專利名稱：一種多通道全光3r再生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速大容量全光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及全光3R再生器。

背景技術(shù)：
全光2R再生(再放大，再整形)和3R再生(再放大，再整形，再定時)是高速大容量全光網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)，也是光學(xué)技術(shù)替代傳統(tǒng)電子技術(shù)實現(xiàn)真正全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。相比全光2R再生，全光3R再生更能有效減少和彌補光信號在傳輸過程中積累的功率損耗、光放大器引入的噪聲，信道間的串?dāng)_，以及由于色散和非線性效應(yīng)等因素引入的定時抖動和脈沖變形等等脈沖失真因素，從而顯著提高光信號的傳輸距離。
全光3R再生自從全光網(wǎng)絡(luò)誕生以來，就一直是研究的熱點。一般來講，全光3R再生均是針對一路光信號(一個波長)來進行再生。若要對多路光信號，如波分復(fù)用系統(tǒng)WDM中多路光信號，同時進行再生，只能是將多路信號分開，再分別對每一路信號進行再生，然后再合并各路再生后的信號。若有n路信號，就需要用到n個再生器，如附圖1所示。多路原始光信號經(jīng)過一個復(fù)用器(AWG)合并后，在光纖鏈路中傳輸，得到多路受損信號。多路受損信號首先經(jīng)過一個解復(fù)用器(AWG)解復(fù)用成單獨的各路受損信號，再分別由由光學(xué)非線性器件和時鐘恢復(fù)單元組成的多個3R再生器分別進行再生。最后再由一個AWG復(fù)用合并，得到多路再生后的信號。這樣就需要用復(fù)雜的再生器陣列，不僅系統(tǒng)復(fù)雜、成本提高，而且多個再生器陣列使得系統(tǒng)體積增大，穩(wěn)定性降低。近年來，利用單個再生器同時對WDM系統(tǒng)中多路光信號實現(xiàn)3R再生的需求越來越急切。其中美國普林斯頓大學(xué)提出了一種利用非線性光學(xué)環(huán)鏡的方法，實現(xiàn)了對四路WDM光信號同時再生。但此方法需要用到體積很大的光纖環(huán)形干涉裝置，還需要嚴格控制信號的偏振態(tài)，對環(huán)境溫度震動等很敏感，應(yīng)用起來不方便，也不易集成。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種多通道3R再生器，克服目前實現(xiàn)多通道3R再生方案中存在的系統(tǒng)復(fù)雜，實現(xiàn)成本高，穩(wěn)定性差和不易集成等缺點。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種多通道3R再生器，該多通道3R再生器包括光學(xué)時鐘恢復(fù)裝置、光學(xué)非線性器件和光學(xué)延時干涉裝置，所述光學(xué)時鐘恢復(fù)裝置用于從傳輸鏈路上多路受損光信號中任意選取一路受損光信號提取出同步的光時鐘信號；該同步光時鐘信號和多路受損光信號進入非線性光學(xué)器件，非線性光學(xué)器件用于實現(xiàn)光時鐘信號和多路受損光信號之間的交叉相位調(diào)制XPM效應(yīng)；經(jīng)非線性光學(xué)器件實現(xiàn)交叉相位調(diào)制XPM效應(yīng)所產(chǎn)生的多路光信號進入所述光學(xué)延時干涉裝置，所述光學(xué)延時干涉裝置為梳狀濾波器，用于濾出發(fā)生XPM效應(yīng)后每路光信號光譜中的特定的啁啾部分，同時濾除噪聲以及劣化的信號部分，生成多路再生光信號。
作為優(yōu)選方案，所述梳狀濾波器的頻率間隔等于入射多路信號的通道間隔。
