一種用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件的製作方法

2023-06-19 20:00:11

專利名稱：一種用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件。
背景技術：
在光分組網絡中，通常利用某種形式的時分復用(TDM)技術將數據包傳送到不同位置或節點處。光分組交換(OPS)單元的動作時間一般應該在納秒級，並要求OPS節點在幾百納秒內完成對光分組處理的整個過程。這一過程的前奏就是對到達節點的光分組進行分組級的同步，進而實現迅速而正確地信頭識別和淨荷定位。目前，光鎖相環能夠實現精確的時鐘同步，但由於相位識別和鎖定時間較長，它不適用於光分組網。於是自同步時鐘提取器件引起了人們廣泛的關注。與其它的時鐘提取方式不同，自同步時鐘提取器件提取光分組中代表起始位置的光脈衝，稱為標誌脈衝，並藉以生成各種本地時鐘。因為所提取的標誌脈衝和原光分組是自同步的，所以派生出的各類時鐘可用作光分組網的本地同步時鐘。自同步時鐘提取器件的優點包括高吞吐率，支持不同的比特速率，可以實現分組自路由以及能夠容忍不同分組間的定時抖動等。
目前，已有的自同步時鐘提取器件主要有在信號分組中引入波長、極化、比特率或強度不同於其它比特脈衝的標誌脈衝，利用波長、極化、速率和強度鑑別裝置可以很容易地把標誌脈衝提取出來。在實際的網絡中，標誌脈衝與其它脈衝的這些物理差別不僅會使分組信號的產生和傳輸複雜化，還會破壞標誌脈衝與同一分組中其它脈衝之間的定時關係，因此需要提出更合理的自同步時鐘提取器件。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提出一種結構簡單緊湊且易於集成的高速分組級自同步時鐘提取器件，且無須對信號分組中引入波長、極化、比特率或強度不同於其它比特脈衝的標誌脈衝而獲得高對比度的自同步信號輸出。
本實用新型所採用的技術方案是本實用新型依次包括分光器(110)，非線性介質(120)，延時元件(130)，分/合光元件(140)，延時元件(150)，合光元件(160)，其中分光器(110)、非線性介質(120)、延時元件(130)、分/合光元件(140)組成一個光延時環路，分/合光元件(140)、延時元件(150)與合光元件(160)組成一個延時幹涉儀。其實現特徵是輸入的光分組信號經過分光器(110)分為兩束信號A和B，其中信號A先進入非線性介質(120)，另一束信號B經過延時元件(130)後產生一定延時，然後經過分/合光元件(140)再進入非線性介質(120)作為控制信號用於調節信號A除首個脈衝之外其餘脈衝的幅度和相位參數，信號A經過非線性介質(120)後再通過分/合光元件(140)分成兩路信號C和D，信號C和D經過延時元件(150)後產生一定的延時，再經過合光元件(160)後這兩路有延時的信號C和D產生幹涉合成為一路信號，輸出放大了的自同步信號，從而實現輸入信號的自同步功能。
所述的分光器(110)是1×2光纖耦合器，或者是1×2波導分束器。
所述的分/合光元件(140)是一個1×3光纖耦合器，或者是1×3波導分/合束器，或者是兩個1×2光纖耦合器組合，或者是兩個1×2波導分/合束器組合。
所述的非線性介質(120)是半導體光放大器，或者是非線性光纖。
所述的合光元件(160)是1×2光纖耦合器，或者是1×2波導合束器。
所述的延時元件(130)是光纖，或者是波導；延時元件(150)是光纖，或者是波導。
本實用新型的有益效果是由於本實用新型將輸入光脈衝信號分解成兩路，一路作為探測信號光，另一路作為控制光調節探測光在非線性介質的增益和相位特性，降低了探測光中除首個脈衝後的其餘脈衝的增益和相位移動幅度，然後利用探測光在一個延時幹涉系統中的自相位調製效應和幹涉增強特性，進一步降低探測光中除首個脈衝後的其餘脈衝的功率幅度，從而對輸入信號進而起到了強度鑑別作用，獲得了自同步及提取時鐘的功能。


