CN102323708B - 一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，属于光通信网络技术领域。本发明主要由功率分配单元和基于SOA中非线性偏振旋转效应的量化编码单元构成，量化编码单元主要包括初步量化编码模块和增益动态补偿模块，初步量化编码模块的作用是对抽样光脉冲进行初步量化编码，增益动态补偿模块的作用是对初步量化编码完成之后的脉冲进行增益动态补偿。本发明可以克服基于SOA中交叉增益调制的量化编码器不能实现高分辨率编码、均匀量化以及所需SOA个数过多的问题，从而本发明具有分辨率高、均匀量化以及所需SOA个数少的优点，同时该量化编码器也具有低能耗和便于光子集成的优点，是未来实现全光网络的关键技术。

Description

一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器

技术领域

本发明涉及一种全光量化编码器，特别是涉及一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，以用于超快速的全光模数转换器(ADC)，属于光通信网络技术领域。

背景技术

模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的重要器件，是实现信号在高速通信网路中传输，以及实现信号储存、处理的前端器件，已经被广泛用于雷达信号处理、高清视频以及实时信号监控等方面。由于受限于响应速度以及抽样时间抖动等原因，传统的电域模数转换器，很难实现高速率和高分辨率的模数转换。全光模数转换器，其抽样、量化和编码都在光域进行，可以克服电域模数转换器的不足，从而实现高速率和高分辨率的模数转换，因而近年来成为人们的研究热点。

全光模数转换器是实现未来全光网络的关键器件之一，包括全光抽样、全光量化和全光编码三个过程，全光量化和全光编码在实现全光数模转换的过程中起着重要的作用，其性能的好坏直接决定整个全光模数转换器的性能。

一个长度为N比特的全光量化编码器的原理图如图1所示，有一个输入端口1以及N个输出端口3，包括功率分配、量化编码两个过程。在进入量化编码器之前，模拟光信号被抽样，变成可以反映模拟光信号强度大小的抽样光脉冲，接着抽样光脉冲在功率分配模块中被分成N份(等份或不等份)，每一份输入到一个对应的量化编码单元，每一个量化编码单元有关于原始抽样光脉冲强度的不同的转移函数，不同的转移函数可以实现量化和编码，其不同的转移函数曲线以及量化和编码规则如图2所示，一个长度为N比特的全光量化编码器，其最低位对应的量化编码单元的转移函数曲线应该有2^N-2个周期，且转移函数曲线的最理想情况应该是矩形波形状，如图2中的阴影部分所示。编码完成之后的数字光信号是格雷码，从量化编码单元的输出端口3输出，从而完成整个全光数模转换。

为实现如图2所示的不同的多周期转移曲线，Kensuke Ikeda等人利用单级的基于萨格纳克干涉仪的光开关，实现了半周期、一周期以及两周期的正弦波形状的转移函数曲线，从而可以实现3比特的量化编码，并通过两级级联的形式，使转移函数曲线变得更加接近于矩形波形状，从而使转移函数曲线变得更加理想(见文献1，K.Ikeda，J.Abdul，S.Namiki，and K.Kitayama，″Optical quantizing and coding for ultrafast A／D conversion usingnonlinear fiber-optic switches based on Sagnac interferometer，″Opt.Express13，4296-4302(2005)；和文献2，K.Ikeda，J.Abdul，H.Tobioka，T.Inoue，S.Namiki，and K.Kitayama，″Design Considerations ofAll-Optical A／D Conversion：Nonlinear Fiber-Optic Sagnac-LoopInterferometer-Based Optical Quantizing and Coding，″J.LightwaveTechnol.24，2618-(2006).)。Y.Miyoshi等人利用非线性光纤环镜，实现了8周期的转移函数曲线，可以实现5比特的量化编码(见文献3，Y.Miyoshi，S.Takagi，S.Namiki，″Ultrafast all-optical A／D conversionusing non-linear optical loop mirrors with multi-period transferfunctions，″Photonics in Switching，2009.PS’09.InternationalConference on，vol.，no.，pp.1-4，15-19Sept.2009；和文献4，Y.Miyoshi，S.Takagi，S.Namiki，K.-I.Kitayama，″Multiperiod PM-NOLMWith Dynamic Counter-Propagating Effects Compensation for5-BitAll-Optical Analog-to-Digital Conversion and Its PerformanceEvaluations，″J.Lightwave Technol.vol.28，no.4，pp.415-422，Feb.15，2010)。

