CN105490748B - 一种基于码型变换的多波长全光再生装置 - Google Patents

一种基于码型变换的多波长全光再生装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于码型变换的多波长全光再生装置，属于全光信息处理技术领域。包括码型变换单元、整形单元和码型恢复单元。输入的多路波分复用劣化信号通过波分复用器得到单通道波分复用信号，再由光分路器分成两个部分，一部分在码型变换单元中转换为单波长时分复用信号，另一部分输入到码型恢复单元；码型变换单元输出的时分复用信号通过整形单元获得单波长再生信号；单通道波分复用信号和单波长再生信号耦合进入码型恢复单元最终获得与原始输入信号波长一致的波分复用再生信号。与现有技术相比，本发明的多波长全光再生装置扩大了对信号占空比的容忍范围，并同时实现了无需波长变换的全光再生，节约了波分复用系统的波长资源。

Description

一种基于码型变换的多波长全光再生装置
技术领域
本发明涉及全光信息处理技术领域，具体涉及一种利用码型变换实现的多波长全光再生装置。
背景技术
随着光网络传输速率的不断提升，传统电信号处理方式已经无法满足高速光纤通信网络的传输和交换需求，因此急需一种新型信号处理技术突破目前电子瓶颈对网络带宽的限制。全光信号处理技术利用光学器件的非线性效应直接在光域实现信号处理，可提供高达T比特量级的信号处理带宽，是未来智能高速光网络的核心技术之一。其中再生技术是全光信号处理的关键技术之一，在骨干网络核心交换节点中具有广阔应用前景。
全光再生技术经过二十余年的发展，针对单一波长的全光信号再生已经非常成熟。但由于该技术利用新型光学非线性器件，导致其再生成本较高，一直无法得到大规模应用。因此开展面向波分复用光网络的多波长全光再生技术研究，既可以解决现有光纤通信网络的实际问题，又可以通过器件复用的方式大幅降低信号处理成本，对于推进全光再生技术的应用具有极大的现实意义。
目前实现多波长全光再生的关键是克服信号之间的串扰问题。由于多路信号使用单一器件进行信号再生，信号在时域和频域中的交叠将引起非线性串扰，该串扰劣化再生性能，是多波长全光再生的主要噪声来源。抑制信号间串扰的方法主要有时隙交织、偏振复用和双向对传技术。其中时隙交织技术利用优化信号占空比的方式大幅提高器件所支持的波长数量，因此是多波长信号再生主要采用的技术。但随着波长数量的增加，信号占空比快速减小，在有限的再生频段范围内同样限制了再生通道数量。因此降低时隙交织过程中对信号占空比的要求，是实现全光再生器件支持更大规模波长通道的关键。另外，目前主要的全光再生方案都需要波长变换，这占用了波分复用系统中有限的波长资源，因此实现无需波长变换的多波长全光再生，是波分复用光网络的现实需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于码型变换的多波长全光再生装置，以克服传统多波长再生装置对信号占空比的苛刻要求，并实现无需波长变换的多波长全光再生，以进一步提高再生器所支持的通道数量，并避免对波分复用网络的波长占用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于码型变换的多波长全光再生装置，其特征在于：包括码型变换单元、整形单元和码型恢复单元。输入的多路波分复用劣化信号通过波分复用器得到单通道波分复用信号，该信号由光分路器分成两个部分，一部分在码型变换单元中转换为波长是λT1的单波长时分复用信号，而另一部分信号则直接输入到码型恢复单元；由码型变换单元输出的时分复用信号通过整形单元获得波长为λT2的单波长再生信号；单通道波分复用信号和波长为λT2的单波长再生信号耦合进入码型恢复单元最终获得与原始输入信号波长一致的波分复用再生信号。
所述码型变换单元包括波分复用器、光分路器、第一高功率放大器、第一高非线性光纤和第一滤波器。输入的波长为λ1、λ2…λN的多路波分复用劣化信号由波分复用器耦合到一根光纤中获得单通道波分复用信号，并通过光分路器分成两个部分。一部分单通道波分复用信号通过第一高功率放大器进行功率放大后输入到第一高非线性光纤中，利用自相位调制效应实现频谱展宽，再由第一滤波器获得波长为λT1的单波长时分复用信号。另一部分单通道波分复用信号则耦合进入码型恢复单元进行时钟提取。利用码型变换单元实现了波分复用信号到时分复用信号的码型转换。
所述整形单元包括第二高功率放大器、第二高非线性光纤和第二滤波器。波长为λT1的单波长时分复用信号通过第二高功率放大器进行功率放大，再耦合进第二高非线性光纤利用自相位调制效应获得频谱展宽，通过第二滤波器得到波长为λT2的单波长再生信号。利用整形单元实现对“1”和“0”数据信号上噪声的抑制功能。
