CN102929072B - 无偏振串扰的偏振复用系统全光波长变换简化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种属于微波光子学领域中无偏振串扰的偏振复用系统全光波长变换简化装置及方法。本发明采用偏振分集的波长变换结构，用两个偏振分束器分别将信号光和泵浦光分成两个相互正交的偏振模，将两个基带数据信号分别调制到信号光的两个相互正交的偏振模上形成调制信号，再分别将同偏振方向的调制信号和泵浦光耦合后分别送入两个半导体光放大器（SOA），在每个SOA中独立的实现同偏振方向上的波长变换。本发明克服了常规的在一个SOA中实现偏振复用信号波长变换中增益的偏振倚赖性带来的偏振复用信道间的串扰，提高了波长变换系统的性能，其波长变换装置结构简单，易于系统集成，且可以应用于不同调制格式的偏振复用信号的全光波长变换系统中。
Description
(一)技术领域
本发明属于微波光子学技术中全光波长变换（All Optical Wavelength Conversion,缩写为AOWC）通信领域。
(二)背景技术
目前高速率大容量通信系统已经成为必然趋势。在波分复用（Wavelength Division Multiplexing，缩写为WDM）网络中，同一根光纤上同时传输多个信道，DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing, 缩写为DWDM）则具有更高的频谱效率。但在现有的光纤系统中，DWDM的开发已经趋于极限，通过增加新的光波长数目进行扩容非常困难，因此增加单波通信速率成为一个主要的候选方式。单波长100Gbit/s的速率被认为是继目前主流传输速率10-40Gbit/s之后的下一代大容量光通信的数据传输速率。
若要进一步提高光纤传输容量，偏振复用技术可以满足这一要求。在一个光波长信道中利用其两个相互正交的偏振态携带不同的信号进行传输，可充分利用光纤的低损耗带宽实现超大容量，这就是偏振复用技术。采用偏振复用技术后每个光波长携带的信号就由原来的一个变成两个，信号的复用度就变为原来的两倍，因此增加了传输容量和频谱利用率。
在全光网络中，各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调制来实现的，从而消除了电/光（E/O）变换中电子器件的瓶颈。采用全光波长变换技术可以实现通信网络内部波长路由和波长重用，有效地解决网络内部受有限波长信道数量限制的交通拥挤，实现对网络便捷灵活的管理。
目前全光波长变换技术包括：基于半导体光放大器增益饱和效应（Semiconductor Optical Amplifier-Cross-Aain Modulation，SOA-XGM），基于半导体光放大器的交叉相位调制效应（SemiconductorOptical Amplifier-Cross-Phase Modulation，缩写为SOA-XPM）的波长变换，基于电吸收调制器（EAM）的交叉吸收调制（Cross-absorption Modulation，缩写为XAM），基于SOA或者高非线性光纤的四波混频（Four-wave mixing，缩写为FWM）效应等。而基于四波混频效应的波长变换对输入信号的功率和相位都很灵敏，所以它对调制格式、调制速率都有很好的透明性。可以利用半导体光放大器和高非线性光纤实现四波混频。而相对基于高非线性光纤中的FWM效应，基于SOA中FWM效应的波长变换技术具有响应时间短和避免非线性以及色散效应影响的优势。且SOA具有高非线性系数，易于系统集成，制造技术已经成熟等优势SOA具有高非线性系数，易于系统集成，且制造技术已经成熟等优势。对于实际全光网络传输系统，为了提高通信容量，将偏振复用技术引入通信网络中是一种有效可行的方法，这样在光传输节点处，必然要对偏振复用信号进行全光波长变换，因此，对偏振复用信号的全光波长变换的研究是非常有必要有意义的。
目前，有实验报道【Jianjun Yu，“Wavelength conversion of112 Gbit/s
PolMux RZ-QPSK signals based on four-wave mixing inhigh-nonlinear fiber using digital coherent detection”, in Proc. ECOC, Brussels, Belgium,