以上两种方案都是利用光纤中的交叉相位调制而实现量化编码的，为了获得更高分辨率的模数转换，则要求光脉冲有很大的光功率，才能引起足够的相移去实现多周期的转移函数曲线，消耗的能量太高，不符合光器件向“绿色节能”的方向发展；另一方面，由于是基于光纤的，以上两种量化编码方案不利于集成，不符合光器件向集成化的方向发展。

为了使全光量化编码器向低能耗、光子集成的方向发展，Mirco Scaffardi等人利用半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)中的交叉增益调制(XGM)，通过设置SOA不同的注入电流以及通过逻辑门的组合设置来实现不同的转移函数曲线，实现了速率为20Gs／s，长度为2比特的量化编码方案(见文南5，M.Scaffardi，E.Lazzeri，F.Fresi，L.Poti，A.Bogoni，″Analog-to-Digital Conversion Based on Modular Blocks ExploitingCross-Gain Modulation in Semiconductor Optical Amplifiers，″PhotonicsTechnology Letters，IEEE，vol.21，no.8，pp.540-542，April15，2009)。SOA的注入电流在mA量级，注入的光功率也在mW量级，从而可以实现低能耗以及低输入光功率；同时，SOA的长度在um量级，便于集成。虽然基于SOA中XGM效应的量化编码器更加节能以及便于集成，但是通过改变注入电流这种方式来得到不同的转移函数，随着编码长度的提高，很难实现，并且此种量化编码器不能实现均匀量化(所有量化区间间隔全都相等的量化)；同时该量化编码器需要大量的SOA来实现分辨率稍高的编码，所需SOA的个数和量化编码长度的关系为：如为了实现3bit的量化编码，则需要9个SOA，为了实现4bit的量化编码，则需要22个SOA。

非线性偏振旋转(Nonlinear polarization rotation，NPR)效应是SOA中的另外一种非线性效应，其术语定义如下：在半导体光放大器中，可以将输入的任意偏振方向的线偏振光分成平行于波导层面和垂直于波导层面的两部分，即TE模和TM模。TE模和TM模在SOA中传播时，并不是完全独立的，它们通过载流子间接联系起来，并且获得不同的增益和群速度，从而这两个模式在经过SOA之后产生增益差和相位差，引起偏振态发生改变；在SOA之后连接一个偏振分束器，TE模和TM在偏振分束器的透光轴上干涉，得到强度受到调制的线偏振光，这就是半导体光放大器的非线性偏振旋转效应(见文献6，Dorren，H.J.S.；Lenstra，D.；Yong Liu；Hill，M.T.；Khoe，G.-D.；，"Nonlinear polarization rotation in semiconductor optical amplifiers：theory and application to all-optical flip-flop memories，″QuantumElectronics，IEEE Journal of，vol.39，no.1，pp.141-148，Jan2003)。

SOA中的非线性偏振旋转效应，近年来受到人们重视，被广泛用于波长变换、逻辑器件、格式变换、解复用等高速全光信号处理领域，利用单个SOA中的NPR效应实现的波长变换最高速率已经达到640Gb／s(见文献7，FengChuan-Fen，Wu Jian，Zhang Jun-Yi，Xu Kun，Lin Jin-Tong，“Towards640Gbit／s wavelength conversion based on nonlinear polarizationrotation in a semiconductor optical amplifier”，Chinese PhysicsB，，17(3)，1000-1007(2008))。

本发明将SOA中NPR效应应用到全光量化编码器中，提出一种基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转的全光量化编码器，该量化编码器中的量化编码单元利用抽样光脉冲，通过SOA中的非线性偏振旋转效应，来控制探测光脉冲中TE模和TM模的增益和相位变化，实现不同的多周期转移函数曲线，从而实现全光量化编码功能；由于当抽样光脉冲增大时，消耗更多的载流子，探测光脉冲的增益下降，为了保证在不同功率的抽样光脉冲下，其探测光脉冲的增益保持不变，该量化编码单元通过级联一个增益动态补偿模块，来动态补偿当抽样光脉冲增大时所引起的增益下降，其动态增益补偿也是利用SOA中非线性偏振旋转效应来实现的，从而使多周期转移函数曲线变得更加理想。