所述码型恢复单元包括第三高功率放大器、非线性光环镜、FP滤波器和波分解复用器，其中非线性光环镜包括第一光耦合器、第二光耦合器、第三高非线性光纤和光偏振控制器。通过调节光偏振控制器使得非线性光环镜的初始状态为全反射态，以获得最佳再生效果。波长为λT2的单波长再生信号通过第三高功率放大器放大后，作为控制信号由第二光耦合器输入到非线性光环镜构成的光开关中以调节其开关状态。由FP滤波器提取的多路时钟信号通过第一光耦合器进入到该光开关中，并在单波长再生信号的控制下输出波长为λ1、λ2…λN的多路再生信号。利用码型恢复单元实现了时分复用信号到波分复用信号的恢复，并得到与原输入信号波长一致的再生信号。
在传统的时隙交织多波长再生方案中，波分复用信号在时域上的交叠将通过四波混频效应影响相邻信道质量，并降低再生信号信噪比，劣化再生性能，因此要求输入信号必须在时域上完全隔离。而在本发明中，首先将波分复用信号转换为时分复用信号，该过程允许相邻的输入信号在时域上部分交叠，信号交叠引起的噪声将在整形单元中利用自相位调制展宽和后置滤波方法进行消除，最终获得信号再生。因此本发明降低了多波长再生中对信号占空比的要求，提高了器件所支持的通道数量。
本发明在信号恢复单元中利用FP滤波器提取与原始信号相同波长的时钟信号，并利用整形后的时分复用信号作为控制信号，调控非线性光环镜的输出状态，实现时分复用向波分复用转换，并获得与原始波长一致的再生信号。因此本发明可以实现无需波长变换的多波长全光再生。
附图说明
图1是本发明的基于码型变换的多波长全光再生装置示意图。
图2是本发明的码型变换单元功能示意图。
图3是本发明的整形单元功能示意图。
图4是本发明的码型恢复单元功能示意图。
具体实施方式
图1为本发明提出的基于码型变换的多波长全光再生装置示意图。该装置包括：码型变换单元、整形单元和码型恢复单元。
码型变换单元实现波分复用信号向时分复用信号的码型转换，其功能示意图如图2所示。包括波分复用器、光分路器、第一高功率放大器、第一高非线性光纤和第一滤波器。波分复用器将波分复用网络中波长为λ1、λ2…λN的多路劣化信号耦合到一根光纤中，以便于后续的码型变换处理。为获得更好的再生效果，波分复用信号需以时隙交织的方式排列，相邻信道间的最佳时隙间隔ΔT应满足如下关系：
ΔT＝(B×N)-1 (1)
其中B为信号速率，N为通道数量。耦合进一根光纤的单通道波分复用信号由光分路器分成两个部分，一部分通过第一高功率放大器进行功率放大，以提高各路信号的光功率，便于后续的码型变换。为使码型变换得到的时分复用信号峰值抖动最小，第一高功率放大器输出的波分复用信号应具有由外到内功率依次减少的特性。另一部分单通道波分复用信号则进入码型恢复单元，由FP滤波器进行时钟提取。
高功率放大后的单通道波分复用信号输入到第一高非线性光纤以及后置第一滤波器中，进行码型转换。多路高功率信号发生自相位调制使其频谱展宽，信号展宽后频谱互相交叠，将第一滤波器中心波长设置在频谱交叠区域λT1处，就可以实现波分复用向时分复用的码型转换。为获得最佳的转换效果，滤波器中心波长λT1应满足如下关系：
其中输入的波分复用信号中心频率fce＝(fmin+fmax)/2，fmax和fmin分别为输入信号中最大和最小频率，Δf为信道间的频率间隔，c为真空中的光速。而滤波器带宽则应小于波分复用信号的频率间隔Δf，以减少相邻信道对时分复用信号质量的影响。
整形单元实现对时分复用信号的整形处理，以提高信号质量，其功能示意图如图3所示。该单元包括第二高功率放大器、第二高非线性光纤和第二滤波器。码型变换得到的单波长时分复用信号功率较低，为实现整形处理需要通过第二高功率放大器进行功率放大。放大后的信号注入到第二高非线性光纤和后置第二滤波器中，进行整形处理。高功率的时分复用信号在高非线性光纤中发生自相位调制作用，使其频谱展宽，将第二滤波器的中心波长设置在λT2处，通过自相位展宽和后置滤波构成的再生装置获得非线性功率转移特性，对时分复用信号中的“1”和“0”数据信号上的噪声起到抑制效果，最终获得波长为λT2的单波长再生信号。为获得最佳的整形效果，第二滤波器中心波长λT2应满足如下关系：
码型恢复单元实现波分复用信号到时分复用信号的转换，其功能示意图如图4所示。该单元包括由第三高功率放大器、非线性光环镜、FP滤波器和波分解复用器，其中非线性光环镜包括第一光耦合器、第二光耦合器、第三高非线性光纤和光偏振控制器。首先通过偏振控制器调节非线性光环镜中的等效双折射，使其处于全反射态，以获得最佳再生效果。再将波长为λT2的单波长再生信号经第三高功率放大器功率放大后，作为控制信号由第二光耦合器耦合进入非线性光环镜中。同时，通过FP滤波器从输入的单通道波分复用信号中提取出波长一致的时钟信号。这要求波分复用信号波长与FP梳状滤波器中心波长对准，且信号速率B与FP滤波器自由频谱范围FSR相同。提取的多波长时钟信号由第一光耦合器输入到非线性光环镜中。在波长为λT2的控制信号作用下，多路时钟信号依次通过非线性光环镜构成的光开关，实现时分复用信号到波分复用信号的码型恢复。而其输出信号波长与输入信号波长一致，即获得无需码型变换的全光再生。