本發(fā)明提出的多通道全光3R再生器，能同時對各個通道在一個再生器中進行再生，避免了現(xiàn)有多通道再生裝置因采用分開再生、再合并方法對原有的信號傳輸線路的破壞，保持了原有傳輸線路的完整性。同時，克服了目前實現(xiàn)多通道3R再生方案中存在的系統(tǒng)復(fù)雜，實現(xiàn)成本高，穩(wěn)定性差和不易集成等缺點。



圖1為現(xiàn)有多通道3R再生方案示意圖。
圖2本發(fā)明多通道全光3R再生器的應(yīng)用方案示意圖。
圖3為本發(fā)明多通道全光3R再生器應(yīng)用方案所發(fā)生的波形示意圖，包括(a)時域和(b)頻域示意圖。
圖4為針對16通道的本發(fā)明多通道全光3R再生器的應(yīng)用方案圖。
圖5為針對16通道的本發(fā)明多通道全光3R再生器的應(yīng)用實驗光譜圖。
圖6為針對16通道的本發(fā)明多通道全光3R再生器的應(yīng)用實驗眼圖。
圖7為針對16通道的本發(fā)明多通道全光3R再生器的應(yīng)用實驗后分別選取1、7、10、16通道的原始、劣化、再生信號的實驗誤碼測試對比圖。
具體實施方法 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
如圖2所示的本發(fā)明多通道全光3R再生器的應(yīng)用方案示意圖中，時鐘恢復(fù)裝置，用于從多路信號中提取出一路進行時鐘恢復(fù)，得到和原始信號同步的時鐘信號。時鐘恢復(fù)只是為了得到光時鐘信號，從而進行下一步的信號再生過程。時鐘恢復(fù)裝置可以采用很多現(xiàn)有裝置來實現(xiàn)，如半導(dǎo)體光放大器光纖激光器、法布里-珀羅濾波器、自脈動多區(qū)激光器等。
光學(xué)非線性器件可以是半導(dǎo)體光放大器(SOA)，高非線性光纖(HNLF)，周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)(PPLN)等等。依據(jù)不同的器件，選擇不同的工作條件，使得時鐘信號和多路受損多路信號在其中同時發(fā)生較強的交叉相位調(diào)制(XPM)作用，為下一步在延時干涉裝置中實現(xiàn)濾波打下基礎(chǔ)。當(dāng)受損信號和時鐘信號同時存在于光學(xué)非線性器件中，并且信號和時鐘同步的情況下，兩者會發(fā)生XPM效應(yīng)；而當(dāng)信號不存在時，即信號為“0”的情況下，僅僅有時鐘信號，不發(fā)生XPM效應(yīng)。波形示意圖如附圖3(a)所示。以四路受損信號為例，它們在時域上同步，和一路時鐘信號作用后，再經(jīng)過后續(xù)的延時干涉裝置后，可以分別實現(xiàn)3R再生。
光學(xué)延時干涉裝置也可以有很多實現(xiàn)形式，如光纖型延時干涉儀(FDI)，偏振控制器加保偏光纖結(jié)構(gòu)等等。它們均是基于Mach-Zender干涉原理。從頻譜的角度來看，其實質(zhì)上為周期性的梳狀濾波器，其周期等于入射信號的信道間隔。如入射多通道信號間隔為100GHz，則此梳狀濾波器的周期也為100GHz。至于如何控制此濾波器的周期，需要根據(jù)不同的實現(xiàn)方式來確定。如對于FDI，可以控制其兩臂上的光纖長度差；對于保偏光纖方案，可以控制保偏光纖的長度和入射信號的偏振態(tài)等等。
需要強調(diào)的是，確定了周期性梳狀濾波器的周期后，本發(fā)明實現(xiàn)多通道同時3R再生的關(guān)鍵點在于精確調(diào)整此梳狀濾波器的每個濾波通道的峰值，使得其和每路信號的載波有一定的偏移量，即梳狀濾波器的每個峰值不是正對準每路信號載波的正中。兩者之間的偏移量依據(jù)在光學(xué)非線性器件中的XPM的量來確定。此偏移量不能太小，否則不能實現(xiàn)較好的再生；偏移量也不能太大，一方面是偏移量越大，輸出的再生信號的功率越小，另一方面是當(dāng)原始入射信號相鄰兩通道間隔較小時，太大的偏移量會引入相鄰信道間的串?dāng)_。如附圖3(b)所示。實線為受損信號的光譜，虛線為FDI延時干涉裝置的濾波透過光譜?？梢娦盘柕耐ǖ篱g隔等于FDI的梳狀濾波間隔，但FDI的每個濾波通道適當(dāng)偏移每路信號的中心波長。
