CN102523047B - 全光强度信号同时放大、反转和码型转换的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换的方法及装置。单频激光器发出的光经由信号源调制的电光调制器，依次经第一偏振控制器、半导体光放大器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、偏振分束器、光放大器、滤波器至接收端模块。利用半导体光放大器中的自相位调制和自诱导非线性偏振旋转效应，使得与快轴成45°角入射的强度调制光信号中的比特“1”和比特“0”的偏振态旋转0°～90°角度，且获得π相位差；在输出端通过改变输出光的偏振态与比特“1”和比特“0”之间的角度关系，分别获得全光强度调制信号的放大、反转和强度码到相位码间的码型转换。本发明无需引入额外的控制光源和同步恢复结构，可以应用在全光网络的节点上。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤通信及全光信号处理技术，尤其是涉及一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换的方法及装置。
背景技术
随着光通信技术的迅猛发展，光通信网络的单信道传输速率已经逼近电子速率所能处理的极限。为了避免“电子瓶颈”的限制，支持更高速率、更大容量的数据传输，在交换节点处采用全光信号处理技术直接在光域进行处理成为一项重要选择。随着网络传输速率的不断上升、传输距离的不断增加，利用现有设备提高每个通道的信息容量和信息接收灵敏度成为解决通信网络阻塞的切实问题。以相位编码为基础的相干通信，将传递的数据携带在载波的相位信息中，在整个通信过程中维持固定的光强。相位编码在长距离、大容量传送过程中对色度色散、偏振模色散的容忍度高，中继放大时不会引入畸变，在终端检测时判别光相位而非光强因而具有高灵敏度，是高速、长距离骨干通信网络中极具实用价值的编码方式。另一方面，传统的强度调制码型由于其调制方式简单、设备成本低、技术成熟，未来仍将在城域网或接入网等短距离传输网络中广泛应用。网络应用背景不同，网络大小和所需的传输速率不同，选取光信号调制方式也应有所不同。作为一个互连的整体，信息需要在不同网络类型节点间自由传输和交换，在这种要求下，强度编码与相位编码之间的码型转换对于光通信网络而言尤为重要。
特别地，未来的全光网络节点将包含多种全光信号处理操作，如果在节点处实现多功能的全光信号处理模块，将具有更简单的结构和更高的功率效率，适应光通信网络高速率、大容量、低成本的需求。利用半导体光放大器中的自诱导非线性效应，无需引入额外的控制光源和同步恢复结构，通过调节输出光的偏振态，能够同时实现放大、反转和强度码到相位码的码型转换功能，具有多功能、简单实用的特点，将为未来的全光网络节点信号处理模块提供参考。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换的方法及装置，是利用半导体光放大器同时实现全光强度调制信号的放大、反转和强度码到相位码间的码型转换。
本发明采用的技术方案是：
1．一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换的方法：
利用半导体光放大器中的自相位调制和自诱导非线性偏振旋转效应，使得与快轴成45°角入射的强度调制光信号中的比特“1”和比特“0”的偏振态旋转0°~90°角度，且获得π相位差；在输出端通过改变输出光的偏振态与比特“1”和比特“0”之间的角度关系，分别获得全光强度调制信号的放大、反转和强度码到相位码间的码型转换。
当输出光的偏振态与比特“0”的偏振态垂直时，输出端只能输出比特“1”信号，信号的消光比得以增强，实现强度调制光信号的放大功能；当输出光的偏振态与比特“1”的偏振态垂直时，输出端只能输出比特“0”信号，实现强度光信号的反转功能；当输出光的偏振态与矢量比特“1”和比特“0”的连接线垂直时，输出的比特“1”和比特“0”强度相等，且相位相差π时，实现强度调制光信号到相位调制光信号的码型转换功能。
2．一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换的装置：
单频激光器发出的光经由信号源调制的电光调制器，依次经第一偏振控制器、半导体光放大器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、偏振分束器、光放大器、滤波器至接收端模块。
所述接收端模块为光电探测器或在光电探测器前加接相位编码信号解调器。
本发明具有的有益效果是：
采用同一装置实现全光强度信号的放大、反转和强度码到相位码的码型转换功能，无需引入额外的控制光源和同步恢复结构，可以应用在全光网络的节点上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的两种接收端模块图。
图3是10位非归零强度信号的输入和三种功能输出的波形图。
图4是5 dB消光比输入信号和对应三种输出功能的眼图。
图5是12 dB消光比输入信号和对应三种输出功能的眼图。
图6是实施例1的误码率测试图。
图7是实施例2的误码率测试图。
图中：1、单频激光器，2、信号源，3、电光调制器，4、偏振控制器，5、半导体光放大器，6、偏振分束器，7、光放大器，8、滤波器，9、接收端模块，10、相位编码信号解调器，11、光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，单频激光器1发出的光经由信号源 2调制的电光调制器3，依次经第一偏振控制器4、半导体光放大器5、第二偏振控制器4、第三偏振控制器4、偏振分束器6、光放大器7、滤波器8至接收端模块9。
如图2所示，所述接收端模块为光电探测器11，如图2(a) 所示；在光电探测器11前加接相位编码信号解调器10，如图2(b) 所示。