与基于SOA中XGM效应的量化编码器相比，本发明的分辨率主要取决于半导体光放大器的偏振敏感度，而没有经过现代工艺改进的半导体光放大器，其偏振敏感度很大，从而本发明可以实现高分辨率的量化编码；本发明的各个量化编码单元的输出和原始抽样光脉冲的关系是正弦函数的关系，从而可以实现均匀量化；同时，构成本发明的各个量化编码单元都只包含两个SOA，实现N比特位的量化编码，只需要2N个SOA，从而大大减少所需SOA的个数；另外，本发明也具有耗能低、可以光子集成的优点，是未来实现全光网络的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转的全光量化编码器，该全光量化编码器可以克服基于SOA中交叉增益调制的量化编码方法不能实现高分辨率编码、均匀量化以及所需SOA个数过多的问题，这种类型的量化编码方法具有分辨率高、均匀量化、以及所需SOA个数少的优点，同时该量化编码器也具有低能耗和便于光子集成的优点，是未来实现全光网络的关键技术。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

本发明的原理图，如图1所示，其特征在于由一个输入端口1、N条连接光纤2、N个输出端口3、一个功率分配单元4、N个基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码单元5(N为量化编码的长度)组成，抽样光脉冲从输入端口1输入，通过功率分配单元后被分成N份(等分或不等分)，被分束的抽样光脉冲由连接光纤2输入到各量化编码单元，量化编码完成之后的数字光信号从输出端口3输出。

如图3所示，构成本发明的功率分配单元，由一条输入光纤28、耦合器阵列6以及N条输出光纤29构成，通过组合设置耦合器阵列6中的耦合器，可以使从输入光纤28输入的抽样光脉冲分成N份(等分或不等分)，被分束的抽样光脉冲从输出光纤29输出，从而完成对抽样光脉冲的分束。

如图4所示，构成本发明的量化编码单元，由用于输入探测光脉冲的输入光纤30、用于输入抽样光脉冲的输入光纤31、用于输出数字光信号的输出光纤32、初步量化编码模块7、增益动态补偿模块8以及3dB耦合器9组成，抽样光脉冲被3dB耦合器9分成两等份，分别进入到初步量化编码模块和增益动态补偿模块，初步量化编码模块的作用是利用SOA中的非线性偏振旋转效应对抽样光脉冲进行初步量化编码；增益动态补偿模块的作用是利用SOA中的非线性偏振旋转效应对初步量化编码完成之后的脉冲进行增益动态补偿。

如图5所示，构成本发明的量化编码单元的初步量化编码模块，由用于输入探测光脉冲的输入光纤33、用于输入第①束抽样光脉冲的输入光纤34、用于输出初步量化编码完成之后的脉冲的输出光纤35、调整探测光脉冲偏振方向的偏振控制器10、调整抽样光脉冲偏振方向的偏振控制器11、引导抽样光脉冲进入半导体光放大器的环形器12、防止抽样光脉冲反向传输的隔离器13、半导体光放大器14、调整初步量化编码完成之后的脉冲偏振方向的偏振控制器15、偏振分束器16、以及滤除自发辐射噪声的光带通滤波器17组成，各个器件由光纤连接。

如图6所示，构成本发明的量化编码单元的增益动态补偿模块，由用于接收初步量化编码完成之后的脉冲的输入光纤36、用于输入第②束抽样光脉冲的输入光纤37、用于输出量化编码完成之后的数字光脉冲的输出光纤38、将来自输入光纤36的初步量化编码完成之后的脉冲进行适当衰减的衰减器18、将来自输入光纤37的第②束抽样光脉冲进行适当延迟的光纤延迟线19、调整来自衰减器18的光脉冲的偏振方向的偏振控制器21、调整第②束抽样光脉冲偏振方向的偏振控制器20、引导抽样光脉冲进入半导体光放大器的环形器24、防止抽样光脉冲反向传输的隔离器22、半导体光放大器23、调整量化编码完成之后的脉冲偏振方向的偏振控制器25、偏振分束器26以及滤除自发辐射噪声的光带通滤波器27组成，各个器件由光纤连接。