以SOA作為非線性光學(xué)器件，F(xiàn)DI作為光學(xué)延時干涉裝置，下面再結(jié)合附圖4來詳細說明對16通道信號同時再生的過程，以及實驗驗證。
入射信號為每通道速率為10Gb/s，間隔為100GHz的16通道非歸零(NRZ)信號，為了更具普遍實際意義和接近實際應(yīng)用，我們將奇數(shù)通道和偶數(shù)通道攜帶上不同的數(shù)據(jù)信息，如圖中數(shù)據(jù)一和數(shù)據(jù)二。奇數(shù)通道和偶數(shù)通道由復(fù)用器(AWG)合并后，經(jīng)過偏振控制器(PC)后，分別進入調(diào)制器(MZM)形成光信號。8路奇數(shù)通道信號和8路偶數(shù)通道信號經(jīng)過一個3dB光學(xué)耦合器合并后，經(jīng)過52公里標準單模光纖傳輸劣化、光衰減器(ATT)進行功率衰減、光放大器(EDFA)放大引入噪聲等過程后，和由時鐘恢復(fù)裝置恢復(fù)出的光時鐘信號經(jīng)由一個3dB光學(xué)耦合器耦合進入一個半導(dǎo)體光放大器(SOA)。一個光學(xué)可調(diào)延時線用來控制時鐘信號和16通道信號之間的同步，使他們在時域上同步。時鐘信號和16路受損信號的光譜如附圖5(a)所示。為了達到足夠的XPM效應(yīng)，時鐘信號的功率應(yīng)該遠遠大于受損信號的功率，并且時鐘信號的功率還要使得SOA工作在飽和狀態(tài)。這樣各路受損信號在SOA中只會受到由時鐘信號引入的XPM效應(yīng)，而不會有時鐘信號以及各路信號之間引入的交叉增益調(diào)制(XGM)效應(yīng)，因此不同通道之間的3R再生就不會互相干擾。需要說明的是，這種情況是針對我們選擇SOA作為非線性光學(xué)器件，對于其他光學(xué)非線性光學(xué)器件，要根據(jù)具體情況選擇工作條件和參數(shù)。
時鐘信號和受損信號進入SOA后，由于發(fā)生XPM效應(yīng)，16路信號的光譜明顯的展寬，如附圖5(b)所示。但此時并沒有實現(xiàn)3R再生，需要由后續(xù)的FDI對16個通道進行同時濾波，實現(xiàn)完整的3R再生。
由于入射信號間隔是100GHz，所以選擇FDI兩臂上的光纖長度差為2.1毫米，使得其梳狀濾波器間隔剛好也等于100GHz。FDI的兩臂光纖長度差ΔL由下式確定 其中C為光在真空中的傳播速率，neff為FDI所用光纖的折射率，R為入射信號的通道間隔。以本實驗中通道間隔為100GHz，F(xiàn)DI光纖折射率為1.45為例，可以算出FDI兩臂光纖長度差為2.1mm。
同時控制FDI的工作溫度，使得其光譜上每個峰值和每路信號之間有個偏移。本實驗中，根據(jù)入射光信號的速率、光功率的大小以及SOA的偏置電流等條件，偏移量為-0.25nm。經(jīng)過FDI濾波后的各路光譜如附圖5(c)所示，可見FDI的每個通道都偏移原始信號的載波，這樣就能同時實現(xiàn)多通道的同時3R再生。附圖5(d)是其中一個再生信號的光譜放大圖。
以16路信號中的其中一路通道7為例，附圖6顯示了通道7的原始信號、受損信號以及再生信號的眼圖。其中(a)為原始信號，(b)為受損信號，(c)為再生后的信號?？梢悦黠@的看到，經(jīng)過光纖傳輸、光放大器放大引入噪聲后，信號的眼圖(b)相比如原始情況(a)下，有了明顯的劣化，表現(xiàn)在時間抖動增大、脈沖變形、噪聲很大等等。但經(jīng)過本發(fā)明提出的多通道3R再生器后，信號(c)的質(zhì)量有了明顯的改善，時間抖動減小，脈沖實現(xiàn)了重整形。與3R再生過程一起伴隨的還有碼型轉(zhuǎn)換過程，即原始信號為非歸零(NRZ)格式，再生后變成了歸零(RZ)格式，但信號所攜帶的信息在再生前后完全一致。其他各個通道也能同時實現(xiàn)3R再生，不再贅述。