2008, Vol. 1–27, 2008: Paper Mo.3.C.5】，验证了RZ-QPSK偏振复用信号信号在光纤中实现全光波长变换前后，在误码率很低的时候，功率代价达2dB。【Jia Lu, “Polarization insensitivewavelength conversion based on orthogonal pump four-Wave mixing for polarization multiplexing signalin high-nonlinear fiber”, IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 27, No. 24, 2009: 5767-5774】，理论分析采用的是SOA的简化的“lumped”模型，将SOA简化为各向同性介质，在一个半导体光放大器（SOA）中实现了OOK偏振复用信号全光波长变换。而实用的SOA不可能是完美的各向同性的介质，SOA增益的偏振倚赖性会引起的偏振旋转，打破偏振复用信道的正交性而产生偏振复用信号间的串扰，造成严重的系统功率代价。
为了解决上述问题，我们采用偏振分集的波长变换的结构，在两个SOA中分别独立的实现同偏振方向上的波长变换，克服了常规的在一个SOA中实现偏振复用信号波长变换中SOA增益的偏振倚赖性带来的复用信道间的串扰，提高了波长变换系统的性能。
(三) 发明内容
本发明针对上述情况，解决了偏振复用系统全光波长变换中所存在的偏振旋转带来的偏振复用信号间串扰的问题，用两个偏振分束器分别将信号光和泵浦光分成两个相互正交的偏振模，将两个基带数据信号分别调制到信号光的两个相互正交的偏振模上形成调制信号，再将同偏振方向的调制信号和泵浦光分别耦合后分别送入两个半导体光放大器（SOA），在两个SOA中分别独立的实现同偏振方向上的波长变换，克服了常规的在一个SOA中实现偏振复用信号波长变换中SOA增益的偏振倚赖带来的偏振复用信道间的串扰，提高了偏振复用系统波长变换的性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，无偏振串扰的偏振复用系统全光波长变换简化装置，所述装置包括：
第一个单模激光器，用于产生一个连续的信号光；
第一个掺铒光纤放大器，用于对信号光的功率放大；
第二个和第三个单模激光器，用于产生两个连续的泵浦光；
第一个偏振控制器，用于调节经功率放大后的信号光的偏振态与第一个偏
振分束器的主轴成45°夹角；
第一个偏振分束器，用于将信号光分成两个相互正交的偏振模；
两个马赫-曾德尔调制器，用于将两个基带数据信号分别调制到信号光的两个相互正交的偏振模上，形成在两个偏振方向上加载了基带数据信号的调制信号；
第一个光耦合器，用于将两个泵浦光耦合在一起；
第二个掺铒光纤放大器，用于对耦合后的泵浦光的功率放大；
第二个偏振控制器，用于调节经功率放大后的耦合的泵浦光的偏振态与第
二个偏振分束器的主轴成45°夹角；
第二个偏振分束器，用于将经功率放大后的耦合的泵浦光分成两个相互正
交的偏振模；
第二个光耦合器，用于将第一个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号和第二
个偏振分束器输出的与第一个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号同偏振
方向的一个偏振模耦合在一起，作为第一个SOA的输入信号；
第三个光耦合器，用于将第二个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号和第二
个偏振分束器输出的与第二个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号同偏振
方向的一个偏振模耦合在一起，作为第二个SOA的输入信号；
两个半导体光放大器，用于在两个SOA中分别通过同偏振方向的调制信号和泵浦光的四波混频效应，在两个偏振方向上的调制信号的两边分别产生一个新的载有基带数据信号的信号光；
两个可调谐光滤波器，分别用于滤取两个偏振方向上新产生的载有基带数据信号的信号光。
与上述装置相应的，本发明还提出了无偏振串扰的偏振复用系统全光波长变换的方法, 其特征在于，包括以下步骤：
利用第一个单模激光器产生一个连续的信号光，采用第一个掺铒光纤放大器对第一个单模激光器输出的信号光的功率放大，采用第一个偏振控制器调节经功率放大后的信号光的偏振方向与第一个偏振分束器的主轴成45°夹角，第一个偏振分束器的输出为两个相互正交的偏振模，再利用两个马赫-曾德尔调制器分别将两个基带数据信号调制到第一个偏振分束器输出的两个相互正交的偏振模上，形成两个偏振方向上的加载了基带数据信号的调制信号；利用第二个单模激光器和第三个单模激光器产生两个连续的泵浦光，采用第一个光耦合器将第二个和第三个单模激光器输出的两个泵浦光耦合后送入第二个掺铒光纤放大器进行功率放大，采用第二个偏振控制器调节经功率放大后的泵浦光的偏振方向与第二个偏振分束器的主轴成45°夹角，第二个偏振分束器的输出为两个相互正交的偏振模；采用第二个光耦合器将第一个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号和第二个偏振分束器输出的与第一个