(hào)周期T和控制信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間(脈沖寬度)τ這三個(gè)物理量。這些量及本技術(shù)中涉及的其它一些通信系統(tǒng)參數(shù)須滿足下述關(guān)系(1)l壓＝l擴(kuò)，(2)T壓＝NmT擴(kuò)，(3)τ壓＝Nmτ擴(kuò)， 其中B支＝B1為支路碼率，vg為光纖中光脈沖的群速度，自然數(shù)N為碼流的壓縮倍數(shù)，KN為碼流的實(shí)際局域壓縮比，自然數(shù)m為環(huán)長(zhǎng)與支路碼元距離的比，正實(shí)參數(shù)K和自然數(shù)m與三種工作方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下(1)m＞1為碼元交錯(cuò)式壓縮，其中K≠1為K倍非均勻壓縮，K＝1為均勻壓縮；(2)m＝1為保持線路碼型壓縮，其中K≠1為K倍非均勻壓縮，K＝1為均勻壓縮。公式(6)中的+、-號(hào)分別與增一工作方式和減一工作方式相對(duì)應(yīng)。
三、電控光開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的獲取(1)實(shí)施的前提條件A.采取現(xiàn)有按位復(fù)接OTDM系統(tǒng)所采取的方式，使支路光信號(hào)脈沖在匯接前已足夠窄，不至于發(fā)生由于進(jìn)入干路的脈沖過(guò)寬而造成的干路信號(hào)混疊現(xiàn)象；B.采取現(xiàn)有按位復(fù)接OTDM技術(shù)中的定時(shí)和同步技術(shù)，將支路的局域網(wǎng)時(shí)鐘信號(hào)與干路的骨干網(wǎng)時(shí)鐘信號(hào)前沿對(duì)準(zhǔn)；C.采用現(xiàn)有按位復(fù)接OTDM技術(shù)中所采用的高頻邏輯處理器件，包括集成電路，集成波導(dǎo)以及非線性光學(xué)器件等。
(2)壓縮環(huán)控制信號(hào)的生成信號(hào)生成方案參見(jiàn)附圖5a，控制信號(hào)(CT)1與時(shí)間t的關(guān)系見(jiàn)附圖5b。
(3)擴(kuò)展環(huán)控制信號(hào)的生成信號(hào)生成方案參見(jiàn)附圖5c，控制信號(hào)(CT)2與時(shí)間t的關(guān)系見(jiàn)附圖5d。
四、光控光開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的生成(1)控制信號(hào)光源鎖模半導(dǎo)體激光器須滿足脈沖重復(fù)率＝B2，工作波長(zhǎng)為非線性晶體NLE的響應(yīng)波長(zhǎng)，且與數(shù)據(jù)信號(hào)波長(zhǎng)不等；其它要求亦與標(biāo)準(zhǔn)NOLM(非線性光纖環(huán)形腔鏡)要求一致；(2)壓縮控制信號(hào)將原來(lái)送入電光開(kāi)關(guān)的壓縮控制電信號(hào)先送入電光調(diào)制器，調(diào)制重復(fù)率為B2、由控制信號(hào)光源輸出的規(guī)則光脈沖序列，將調(diào)制后的光脈沖序列作為壓縮控制信號(hào)送入光控光開(kāi)關(guān)作為CT信號(hào)；(3)擴(kuò)展控制信號(hào)只須將脈寬≤1/(2B2)、重復(fù)率為B1的規(guī)則光脈沖序列送入光控光開(kāi)關(guān)作為CT信號(hào)即可。
上述(2)、(3)兩部分光路中要加一個(gè)可變延遲線，以便使控制信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)同步。與(2)相應(yīng)的光路為在附圖3a、3b所示光路上(L與M之間)加一個(gè)光纖可變延遲線AD；與(3)相應(yīng)的光路如附圖4a，4b所示。
實(shí)施例一本實(shí)施例以最為簡(jiǎn)單的方式說(shuō)明本發(fā)明所述的全光纖移位式光脈沖序列壓縮-擴(kuò)展方式。