在本发明中，激光器可选择波段适于在半导体光放大器中产生自诱导非线性效应的各种连续光激光器，电光调制器、半导体光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光放大器、滤波器、差分相位码解调器、光电探测器均可选用各种商业化元器件。
本发明提出的同时实现全光强度调制信号的放大、反转和强度码到相位码的码型转换功能的装置如图1所示，单频激光器的输出光载波经强度调制器由信号源调制上强度调制信号后，通入框图I的半导体光放大器信号处理单元，调节输入光信号的功率和半导体光放大器前后的偏振控制器至最佳位置，使输入光的偏振态与半导体光放大器的快轴成45°角，通过产生偏振旋转效应和自相位调制原理将强度信号的比特“1”和比特“0”的偏振态旋转0°～90°角度，且相位相差π。然后通入框图II的功能选择单元，通过改变框图II中的偏振控制器选择输出光进入偏振分束器的三种不同偏振态来实现功能选择：选择与比特“0”垂直的偏振态输出，即为增大消光比的放大功能；选择与比特“1”垂直的偏振态输出，即为抑制比特“1”只有比特“0”输出的反转功能；选择与比特“1”和比特“0”矢量连接线垂直的偏振态输出，输出即为比特“1”和比特“0”强度相等、相位差π的相位调制码，由此实现强度码到相位码的码型转换功能。
在图1的装置中，接收端模块的作用是解调和检测，因本装置实现的三个功能：强度码的放大和反转功能使用光电接收器检测，而强度码到相位码的码型转换需要增加一个相位码解调器，将相位码解调后再通入光电接收器检测，所以接收端结构如图2所示。图2(a)中，接收端仅有一个光电接收器，用于强度码的放大和反转功能的接收检测；图2(b)中，接收端由相位码解调器和光电接收器构成，用于码型转换后的相位码的接收检测。
实施例1：
将单频激光器输出的波长为1550 nm的激光作为光载波，由电光调制器调制上消光比为5 dBm、速率为10.7 Gb/s的非归零强度信号，为了验证三个功能的同时实现，输入码为固定的十个比特：“0100101101”。图3(a)为10位输入的非归零强度信号的波形图；图3(b)为框图II选择放大功能时被放大后的输出信号波形图，与图3(a)比较可见信号被放大；图3(c)为框图II选择反转功能时的反转后的输出信号波形图，与图3(a)比较可见信号被反转；图3(d)为框图II选择码型转换功能后的输出相位码信号经解调后的波形图，由于相位码的相干解调是根据原信号的相邻两个比特相同或相反而输出比特“0”和比特“1”，所以由图可见，转换后的相位码的十位比特信号被成功解调成10位强度信号比特：“1110111011”。对应的眼图为图4，图4(a)为原信号眼图；图4(b)为放大后的输出信号眼图；图4(c)对应反转后的输出信号眼图，因为输入信号的比特“0”强度较小，所以反转后的比特“1”噪声较大；图4(d)为相位码解调后的信号眼图，因为相位码被强度噪声影响较小，所以输出信号噪声最小。图6为误码率测试图，从左到右分别为相位码、放大后的强度码、原输入信号、反转后的强度码，误码率为1.0E-9时对应接收功率为-19 dBm、-16.6 dBm、-15.8 dBm和-13 dBm，由此可见本装置对于消光比5 dB输入信号同时实现了三种功能且具有较低的误码率，其中码型转换效果最佳。
实施例2：
将单频激光器输出的波长为1550 nm的激光作为光载波，由电光调制器调制上消光比为12 dBm、速率为10.7 Gb/s的非归零强度信号，为了验证三个功能的同时实现，输入码为固定的10个比特：“0100101101”。对应的眼图为图5，图5(a)为原信号眼图；图5(b)为放大后的输出信号眼图；图5(c)对应反转后的输出信号眼图；图5(d)为解调后的信号眼图。由图5可见放大功能效果最好。由于消光比12 dB比实施例1中消光比5 dB高，输入信号比特“0”强度较低，所以整体功能实现效果比实施例1差，放大功能较好噪声较低，反转后的信号噪声较大，相位码解调较差。图7为误码率测试图，从左到右分别为原输入信号、放大后的强度码、反转后的强度码、相位码，误码率为1.0E-9时对应接收功率为-19.6 dBm、-19.1 dBm、-17.1 dBm和-15.8 dBm。由此可见本装置对于消光比12 dB输入信号同时实现了三种功能且具有较低的误码率，其中放大功能效果最佳。
Claims (3)
1.一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换的方法，其特征在于：利用半导体光放大器中的自相位调制和自诱导非线性偏振旋转效应，使得与快轴成45°角入射的全光强度信号中的比特“1”和比特“0”的偏振态旋转0°~90°角度，且获得π相位差；在输出端通过改变输出光的偏振态与比特“1”和比特“0”之间的角度关系，分别获得全光强度信号的放大、反转和强度码到相位码间的码型转换；
当输出光的偏振态与比特“0”的偏振态垂直时，输出端只能输出比特“1”信号，信号的消光比得以增强，实现全光强度信号的放大功能；当输出光的偏振态与比特“1”的偏振态垂直时，输出端只能输出比特“0”信号，实现全光强度信号的反转功能；当输出光的偏振态与矢量比特“1”和比特“0”的连接线垂直时，输出的比特“1”和比特“0”强度相等，且相位相差π时，实现全光强度信号到全光相位信号的码型转换功能。
2.根据权利要求1所述方法的一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换装置，其特征在于：单频激光器发出的光经由信号源调制的电光调制器，依次经第一偏振控制器、半导体光放大器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、偏振分束器、光放大器、滤波器至接收端模块。
3.根据权利要求1所述方法的一种全光强度信号同时放大、反转和码型转换装置，其特征在于：所述全光强度信号的放大和反转功能通过一个光电接收器检测，全光强度信号到全光相位信号的码型转换通过一个相位码解调器和一个光电接收器进行接收检测。
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