CN104506973B - 一种基于qdsoa的光标签与净荷分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于QDSOA的光标签与净荷分离器，一方面利用饱和QDSOA的高通特性，对光分组中的低频的光标签进行过滤(抑制)，得到净荷信号即擦除光标签；另一方面利用QDSOA的交叉增益调制，输入波长为λ₂的连续辅助光，使其被调制上光分组的反相信号，得到净荷被抑制的光标签信号；最后通过波分复用器解复用分离出来。实验表明，本发明正确的实现了光标签和净荷的分离，分离后的标签和净荷抑制比高，眼图张开度好。本发明结构上以QDSOA为中心，加上一个半导体激光器以及两个波分复用器即可完成分离，结构简单；同时，分离依据的是光标签、净荷的调制频率，这样，避免时序准确性对分离的影响。

Description

一种基于QDSOA的光标签与净荷分离器

技术领域

本发明属于光纤通信中光分组交换技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于QDSOA的光标签与净荷分离器。

背景技术

在光波长交换、光突发交换和光分组交换三种光交换形式中，光分组交换具有最小的交换粒度和最高的统计复用率，是一种最理想的光交换形式。

通常光分组由光标签和净荷两部分组成。当光分组到达交换节点处时，分组处理模块首先将光标签与净荷分离，其中，光标签被送到标签处理模块，而净荷则被送到交换模块进行交换。标签处理模块进行光标签识别，提取其中的路由信息，再由路由器进行路由计算，指出光分组应该到达的下一节点，进而控制交换矩阵完成相应的交叉连接配置。在这一过程中，光标签与净荷的分离过程直接影响后续对光标签的处理以及输出净荷的质量，因此是光分组交换研究当中的重要问题。

对不同的光标签格式，相应的光分组处理方式不同。目前已经提出了如比特序列标签、副载波标签、正交调制标签、光码标签、多波长标签、频谱强度编码标签、正交频分复用标签等多种光标签格式及其相关处理方案。其中，比特序列标签(Bit-Serial Label)的光分组格式具有光标签和净荷信号的干扰小的优点，得到了广泛的研究。

比特序列标签采用先发送低速调制的光标签信号，经过保护间隔后发送高速调制的净荷信号。采用低速的光标签信号有利于在交换节点进行快速的标签处理，保护间隔是为了减小光标签提取、更新以及在交换过程中由于时序误差带来的影响。

目前，比特序列标签光分组的光标签与净荷的分离主要有两种方案，一种是通过光分支器分路后，一路直接进行光标签信号检测，另一路控制光门擦除标签信号，得到净荷信号；另一种是通过提取出标签或净荷的时钟后，进行光与门操作来分离标签和净荷。但以上方案均存在光标签与净荷的分离对时序的准确性要求高，且处理模块结构较为复杂的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对比特序列标签光分组，提供一种结构简单的基于QDSOA的光标签与净荷分离器，实现光分组交换中光标签与净荷的分离同时，避免时序准确性对分离的影响。

为实现上述发明目的，本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器，其特征在于，包括：

半导体激光器(LD)，用于产生波长为λ₂连续辅助光，并输入到第一波分复用器；

第一波分复用器(WDM1)，用于接收波长为λ₂的连续辅助光以及波长为λ₁的光分组，将连续辅助光以及光分组两路光信号进行复用，合成一束，并输入到量子点半导体光放大器中；其中，所述的光分组为比特序列标签光分组；

饱和量子点半导体光放大器(Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifier,以下简称QDSOA)，用于接收第一波分复用器输出的合成光信号，并进行放大，然后输入到第二波分复用器中；

第二波分复用器(WDM2)，用于接收量子点半导体光放大器输入的合成光信号，并对其进行解复用，得到波长为λ₂的光信号以及波长为λ₁的光信号；其中波长为λ₁的光信号为净荷信号，输入到光交换矩阵中，波长为λ₂的光信号为光标签信号，输入到光电转换单元；光电转换单元(O/E)和低通滤波器(LPF)，光电转换单元将解复用得到的波长为λ₂的光信号转换为电信号，电信号经过低通滤波器LPF进行滤波，滤波后的信号进入标签识别单元进行处理；其中低通滤波器的截止频率等于光标签的调制频率；

所述的QDSOA处于增益饱和状态，增益具有高通滤波特性；波长为λ₁的光分组经过增益饱和的QDSOA，分布在低频的光标签获得的增益小于宽频的净荷，使得输出净荷的幅度大于光标签的幅度，并且高频的净荷对于低频的光标签的抑制比R大于设定值；