1.以“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”的均勻壓縮情形為例說(shuō)明壓縮環(huán)工作原理由合路器C耦合入環(huán)的支路碼流到達(dá)開(kāi)關(guān)S，如果開(kāi)關(guān)S置于不向環(huán)外耦合的狀態(tài)，碼流將在環(huán)內(nèi)不斷繞行，如果制作光纖環(huán)使等效環(huán)長(zhǎng)滿足 其中N，m為兩自然數(shù)，由系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定，vg為光信號(hào)在光纖中的群速度，B1為支路碼率；設(shè)第一個(gè)進(jìn)入環(huán)中的碼元為首位碼S1，當(dāng)S1再次到達(dá)C并前移q/N(q＝vg/B1為碼元距離)時(shí)，支路碼流中第m+1個(gè)碼元Sm+1剛好到達(dá)C，因此后續(xù)碼元將逐個(gè)接在S2，S3…之后，并且均后移了q/N，當(dāng)Sm+1再次到達(dá)C并前移q/N時(shí)，第2m+1個(gè)碼元S2m+1剛好由C進(jìn)入環(huán)中，依次類推，當(dāng)S1第N次經(jīng)過(guò)C并前移(N-1)q/N時(shí)，S(N-1)m+1剛好到達(dá)C，并進(jìn)入環(huán)中，由此開(kāi)始在S1之后形成逐漸加長(zhǎng)的碼率為NB1的均勻碼流。
當(dāng)S1第N次到達(dá)開(kāi)關(guān)S時(shí)，控制信號(hào)將S置于向環(huán)外耦合狀態(tài)，將S1及其后續(xù)碼元(Sm+1，S2m+1)引到環(huán)外，當(dāng)SNm通過(guò)S從環(huán)中出來(lái)后，控制信號(hào)剛好將S置于不輸出狀態(tài)，Smx+1碼元及其后續(xù)碼元將在環(huán)中繞行，逐漸形成碼率為NB1的碼流，而引出的S1，Sm+1，S2m+1，…S2，S2m+2，…SNm構(gòu)成干路分配給該支路的第一個(gè)時(shí)隙中的信號(hào)序列，其碼率為NB1。
將Smx+1視同S1，重復(fù)上述過(guò)程，即可輸出干路分配給該支路的第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)的信號(hào)序列?？刂撇糠忠?jiàn)“發(fā)明內(nèi)容三(2)”。
2.以“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”的均勻壓縮情形為例說(shuō)明擴(kuò)展環(huán)工作原理擴(kuò)展環(huán)與壓縮環(huán)光路結(jié)構(gòu)相同，但控制方式不同。當(dāng)B干＝B2＝NB1的干路碼流進(jìn)入擴(kuò)展環(huán)時(shí)，設(shè)首位碼為S′1此時(shí)因擴(kuò)展環(huán)等效環(huán)長(zhǎng)與壓縮環(huán)等效環(huán)長(zhǎng)相同，當(dāng)控制部分{見(jiàn)發(fā)明內(nèi)容三(3)}以周期為1/B1、寬度為1/B2的規(guī)則周期信號(hào)(CT)2將開(kāi)關(guān)S置于向環(huán)外耦合狀態(tài)時(shí)，正好逐個(gè)將S′1，S′N+1，S′2N+1…輸出環(huán)外，這個(gè)輸出正對(duì)應(yīng)于原始的S1，S2，S3…支路碼流，從而保持了原支路碼流所載信息不變。
3.“增一工作方式”與“組合工作方式”前述各種工作方式皆屬“減一”工作方式，即光纖環(huán)等效長(zhǎng)度取l=(m-1KN)vg1B1.]]>如果取l=(m+1KN)vg1B1,]]>則會(huì)出現(xiàn)Sm+1排在S1之前，S2m+1排在Sm+1之前……的情形。只要l壓＝l擴(kuò)＝l，同樣可實(shí)現(xiàn)“減一”工作方式所能實(shí)現(xiàn)的各種功能。此為“增一”工作方式?！霸鲆弧惫ぷ鞣绞降目刂撇糠峙c“減一”工作方式相同。
組合工作方式當(dāng)取減一方式壓縮、增一方式擴(kuò)展或相反時(shí)，可實(shí)現(xiàn)序列碼元順序的一些重排功能(包括倒置)；等等。此時(shí)控制部分分別與“增一”或“減一”工作方式相同。
在本發(fā)明所述的全光纖移位式光脈沖序列壓縮—擴(kuò)展方式中，研究人員還對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行了研究A.關(guān)于非均勻壓縮-擴(kuò)展及環(huán)長(zhǎng)偏差的自我補(bǔ)償問(wèn)題1.非均勻壓縮當(dāng)K＞1時(shí)，壓縮為非均勻的，即最終輸入干路某時(shí)隙的碼元序列并不是均勻地占有該時(shí)隙的，而是集中在該時(shí)隙的前部(減一工作方式)或集中在該時(shí)隙的后部(增一工作方式)。實(shí)現(xiàn)這一非均勻壓縮的控制方式與K＝1時(shí)的均勻壓縮控制方式相同。
