CN103346854A

CN103346854A - 一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置

Info

Publication number: CN103346854A
Application number: CN2013102870902A
Authority: CN
Inventors: 霍力; 姜向宇; 邢燕飞; 娄采云
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: CN103346854B

Abstract

本发明涉及一种基于孔径受限时间透镜的时分解复用装置，属于高速光通信技术领域，该解复用器包括偏振控制器，相位调制器，色散介质单元，强度调制器，色散补偿单元，帧时钟源，功分器，两个移相器及两个功率放大器；其中偏振控制器、相位调制器、色散介质单元、强度调制器和色散补偿单元依次光学连接；帧时钟源，第一移相器、功分器、第二移相器依次相连；第一、第二放大器的输入端分别与功分器、第二移相器的输出端相连接；第一、第二放大器的输出端分别与相位调制器和强度调制器相连。本装置具有结构简单、性能稳定、功率代价低的优点。

Description

一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置

技术领域

本发明属于高速光通信技术领域，特别涉及光时分解复用装置。

背景技术

光时分解复用是光时分复用（OTDM）通信系统中的关键技术之一，同时也是光时分通信系统中的难点技术。目前采用的光时分解复用技术主要有两种：全光解复用和电光解复用。其中全光解复用是利用非线性材料的非线性效应实现的光控开关技术，常用的非线性器件有高非线性光纤（HNLF）、半导体光放大器（SOA）、硅波导（Silicon Waveguide）和周期极化铌酸锂（PPLN）。利用高非线性光纤的解复用器典型结构是非线性光纤环镜（NOLM），目前NOLM环已经可以成功应用到单信道1.28Tb/s复用信号的解复用中。由于环内需要放置偏振控制器，影响了系统的稳定性。另外全光解复用还存在着明显的缺点，需要与信号帧时钟速率相同的高质量同步脉冲，致使其结构复杂。

相比之下，电光解复用具有结构简单，性能稳定的优点。目前存在的最大问题是，如何将现有的电光解复用技术应用到更高的速率上。电吸收调制器（EAM）可以实现约5ps的时间窗，这样的开关窗宽度很难应用于160Gb/s以上速率的解复用中。由于EAM是吸收器件，一方面是需要的输入功率较大，另外插入损耗极大，损耗大使得光信号的OSNR严重恶化，影响了解复用信号的质量，也增加了解复用功率代价。而铌酸锂（LiNbO₃）调制器可以做到很低的插入损耗，功率代价低，但是单个LiNbO₃马赫-曾德尔调制器（MZM）的开关窗太宽，限制了其在解复用方面的应用。相继提出的改进方案有级联MZM、双平行MZM以及在光纤环镜中插入双平行MZM或偏振控制器。在2012年OFC会议文章《160Gbaud/s to40Gbaud/s OTDM-DQPSK De-multiplex Based on a Dual ParallelMach-Zehnder Modulator》中提出利用双平行MZM，复用信号分为两支后分别经过马赫-曾德尔调制器，然后进行干涉，实现了160Gb/s到40Gb/s的无误码解复用，功率代价约为0.6dB，但系统需要施加3个直流偏置，过多的直流偏置影响了其稳定性。

日本Fujitsu公司2006年申请的一项名为“时钟提取方法和装置”专利（US2006/093375A1）中利用相位调制器和色散介质改善装置性能，其结构如图1所示，包括由依次相连的相位调制器11A、色散介质11B、电光开关门12、光电转换器13、电路14，以及分别与相位调制器、电光开关门输入端相连的两个移相器16A、16B，分别与两个移相器相连的功分器15B，和分别与功分器15B输入端和电路输出端相连的功分器15A。复用信号依次经过相位调制器、色散介质和电光开关门，之后进行光电转换，再由电路中的窄带滤波器提取出时钟信号，其工作过程是复用信号经过相位调制器后位于上下啁啾的光的波长具有差别（极其微小），不同波长的光信号因在色散介质中群延时不同，输出信号的比特间距不再均匀，关注的支路信号与相邻信号间距变大，经过电光开关门分离出来，经过光电转换为电信号，电信号经过电路中的窄带滤波提取出电时钟信号。该发明专利中滤波器对时钟提取起到重要作用。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置。本发明基于等价时间窗概念采用发散时间透镜对现有开关窗进行等效的缩小，使其能够应用于100Gb/s乃至更高速率的OTDM信号解复用中，具有结构简单、性能稳定、功率代价低的优点。

