CN105553558B - 一种提升光信号质量的多功能器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升光信号质量的多功能器件，包括在线时钟提取单元、光控光开关单元、波长转换/整形单元、辅助光信号单元、分光器和光放大单元；在在线时钟提取单元中，放大的劣化光信号耦合入高非线性光纤，经高非线性光纤的作用后将劣化光信号中的时钟信息转移到了新的波长上，即光时钟信号所对应的波长；光控光开关单元输出的光信号依然保持在该波长上，然后经光放大单元输入到波长转换/整形单元，在辅助光信号的参与下，将此时的光波长转换到原来输入的波长上。

Description

一种提升光信号质量的多功能器件
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种提升光信号质量的多功能器件。
背景技术
随着对光纤通信系统传输带宽和传输距离要求的不断提升，光纤中的信号处理技术日益成为制约光通信产业发展的瓶颈。光通信中信号的劣化有以下几种：光纤及光器件中的色散导致的脉冲展宽，为了补偿传输损耗所使用的光放大器的ASE噪声积累，光纤中的非线性效应导致的脉冲包络畸变，信道间相互干扰等。简单的可归纳为：强度噪声，定时抖动，以及脉冲包络畸变。这些因素的叠加作用将会严重影响通信的质量，限制通信系统容量和传输距离。一种解决方法是采用光/电/光信息处理技术，但受限于”电子瓶颈”,数据速率不透明；另一种采用光控光的全光信息处理技术，是未来发展的主流方向。
基于全光信号处理技术的实现方案可以基于多种物理效应和材料介质，最为灵活、普适的实现方案是利用光纤或平面波导材料中的光学非线性效应。由于光纤通信是利用光纤传输光信号的，而处理光信号的器件如果采用平面波导材料，必然存在光纤与平面波导的耦合问题，目前的耦合损耗还比较高，从而限制了平面波导器件方案的应用。相比之下，如果采用光纤材料结构的光信号处理器件，光纤与光纤的耦合损耗可以做到很小。但目前存在的问题是只能针对其中的一两个劣化因素采取相应的措施加以解决，不能全面地解决所有信号劣化的问题。另一个常常面临的问题是,在某些可以提升信号质量的全光信号处理技术中,往往不可避免地会产生波长转换,即输出光信号波长不同于输入波长,这在某些应用中是不希望的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提升光信号质量的多功能器件，在无需增加掺铒光纤放大器下对劣化信号的质量进行全面提升，同时又能实现输出波长与输入波长的一致性。
为实现上述发明目的，本发明一种提升光信号质量的多功能器件，其特征在于，包括：一在线时钟提取单元、一光控光开关单元、一波长转换/整形单元、一辅助光信号单元、一分光器，以及三个光放大单元；
光通信系统输出的劣化光信号输入到第一光放大单元后，经过第一光放大单元的放大后由分光器分成两路信号，分别标记为第一路光信号和第二路光信号；
其中，第一路光信号输入到在线时钟提取单元，利用在线时钟提取单元合理配置内部波长关系，并在辅助光信号单元的配合下各波长信号间发生两次非线性参量过程，通过在线时钟提取单元中的不断循环，使光时钟信号达到增益饱和，从而在线提取出变换了波长的光时钟信号，最后将光时钟信号输入到光控光开关单元；
第二路光信号与光时钟信号一起输入到光控光开关单元，通过光控光开单元对光时钟信号和第二路光信号的输出特性进行控制。当第二路光信号的功率高于光时钟信号功率并达到功率阈值时光控光开单元发挥光控光开关作用，对第二路光信号中携带的信号进行时间抖动抑制，最终光控光开关单元输出与光时钟信号波长相同的时间抖动抑制光信号；
将光控光开单元输出的经时间抖动抑制后的光信号输入到第二光放大单元，经过第二光放大单元的放大后输入到波长转换/整形单元，波长转换/整形单元在辅助光信号单元的配合下，对第二光放大单元放大后的光信号进行脉冲整形，在脉冲整形的过程中，将输入到波长转换/整形单元的光信号的波长还原到劣化光信号的初始波长，再将脉冲整形后的信号输入到第三光放大单元放大，得到优化光信号。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种提升光信号质量的多功能器件，包括在线时钟提取单元、光控光开关单元、波长转换/整形单元、辅助光信号单元、分光器和光放大单元；在在线时钟提取单元中，放大的劣化光信号耦合入高非线性光纤，经高非线性光纤的作用后将劣化光信号中的时钟信息转移到了新的波长上，即光时钟信号所对应的波长；光控光开关单元输出的光信号依然保持在该波长上，然后经光放大单元输入到波长转换/整形单元，在辅助光信号的参与下，将此时的光波长转换到原来输入的波长上。其次，本发明采用更加易于实现的全光纤结构，是一种可同时对劣化信号进行在线时钟提取、抑制时间抖动、脉冲整形、功率放大的多功能器件，有效解决了其他信号处理中存在的波长转换问题。