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号同偏振方向的一个偏振模耦合，作为第一个半导体光放大器的输入信号，采用第三个光耦合器将第二个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号和第二个偏振分束器输出的与第二个马赫-曾德尔调制器输出的调制信号同偏振方向的另一个偏振模耦合，作为第二个半导体光放大器的输入信号，在两个SOA中分别通过同偏振方向的调制信号和泵浦光的四波混频效应，在两个偏振方向上的调制信号的两边分别产生一个新的载有基带数据信号的信号光；两个SOA输出端输出的光波分别送入两个可调谐滤波器，分别滤取两个偏振方向上新产生的载有基带数据信号的信号光。
本发明采用偏振分集的波长变换的结构，在两个SOA中分别独立的实现同偏振方向上的波长变换，与以往的在一个SOA中实现偏振复用信号的波长变换相比，可以降低由SOA增益偏振倚赖引起的偏振旋转效应，从而降低由此产生的偏振复用信号间的串扰，提高波长变换系统的性能。
(四) 附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图；
图中：
1- 单模激光器（DFB）
2- 单模激光器（DFB）
3- 单模激光器（DFB）
4- 掺铒光纤放大器(EDFA)
5- 偏振控制器（PC）
6- 偏振分束器 （PBS）
7- 基带数据信号
8- 基带数据信号
9- 马赫-曾德尔调制器（MZM）
10- 马赫-曾德尔调制器（MZM）
11- 光耦合器(OC)
12- 掺铒光纤放大器(EDFA)
13- 偏振控制器（PC）
14- 偏振分束器 （PBS）
15- 光耦合器(OC)
16- 光耦合器(OC)
17- 半导体光放大器（SOA）
18- 半导体光放大器（SOA）
19- 可调谐光滤波器
20- 可调谐光滤波器
21- 基于半导体光放大器（SOA）新产生的载有基带数据信号的信号光输出
22- 基于半导体光放大器（SOA）新产生的载有基带数据信号的信号光输出
(五)具体实施方式
下面结合具体实验例子和附图，对本发明作具体说明。
由图1所示，无偏振串扰的偏振复用系统全光波长变换的方案各部件分别说明如下：
单模激光器1，用于产生携带信号的连续光波；
单模激光器2，用于产生连续的泵浦光；
单模激光器3，用于产生连续的泵浦光；
掺铒光纤放大器4，用于对信号光的功率放大；
偏振控制器5，用于调节信号光的偏振态与偏振分束器的主轴成45°夹角；
偏振分束器6，用于将信号光分成两个相互正交的偏振模；
基带数据信号7和8，指调制到两个相互正交的偏振模上的数据信号；
马赫-曾德尔调制器9和10，用于将两个基带数据信号分别调制到信号光的
两个相互正交的偏振模上；
光耦合器11，用于将两个泵浦光耦合；
掺铒光纤放大器12，用于对耦合后的泵浦光的功率放大；
偏振控制器13，用于调节耦合后的泵浦光的偏振态与偏振分束器的主轴成
45°夹角；
偏振分束器14，用于将耦合后的泵浦光分成两个相互正交的偏振模；
光耦合器15，用于将马赫-曾德尔调制器9输出端输出的载有基带数据信号7的调制信号和偏振分束器14输出端输出的与马赫-曾德尔调制器9输出端输出的同偏振方向的一个偏振模耦合在一起，作为半导体光放大器17的输入信号；
光耦合器16，用于将马赫-曾德尔调制器10输出端输出的载有基带数据信号8的偏振模和偏振分束器14输出端输出的与马赫-曾德尔调制器10输出端输出的调制信号同偏振方向的另一个偏振模耦合在一起，作为半导体光放大器18的输入信号；
半导体光放大器17，用于在载有基带数据信号7的调制信号的两边分别形成一个新的信号光；
半导体光放大器18，用于在载有基带数据信号8的调制信号的两边分别形成一个新的信号光；
可调谐光滤波器19，用于滤取新产生的载有基带数据信号7的信号光；
可调谐光滤波器20，用于滤取新产生的载有基带数据信号8的信号光。
本发明所采用的工作过程如下：
利用单模激光器1产生一个连续的信号光；采用掺铒光纤放大器4，对信号光的功率放大；采用偏振控制器5，调节经功率放大后的信号光的偏振态与偏振分束器5的主轴成45°夹角，偏振分束器6输出端的输出为两个相互正交的偏振模；采用两个马赫-曾德尔调制器9和10将两个基带数据信号7和8分别调制到偏振分束器6输出的两个相互正交的偏振模上，形成两个偏振方向上的加载了基带数据信号的调制信号；利用单模激光器2和3产生两个连续的泵浦光；用一个光耦合器11将两个泵浦光耦合；采用掺铒光纤放大器12，对耦合后的泵浦光的功率放大；采用偏振控制器13，调节经功率放大后的泵浦光的偏振态与偏振分束器14的主轴成45°夹角，偏振分束器14输出端的输出为两个相互正交的偏振模；