本发明提出的一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置，其特征在于，该解复用器包括偏振控制器，相位调制器，色散介质单元，强度调制器，色散补偿单元，帧时钟源，两个移相器，两个功率放大器及功分器；其中偏振控制器、相位调制器、色散介质单元、强度调制器和色散补偿单元依次光学连接；帧时钟源，第一移相器、功分器、第二移相器依次相连；第一、第二放大器的输入端分别与功分器、第二移相器的输出端相连接；第一、第二放大器的输出端分别与相位调制器和强度调制器相连。

所述偏振控制器可采用Fiber Logix三个环的机械偏振控制器，通过改变缠绕光纤的弯曲程度改变光纤横截面的应力分布，从而改变光信号的偏振态，使得光信号对准相位调制器的轴。

所述帧时钟源输出正弦微波信号。

所述相位调制器在帧时钟驱动下产生正弦啁啾，其中负啁啾部分可与色散介质单元中反常色散介质，正啁啾部分可与色散介质单元中正常色散介质构成发散时间透镜。

所述发散时间透镜用作充分挤压解复用非目标信号到帧时钟周期的边缘。

所述强度调制器可采用铌酸锂强度调制器，用于产生时间孔径（解复用开关窗）。

所述色散补偿单元用于补偿发散时间透镜的啁啾，压缩解复用信号的宽度。

本发明的特点及有益效果：

a)开关窗窄，便于实现高速率解复用；

基于等价时间窗变换，在利用发散时间透镜时，等效的时间窗口会变窄，减小了LiNbO₃调制器的开关窗宽度。另外，这种等价的时间窗变换时分解复用器在一个帧时钟周期内，当N路中的一路光信号与发散时间透镜中心对准时，色散介质引入的群速度色散会导致信号脉冲串以发散时间透镜的中心为中心向两侧拉伸。结果其它非目标路信号则被充分挤压到帧时钟周期的边缘，等价地减小了对开关窗宽度的要求。模拟计算得到在相位调制器调制系数为8π时可以实现8路信号的解复用。

b)控制简单，性能稳定；

与其它的LiNbO₃调制器改进方案相比，相位调制器不需要加直流偏置；色散光纤的长度仅由相位调制器的调制系数确定，不需要调节其它参数；相位调制器和强度调制器由稳定的电移相器控制同步，系统工作稳定。

c)插入损耗小，接收灵敏度高；

目前商用的LiNbO₃强度和相位调制器的插入损耗可以做到3dB，色散介质的损耗在1dB以内。在进行的100-25Gb/s信号解复用实验中，误码率为10^-9时，最差信道的接收灵敏度约为-28dBm。

d)需要的输入信号功率低。

解复用器是将相位调制器、色散介质和强度调制器级联而成，相比高非线性光纤和EAM解复用器，需要的信号功率低。

本发明利用等价时间窗变换，利用发散时间透镜实现对开关窗的等效缩小，同时使非目标信号会聚并远离目标信号，减小了对开关窗的要求，从而可以实现更高速率的OTDM解复用。

附图说明

图1为Fujitsu专利时钟提取结构装置图。

图2为本发明的基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置的总体结构图。

图3(a)为实施例中复用前25Gb/s信号眼图。

图3(b)为实施例中复用后100Gb/s信号眼图。

图3(c)为实施例中100Gb/s信号经过相位调制器和标准单模光纤后信号眼图。

图3(d)为实施例中强度调制器后透过的信号眼图。

图3(e)为实施例中色散补偿光纤后解复用信号眼图。

图4为实施例测得误码率数据。

具体实施方式

本发明提出的一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的基于孔径受限时间透镜的时分解复用装置如图2所示，该解复用器包括偏振控制器1，相位调制器2，色散介质单元3，强度调制器4，色散补偿单元5，帧时钟源6，移相器7和8，功率放大器9和10，功分器11；其中偏振控制器1、相位调制器2、色散介质单元3、强度调制器4和色散补偿单元5依次光学连接；帧时钟源6，第一移相器7、功分器11和第二移相器8依次相连；第一、第二放大器9和10的输入端分别与功分器11、第二移相器8的输出端相连接；第一、第二放大器9和10的输出端分别与相位调制器2和强度调制器4相连。