2.非均勻壓縮的擴(kuò)展只須取l擴(kuò)＝l壓，即K擴(kuò)＝K壓，此擴(kuò)展控制方式與均勻壓縮時(shí)的擴(kuò)展控制方式完全相同，即可重新獲得該支路原始的連續(xù)信息流，并同時(shí)恢復(fù)其均勻性。
3.環(huán)長(zhǎng)偏差的自我補(bǔ)償對(duì)于前述多類不含AD(可變延時(shí)線)的環(huán)，由于焊接精度有限，只能保證環(huán)長(zhǎng)誤差Δl≤1mm，因此，很難獲得精確滿足 的環(huán)。而且，當(dāng)氣溫改變時(shí)，環(huán)長(zhǎng)亦隨之發(fā)生變化，因此環(huán)長(zhǎng)偏離l等效是普遍存在的。
不過(guò)，考慮到對(duì)于任意K≥1，只要l壓＝l擴(kuò)，皆可正確恢復(fù)支路信息流，因此可將環(huán)長(zhǎng)誤差Δl視為由K的一個(gè)變化ΔK引起的，即 因此只要l′壓＝l′擴(kuò)即可。由于控制部分與K無(wú)關(guān)，因此完全不受環(huán)長(zhǎng)偏差的影響。
a.焊制問(wèn)題可在批量生產(chǎn)中挑出一對(duì)對(duì)環(huán)長(zhǎng)近似相等的，此時(shí)精度自然大為提高；b.溫度效應(yīng)問(wèn)題l壓、l擴(kuò)不宜過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)保證實(shí)施壓、擴(kuò)的兩點(diǎn)工作在同一溫度下。
B.關(guān)于對(duì)孤子信號(hào)流進(jìn)行碼速變換的問(wèn)題孤子通信系統(tǒng)屬于強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)(IM/DD)的脈沖數(shù)字通信系統(tǒng)，因此本方案可用于對(duì)孤子信號(hào)流進(jìn)行碼速變換。由于孤子脈沖在相互靠近時(shí)會(huì)發(fā)生規(guī)律極為復(fù)雜的非線性排斥、吸引作用，近年來(lái)國(guó)際上許多研究者提出了一系列減弱孤子相互作用的方法，其中最為簡(jiǎn)單、有效的兩個(gè)方法是以不等振幅的孤子脈沖、或不等相位的孤子脈沖相間傳輸。然而，這兩個(gè)方法在實(shí)行時(shí)仍然是復(fù)雜的。目前這方面的工作基本上只停留在計(jì)算機(jī)模擬的階段。
將本發(fā)明用于孤子碼流的變換時(shí)，恰能自然實(shí)現(xiàn)不等幅，不等相孤子的相間傳輸，因而自然地利用了十余年來(lái)孤子碼流動(dòng)力學(xué)演化的研究結(jié)果，將本來(lái)有消極作用的光路損耗和附加光程變?yōu)榭蓽p弱孤子碼元間的相互作用以增大干路碼率的積極因素。其具體過(guò)程如下a.損耗問(wèn)題在壓縮階段，由于首先入環(huán)的m個(gè)碼元須繞行N-1周加半周才出環(huán)，而最后入環(huán)的m個(gè)碼元只須繞行半周即可出環(huán)，因此相鄰的孤子碼元由于繞行周數(shù)不同因而損耗不同，導(dǎo)致振幅不同，即在干路中的相鄰孤子碼元的振幅是不同的。
在擴(kuò)展階段，壓縮時(shí)繞行周數(shù)多的正好先耦合出環(huán)，因而損耗??；壓縮時(shí)繞行周數(shù)最少的最后出環(huán)，因而損耗最大。故進(jìn)入支路時(shí)振幅的差異又得到了相應(yīng)的補(bǔ)償。
b.相位問(wèn)題如果不考慮光孤子源的啁啾問(wèn)題，光孤子序列中每一個(gè)孤子的初相位可以取為相等的常數(shù)。當(dāng)處于首位的碼元S1傳輸了l等效距離重新回到環(huán)的端點(diǎn)時(shí)，S1較剛剛?cè)氕h(huán)的Sm+1有一個(gè)附加相位Δφ；同理可知Sm+1較S2m+1亦有一附加相位Δφ，等等。
標(biāo)準(zhǔn)光纖孤子(非線性薛定諤方程單孤子解)可寫為q(T,Z)=ηsechηTei2η2Z,]]>若取η≈1，易知Δφ≈l等效/2，注意此處l等效的單位是光纖的無(wú)量綱化單位長(zhǎng)度。就現(xiàn)有色散位移光纖而言20ps脈沖所對(duì)應(yīng)的Z＝1相當(dāng)于100km。由于l等效一般在10m量級(jí)，故Δφ-5×10-5，因此只要環(huán)不是太大，或脈沖不是太窄，初相差Δφ可以略去。