采用光耦合器15将马赫-曾德尔调制器9输出的调制信号和偏振分束器14输出的与马赫-曾德尔调制器9输出的调制信号同偏振方向的一个偏振模耦合在一起；采用光耦合器16将马赫-曾德尔调制器10输出的调制信号和偏振分束器14输出的与马赫-曾德尔调制器10输出的调制信号同偏振方向的另一个偏振模耦合在一起；光耦合器15的输出端的输出作为半导体光放大器17的输入信号，光耦合器16的输出端的输出作为半导体光放大器18的输入信号，这样每个SOA的输入均为同偏振方向的调制信号和泵浦光，在每个SOA中在调制信号的两边分别形成一个新的信号光；采用可调谐滤波器19和20分别滤取两个偏振方向上新产生的载有基带数据信号的信号光。
(六)主要技术优势
本发明采用偏振分集的波长变换的结构，在两个SOA中分别独立的实现同偏振方向上的波长变换，与以往的在一个SOA中实现偏振复用信号的波长变换相比，可以降低由SOA增益偏振倚赖引起的偏振旋转效应，从而降低由此产生的偏振复用信号间的串扰，提高了波长变换系统的性能。
总之,本发明的优点是克服了偏振复用信号波长变换系统中的偏振复用信号间的串扰，该装置的结构较简单，易于系统集成。本发明可以应用于不同调制格式的偏振复用信号的全光波长变换系统中。
Claims (4)
1.一种基于光学四波混频效应的克服偏振复用系统中偏振串扰的全光波长变换简化装置，其特征在于所述装置包括：
第一个单模激光器，用于产生携带信号的光载波；
第二个和第三个单模激光器，用于产生两个泵浦光波；
第一个偏振控制器，用于调节信号光的偏振态与第一个偏振分束器的主轴成45°夹角；
第一个偏振分束器，用于将信号光分成两个相互正交的偏振模；
两个马赫-曾德尔调制器，用于将两个基带数据信号调制到两个相互正交的偏振模上；
第一个光耦合器，用于将两个泵浦光耦合在一起；
第二个偏振控制器，用于调节耦合后的泵浦光的偏振态与第二个偏振分束器的主轴成45°夹角；
第二个偏振分束器，用于将耦合后的泵浦光分成两个相互正交的偏振模；
第二个光耦合器，用于将第一个强度调制输出的偏振模和第二个偏振分束器输出的与第一个马赫-曾德尔调制器输出的同偏振方向的一个偏振模耦合在一起，作为第一个SOA的输入信号；
第三个光耦合器，第二个强度调制输出的偏振模和第二个偏振分束器输出的与第二个马赫-曾德尔调制器输出的同偏振方向的一个偏振模耦合在一起，作为第二个SOA的输入信号；
两个半导体光放大器，用于将SOA的输入信号实现基于四波混频效应的全光波长变换；
两个可调谐光滤波器，用于对两个SOA的输出信号分别进行滤波，分别滤取两个新产生的光信号。
2.根据权利要求1所述的基于光学四波混频效应的克服偏振复用系统中偏振串扰的全光波长变换简化装置，其特征在于采用两个偏振控制器分别调节信号光和耦合后的泵浦光的偏振态与两个偏振分束器的主轴成45°夹角，两个偏振分束器分别将信号光和耦合后的泵浦光分成两个相互正交的偏振模。
3.根据权利要求1所述的基于光学四波混频效应的克服偏振复用系统中偏振串扰的全光波长变换简化装置，其特征在于采用第二个光耦合器，将第一个强度调制输出的偏振模和第二个偏振分束器输出的与第一个马赫-曾德尔调制器输出的同偏振方向的一个偏振模耦合在一起，作为第一个SOA的输入信号；采用第三个光耦合器，将第二个强度调制输出的偏振模和第二个偏振分束器输出的与第二个马赫-曾德尔调制器输出的同偏振方向的一个偏振模耦合在一起，作为第二个SOA的输入信号；使得每个SOA的输入均为同偏振方向的信号光和泵浦光，在两个SOA中独立的实现两个偏振方向上的四波混频过程，克服了常规在一个SOA中实现偏振复用信号波长变换中增益的偏振倚赖带来的复用信道间的串扰。
4.一种基于光学四波混频效应的克服偏振复用系统中偏振串扰的全光波长变换方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用第一个单模激光器产生携带信号的连续光波；采用第一个偏振分束器将第一个单纵模激光器输出的光载波分成两个相互正交的偏振模；利用两个马赫-曾德尔调制器将由数据信号源产生的两个基带数据加载到偏振分束器输出的两个相互正交的偏振模上；利用第二个和第三个单模激光器产生两个连续的泵浦光；采用第一个耦合器将第二个和第三个单模激光器输出的两个泵浦光波耦合在一起；采用第二个偏振分束器将耦合器输出的两个泵浦光波分成两个偏振态相互正交的偏振模；采用第二个耦合器将第一个马赫-曾德尔调制器输出的偏振模和第二个偏振分束器输出的与第一个强度调制输出的同偏振方向的一个偏振模耦合在一起；采用第三个耦合器将第二个强度调制输出的偏振模和第二个偏振分束器输出的与第二个强度调制输出的同偏振方向的另一个偏振模耦合在一起；第二个耦合器的输出送入第一个SOA的中实现波长变换；第三个耦合器的输出送入第二个SOA中实现波长变换；两个SOA的输出端输出的光波分别送入两个可调谐滤波器，滤取得到新产生的信号光波。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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