CN101340242B - 全光差分编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全光差分编码器，对某一比特速率的强度调制的光信号可以进行差分编码，由两个波导定向耦合器和一个半导体光放大器组成，前一个比特的光信号经半导体光放大器的3dB放大和波导定向耦合器的两次π/2相移，变为相位与后一个比特相差π的信号，通过在输入端波导定向耦合器的输出端干涉，实现了全光差分编码的功能。本发明解决了同一波长固定比特率强度调制光信号的全光差分编码问题。

Description

全光差分编码器
技术领域
本发明涉及一种全光差分编码器，尤其涉及一种基于半导体光放大器和波导定向耦合器的全光差分编码器，解决基于强度调制的光信号的差分编码问题，属于光通信技术领域。
背景技术
全光信号处理是实现全光网络的关键技术。由于电子器件受限于器件的最高工作频率，传统的电网络在适应高速、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，难以完成高速宽带综合业务的传送和交换处理。只有基于光纤的全光网络方案才能提供高速、大容量的传输及处理能力，打破信息传输的瓶颈，可以在很长的时间内适应高速宽带业务的需求。这就要求避免光一电转换，对光信号进行全光信息处理。全光信息处理包括光开关、判决、再生和计算等，而全光逻辑门正是其中的关键器件。
除了用于全光网络以外，全光逻辑器件也是实现光子计算机的基础。光信息处理包括实现“与”，“或”，“非”三种基本的逻辑运算，还需要差分运算，加法运算、单稳态和双稳态触发器等逻辑器件，以实现光运算和光逻辑。高速全光逻辑器件的实现大都借助于媒质的超高速非线性效应，包括光纤中的非线性效应和半导体光放大器的非线性，由于半导体光放大器具有很强的非线性，以及功耗低、易于集成等优点，人们的研究兴趣就转向了对半导体光放大器中各种非线性效应的利用。其中基于体型双异质结构和量子阱结构的制作工艺最成熟，这也是目前商用所采用的结构，目前报道的全光逻辑信息处理实验，绝大部分都是基于商用产品。
差分编码是光信息处理的一个重要环节，广泛地应用于部分响应系统传输，码型变换等环节，其本质是一个反馈异或的过程。前一个输出比特与后一个输入比特相异或，构成一个持续响应的过程。目前的全光异或主要是基于马赫-曾德型半导体光放大器来实现，成本高且不宜于实现反馈，至今还没有有效的全光差分编码器。
发明内容
本发明的目的在于针对实际系统的需要，提出一种全光差分编码器，结构简单，基本模块都有成熟的器件支持，益于集成，能有效地实现全光的差分编码，并能随着相关技术的发展而进一步提升性能。
为实现这一目的，本发明以基于半导体光放大器(Semiconductor OpticalAmplifier，SOA)的光放大技术和分光比为50：50的波导定向耦合器为基础。光信号输入时，前一个比特的光信号经半导体光放大器的3dB放大和波导定向耦合器的两次π/2相移，变为相位与后一个比特相差π的信号，通过在输入端波导定向耦合器的输出端干涉，实现了全光差分编码的功能。
本发明的方案具体描述如下：
本发明的全光差分编码器主要的构成包括：半导体光放大器和两个波导定向耦合器。信号光从输入端波导定向耦合器的直通输入端输入，输入端波导定向耦合器的输出连接半导体光放大器的输入，半导体光放大器增益为3dB，半导体光放大器的输出连接输出端波导定向耦合器的输入端，输出端波导定向耦合器的耦合输出端与输入端波导定向耦合器的耦合输入端相连，整个光波导环路的长度等于每一个比特在波导中的传输距离，输出端波导定向耦合器的直通输出端的输出就是全光差分编码器的输出。
本发明中，输入端波导定向耦合器是二输入一输出，输出端波导定向耦合器是一输入二输出。一定比特率的光信号从输入端波导定向耦合器的直通输入端输入，光信号相位不变，通过半导体光放大器对光信号功率进行3dB的放大，该半导体光放大器应选择低非线性，高响应速率的型号。半导体光放大器增益是3dB，即输出的光信号功率是输入光信号的2倍，再经输出端波导定向耦合器分成两路，每路信号功率减半，从耦合输出端输出的光信号相对输入光信号会产生一个π/2相移，该信号反馈进入输入端波导定向耦合器的耦合输入端，再产生一个π/2的相移，并在输入端定向耦合器的输入端与从输入端波导定向耦合器的直通端输入的信号光发生干涉，从而实现了全光的差分编码。
本发明具有多方面的优越性。本发明通过两次利用波导定向耦合器耦合端的π/2相移和半导体光放大器的光功率3dB放大，实现了全光差分编码器，无需光电转换，结构简单，所用的波导定向耦合器和SOA工艺成熟，可以集成并实用化。
附图说明
图1为本发明全光差分编码器的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步描述。
图1给出了本发明全光差分编码器的结构示意图，其主要功能模块(器件)包括：输入端波导定向耦合器、半导体光放大器、输出端波导定向耦合器，各模块(器件)均通过光纤或波导相连。
如图1所示，输入端波导定向耦合器是二输入一输出，输出端波导定向耦合器是一输入二输出。信号光从输入端波导定向耦合器的直通输入端输入，输入端波导定向耦合器的输出连接半导体光放大器的输入，半导体光放大器增益为3dB。半导体光放大器的输出连接输出端波导定向耦合器的输入端，输出端波导定向耦合器的耦合输出端与输入端波导定向耦合器的耦合输入端相连，整个光波导环路的长度等于每一个比特在波导中的传输距离，输出端波导定向耦合器的直通输出端的输出就是全光差分编码器的输出。
一定比特率的光信号从输入端波导定向耦合器的直通输入端输入，光信号相位不变，通过半导体光放大器对光信号功率进行3dB的放大，放大的作用是为了使输出端波导定向耦合器的输入信号功率与进入输入端波导定向耦合器直通端的信号光相等，以便进行相消干涉。该半导体光放大器应选择低非线性，高响应速率的型号，以提高系统响应速率并消除因为半导体光放大器增益饱和而带来的非线性相移。半导体光放大器输出的光信号功率是输入光信号的2倍，经输出端波导定向耦合器分成两路后，光功率减半，耦合输出端输出的光信号会产生一个π/2相移，该信号进入输入端波导定向耦合器的耦合输入端，再产生一个π/2的相移，从而输入端定向耦合器的输入端与从输入端波导定向耦合器的直通端输入的信号光发生干涉。整个差分编码器的光波导环路的长度决定了可以进行差分编码的比特率。光波导环路的长度由两部分组成，输入端波导定向耦合器的输入端到输出端波导定向耦合器输入端的距离t1，输出端波导定向耦合器的耦合输出端到输入端波导定向耦合器耦合输入端的距离t2，整个光波导环路的长度t1+t2等于每一个比特在波导中的传输距离时，就实现了全光的差分编码。

Claims (1)

1.一种全光差分编码器，其特征在于：由半导体光放大器和两个波导定向耦合器构成；信号光从输入端波导定向耦合器的直通输入端输入，输入端波导定向耦合器的输出连接半导体光放大器的输入，半导体光放大器增益为3dB，半导体光放大器的输出连接输出端波导定向耦合器的输入端，输出端波导定向耦合器的耦合输出端与输入端波导定向耦合器的耦合输入端相连，整个光波导环路的长度等于每一个比特在波导中的传输距离，输出端波导定向耦合器的直通输出端的输出就是全光差分编码器的输出；所述波导定向耦合器的分光比为50∶50。
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