另一方面，由于相鄰孤子的振幅不同，導(dǎo)致孤子在干路遠(yuǎn)距離傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生一相位差。同樣對(duì)20ps脈寬孤子而言，由于Δη～0.1(對(duì)于不含EDFA的裝置)，Δ(1/2η2)～0.1，而系統(tǒng)總長(zhǎng)度LT～102-103，因此(Δφ)演化～10-102，即演化過(guò)程中相鄰不等幅孤子之間的相位差要在0到2π之間變化一次到十余次，這會(huì)有效地減弱相鄰孤子間的相互作用，因此可以適當(dāng)增加干路孤子的寬度，從而可增加干路光放大器的間距——這就在一定程度上緩解了孤子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)光放大器間距過(guò)小的困難。
本發(fā)明所述的全光纖移位式光脈沖序列壓縮和擴(kuò)展方式的技術(shù)特征可歸納如下(1)本發(fā)明的壓縮方式之一是利用含電光開(kāi)關(guān)的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)的合成信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)移位疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的壓縮。移位疊加技術(shù)是指選取光纖環(huán)等效環(huán)長(zhǎng)為 其中N、m為自然數(shù)，vg為光脈沖的群速度，B支為支路碼速率，控制用電脈沖周期為 寬度為 高電平時(shí)電光開(kāi)關(guān)處于異向耦合狀態(tài)。
(2)本發(fā)明的壓縮方式之二是利用含電光開(kāi)關(guān)和光合路器的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)用合成信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)移位疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的壓縮。移位疊加技術(shù)是指選取光纖延遲環(huán)等效環(huán)長(zhǎng)為 其中實(shí)參數(shù)K大于1。選取合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)周期如(F2)式，寬度如(F3)式，高電平時(shí)電光開(kāi)關(guān)處于異向耦合狀態(tài)。
(3)本發(fā)明的壓縮方式之三是利用含光合路器、光分束器、波導(dǎo)隔離器、可變延遲線和波分復(fù)用器以及非線性晶體等器件的8字形光纖延遲腔和控制非線性晶體瞬時(shí)折射率的控制光脈沖流，通過(guò)移位疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的壓縮。移位疊加技術(shù)是指選取8字腔等效腔長(zhǎng)如(F4)式，控制光脈沖流由波長(zhǎng)為所用非線性晶體的響應(yīng)波長(zhǎng)(不同于信號(hào)流波長(zhǎng))、占空比和位周期與壓縮后的序列的占空比和位周期相同的規(guī)則光脈沖流通過(guò)電光調(diào)制器生成，電光調(diào)制器由合成信號(hào)發(fā)生器控制，合成信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)周期如(F2)式，寬度如(F3)式。高電平時(shí)電光調(diào)制器處于通光狀態(tài)。
(4)本發(fā)明的擴(kuò)展方式之一是利用含電光開(kāi)光的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)的合成信號(hào)發(fā)生器通過(guò)移位撿出技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的擴(kuò)展。移位撿出技術(shù)是指選取光纖環(huán)等效腔長(zhǎng)為 其中N、m為自然數(shù)，先取控制用合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)周期為 寬度為 (5)本發(fā)明的擴(kuò)展方式之二是利用含電光開(kāi)關(guān)和光合路器的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)用合成信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)移位撿出技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的擴(kuò)展。移位撿出技術(shù)是指選取光纖環(huán)等效腔長(zhǎng)為 其中實(shí)參數(shù)K大于1；選取合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)周期如(F6)，寬度如(F7)式。
