CN101971087A

CN101971087A - 光信号处理

Info

Publication number: CN101971087A
Application number: CN2008801277546A
Authority: CN
Inventors: A·博戈尼; L·波蒂; E·拉泽里; G·梅罗尼; F·彭兹尼
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: WO2009106145A1; EP2247980B1; CN101971087B; EP2247980A1; US8467121B2; US20110069362A1

Abstract

光信号处理器(1)包括光波导环路(3)以及第一和第二相位调制器环路(6、7)，第一和第二相位调制器环路的每个与光波导环路处于光通信中，以及第一和第二相位调制器环路各自包括相应的控制信号输入端口(8、9)以控制相位调制环路应用的相位调制，以及光波导环路包括两个输入端口(20a、20b)以在光波导环路中在反指向中引导输入信号(10、11)，并且还包括输出端口(20c)以输出结果的信号。第一和第二相位调制器环路可以包括非线性光环路镜。该处理器可以是光逻辑门装置。

Description

光信号处理

技术领域

本发明涉及光信号处理。

背景技术

由于例如计算和传输速度、电磁干扰、功耗和用于超快应用的不足带宽的电子限制，产生对全光信号处理技术的需要。已知的光处理器显示通过各种光装置、如半导体光放大器(SOA)、半导体可饱和吸收镜(SESAM)和单个或级联非线性光环路镜(NOLM)来实行全光信号处理的可能性。

可汇总的解决方案(integrable solution)(如上文提到的那些)因为其应用而引起关注，但是目前它们在快速动态性和可重新配置性方面不能满足可接受的性能。

发明内容

根据本发明，提供一种光信号处理器，其包括光波导环路以及第一和第二相位调制器环路。第一和第二相位调制器环路的每个与光波导环路处于光通信中，以及第一和第二相位调制器环路各自包括相应的控制信号输入端口以控制相位调制环路应用的相位调制。光波导环路包括两个输入端口以在光波导环路中在反指向(opposite sense)中引导输入信号，并且还包括输出端口以输出结果的信号。

本发明还提供一种处理光信号的方法，其包括使两个输入信号在光波导环路中相反传播，并通过第一和第二相位调制器环路。第一和第二相位调制器环路与光波导环路处于光通信中。该方法还包括将控制信号馈送到第一和第二相位调制器环路的每个的控制端口中，以便控制由每个相位调制器应用到输入信号的相位调制，并组合结果的信号分量以产生输出信号。

附图说明

现在将参考以下附图仅以示例的方式来描述本发明的多种实施例，在这些附图中：

图1是光信号处理器，

图2是光信号处理器的框图，

图3是光信号处理器，

图4至7是光信号处理器的图形表示的输出，以及

图8和9是另外的光信号处理器。

具体实施方式

参考图1，示出一种光信号处理器1，其包括光波导环路3以及耦合到光波导环路3的第一和第二非线性相位调制器环路4和5。每个相位调制器环路包括高度非线性光纤(HNLF)部分6和7以及相应的输入端口8和9。

每个相位调制器环路4和5包括基于交叉相位调制(XPM)的偏振保持(PM)非线性光环路镜(NOLM)(在图2右边以N^(k)来指示，k＝1，2)被三个光纤跨径(span)17、18和19来连接，以及为每个相位调制器提供相应的耦合器15和16(如图(2)中C(ρ))。一般，如果D是光纤跨径，则

i＝1，2，3，其中

是第i个光纤长度。在分光器20将输入信号14馈送到处理器1中，分光器20具有两个输入端口20a和20b以产生进入相应光纤跨径17和18的两个输入信号，从而产生两个输入信号分量10和11。

为了更好地理解处理器1的操作方式，我们考虑相位调制器4和5的每一个中的一个，其如上文陈述的包括PM-NOLM装置。我们参考图3，其示出为PM-NOLM 100。装置100包括长度为L_HNLF[m]和非线性系数为γ[W^-1Km^-1]的高度非线性光纤(HNLF)，以及两个耦合器101和102，前者用于将在波长λ_ρ的泵浦(pump)信号的功率(虚线箭头)引入到环路中，后者完成NOLM结构以及允许插入输入场(input field)和放下(drop)输出场(output field)。耦合器分别具有分光比ρ_ρ和ρ。