圖1是本實用新型實施例一的光路結構示意圖；圖2是採用40Gb/s的隨機二進位脈衝序列經過本實用新型實施例一前後的輸出結果示意圖，其中(a)是輸入隨機脈衝序列；(b)是經過非線性介質(120)的輸出脈衝序列；
(c)是經過延時幹涉儀後最後輸出脈衝序列。
具體實施方式
實施例一如圖1所示，本實用新型實施例依次由次包括分光器(110)，非線性介質(120)，延時元件(130)，分/合光元件(140)，延時元件(150)，合光元件(160)。其中分/合光元件(140)、延時元件(150)以及合光元件(160)組成一個延時幹涉儀。非線性介質(120)是半導體光放大器。
本實用新型的工作原理如下所述從埠10輸入的光分組信號是由高強度窄脈衝調製而成的二進位光脈衝信號，經過分光器(110)分成A、B兩路信號，沿不同線路傳輸，信號A先進入非線性介質(120)，在高強度窄脈衝的激勵下，非線性介質(120)的增益迅速飽和而緩慢恢復，因此，信號A的第一個脈衝獲得了較大的增益。在信號A的第二個脈衝進入非線性介質(120)之前，經過延時元件(130)後延遲了一定時間的信號B的第一個脈衝經過分/合光元件(140)先進入非線性介質(120)，由此導致非線性介質(120)的增益在尚未恢復之前再次飽和，之後信號A的第二個脈衝進入非線性介質(120)獲得非常小的增益，之後非線性介質(120)的增益緩慢恢復，但在尚未恢復之前信號A和B的脈衝陸續進入使得增益一次次飽和，由此可知，除了信號A的首個脈衝之外的其餘脈衝相對於首個脈衝所獲得增益要低得多。因此，從非線性介質(120)輸出的信號A就成為首個脈衝增益很大，而其餘脈衝增益很小的脈衝序列。由於非線性介質(120)不僅對輸入的脈衝帶來增益，同時也改變其相位，具體改變特性是脈衝獲得增益大時其相位變化也大，增益小時相位變化也小。因此，信號A的首個脈衝獲得了大增益，同時也具有較大的相位變化，而其餘脈衝則不僅增益小，相位變化也小。信號A經過分/合光元件(140)後，分為三束等強度信號，其中信號C和信號D在延時幹涉儀兩臂中傳輸並產生延時，最後通過合光元件(160)幹涉後在埠20輸出自同步信號。延時幹涉儀由上述的分/合光元件(140)的兩個輸出端、延時元件(150)以及合光元件(160)組成。在計算幹涉輸出時根據公式Pout(t)=16[Pin(t)G(t)+Pin(t-)G(t-)-2Pin(t)G(t)Pin(t-)G(t-)cos(1)]]]>其中Pin(t)是t時刻的光脈衝功率，G(t)是t時刻脈衝獲得的增益，τ是延時幹涉儀延遲的時間，Δφ1是信號C和D的相位差，由上式可知，由於信號C和D的首個脈衝具有較大的相位變化範圍，因此Δφ1較大，通過設置輸入脈衝功率及非線性介質(120)的參數可使Δφ1接近 ，此時上式中最後一項接近於0，因而獲得較大的輸出功率Pout(t)。而對於第一個脈衝外的其餘脈衝而言，相位變化範圍很小，Δφ1也很小，接近於0，根據上式可知輸出的功率也很小，由此獲得高對比度的自同步信號輸出。
在器件參數設置方面，分光器(110)的分光比範圍可以從50∶50至1∶99，延時元件(130)的延時時間在輸入信號兩個相鄰脈衝間隔時間範圍內取值，分/合光件(140)的分光比是33.3∶33.3∶33.3，延時元件(150)的延時時間在輸入信號單個脈衝全寬半高間隔時間範圍內取值。
如圖2是40Gb/s的隨機二進位脈衝序列經過本實用新型實施例一前後的輸出結果示意圖，縱坐標表示脈衝功率，單位是瓦特，橫坐標是時間，單位是皮秒。其中(a)是輸入的隨機脈衝序列；(b)是經過非線性介質(120)後的脈衝序列；(c)是經過延時幹涉儀後最終輸出脈衝序列，由圖可知，輸入的隨機脈衝序列經過非線性介質(120)後成為具有一定對比度的自同步信號，再經過延時幹涉儀後獲得了高對比度的自同步信號，理論分析可得對比度可達25dB以上。
由上述可知，本實用新型採用了將輸入光脈衝信號分解成兩路，一路作為探測信號光，另一路作為控制光調節探測光在非線性介質的增益和相位特性，然後利用探測光在一個延時幹涉系統中的自相位調製效應和幹涉增強特性，對輸入信號進而起到了強度鑑別作用，獲得了自同步及時鐘提取的功能，且無須對信號分組中引入波長、極化、比特率或強度不同於其它比特脈衝的標誌脈衝而獲得高對比度的自同步信號輸出。
權利要求1.一種用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，包括分光器(110)，非線性介質(120)，延時元件(130)，分/合光元件(140)，延時元件(150)，合光元件(160)，其特徵是分光器(110)、非線性介質(120)、延時元件(130)、分/合光元件(140)組成一個光延時環路，分/合光元件(140)、延時元件(150)與合光元件(160)組成一個延時幹涉儀。
2.根據權利要求1所述的用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，其特徵是分光器(110)是1×2光纖耦合器，或者是1×2波導分束器。
3.根據權利要求1所述的用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，其特徵是分/合光元件(140)是一個1×3光纖耦合器，或者是1×3波導分/合束器，或者是兩個1×2光纖耦合器組合，或者是兩個1×2波導分/合束器組合。
4.根據權利要求1所述的用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，其特徵是非線性介質(120)是半導體光放大器，或者是非線性光纖。
5.根據權利要求1所述的用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，其特徵是合光元件(160)是1×2光纖耦合器，或者是1×2波導合束器。
6.根據權利要求1所述的用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，其特徵是延時元件(130)是光纖，或者是波導；延時元件(150)是光纖，或者是波導。
專利摘要一種用於光分組網絡的自同步時鐘提取器件，包括分光器(110)，非線性介質(120)，延時元件(130)，分/合光元件(140)，延時元件(150)，合光元件(160)，其中分光器(110)、非線性介質(120)、延時元件(130)、分/合光元件(140)組成一個光延時環路，分/合光元件(140)、延時元件(150)與合光元件(160)組成一個延時幹涉儀。本實用新型可用於光纖通信中。
文檔編號H04L7/027GK2924937SQ200620115690
公開日2007年7月18日 申請日期2006年5月29日 優先權日2006年5月29日
發明者葉小華, 張民, 黃學田, 牛長流, 葉培大 申請人:北京郵電大學