(6)本發(fā)明的擴(kuò)展方式之三是利用含可變延遲線、光合路器、光分束器、波導(dǎo)隔離器和波分復(fù)用器以及非線性晶體等器件的8字形光纖腔和控制非線性晶體瞬時(shí)折射率的控制光脈沖流，通過(guò)移位撿出技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的擴(kuò)展。移位撿出技術(shù)是指選取8字腔等效腔長(zhǎng)如(F8)式，控制光脈沖流由規(guī)則光脈沖流構(gòu)成，其波長(zhǎng)為非線性晶體的響應(yīng)波長(zhǎng)(不同于信號(hào)流波長(zhǎng))，重復(fù)率為B支，脈寬為 (7)按字(或按幀)插入OTDM和全光ATM中所需的碼元速率全光變換方式，其特征是在光纖網(wǎng)匯接點(diǎn)處某些支路采用如上述(1)、(2)、(3)中所描述的壓縮方式對(duì)支路碼流進(jìn)行壓縮，在分接點(diǎn)處對(duì)應(yīng)支路采用如上述(4)、(5)、(6)中所描述的擴(kuò)展方式對(duì)陣發(fā)碼流進(jìn)行擴(kuò)展，并保持每對(duì)壓縮腔和擴(kuò)展腔等效腔長(zhǎng)相等。
(8)用于改變脈沖激光器脈沖重復(fù)率的腔外變換方式，其特征是利用上述(1)、(2)、(3)所述方式對(duì)耦合進(jìn)光纖的光脈沖流進(jìn)行壓縮生成高重復(fù)率陣發(fā)光脈沖流或?qū)︸詈线M(jìn)光纖的陣發(fā)光脈沖流利用上述(4)、(5)、(6)所述方式進(jìn)行擴(kuò)展生成低重復(fù)率光脈沖流；(9)P-呼吸子流的產(chǎn)生是利用上述(1)、(2)、(3)中所描述的方法，并取 其中P為小于N的自然數(shù)。
(10)N-呼吸子流的產(chǎn)生是如上述(2)、(3)中所述方式，并取K≥1+1/N.]]>(11)光孤子-呼吸子流的產(chǎn)生方法，其特征在于如(9)中所述方式產(chǎn)生P-呼吸子流，然后送入電光調(diào)制器產(chǎn)生諸如由101…1(P-2個(gè)連續(xù)的1)構(gòu)成的周期性光孤子-呼吸子碼流。
(12)光孤子-呼吸子流的產(chǎn)生，如上述(10)產(chǎn)生N-呼吸子流，送入電光調(diào)制器產(chǎn)生諸如由101…1(N-2個(gè)連續(xù)的1)構(gòu)成的周期性光孤子-呼吸子碼流。
(13)使光纖通信網(wǎng)物理信道干路碼元瞬時(shí)速度可獨(dú)立于信號(hào)源、復(fù)接控制和檢測(cè)而進(jìn)行一定范圍內(nèi)的自由調(diào)節(jié)的方式，如上述(7)中所述(不包含涉及權(quán)力要求(1)，(4)的內(nèi)容)，匯接-分接方式時(shí)按所需實(shí)參數(shù)K調(diào)節(jié)等效腔長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)。
(14)用于保密通信的方式，如(13)所述，通過(guò)秘密信道傳遞實(shí)參數(shù)K，在匯接、分接點(diǎn)處同時(shí)依K秘密調(diào)節(jié)等效腔長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)。
(15)系統(tǒng)開(kāi)銷自然插入方式是利用上述(13)所述，按開(kāi)銷量選定實(shí)參數(shù)K，在匯接、分接點(diǎn)處同時(shí)依K調(diào)節(jié)等效腔長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)。
(16)抗合路突發(fā)誤碼方式是對(duì)支路信號(hào)流進(jìn)行抗隨機(jī)錯(cuò)誤糾錯(cuò)編碼后，取如上述(7)所述匯接-分接方式。
(17)自然實(shí)現(xiàn)光孤子通信系統(tǒng)合路碼流中的孤子為不等幅相鄰的匯接-分接方式可利用上述(7)的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。
(18)上述(1)、(2)、(4)、(5)所述方式涉及的光纖環(huán)形腔上加可變延遲線或摻鉺光纖放大器，或兩者都加。
(19)上述(3)、(6)所述方式涉及的8字光纖腔上加可變延遲線(在含波導(dǎo)隔離器的環(huán)形腔內(nèi))，或?qū)⒉▽?dǎo)隔離器改為摻鉺光纖放大器，或既加可變延遲線，又將波導(dǎo)隔離器改為摻鉺光纖放大器。