所述的连续辅助光的幅度小于光分组的幅度，在QDSOA中，使波长为λ₂的连续辅助光与波长为λ₁的光分组发生交叉增益调制，波长为λ₂连续辅助光被调制上光分组的反相信号，由于低速光标签信号的交叉增益调制深度大于高速光净荷信号，这样波长为λ₂的连续辅助光上，光标签部分调制幅度大于净荷部分调制幅度。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器，一方面利用饱和QDSOA的高通特性，即对不同调制频率的光信号其增益不同，对光分组中的低频的光标签进行过滤(抑制)，得到净荷信号即擦除光标签；另一方面利用QDSOA的交叉增益调制，输入波长为λ₂的连续辅助光，使其被调制上光分组的反相信号，得到净荷被抑制的光标签信号；最后通过波分复用器解复用分离出来，从而完成了光标签与净荷分离器。实验表明，本发明正确的实现了光标签和净荷的分离，分离后的标签和净荷抑制比高，眼图张开度好。本发明结构上以QDSOA为中心，加上一个半导体激光器以及两个波分复用器即可完成分离，结构简单；同时，分离依据的是光标签、净荷的调制频率，这样，避免时序准确性对分离的影响。

附图说明

图1是本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器一种具体实施方式原理图；

图2是本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器分离示意图；

图3是波长为λ₁的光分组信号图；

图4是分离出的波长为λ₁的净荷信号图；

图5是分离出的波长为λ₂的光标签信号图；

图6是分离出的波长为λ₁的净荷眼图；

图7是分离出的波长为λ₂的光标签眼图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

量子点半导体光放大器(Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifier,QDSOA)是基于量子点结构的新型半导体光放大器，其中的载流子在三个维度方向上的能量都是量子化的，其态密度分布为一系列的分立函数，类似于原子光谱性质。正是这种离散的态密度，使得用QDSOA具有比量子阱和体材料光放大器更为优越的性能，它具有低门限电流、高饱和功率、宽增益带宽和温度不敏感等优点，更为重要的是它的饱和光增益的恢复时间是ps量级的，可以改进传统SOA的性能，在高速光通信和全光信号处理中具有很大潜力。

饱和量子点半导体光放大器具有高通滤波特性，对不同调制频率的光信号其增益不同，低频信号增益更低，高频信号增益更高。其3dB截止频率和抑制比受注入电流的影响，调整注入电流可以调整其抑制比。详细的描述在《光学学报》第34卷第10期(2014年10月)有详细的描述。本发明利用光分组中光标签的调制频率以及净荷的调制频率差异，结合饱和量子点半导体光放大器具有高通滤波特性，首次将量子点半导体光放大器应用于光分组的光标签与净荷的分离。

图1是本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图1所示，本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器包括由一个QDSOA、两个波分复用器WDM1、WMD2、一个半导体激光器LD、一个光电转换单元O/E、一个低通滤波器LPF。半导体激光器LD的输出即波长为λ₂的连续辅助光和输入的波长为λ₁的光分组分别连接第一波分复用器WDM1的输入端口即输入第一波分复用器WDM1。第一波分复用器WDM1的输出端连接QDSOA的输入端，QDSOA的输出端连接第二波分复用器WDM2的输入端口。第二波分复用器WDM 2波长为λ₂、λ₁输出端分别连接光电转换单元O/E和光交换矩阵。光电转换单元O/E的输出连接低通滤波器LPF的输入，低通滤波器LPF的输出连接标签识别单元的输入。

半导体激光器LD提供波长为λ₂连续辅助光，光电转换单元O/E和低通滤波器LPF用于分离出的光标签的处理。具体实现如下：

1)、波长为λ₁的光分组与半导体激光器LD产生的波长为λ₂的连续辅助光输入第一波分复用器WDM1进行复用，合成一束；从第一波分复用器WDM1输出的合成光信号光经过QDSOA处理后，输入第二波分复用器WDM2进行解复用，得到波长为λ₁和λ₂的光信号；其中波长为λ₁的光信号为净荷信号，输入到光交换矩阵中；

2)、波长为λ₂的光信号经过光电转换器O/E转换为电信号，电信号经过低通滤波器LPF进行滤波，低通滤波器LPF的截止频率等于光标签的调制频率，输出的信号进入标签识别单元进行处理。

图2是本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器分离示意图。

本发明的工作原理如图2所示，具体如下：

1)、波长为λ₂的连续辅助光与波长为λ₁的光分组同时输入QDSOA，QDSOA处于增益饱和状态。波长为λ₁的光分组输入QDSOA，由于QDSOA的高通特性，使得光分组的高频净荷部分被放大，低频光标签部分被抑制，从而得到用于交换的净荷信号；通过调整QDSOA的参数，可以使高频的净荷对于低频的光标签的抑制比R大于设定值，所述的设定值根据具体电路设计要求确定；