附图说明
图1是一种全面提升光信号质量的多功能器件结构示意图；
图2是图1所示的在线时钟提取单元的结构示意图。
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。
实施例
在本实施例中，为了实施例的描述更加清楚，结合说明书图1和图2，对多功能器件中各子模块产生的光信号进行定义，并附上对应光信号的波长。
图1是一种全面提升光信号质量的多功能器件结构示意图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种提升光信号质量的多功能器件，包括：在线时钟提取单元(FOPC)1、光控光开关单元(FOPS)2、波长转换/整形单元(FOPR)3、辅助光信号单元4、分光器5，以及三个光放大单元6-8。其中，波长转换/整形单元3与在线时钟提取单元1共享相同的辅助光信号单元4，这样通过合理安排多功能器件工作时内部各波长或频率间关系，使输入光信号与输出光信号的波长相等。
在本实施例中，设光通信系统输出的劣化光信号的波长λs为1550nm，分光器5采用50:50的分光器。
光通信系统输出的劣化光信号输入到第一光放大单元6后，经过第一光放大单元6的放大后由分光器5分成两路信号，分别标记为第一路光信号和第二路光信号，在本实施例中，第一路光信号和第二路光信号的波长同样为：λs＝1550nm。
其中，第一路光信号输入到在线时钟提取单元1，利用在线时钟提取单元1合理配置内部波长关系，并在辅助光信号单元4输出的辅助光信号λa＝1555nm的配合下各波长间发生两次非线性参量过程，通过在线时钟提取单元1中的不断循环，使光时钟信号达到增益饱和，从而在线提取出变化了波长的光时钟信号λc＝1560nm，最后将光时钟信号输入到光控光开关单元2。
在本实施例中，结合图2可知，第一次非线性参量过程由λs与λc完成，λs对λc进行初步放大，光时钟信号λc得到初步增强。第二次非线性参量过程由λa与λc完成，λa实现对λc高增益参量放大，用来补偿光时钟信号在环形光路中的传输和耦合损耗，并发生波长转换，产生一个依赖于λc和λa的光相敏信号λ'c＝1565nm。
第二路光信号与光时钟信号一起输入到光控光开单元2，通过光控光开单元2对光时钟信号和第二路光信号的输出特性进行控制，当第二路光信号的功率高于光时钟信号功率并达到功率阈值时光控光开单元2内部的Sagnac结构发挥光控光开关作用，对第二路光信号中携带的信号进行时间抖动抑制，最终光控光开关单元2输出与光时钟信号波长相同的时间抖动抑制光信号λc＝1560nm。
将光控光开单元2输出的经时间抖动抑制后的光信号输入到第二光放大单元7，经过第二光放大单元7的放大后输入到波长转换/整形单元3，波长转换/整形单元3在辅助光信号单元4的输出辅助光信号λa＝1555nm的配合下，对第二光放大单元7放大后的光信号进行脉冲整形，提升消光比，在脉冲整形的过程中，将输入到波长转换/整形单元3的光信号的波长还原到劣化光信号的初始波长λs，再将脉冲整形后的信号输入到第三光放大单元放大，最终得到优化光信号λs＝1550nm。
在本实施例中，如图1所示，输入的劣化光信号的波长λs＝1550nm，输出的优化光信号的波长λs＝1550nm，可以看出本发明能够满足输入输出的波长不变。
图2是图1所示的在线时钟提取单元的结构示意图。
在本实施例中，如图2所示，在线时钟提取单元由偏振控制器(PC1/2)101-102、复用器(MUX)103、解复用器(DMUX)104、高非线性光纤(HNLF)105、光隔离器(ISO)106、分光器107、可调光纤延迟线(TODL)108、光电稳定控制模块109组成的光纤环路，在光纤环路和辅助光信号单元的配合下，循环发生两次非线性参量过程，进而在线提取出变化了波长的光时钟信号。
下面结合图2对在线时钟提取单元的工作流程进行详细描述，具体如下：
光信号在光纤环路的初次运行流程为：
辅助光信号单元输出的光信号λa＝1555nm经第一偏振控制器101的偏振态控制后，与第一路光信号λs＝1550nm一起通过复用器103的复用处理，再将复用器103复用处理后的光信号耦合入高非线性光纤105，在高非线性光纤105内部激发出小功率的宽谱光；
宽谱光经过解复用器104的解复用后，解复用出所需波长的光信号λc＝1560nm作为光时钟信号，并输入到可调光纤延迟线108；
可调光纤延迟线108通过对光时钟信号引入可调额外光相位差，调节光纤环的自由光谱区与光时钟信号λc＝1560nm的调制速率匹配，再将匹配调节后的光时钟信号λc＝1560nm依次通过分光器107、光隔离器106，经第二偏振控制器102的偏振控制后送入到复用器103。