Claims (5)

1.一种基于码型变换的多波长全光再生装置，其特征在于：包括码型变换单元、整形单元和码型恢复单元；输入的多路波分复用劣化信号通过波分复用器得到单通道波分复用信号，该信号由光分路器分成两个部分，一部分在码型变换单元中转换为波长是λT1的单波长时分复用信号，而另一部分信号则直接输入到码型恢复单元；由码型变换单元输出的时分复用信号通过整形单元获得波长为λT2的单波长再生信号；单通道波分复用信号和波长为λT2的单波长再生信号耦合进入码型恢复单元最终获得与原始输入信号波长一致的波分复用再生信号；
所述码型恢复单元包括第三高功率放大器、非线性光环镜、FP滤波器和波分解复用器，其中非线性光环镜包括第一光耦合器、第二光耦合器、第三高非线性光纤和光偏振控制器；通过调节光偏振控制器使得非线性光环镜的初始状态为全反射态，以获得最佳再生效果；波长为λT2的单波长再生信号通过第三高功率放大器放大后，作为控制信号由第二光耦合器输入到非线性光环镜构成的光开关中以调节其开关状态；由FP滤波器提取的多路时钟信号通过第一光耦合器进入到该光开关中，并在单波长再生信号的控制下输出波长为λ1、λ2…λN的多路再生信号。
2.如权利要求1所述的一种基于码型变换的多波长全光再生装置，其特征在于：所述码型变换单元包括波分复用器、光分路器、第一高功率放大器、第一高非线性光纤和第一滤波器；输入的波长为λ1、λ2…λN的多路波分复用劣化信号由波分复用器耦合到一根光纤中获得单通道波分复用信号，并通过光分路器分成两个部分；一部分单通道波分复用信号通过第一高功率放大器进行功率放大后输入到第一高非线性光纤中，利用自相位调制效应实现频谱展宽，再由第一滤波器获得波长为λT1的单波长时分复用信号，另一部分单通道波分复用信号则耦合进入码型恢复单元进行时钟提取。
3.如权利要求1所述的一种基于码型变换的多波长全光再生装置，其特征在于：所述整形单元包括第二高功率放大器、第二高非线性光纤和第二滤波器；波长为λT1的单波长时分复用信号通过第二高功率放大器进行功率放大，再耦合进第二高非线性光纤利用自相位调制效应获得频谱展宽，通过第二滤波器得到波长为λT2的单波长再生信号。
4.如权利要求1或2或3所述的一种基于码型变换的多波长全光再生装置，其特征在于：将第一滤波器中心波长设置在频谱交叠区域λT1处，第一滤波器中心波长λT1满足如下关系：
其中输入的波分复用信号中心频率fce＝(fmin+fmax)/2，fmax和fmin分别为输入信号中最大和最小频率，Δf为信道间的频率间隔，c为真空中的光速。
5.如权利要求1或3所述的一种基于码型变换的多波长全光再生装置，其特征在于：第二滤波器中心波长λT2满足如下关系：
<mrow> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>c&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>c</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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