一種具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置的製作方法

2024-02-04 09:29:15

專利名稱：一種具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及全光網絡接口技術領域，尤其涉及的是一種具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置。
背景技術：
隨著視頻點播，網絡醫療等帶寬增強型多媒體業務的不斷出現，人們對網絡帶寬的需求逐年增長，波分復用(WDM)與時分復用(OTDM)是光纖通信系統中兩種最主要的信號復用方式，前者普遍採用非歸零碼(NRZ)格式，因為其具有緊密的通道波長間距，較高的光譜效率，較強的時間抖動和色散容忍度，主要用於城域網和接入網，後者一般採用歸零碼(RZ)格式，因為其具有小的佔空比，較高的偏振模色散容忍度，良好的抗線路非線性損傷能力，非常適用於高速率長距離傳輸，主要用於主幹網。將波分復用(WDM)與時分復用(OTDM)技術相結合，充分發揮兩者的優勢，是未來光子網絡的發展方向。在這樣的系統中，網絡的不同部分將具有不同的信號調製格式，因此，能夠有機的將光網絡中的不同部分(廣域網/城域網/接入網)相結合的全光網絡接口技術日益成為研究熱點，引起人們廣泛關注。全光NRZ到RZ的碼型轉換技術就是上述全光網絡接口的關鍵技術之一，它能夠有效避免繁冗低效的光電轉換，突破傳統電子學器件的工作速率極限，在光域內將適用於在城域網/接入網中傳輸的NRZ碼轉換為適於在廣域網中傳輸的RZ碼，從而完成從WDM到OTDM的轉換，實現網絡接口功能，因此具有重要的實用價值。並且，全光組播能夠同一時刻將同一信息發送到多個目的節點，可以支持視頻點播，網絡醫療等帶寬增強型多媒體業務，對於節省網絡成本，提高網絡效率具有重要作用。目前，實現全光NRZ到RZ的碼型轉換技術可以分為兩種，第一種是採用光電結合的方案，主要依靠光電振蕩器，相位調製器等高頻電子器件，具有設備昂貴且受電子器件「速率瓶頸」限制等弊端，第二種是採用全光的方式，基於各種非線性光學效應來實現。進一步可分為基於半導體光放大器中交叉增益調製，交叉相位調製，交叉偏振調製，四波混頻效應；基於色散位移高非線 性光纖中交叉相位調製，交叉偏振調製，四波混頻效應，基於周期極化鈮酸鋰波導中級聯和頻/差頻產生效應，基於矽納米線中的交叉相位調製或四波混頻效應，基於矽基微環諧振器的窄帶濾波效應等。其中，四波混頻效應具有對信號比特率和調製格式透明的優點，因此倍受關注。它進一步可分為兩類，第一類是採用單個信號光和泵浦光，同時提高其輸入功率，利用高階四波混頻效應連同光纖中的各種非線性效應，產生多個新頻率分量，實現單到多的NRZ到RZ碼型轉換，另一種為利用多個信號光與泵浦光相互作用，僅基於一階四波混頻效應，產生多個四波混頻邊帶，完成單到多的NRZ到RZ碼型轉換。但半導體光放大器中四波混頻效應效率低下，傳統色散位移高非線性光纖又需要將泵浦光與信號光設置在光纖零色散波長附近，來滿足相位匹配條件，限制了碼型轉換技術的靈活性。新出現的光子晶體光纖，由在二維方向上緊密排列的納米級微孔組成，通過改變微孔的形狀和尺寸，可以靈活控制光纖的色散和非線性特性，完全避免了傳統光纖的弊端，非常適於用作全光信號處理器件。同時，由於是全光纖結構，完全基於光纖中的三階非線性機理工作，具有結構簡單，響應速度快，性能可靠，且易於與現有的商用化超高速光纖通信系統連接等優點，非常具有發展前途。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置。本實用新型的技術方案如下:一種具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置，包括RF信號源、鎖模半導體雷射器、摻鉺光纖放大器、第一濾波器、偏振控制器PC1、偏振控制器PC2、過高功率摻鉺光纖放大器、光子晶體光纖、第二濾波器、第三濾波器；RF信號源用於發出重複頻率為IOGHz的射頻信號，鎖模半導體雷射器用於對所述射頻信號進行主動鎖模，並發出重複頻率為IOGHz的超短脈衝序列充當泵浦光，摻鉺光纖放大器用於對泵浦光進行功率放大，第一濾波器用於對功率放大後的泵浦光濾出自發輻射噪聲，偏振控制器PC2用於調節泵浦光的偏振態，偏振控制器PCl用於調節待轉換的NRZ信號的偏振態；待轉換的NRZ信號光與泵浦光耦合後注入過高功率摻鉺光纖放大器進行功率放大，50米光子晶體光纖用於發生四波混頻效應，第二濾波器、第三濾波器用於濾出邊帶。本實用新型針對超高速光子網絡應用背景，提出一種碼型轉換裝置，採用新型光纖中的非線性光學原理，一方面突破了 「光電光」碼型轉換器的速率限制，另一方面克服了基於半導體光放大器、電吸收調製器、周期極化鈮酸鋰波導效率低，插損大，傳統高非線性光纖波長設置不靈活的弊端，具有轉換效率高、響應速度快、工作波長範圍寬等優點，同時，還能完成全光波長組播功能 ，能夠支持先進WDM/0TDM混合光子網絡中的多媒體業務，具有重要的實用價值。本實用新型利用色散平坦高非線性光子晶體光纖中的四波混頻效應，首次實現了速率為lOGbit/s的NRZ到RZ碼型轉換，設計的碼型轉換器工作波長寬帶可調諧，且在碼型轉換的同時，實現了波長轉換和雙通道波長組播功能，對於超高速WDM/0TDM混合光子網絡的發展具有重要作用。