构成本发明的量化编码单元，其初步量化编码模块中的半导体光放大器14和增益动态补偿模块中的半导体光放大器23都是偏振敏感的。

构成本发明的量化编码单元，其初步量化编码模块中的半导体光放大器14的偏振敏感度不同，可以用TE模和TM模在工作条件(比如工作电流为100mA，只有功率很低的连续探测光注入到SOA中的情况下)下的增益差来衡量，并且处于高有效位的偏振敏感度和次高有效位偏振敏感度的1／2倍，以此类推可知，处于最高有效位的偏振敏感度最小，而处于最低有效位的偏振敏感度最大。

构成本发明的量化编码单元，其抽样光脉冲反向注入到初步量化编码模块的半导体光放大器14和增益动态补偿模块的半导体光放大器23中。

本发明的发明原理如下：

从初步量化编码模块的输出光纤35输出的初步量化编码完成之后的光脉冲的功率为

$P_{\mathrm{out}}=P_{\mathrm{in}\_\mathrm{probe}\_\mathrm{TE}}\·G_{\mathrm{TE}}+P_{\mathrm{in}\_\mathrm{probe}\_\mathrm{TM}}\·G_{\mathrm{TM}}-2\sqrt{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{probe}\_\mathrm{TE}}\·P_{\mathrm{in}\_\mathrm{probe}\_\mathrm{TM}}\·G_{\mathrm{TE}}\·G_{\mathrm{TM}}}\cos \mathrm{\θ}$

其中P_{in probe TE}和P_{in probe TM}分别为探测光脉冲的TE模和TM模的光功率，G_TE为TE模的增益，G_TM为TM模的增益，其G_TE和G_TM的大小和输入的抽样光脉冲的光功率和偏振方向、以及半导体光放大器14的注入电流有关，当抽样光脉冲较小时，消耗的载流子较少，从而G_TE和G_TM较大；当抽样光脉冲较大时，消耗的载流子较多，从而G_TE和G_TM较小；θ=Φ_TE-Φ_TM为探测光脉冲TE模和TM模的相位差，其大小和输入抽样光脉冲的光功率以及半导体光放大器的偏振敏感度成正比，同时和抽样光脉冲以及探测光脉冲的偏振方向也有关系。当输入抽样光脉冲的光功率比较小时，相位差θ很小，从输出光纤35输出的光功率几乎为零；当输入抽样光脉冲的光功率逐渐增大时，从输出光纤35输出的光功率按正弦波的形式增大，当相位差θ达到π时，达到最大值；之后随着抽样光脉冲的光功率的增大，相位差θ的再次增大，输出的光功率按正弦波的形式减小，当相位差θ达到2π时，输出光功率达到最小，几乎为零；当抽样光脉冲再次增大时，输出光功率按正弦波的形式变化，从而可以对抽样光脉冲进行初步的量化编码。

处于最低有效位的量化编码单元，要实现更多周期的转移函数，即其相位差θ要求更大，在保持最大抽样光功率不变的情况下，只有通过偏振更为敏感的半导体光放大器来实现更大的相位差，这是处于高有效位量化编码单元的初步量化编码模块中SOA14的偏振敏感度是次高有效位量化编码单元的初步量化编码模块中SOA14偏振敏感度的1／2倍的原因；另外，处于最低有效位的量化编码单元，如果其半导体光放大器的偏振敏感度保持不变，要实现更多周期的转移函数，即要求相位差θ更大，可以通过给最低有效位对应的量化编码单元分配更多的抽样光功率，从而实现多周期转移函数曲线，这是抽样光脉冲通过功率分配单元4不被等分的原因。需要说明的是，各个量化编码单元的转移函数曲线，其横坐标表示的是没有被功率分配单元分束的原始抽样光脉冲的功率，其纵坐标是从各个量化编码单元的输出光纤输出的光功率。