光信号在光纤环路的循环运行流程为：
辅助光信号单元输出的光信号λa＝1555nm经第一偏振控制器101的偏振态控制后，与第一路光信号λs＝1550nm和光时钟信号λc＝1560nm一起通过复用器103的复用处理，再将复用器103复用处理后的光信号耦合入高非线性光纤105；
高非线性光纤105内部各波长信号间发生两次非线性参量过程，并产生光相敏信号λ”c＝1565nm再通过解复用器104解复用出光时钟信号λc＝1560nm，同时解复用出作为反馈控制的光相敏信号λ”c＝1565nm；
将光相敏信号λ”c＝1565nm作为光电稳定控制模块109的输入，通过光电稳定控制模块109把光信号转换为电信号，再将电信号进行处理，输出一个反馈控制信号作用于可调光延迟线108，使在线时钟单元不受外界环境的影响，当光时钟信号达到增益饱和后，通过分光器107提取出在线光时钟信号λc＝1560nm。
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 (3)

1.一种提升光信号质量的多功能器件，其特征在于，包括：一在线时钟提取单元、一光控光开关单元、一波长转换/整形单元、一辅助光信号单元、一分光器，以及三个光放大单元；
光通信系统输出的劣化光信号输入到第一光放大单元后，经过第一光放大单元的放大后由分光器分成两路信号，分别标记为第一路光信号和第二路光信号；
其中，第一路光信号输入到在线时钟提取单元，利用在线时钟提取单元合理配置内部波长关系，并在辅助光信号单元的配合下各波长信号间发生两次非线性参量过程，通过在线时钟提取单元中的不断循环，使光时钟信号达到增益饱和，从而在线提取出变换了波长的光时钟信号，最后将光时钟信号输入到光控光开单元；
第二路光信号与光时钟信号一起输入到光控光开关单元，通过光控光开单元对光时钟信号和第二路光信号的输出特性进行控制；当第二路光信号的功率高于光时钟信号功率并达到功率阈值时光控光开单元发挥光控光开关作用，对第二路光信号中携带的信号进行时间抖动抑制，最终光控光开关单元输出与光时钟信号波长相同的时间抖动抑制光信号；
将光控光开单元输出的经时间抖动抑制后的光信号输入到第二光放大单元，经过第二光放大单元的放大后输入到波长转换/整形单元，波长转换/整形单元在辅助光信号单元的配合下，对第二光放大单元放大后的光信号进行脉冲整形，在脉冲整形的过程中，将输入到波长转换/整形单元的光信号的波长还原到劣化光信号的初始波长，再将脉冲整形后的信号输入到第三光放大单元放大，得到优化光信号。
2.根据权利要求1所述的一种提升光信号质量的多功能器件，其特征在于，所述的在线时钟提取单元是由第一偏振控制器、第二偏振控制器、复用器、解复用器、高非线性光纤、光隔离器、分光器、可调光纤延迟线、光电稳定控制模块组成的光纤环路；光纤环路在辅助光信号单元的配合下，循环发生两次非线性参量过程，最终在线提取出变换了波长的光时钟信号；
光信号在光纤环路的初次运行流程为：
辅助光信号单元输出的光信号经第一偏振控制器的偏振态控制后，与第一路光信号一起通过复用器的复用处理，再将复用器复用处理后的光信号耦合入高非线性光纤，在高非线性光纤内部激发出小功率的宽谱光；
宽谱光经过解复用器的解复用后，解复用出所需波长的光信号作为光时钟信号，并输入到可调光纤延迟线；
可调光纤延迟线通过对光时钟信号引入可调额外光相位差，调节光纤环的自由光谱区与光时钟信号的调制速率匹配，再将匹配调节后的光时钟信号依次通过分光器、光隔离器，经第二偏振控制器的偏振控制后送入到复用器；
光信号在光纤环路的循环运行流程为：
辅助光信号单元输出的光信号经第一偏振控制器的偏振态控制后，与第一路光信号和光时钟信号一起通过复用器的复用处理，再将复用器复用处理后的光信号耦合入高非线性光纤；
高非线性光纤内部各波长信号间发生两次非线性参量过程，并产生光相敏信号，再通过解复用器解复用出光时钟信号，同时解复用出作为反馈控制的光相敏信号；
将光相敏信号作为光电稳定控制模块的输入，通过光电稳定控制模块把光信号转换为电信号，再将电信号进行处理，输出一个反馈控制信号作用于可调光延迟线，使在线时钟单元不受外界环境的影响，当光时钟信号达到增益饱和后，通过分光器提取出在线光时钟信号。
3.根据权利要求1所述的一种提升光信号质量的多功能器件，其特征在于，所述的波长转换/整形单元与在线时钟提取单元共享相同的辅助光信号单元，通过合理安排多功能器件工作时内部各波长或频率间关系，使输入光信号与输出光信号的波长相等。
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