圖1為基於四波混頻效應的NRZ-RZ碼型轉換器工作原理圖；圖2為基於四波混頻效應的NRZ-RZ碼型轉換器的內部結構；圖3為基於高非線性光子晶體光纖中四波混頻效應實現碼型轉換的實例裝置；
具體實施方式
以下結合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。實施例1一種能實現全光NRZ到RZ的碼型轉換方法，且在碼型轉換的同時能夠完成全光組播功能，具體原理如圖1:攜帶數據信息的信號光由波長為λ s的連續光經調製產生，為NRZ碼數據流，泵浦光為波長λρ的窄脈寬光脈衝序列，可看做佔空比較小的比特全「1」RZ碼，將兩者耦合，進一步功率放大後注入高線性光子晶體光纖，由於光子晶體光纖色散平坦，在較寬波長範圍內均可滿足相位匹配條件，發生明顯四波混頻效應，導致在信號光和泵浦光兩側產生兩束閒頻光，由於泵浦光為比特全「I」超短光脈衝，不攜帶任何信息，而四波混頻作用又相當於一個「與」門，因此，導致兩個邊帶所含信息與信號光完全相同，只是因為泵浦光為佔空比相對較小的窄脈衝，使得閒頻光對應的數據碼型由原始信號光中的NRZ變為RZ碼，實現了單到雙的碼型轉換。圖1中左圖，(a)為發生四波混頻前、(b)為發生四波混頻後的頻域光譜，右圖(c) (d) (e) (f)為對應時域信號光λ s，泵浦光λ ρ,閒頻光λ Il和閒頻光λ 12的時域波形。本實用新型的碼型轉換裝置如圖2所示，RF信號源發出重複頻率為IOGHz的射頻信號，注入鎖模半導體雷射器對其進行主動鎖模，鎖模 半導體雷射器發出重複頻率為IOGHz的超短脈衝序列充當泵浦光，脈寬為1.9ps，中心波長為λ ρ，在摻鉺光纖放大器(EDFA)對泵浦光進行功率放大，隨後使用濾波器I濾出自發輻射噪聲，隨後經過偏振控制器PC2後，與待轉換的NRZ信號光耦合，NRZ信號光支路上的偏振控制器PCl用來調節該光束的偏振態，以保證兩束光在高非線性光子晶體光纖中四波混頻效果最佳。二者耦合後注入過高功率摻鉺光纖放大器(HP-EDFA，Keopsys公司生產，工作波長範圍1535nm_1565nm，飽和輸出功率34dBm，噪聲指數小於6dB)進行功率放大，後進入50米光子晶體光纖，由於信號光與泵浦光功率較高(功率25dBm)，在光子晶體光纖中發生四波混頻效應，在其兩側產生兩個邊帶，使用兩個窄帶光學濾波器(濾波器2和濾波器3)將邊帶分別濾出，便得到碼型轉換信號，同時，完成了波長轉換，實現了波長組播功能。本實用新型採用新型色散平坦高非線性光子晶體光纖作為核心器件，光纖較大的非線性係數大大縮短了所需光纖長度，使得所實用新型的碼型轉換器與傳統光纖相比，抗振動、偏振性能增強，系統更易集成，同時，使用較小的輸入功率便可產生較強的非線性係數，大大降低了系統功耗。另一方面，由於所採用光纖色散平坦，其在較寬波長範圍內均有明顯四波混頻效應，使得所設計的碼型轉換器在19納米範圍內寬帶波長可調諧，且具有雙通道波長組播功能，最優組播信號ER和Q因子分別高於IOdB和7，整個系統為全光纖結構，便於與現有光纖通信系統連接。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。
權利要求1.一種具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置，其特徵在於，包括RF信號源、鎖模半導體雷射器、摻鉺光纖放大器、第一濾波器、偏振控制器PC1、偏振控制器PC2、過高功率摻鉺光纖放大器、光子晶體光纖、第二濾波器、第三濾波器；RF信號源用於發出重複頻率為IOGHz的射頻信號，鎖模半導體雷射器用於對所述射頻信號進行主動鎖模，並發出重複頻率為IOGHz的超短脈衝序列充當泵浦光，摻鉺光纖放大器用於對泵浦光進行功率放大，第一濾波器用於對功率放大後的泵浦光濾出自發輻射噪聲，偏振控制器PC2用於調節泵浦光的偏振態，偏振控制器PCl用於調節待轉換的NRZ信號的偏振態；待轉換的NRZ信號光與泵浦光耦合後注入過高功率摻鉺光纖放大器進行功率放大，50米光子晶體光纖用於發生四波混頻效應，第二濾波器 、第三濾波器用於濾出邊帶。
專利摘要本實用新型公開了具有波長組播功能的全光碼型轉換裝置，RF信號源發出重複頻率為10GHz的射頻信號，注入鎖模半導體雷射器對其進行主動鎖模，鎖模半導體雷射器發出重複頻率為10GHz的超短脈衝序列充當泵浦光，摻鉺光纖放大器對泵浦光進行功率放大後，使用濾波器1濾掉自發輻射噪聲，泵浦光經過偏振控制器PC2後，與待轉換的NRZ信號光耦合，NRZ信號光支路上的偏振控制器PC1用來調節該光束的偏振態；二者耦合後注入過高功率摻鉺光纖放大器進行功率放大，進入50米光子晶體光纖，信號光與泵浦光在光子晶體光纖中發生四波混頻效應，使用兩個窄帶光學濾波器將邊帶分別濾出，便得到碼型轉換信號，同時完成了波長轉換，實現了波長組播功能。
文檔編號H04B10/299GK203119913SQ20122013033
公開日2013年8月7日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者惠戰強, 鞏稼民 申請人:西安郵電學院