值得注意的是，随着抽样光脉冲的光功率增大，消耗的载流子较多，使得G_TE和G_TM减小，从初步量化编码模块的输出光纤输出的光功率也相应地减小，如图7所示，本发明的#3量化编码单元的初步量化编码模块输出光纤输出的光功率关于抽样光脉冲的两周期的正弦波转移函数曲线，第二个周期中的最大值比第一个周期的最大值小很多；为了使每个周期中的最大值保持一致，需级联一级动态增益补偿模块，动态增益补偿模块也是利用SOA中非线性偏振旋转效应来实现的，其转移函数为半个周期的正弦波转移函数，如图2(a)中的#1量化编码单元的转移函数曲线所示；初步量化编码脉冲通过动态增益补偿之后，从量化编码单元的输出光纤输出的光功率关于原始抽样光脉冲强度的函数曲线，每个周期中的最大值将保持一致，如图2(a)中的#3量化编码单元的转移曲线所示所示。

另外，最高有效位和次最高有效位对应的量化编码单元，其转移函数为半个周期、一个周期正弦波转移函数，其实不通过动态增益补偿模块，仅通过初步量化编码模块就能实现，但是在本发明中，最高有效位和次最高有效位对应的量化编码单元也级联了动态增益补偿模块，动态增益补偿模块在这两个量化编码单元所起的作用是使转移函数曲线变得更加接近于矩形形状，从而提高量化编码单元的消光比。

与已有的量化编码方法相比，本发明有如下优点或积极效果：

本发明提出的一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转的全光量化编码器，与基于SOA中交叉增益调制的量化编码器相比，本发明的分辨率主要取决于初步量化编码模块中半导体光放大器14的偏振敏感度，而没有经过现代工艺改进的半导体光放大器，其偏振敏感度很大，从而本发明可以实现高分辨率的量化编码；同时，本发明的各个量化编码单元的输出和抽样光脉冲的关系是正弦函数的关系，从而可以实现均匀量化；另外，构成本发明的各个量化编码单元都只包含两个SOA，实现N比特位的量化编码，只需要2N个SOA，大大减少所需SOA的个数；另外，本发明也具有耗能低、可以光子集成的优点，这是基于光纤的量化编码器没有的特点。综合而言，本发明具有分辨率高、均匀量化、以及所需SOA个数少的优点，同时该量化编码器也具有低能耗和便于光子集成的优点，是未来实现全光网络的关键技术。

附图说明

图1为本发明的结构原理图

图2为全光量化编码方案中各个量化编码单元的转移函数曲线以及量化和编码规则

其中(a)为各个量化编码单元的转移函数曲线，(b)为各个量化编码单元的量化和编码规则。

图3为构成本发明的功率分配单元原理图

图4为构成本发明的量化编码单元结构原理图

图5为构成本发明的量化编码单元中初步量化编码模块的原理图

图6为构成本发明的量化编码单元中增益动态补偿模块的原理图

图7为本发明的#3量化编码单元的初步量化编码模块输出光纤输出的光功率关于抽样光脉冲的两周期的正弦波转移函数曲线

图中标号说明如下：

1-输入端口，2-连接光纤，3-输出端口，4-功率分配单元，5-基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码单元，6-耦合器阵列，7-初步量化编码模块，8-增益动态补偿模块，9-3dB耦合器，10、11、15、20、21、25-偏振控制器，12、24-环形器，13、22-隔离器，14、23-半导体光放大器，16、26-偏振分束器，17、27-光带通滤波器，18-可调衰减器，19-光纤延迟线，28、30、31、33、34、36、37-输入光纤，29、32、35、38-输出光纤

具体实施方式

下面结合优选的具体实施方式对本发明做进一步描述。

详见图1，本发明的结构原理图，每个量化编码单元都是基于SOA中非线性偏振旋转效应的量化编码单元，抽样光脉冲通过功率分配单元被分成N份(等分或不等分)，N为该量化编码器可以编码的长度，被分束的抽样光脉冲从连接光纤2进入到各量化编码单元，量化编码完成之后的数字光信号从输出光纤输出，其优选的具体实施方式如下：