在PM-NOLM 100中，所有分量均是偏振保持的。虽然此方面可能限制方案的灵活性(非PM光纤要求在环路中使用偏振控制器，这在优化过程中增加了自由度)，但是考虑到沿着光纤双折射慢轴偏振的所有场，使用PM配置以便简化模型。以此方式，更易于预测系统的行为和调整输入参数以获得期望的响应。

每个NOLM能够视为通过其2x2矩阵N来定义的单个基本四极(quadripole)(如图3中示意示出的)。

该块接受输入矢量(实心箭头)并返回输出矢量

(点划箭头)，这能够发现为：

\overset{&OverBar;}{E_{out}} = [\begin{matrix} E_{out}^{1} \\ E_{out}^{2} \end{matrix}] = N \overset{&OverBar;}{E_{in}} = N [\begin{matrix} E_{in}^{1} \\ E_{in}^{2} \end{matrix}];

其中：

等式(1)说明PM-NOLM 100处理引入两个不同相移的输入场：线性相移

其与环路长度L_loop所导致的延迟相关，

(β是光纤中电场的传播常数)，以及非线性相移

其由于高度非线性光纤中输入场上的泵浦功率所引起的XPM效应所致，

其中P_p是瞬时泵浦功率，并已将耦合器损耗考虑在内。该模型假定输入信号是在某个波长λ_in≠λ_p的连续波。

我们能够以矩阵来描述这些元素，如等式(2)中报告的，其中C对具有分光比ρ的耦合器的行为建模，并且D表示长度为L_F的光纤跨径所引起的相移。

C = [\begin{matrix} \sqrt{ρ} & \sqrt{1 - ρ} e^{j \frac{π}{2}} \\ \sqrt{1 - ρ} e^{j \frac{π}{2}} & \sqrt{ρ} \end{matrix}]; D = [e^{jθ}], θ = β L_{F} . - - - (2)

现在返回到处理器1，我们的关注集中于作为非线性相移

的函数的透射率(T)和反射率(R)，非线性相移能容易地由泵浦功率

通过线性转换所致；结构中引入的线性相移取决于17、18和19的特定光纤跨径或环路长度，并且被视为定义透射率(T)和反射率(R)的以下等式中的参数：

(3)

通过替代从图2的框图获得的

和

的表达式，可能展示出θ¹和θ²在透射率和反射率函数中仅在Δθ＝θ¹-θ²的项中出现，因此，我们能够说T和R取决于光纤跨径17和18的相对路径长度而不取决于每个光纤跨径的特定长度。

在处理器1的使用中，输入信号分量10和11通过输入端口20a和20b进入处理器1，并在环路3中在反指向中传播。信号分量10进入相位调制器环路4而信号分量11进入相位调制器环路5。在已通过每个HNLF并由此进行了相位调制之后，在耦合器15和16退出相应调制器环路时，它们通过跨径19传播，并且随后绕到另一个相位调制器环路传递。结果的信号分量然后在耦合器20的输出20c组合。正在输出20c组合的信号之间的相对相位将确定作为信号的结果发生的干扰的类型。

通过适合的线性相移调谐，能够获得不同的透射率和反射率函数。耦合器15、16和20的分光比等于0.5。我们此处示出对于不同参数值获得的一组结果。所有结果假定输入场E_in是在λ_in＝1550nm的连续波。

通过在相位调制器4和5所导致的非线性相移之间(并由此在泵浦功率之间)引入线性相关性，能够从如图4中的二维图提取不同的反射率和透射率曲线。在图4中，具有陡峭软限制函数的R-曲线用作高效的成簇数据(in-line data)再生器。