(20)利用上述(18)、(19)所述方式可以達(dá)到上述(7)至(17)的目的。
本發(fā)明以一種全新的思路實(shí)現(xiàn)光脈沖序列的全光壓縮和擴(kuò)展，其優(yōu)點(diǎn)是多方面的(1)能夠滿足OTDM和全光ATM信號(hào)序列全光壓縮-擴(kuò)展的需要。
(2)對(duì)稱雙環(huán)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自我補(bǔ)償功能，包括損耗補(bǔ)償、相位補(bǔ)償和疏密補(bǔ)償。
(3)通過(guò)調(diào)節(jié)等效環(huán)長(zhǎng)可以方便地適用于不同碼率及載頻的信道。
(4)同步調(diào)節(jié)壓縮環(huán)和擴(kuò)展環(huán)的等效環(huán)長(zhǎng)，可以在不改變控制信號(hào)的條件下，使干路信號(hào)流發(fā)生疏密的變化，從而使一般的竊聽(tīng)者不易獲得正確信息。
(5)碼元交錯(cuò)式壓縮使已作抗隨機(jī)錯(cuò)誤糾錯(cuò)編碼的干路信號(hào)流具有抗突發(fā)誤碼功能。
(6)在非均勻壓縮情形，時(shí)鐘、同步等信息可自然插入。
(7)第一次實(shí)現(xiàn)了物理信道的碼元瞬時(shí)速率可在一定程度上獨(dú)立于檢測(cè)控制部分進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(8)本發(fā)明對(duì)一系列支路碼率以及支路碼元在時(shí)域的小量漂移是透明的。
附圖2a.“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”壓縮(擴(kuò)展)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2b.“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形2”壓縮(擴(kuò)展)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2c.“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”(含EDFA)壓縮(擴(kuò)展)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2d.“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形2”(含EDFA)壓縮(擴(kuò)展)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；上述附圖中，C為光纖合路器，其余同附圖1。
附圖3a.“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”光控壓縮環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3b.“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形2”光控壓縮環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4a.“環(huán)長(zhǎng)不變情形2”光控?cái)U(kuò)展環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4b.“環(huán)長(zhǎng)可調(diào)情形2”光控?cái)U(kuò)展環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；上述附圖中，C1為光纖合路器，C2為光纖分束器，ISO為光纖隔離器，S1為50/50光纖耦合器(工作波長(zhǎng)為信號(hào)光波長(zhǎng))，S2為0/100光纖耦合器(工作波長(zhǎng)為控制光波長(zhǎng))，NLE為非線性晶體，L為脈沖激光器，M為電光調(diào)制器，其余同附圖1。