步骤1：确定量化编码器的处理速率以及编码长度N；

步骤2：抽样光脉冲和探测光脉冲都为线偏振光，抽样光脉冲的波长λ₂，探测光脉冲的波长为λ₁；

步骤3：通过设置功率分配单元中的耦合器阵列6，使抽样光脉冲被分成N份，从最高有效位到最低有效位，进入各量化编码单元的抽样光脉冲的功率的相对比值为：A₁∶A₂∶…∶1，被分束的抽样光脉冲从连接光纤2输入到各个量化编码单元。

步骤4：配置各个量化编码单元，量化编码单元的原理图如图4所示，其具体的配置过程如下：

(1)配置量化编码单元中的初步量化编码模块，初步量化编码模块的原理图如图5所示，其具体的配置过程如下：

(a)设置进入到半导体光放大器14的探测光脉冲的光功率，其光功率很小，对半导体光放大器14的增益不造成影响；

(b)选择具有偏振敏感性的半导体光放大器14，设置半导体光放大器14的注入电流为I₁，在工作电流I₁、注入功率很低的连续探测光的条件下，其TE模和TM模增益差为Δ₁dB，其允许的最大输入光功率大于输入的抽样光脉冲和探测光脉冲的光功率之和；

(c)通过调节偏振控制器10和11，从而对探测光脉冲和第①束抽样光脉冲的偏振方向进行调节，使之与半导体光放大器14的波导层的夹角分别为α₁和β₁；

(d)适当调节输入光纤33和输入光纤34的长度，使第①束抽样光脉冲通过环形器12之后和来自输入光纤33的探测光脉冲同时注入到半导体光放大器14中；

(e)光带通滤波器17的中心波长为λ₁；

(f)半导体光放大器14的输出信号通过环形器12之后，进入到偏振控制器15，通过调节偏振控制器15，来调节输出信号的偏振方向，使之当没有抽样光脉冲从输入光纤34输入时，没有探测光从输出光纤35输出；

(2)配置量化编码单元中的增益动态补偿模块，增益动态补偿模块的原理图如图6所示，其具体的配置过程如下：

(a)选择具有偏振敏感性的半导体光放大器23，设置半导体光放大器23的注入电流为I₂，在工作电流I₂、注入功率很低的连续探测光的条件下，其TE模和TM模增益差为Δ₂dB，其允许的最大输入光功率大于输入的抽样光脉冲与P_{p_max}的光功率之和，P_{p_max}为初步量化编码脉冲经过衰减器18之后最大的功率；

(b)初步量化编码模块的输出信号从输出光纤35输出后，从增益动态补偿模块的输入光纤36进入到增益动态补偿模块，通过衰减器18适当衰减，其功率变得很小，不足以对半导体光放大器23的增益造成影响；

(c)设置光延迟线19，使第②束抽样光脉冲通过光纤延迟线19，并且通过环形器24之后，能够和来自输入光纤36的初步量化编码完成之后的光脉冲同时注入到半导体光放大器23中；

(d)通过调节偏振控制器21和20，从而对来自输入光纤36的初步量化编码完成之后的光脉冲和第②束抽样光脉冲的偏振方向进行调节，使之与半导体光放大器23的波导层的夹角分别为α₂和β₂；

(e)在配置偏振控制器25时，从输入光纤36输入探测光脉冲，探测光脉冲和第②束抽样光脉冲同时进入到半导体光放大器23中，调节偏振控制器25，使之当没有抽样光脉冲注入到半导体光放大器23中时，没有光从输出光纤38输出，配置完偏振控制器25之后，保持不变；

(f)光带通滤波器27的中心波长为λ₁；

(g)半导体光放大器23的输出信号通过环形器24之后，进入到偏振控制器25，通过偏振分束器26和光带通滤波器27之后，从输出光纤38输出；

步骤5：根据各量化编码单元中的初步量化编码模块中半导体光放大器14和增益动态补偿模块中半导体光放大器23的最大输入功率、进入各量化编码单元的抽样光脉冲的光功率相对比值以及探测光脉冲的光功率，限定原始抽样光脉冲的最大光功率为P_max，以确保进入初步量化编码模块中半导体光放大器14和和增益动态补偿模块中半导体光放大器23的输入光功率不会超出其各自的最大输入功率；