本发明的工作过程为：复用光脉冲信号经过偏振控制器1调节入射到相位调制器信号的偏振态。相位调制器2与色散介质单元3构成发散时间透镜，为复用光信号引入啁啾。移相器8用于调节时间透镜中相位调制器2和强度调制器4的相对关系，使强度调制器开关窗中心与相位调制器引入的负啁啾（正啁啾）中心对准。调节移相器7使得选择的一路目标信号处于发散时间透镜的中心，色散介质单元3引入群速度色散使得其它N-1路非目标光信号被充分挤压到帧时钟周期的边缘。强度调制器4产生一个时间开关窗，提取出目标信号。色散补偿单元5补偿发散时间透镜（相位调制器和色散介质单元）引入的啁啾，使解复用的一路目标信号恢复原始宽度，提高误码测试曲线的灵敏度。帧时钟源6为相位调制器2和强度调制器4提供时钟源信号。功分器11将微波时钟信号分配加载至相位调制器2和强度调制器4，功率放大器9和10对时钟源输出的信号进行放大，分别为相位调制器2和强度调制器4提供驱动，相位调制器2的驱动电压不同可以改变相位调制器的相位调制系数，色散介质的色散量需随相位调制器的调制指数作相应的变更，以保证对解复用非目标信号实现最大挤压。

下面结合附图及实施例对本发明解复用装置的各部件进一步说明：

本发明的偏振控制器1采用Fiber Logix三个环的机械偏振控制器，通过改变缠绕光纤的弯曲程度改变光纤横截面的应力分布，从而改变光信号的偏振态，使得光信号对准相位调制器2的轴。以此解决相位调制器的调制系数对光偏振态敏感的问题。

本发明的相位调制器2采用EOSPACE PM-DV5-40-PFU-PFU-LV铌酸锂相位调制器，在25GHz的半波电压约为3.6V；

色散介质单元3采用350m标准单模光纤SSMF；

强度调制器4采用SUMITOMO T.MXH1.5DP-40PD-ADC-LV-S-C铌酸锂强度调制器；色散补偿单元5采用长度约80m色散补偿光纤DCF；

帧时钟源6采用Agilent N5183A信号发生器，输出25GHz正弦微波信号；

第一、第二移相器7和8采用ATM公司微波移相器，加载射频时钟信号，用于改变时钟信号的相位。

第一功率放大器9采用饱和功率输出为27dBm放大器，为相位调制器提供约为2π的相位调制系数。第二功率放大器10为微波放大器，用于放大移相器输出的射频时钟信号，加载至强度调制器4上。

功分器11采用25GHz功分器。

实施例

本实施例可实现100Gb/s-25Gb/s信号解复用。由4路脉冲宽度约为4ps的25G信号，如图3(a)所示，复用至100G，如图3(b)所示。

本实施例的结构如图2所示，各部件采用上述实现方式。

本实施例的工作过程为：复用信号经过偏振控制器1后连接至相位调制器2，本实施例中相位调制器2的调制系数约为2π。经过相位调制器2与350m单模光纤（色散介质单元3）组成的发散时间透镜，非目标信号会聚并充分挤压至帧时钟周期边缘，与目标信号分离，如图3(c)所示。经过强度调制器4（光开关窗）后提取出一路目标信号，如图3(d)所示。解复用信号再经过约80m色散补偿光纤（色散补偿单元5）后恢复出窄脉冲形状，如图3(e)所示。

利用Agilent N4901B误码仪对四路解复用信号分别测量误码率，图4所示即为本实施例解复用器的误码率数据，其中实心方块表示背靠背信号误码率，实心圆表示没有采用时间透镜直接使用强度调制器解复用误码率，空心三角表示使用本发明解复用器时解复用误码曲线。误码测量结果给出直接使用强度调制器解复用误码率在10^-4量级即有误码平台，而本专利得到的该解复用器接收灵敏度约为-29dBm，功率代价约为1.1dB。调节移相器7，可以实施对其它路信号的解复用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置，其特征在于，该解复用器包括偏振控制器，相位调制器，色散介质单元，强度调制器，色散补偿单元，帧时钟源，功分器，两个移相器及两个功率放大器；其中偏振控制器、相位调制器、色散介质单元、强度调制器和色散补偿单元依次光学连接；帧时钟源，第一移相器、功分器、第二移相器依次相连；第一、第二放大器的输入端分别与功分器、第二移相器的输出端相连接；第一、第二放大器的输出端分别与相位调制器和强度调制器相连。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振控制器采用Fiber Logix三个环的机械偏振控制器，通过改变缠绕光纤的弯曲程度改变光纤横截面的应力分布，从而改变光信号的偏振态，使得光信号对准相位调制器的轴。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帧时钟源输出正弦微波信号。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相位调制器在帧时钟驱动下产生正弦啁啾，其中负啁啾部分可与色散介质单元中反常色散介质，正啁啾部分可与色散介质单元中正常色散介质构成发散时间透镜。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述发散时间透镜用作充分挤压解复用非目标信号到帧时钟周期的边缘。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述强度调制器采用铌酸锂强度调制器，用于产生时间孔径。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述色散补偿单元用于补偿发散时间透镜的啁啾，压缩解复用信号的宽度。