附圖5是本發(fā)明所述的壓縮-擴(kuò)展方式中生成控制信號(hào)CT的方案示意圖(5a、5c)和CT與時(shí)間t的關(guān)系圖(5b、5d)；附圖5a.壓縮環(huán)控制信號(hào)生成方案示意圖。輸入CP為支路時(shí)鐘信號(hào)；附圖5b.壓縮環(huán)控制信號(hào)與時(shí)間t的關(guān)系圖。T1＝1/B支為支路時(shí)鐘脈沖信號(hào)周期；附圖5c.擴(kuò)展環(huán)控制信號(hào)生成方案示意圖。輸入CP為干路時(shí)鐘信號(hào)；附圖5d.擴(kuò)展環(huán)控制信號(hào)與時(shí)間t的關(guān)系圖。T2＝1/B干為干路時(shí)鐘脈沖信號(hào)周期。
權(quán)利要求
1.一種全光纖移位式光脈沖序列壓縮-擴(kuò)展方式，特征在于(1)利用含電光開(kāi)關(guān)的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)的合成信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)移位疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的壓縮。移位疊加技術(shù)是指選取光纖環(huán)等效環(huán)長(zhǎng)為 其中N、m為自然數(shù)，vg為光脈沖的群速度，B支為支路碼速率，控制用電脈沖周期為 寬度為 高電平時(shí)電光開(kāi)關(guān)處于異向耦合狀態(tài)。(2)利用含電光開(kāi)關(guān)和光合路器的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)用合成信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)移位疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的壓縮。移位疊加技術(shù)是指選取光纖延識(shí)環(huán)等效環(huán)長(zhǎng)為 其中實(shí)參數(shù)K≥1。選取合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)周期如(F2)式，寬度如(F3)式，高電平時(shí)電光開(kāi)關(guān)處于異向耦合狀態(tài)；(3)利用含光合路器、光分束器、波導(dǎo)隔離器、可變延遲線和波分復(fù)用器以及非線性晶體等器件的8字形光纖環(huán)和控制非線性晶體瞬時(shí)折射率的控制光脈沖流，通過(guò)移位疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的壓縮；移位疊加技術(shù)是指選取8字腔等效腔長(zhǎng)如(F4)式，控制光脈沖流由波長(zhǎng)為所用非線性晶體的響應(yīng)波長(zhǎng)(不同于信號(hào)流波長(zhǎng))、占空比和位周期與壓縮后的序列的占空比和位周期相同的規(guī)則光脈沖流通過(guò)電光調(diào)制器生成，電光調(diào)制器由合成信號(hào)發(fā)生器控制，合成信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)周期如(F2)式，寬度如(F3)式；高電平時(shí)電光調(diào)制器處于通光狀態(tài)；(4)利用含電光開(kāi)光的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)的合成信號(hào)發(fā)生器通過(guò)移位撿出技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的擴(kuò)展。移位撿出技術(shù)是指選取光纖延遲環(huán)等效腔長(zhǎng)為 其中N、m為自然數(shù)，先取控制用合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)周期為 寬度為 (5)利用含電光開(kāi)關(guān)和光合路器的光纖環(huán)和控制電光開(kāi)關(guān)用合成信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)移位撿出技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的擴(kuò)展。