图5示出能够作为逻辑端口来利用的T曲线：将端口的输入信号S₁(t)和S₂(t)组合以形成对相位调制器环路4和5的控制信号13，并且因此相移对于每个基于XPM的NOLM块刚好是相同的。图5还示出对应的NOR逻辑门的真值表。在图4和5中，并参考回上文提出的等式，θ¹＝0°，θ²＝0°，θ³＝0°，

通过调谐该组参数θ¹、θ²、θ³、

能够获得更陡峭的曲线。如图7中所示。图6示出二维图的不同使用。此处，利用与泵浦功率直接相关的非线性相移作为对于NOR逻辑门的输入信号。这样，泵浦信号直接与逻辑门的输入信号成比例。在图6和图7中，θ¹＝0°，θ²＝0°，θ³＝130°，

除了图1中的处理器1外，其他配置是可能的，其取决于要求的功能性。例如，图8和9分别示出两个另外的光处理器200和300，它们均是本发明的实施例。在图8中，NOLM结构201连接到两个分隔开的NOLM结构202和203，而NOLM结构204仅直接连接到NOLM 203。在图9中，原理NOLM结构(principle NOLM structure)301-302连接到单个NOLM结构303和304。

有利的是，处理器1可易于重新配置，例如以通过简单地调整跨径17和18之间的路径长度中的差来执行不同的逻辑运算。这能够通过在要调谐的路径中插入可调光延迟线来实现。处理器1通过组合基础的基于XPM的PM NOLM块(不更改系统架构而是通过简单地调谐一组光输入参数)来允许任意的、可重新配置的非线性光传递函数的实现。而且，该处理器提供快速动态性能。

图5至图7中所示的所有曲线与具有正弦形状的对应单个NOLMT或R函数(虚线曲线)比较。

Claims

1.一种光信号处理器(1)，包括光波导环路(3)以及第一和第二相位调制器环路(6、7)，所述第一和第二相位调制器环路的每个与所述光波导环路处于光通信中，以及所述第一和第二相位调制器环路各自包括相应的控制信号输入端口(8、9)以控制所述相位调制环路应用的相位调制，以及所述光波导环路包括两个输入端口(20a、20b)以在所述光波导环路中在反指向中引导输入信号(10、11)，并且还包括输出端口(20c)以输出结果的信号。

2.如任何前面权利要求所述的光信号处理器，其中所述相位调制器环路(6、7)在所述光波导环路上的不同相应位置(15、16)与所述光波导环路(3)通信。

3.如权利要求1或权利要求2所述的光信号处理器，其中从所述光波导环路的所述输出端口(20)延伸到所述第一相位调制器环路(6)的所述光波导环路(3)的光纤跨径(17)的路径长度不等于从所述输出端口延伸到所述第二相位调制器(7)的所述光波导环路的另一个光纤跨径(18)的路径长度。

4.如权利要求3所述的光信号处理器，其中所述路径长度的至少一个布置成可相对于另一个路径长度进行调整。

5.如任何前面权利要求所述的光信号处理器，其中第一和第二相位调制器环路(6、7)的至少一个包括非线性光镜。

6.如任何前面权利要求所述的光信号处理器，其中所述相位调制环路的至少一个包括其折射率随着控制信号的强度而非线性改变的材料的部分。

7.如任何前面权利要求所述的光信号处理器，所述光信号处理器是光逻辑门装置。

8.一种处理光信号的方法，包括使两个输入信号(10、11)在光波导环路(3)中相反传播，并通过第一和第二相位调制器环路(4、5)，所述第一和第二相位调制器环路与所述光波导环路处于光通信中，所述方法还包括将控制信号(13)馈送到所述第一和第二相位调制器环路的每个的控制端口(8、9)中，以便控制由所述相位调制器的每个应用到所述输入信号的相位调制，并组合结果的信号分量以产生输出信号(12)。

9.如权利要求8所述的方法，所述方法是在至少两个二进制信号(13)上执行逻辑运算的方法。

10.如权利要求9所述的方法，其中将所述至少两个二进制信号的两个馈送到所述第一和第二相位调制器环路(4、5)的每个的控制端口中。