2)、同时，在QDSOA中波长为λ₂的连续辅助光将与波长λ₁的光分组发生交叉增益调制，波长为λ₂的连续辅助光被调制上光分组的反相信号，且波长为λ₂的连续辅助光上光标签部分调制幅度大于净荷部分调制幅度。再对输出的波长为λ₂的光信号进行光电转换和低通滤波处理，进一步滤除分布在高频的净荷信号，提高光标签对净荷的抑制比，得到满足标签识别条件的光标签，从而实现了光标签与净荷的分离。

实例

下面以输入光分组信号为2.5Gb/s光标签和100Gb/s净荷为例进行说明：

1、器件选型

本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器中，关键器件选择如下：

1)QDSOA的选择：QDSOA的中心工作波长为1550nm；

2)第二波分复用器WDM2的选择：λ₁为1550nm，λ₂为1570nm；

3)半导体激光器LD的选择：中心波长为1570nm；

4)低通滤波器LPF的选择：截止频率为2.5GHz。

2、搭建光标签与净荷分离器

按照图1及相关描述，搭建光标签与净荷分离器。

3、工作参数设置

光标签与净荷分离器主要工作参数设置如表1所示，其中光标签采用2.5Gb/s非归零码调制，净荷采用100Gb/s高斯脉冲归零码调制。工作参数如表1所示。

4、测试：

1)、输入波长为λ₁的光分组信号如图3所示，其中光标签采用2.5Gb/s非归零码调制，净荷采用100Gb/s高斯脉冲归零码调制，光标签和净荷之间的保护间隔为2ns；

2)、经过本发明基于QDSOA的光标签与净荷分离器，得到的净荷(第二波分复用器WDM2的λ₂端口输出)和光标签(低通滤波器LPF输出)分别如图4(净荷对标签的抑制比达到11.2dB)和图5所示(标签对净荷的抑制比达到12.5dB)。

3)、得到的净荷和光标签的眼图分别如图6和图7所示，眼图张开度较好。

测试结果说明该方法的正确的实现了光标签和净荷的分离，分离后的标签和净荷抑制比高，眼图张开度好，验证了方法的可行性。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种基于QDSOA的光标签与净荷分离器，其特征在于，包括：

半导体激光器，用于产生波长为λ₂连续辅助光，并输入到第一波分复用器；

第一波分复用器，用于接收波长为λ₂的连续辅助光以及波长为λ₁的光分组信号，将连续辅助光以及光分组信号两路光信号进行复用，合成一束，并输入到量子点半导体光放大器中；其中，所述的光分组信号为比特序列标签光分组信号；

量子点半导体光放大器即QDSOA，用于接收第一波分复用器输出的合成光信号，并进行放大，然后输入到第二波分复用器中；

第二波分复用器，用于接收量子点半导体光放大器输入的合成光信号，并对其进行解复用，得到波长为λ₂的光信号以及波长为λ₁的光信号；其中波长为λ₁的光信号为净荷信号，输入到光交换矩阵中，波长为λ₂的光信号为光标签信号，输入到光电转换单元；光电转换单元和低通滤波器，光电转换单元将解复用得到的波长为λ₂的光信号转换为电信号，电信号经过低通滤波器进行滤波，滤波后的信号进入标签识别单元进行处理；其中低通滤波器的截止频率等于光标签的调制频率；

所述的QDSOA处于增益饱和状态，增益具有高通滤波特性；波长为λ₁的光分组信号经过增益饱和的QDSOA，分布在低频的光标签获得的增益小于宽频的净荷，使得输出净荷的幅度大于光标签的幅度，并且高频的净荷对于低频的光标签的抑制比R大于设定值；

所述的连续辅助光的幅度小于光分组信号的幅度，在QDSOA中，使波长为λ₂的连续辅助光与波长为λ₁的光分组信号发生交叉增益调制，波长为λ₂连续辅助光被调制上光分组信号的反相信号，由于低速光标签信号的交叉增益调制深度大于高速光净荷信号，这样波长为λ₂的连续辅助光上，光标签部分调制幅度大于净荷部分调制幅度。

2.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述的光分组信号为2.5Gb/s光标签和100Gb/s净荷；QDSOA的中心工作波长为1550nm；第二波分复用器的两个输出端为：λ₁为1550nm，λ₂为1570nm；半导体激光器的中心波长为1570nm；低通滤波器的截止频率为2.5GHz。