移位撿出技術(shù)是指選取光纖環(huán)等效腔長(zhǎng)為 其中實(shí)參數(shù)K≥1；選取合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)周期如(F6)，寬度如(F7)式；(6)利用含可變延遲線、光合路器、光分束器、波導(dǎo)隔離器和波分復(fù)用器以及非線性晶體等器件的8字形光纖環(huán)和控制非線性晶體瞬時(shí)折射率的控制光脈沖流，通過(guò)移位撿出技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在時(shí)域的擴(kuò)展；移位撿出技術(shù)是指選取8字腔等效腔長(zhǎng)如(F8)式，控制光脈沖流由規(guī)則光脈沖流構(gòu)成，其波長(zhǎng)為非線性晶體的響應(yīng)波長(zhǎng)(不同于信號(hào)流波長(zhǎng))，重復(fù)率為B支，脈寬為τ擴(kuò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方式，其特征在于(1)在光纖通信系統(tǒng)匯接點(diǎn)處某一支路采用所描述的壓縮方式對(duì)支路碼流進(jìn)行壓縮，在分接點(diǎn)處該支路采用所描述的擴(kuò)展方式對(duì)部分干路碼流進(jìn)行擴(kuò)展，并保持每對(duì)壓縮腔和擴(kuò)展腔等效腔長(zhǎng)相等；(2)利用所述方式對(duì)耦合進(jìn)光纖的規(guī)則光脈沖流進(jìn)行壓縮生成高重復(fù)率陣發(fā)光脈沖流或?qū)︸詈线M(jìn)光纖的陣發(fā)光脈沖流利用所述方式進(jìn)行擴(kuò)展生成低重復(fù)率光脈沖流；(3)利用所描述的方法，并取 其中P為小于N的自然數(shù)。(4)如權(quán)利要求1所述方式，其中取K≥1+1/N;]]>(5)如權(quán)利要求1所述方式產(chǎn)生P-呼吸子流，送入電光調(diào)制器產(chǎn)生諸如由101…1(P-2個(gè)連續(xù)的1)構(gòu)成的周期性光孤子-呼吸子碼流；(6)如權(quán)利要求1所述方式產(chǎn)生N-呼吸子流，送入電光調(diào)制器產(chǎn)生諸如由101…1(N-2個(gè)連續(xù)的1)構(gòu)成的周期性光孤子-呼吸子碼流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方式，其特征在于(1)采用所述匯接-分接方式，按所需實(shí)參數(shù)K調(diào)節(jié)等效腔長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)。(2)通過(guò)秘密信道傳遞實(shí)參數(shù)K，在匯接、分接點(diǎn)處同時(shí)依K調(diào)節(jié)等效腔長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)；(3)按系統(tǒng)開(kāi)銷量選定實(shí)參數(shù)K，在匯接、分接點(diǎn)處同時(shí)依K調(diào)節(jié)等效腔長(zhǎng)l壓、l擴(kuò)。
4.根據(jù)以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方式，其特征在于支路信號(hào)流已實(shí)施抗隨機(jī)錯(cuò)誤編碼，取所述匯接-分接方式，并取參數(shù)m＞1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任何一項(xiàng)所述方式，其特征在于在光纖環(huán)形腔或8字形腔中加可變延遲線或摻鉺光纖放大器，或兩者都加。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種全光纖移位式脈沖序列壓縮－擴(kuò)展方式，在本發(fā)明所述的壓縮－擴(kuò)展方式中所采用的對(duì)稱雙環(huán)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自我補(bǔ)償功能，其中包括損耗補(bǔ)償、相位補(bǔ)償和疏密補(bǔ)償；同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)等效環(huán)長(zhǎng)可以方便地適用于不同碼率及載頻的信道；本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)的物理傳輸在一定程度上可獨(dú)立于檢測(cè)控制部分進(jìn)行自由的調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1414728SQ0113669
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者楊理 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院研究生院