對此16路信號中的1、7、10、16通道信號進行誤碼測試，結(jié)果如附圖7所示，圖7(a)為對1通道信號的原始、劣化、再生信號的實驗誤碼測試對比圖，圖7(b)為對7通道信號的原始、劣化、再生信號的實驗誤碼測試對比圖，圖7(c)為對10通道信號的原始、劣化、再生信號的實驗誤碼測試對比圖，圖7(d)為對16通道信號的原始、劣化、再生信號的實驗誤碼測試對比圖，可以看到1、7、10、16通道每路信號經(jīng)過劣化后再進行3R再生，均能有4dB左右的改善，很好的驗證了此發(fā)明中的多通道3R再生器的良好性能。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種多通道全光3R再生器，其特征在于，包括光學(xué)時鐘恢復(fù)裝置、光學(xué)非線性器件和光學(xué)延時干涉裝置，所述光學(xué)時鐘恢復(fù)裝置用于從傳輸鏈路上多路受損光信號中任意選取一路受損光信號提取出同步的光時鐘信號；該同步光時鐘信號和多路受損光信號進入非線性光學(xué)器件，非線性光學(xué)器件用于實現(xiàn)光時鐘信號和多路受損光信號之間的交叉相位調(diào)制XPM效應(yīng)；經(jīng)非線性光學(xué)器件實現(xiàn)交叉相位調(diào)制XPM效應(yīng)所產(chǎn)生的多路光信號進入所述光學(xué)延時干涉裝置，所述光學(xué)延時干涉裝置為梳狀濾波器，用于濾出發(fā)生XPM效應(yīng)后每路光信號光譜中的特定的啁啾部分，同時濾除噪聲以及劣化的信號部分，生成多路再生光信號。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道全光3R再生器，其特征在于，所述梳狀濾波器的頻率間隔等于入射多路信號的通道間隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及高速大容量全光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域的全光3R再生器，它包括光學(xué)時鐘恢復(fù)裝置、光學(xué)非線性器件和光學(xué)延時干涉裝置，所述光學(xué)時鐘恢復(fù)裝置用于從傳輸鏈路上多路受損光信號中任意選取一路受損光信號提取出同步的光時鐘信號；該同步光時鐘信號和多路受損光信號進入非線性光學(xué)器件，非線性光學(xué)器件用于實現(xiàn)光時鐘信號和多路受損光信號之間的交叉相位調(diào)制XPM效應(yīng)；經(jīng)非線性光學(xué)器件實現(xiàn)交叉相位調(diào)制XPM效應(yīng)所產(chǎn)生的多路光信號進入所述光學(xué)延時干涉裝置，所述光學(xué)延時干涉裝置為梳狀濾波器，用于濾出發(fā)生XPM效應(yīng)后每路光信號光譜中的特定的啁啾部分，同時濾除噪聲以及劣化的信號部分，生成多路再生光信號。本發(fā)明提出的多通道全光3R再生器，能同時對各個通道在一個再生器中進行再生，避免了現(xiàn)有多通道再生裝置因采用分開再生、再合并方法對原有的信號傳輸線路的破壞，保持了原有傳輸線路的完整性。同時，克服了目前實現(xiàn)多通道3R再生方案中存在的系統(tǒng)復(fù)雜，實現(xiàn)成本高，穩(wěn)定性差和不易集成等缺點。
文檔編號H04B10/17GK101304284SQ20081004811
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者張新亮, 宇 余, 黃德修 申請人:華中科技大學(xué)