步骤6：各量化编码单元中的初步量化编码模块中半导体光放大器14在各对应注入电流I₁的条件下的增益差Δ₁，应该满足处于高有效位的增益差是次高有效位增益差的1／2倍；

步骤7：通过设置进入到各量化编码单元的抽样光脉冲的相对比值A₁∶A₂∶…∶1和探测光脉冲的光功率，以及对各量化编码单元参数Δ₁、Δ₂、I₁、I₂、α₁、β₁、α₂以及β₂的组合设置，使各个量化编码单元的对应的转移函数曲线为不同的多周期的正弦波形式。

通过以上的7个步骤，可以完成对本发明的配置，从而实现长度为N全光量化编码。

上面对本发明所述的一种基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光量化编码器进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，其特征在于：

<a>该量化编码器由一个输入端口、N条连接光纤以及N个输出端口、一个功率分配单元、N个基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码单元构成；

<b>抽样光脉冲从输入端口输入，通过功率分配单元后被分成N份，被分束的抽样光脉冲由连接光纤输入到各量化编码单元，量化编码完成之后的数字光信号从输出端口输出；

<c>基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码单元由两条输入光纤、一条输出光纤、一个初步量化编码模块、一个增益动态补偿模块以及一个3dB耦合器构成，各个器件由光纤连接；探测光脉冲由一条输入光纤输入，抽样光脉冲从另外一条输入光纤输入，并被3dB耦合器分成两等份，其中的一份注入到初步量化编码模块中，另外一份抽样光脉冲注入到增益动态补偿模块中，增益动态补偿模块的输出通过输出光纤输出；

<d>全光量化编码单元中的初步量化编码模块由两条输入光纤、一条输出光纤、三个偏振控制器、一个隔离器、一个半导体光放大器、一个环形器、一个偏振分束器以及一个光带通滤波器构成，各个器件由光纤连接；探测光脉冲通过输入光纤输入，然后通过偏振控制器以及隔离器，抽样光脉冲由另外一条输入光纤输入，通过偏振控制器之后，由环形器引导和来自隔离器的探测光脉冲同时注入到半导体光放大器中，半导体光放大器的输出通过环形器的引导后，依次通过偏振控制器、偏振分束器以及光带通滤波器，最后初步量化编码完成之后的脉冲由输出光纤输出；

<e>全光量化编码单元中的增益动态补偿模块由两条输入光纤、一条输出光纤、一个衰减器、三个偏振控制器、一个隔离器、一个半导体光放大器、一个环形器、一个偏振分束器、一个光带通滤波器以及一个光纤延迟线构成，各个器件由光纤连接；初步量化编码完成之后的脉冲通过输入光纤输入，然后通过衰减器、偏振控制器以及隔离器，抽样光脉冲由另外一条输入光纤输入，经过光纤延迟线进行适当延迟并通过偏振控制器之后，由环形器引导和来自隔离器的探测光脉冲同时注入到半导体光放大器中，半导体光放大器的输出通过环形器的引导后，依次通过偏振控制器、偏振分束器以及光带通滤波器，增益动态补偿之后的脉冲由输出光纤输出。

2.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，其特征在于，功率分配单元由一条输入光纤、一个耦合器阵列以及N条输出光纤构成；抽样光脉冲从输入光纤输入，被耦合器阵列分成N份，被分束的抽样光脉冲从输出光纤输出，从而完成对抽样光脉冲的分束。

3.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，其特征在于初步量化编码模块中的半导体光放大器为偏振敏感的。

4.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，其特征在于增益动态补偿模块中的半导体光放大器为偏振敏感的。

5.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，其特征在于每个全光量化编码单元的初步量化编码模块中的半导体光放大器的偏振敏感的程度不同，并且处于高有效位的偏振敏感度是次高有效位偏振敏感度的1/2倍，以此类推可知，处于最高有效位的偏振敏感度最小，而处于最低有效位的偏振敏感度最大。

6.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应的全光量化编码器，其特征在于抽样光脉冲反向注入到初步量化编码模块中的半导体光放大器和增益动态补偿模块中的半导体光放大器中。