CN106970500A

CN106970500A - 一种降低偏振复用信号串扰的全光波长变换装置及方法

Info

Publication number: CN106970500A
Application number: CN201710352202.6A
Authority: CN
Inventors: 周慧; 曾羽婷; 万求真
Original assignee: Hunan Normal University
Current assignee: Hunan Normal University
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-07-21

Abstract

本发明公开一种降低偏振复用信号串扰的全光波长变换装置及方法。本发明采用偏振分集的结构，基于正交泵浦方式的四波混频效应，利用偏振分束器分别将两个泵浦光和信号光都分成两个相互正交的偏振模，再采用光耦合器分别将相互正交的两个泵浦光和与第一泵浦光同偏振态的信号光耦合在一起，分别作为每个半导体光放大器的输入信号，在每个半导体光放大器中独立的实现每个偏振方向上信号的波长变换，降低复用信道间串扰带来的损伤，提高了波长变换系统的性能。

Description

一种降低偏振复用信号串扰的全光波长变换装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种降低偏振复用信号串扰的全光波长变换装置及方法。

背景技术

随着云计算、网络电视和多点视频会议等业务以及物联网的高速发展，通信网络业务容量爆炸性增长。密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）技术已经在光纤通信中应用，使得通信骨干传送网具有很高的频谱效率。为了提高波分复用通信网络的容量，以及增进网络间的信息的交换，需要在光网络节点处采用波长变换（Wavelength Conversion，WC）技术，解决波长竞争和网络拥塞的问题。在现在的光通信网中，传输部分是在光域里完成的，节点处的路由和交换采用电的方式。但当网络业务量和传输速率迅速提高时，光-电-光方式会带来巨大的能耗并受到电子瓶颈现的限制。为了解决这个问题，引入了光子技术，即在光域上将一个波长信道的信息转换到空闲的一个或多个波长上完成信号的波长变换。全光波长变换可以实现灵活的波长分配和选路，使得网络管理更便捷、更智能。

全光波长变换有很多种实现方式，包括利用非线性介质如半导体光放大器（SOA）或者高非线性光纤（HNLF）中的交叉相位调制（XPM）效应、交叉增益调制（XGM）效应和四波混频（FWM）效应，利用电吸收调制器（EAM）中的交叉吸收调制（XAM）效应，利用DFB激光器中饱和吸收效应的全光波长变换。其中，四波混频效应产生的光波保留了信号光的相位和幅度信息，是目前惟一能够实现严格透明的波长变换技术。四波混频过程可以在半导体光放大器和高非线性光纤中实现。相对基于高非线性光纤中的FWM效应，基于半导体光放大器中FWM效应的全光波长变换技术具有响应时间短，不受光纤色散影响和易于系统集成的优点。

为满足传送网对大容量传输的需求，增加单波通信速率成为扩容的另一个重要手段。偏振复用技术通过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，在不需要更改原有的网络结构的同时，可以平滑的将通信系统中每个信道的数据速率提高一倍。同样，在光交换网的光传输节点处，也需要对偏振复用信号进行全光波长变换。

目前，对偏振复用信号进行全光波长变换研究多是实验方面的报道。经对现有文献的检索发现，Giampiero Contestabile等人在Journal of Lightwave Technology，27（1）: 94256-4261, 2009上发表论文“Investigation of transparency of FWM in SOAto advanced modulation formats involving intensity phase, and polarizationmultiplexing”，中指出了偏振复用信号全光波长变换的过程中存在信道间的串扰。然而，文献中并没有提出具体的降低串扰的优化方案。由于实际应用中的SOA其波导结构是各向异性的，自身存在双折射现象。而在偏振复用系统中，输入任意偏振方向的光场，都可以分成两个部分：与波导方向平行的电磁波（TE模）和垂直于波导方向的电磁波（TM模）。双折射效应将导致TE模和TM模折射率的差异，从而引起两种模式之间的相对相移。因此，当携带偏振复用信号的光波经过半导体光放大器传输后，两个偏振态就会发生模式间相移引起的偏振旋转。在接收端，经过光电检测后，相位旋转引起的串扰则会转换成强度噪声。

发明内容

本发明针对上述情况，提出了一种降低偏振复用信号串扰的全光波长变换装置及方法。本发明基于正交泵浦方式的四波混频效应，采用偏振分集的结构，在两个半导体光放大器中分别独立的实现每个偏振方向上信号的波长变换，可以消除偏振旋转带来的偏振复用信号间的串扰，优化系统的性能。

本发明采用以下具体技术方案实现：

本发明提出的降低偏振串扰的全光波长变换装置包括：第一激光源、第二激光源、第三激光源、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一马赫-曾德尔调制器、第二马赫-曾德尔调制器、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第一可调谐光滤波器、第二可调谐光滤波、第一光电检测器、第二光电检测器。

所述第一激光源（LD1）的输出端连接所述第一偏振控制器（PC1）的输入端；所述第一偏振控制器的输出端连接所述第一偏振分束器的输入端；所述第二激光源（LD2）的输出端连接所述第二偏振控制器（PC2）的输入端；所述第二偏振控制器的输出端连接所述第二偏振分束器的输入端；所述第三激光源（LD3）的输出端连接所述第三偏振控制器的输入端；所述第三偏振控制器（PC3）的输出端连接所述第三偏振分束器的输入端；所述第三偏振控制器的两个输出端口分别连接所述第一马赫-曾德尔调制器（MZM1）和所述第二马赫-曾德尔调制器（MZM2）的输入端；所述第一基带信号(Data1)和第二基带信号(Data2)分别通过所述第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器进行电光调制；所述第一偏振分束器的第一输出端口通过所述第一光耦合器（OC1）连接所述第二偏振分束器的第二输出端口；所述第一偏振分束器的第二输出端口通过所述第二光耦合器（OC2）连接所述第二偏振分束器的第一输出端口；所述第二马赫-曾德尔调制器的输出端口通过所述第三光耦合器（OC3）连接所述第二光耦合器输出端口；所述第一马赫-曾德尔调制器的输出端口通过所述第四光耦合器（OC4）连接所述第一光耦合器输出端口；所述第三光耦合器（OC3）输出端口连接所述第一半导体光放大器（SOA1）的输入端；所述第四光耦合器输出端口连接所述第二半导体光放大器（SOA2）的输入端；所述第一半导体光放大器输出端口连接所述第一可调谐光滤波器（TOF1）的输入端；所述第二半导体光放大器输出端口连接所述第二可调谐光滤波器（TOF2）的输入端；所述第一可调谐光滤波器（TOF1）的输出端口连接所述第一光电检测器（PD1）；所述第二可调谐光滤波器（TOF2）的输出端口连接所述第二光电检测器（PD2）。

本发明提出的降低偏振串扰的全光波长变换方法包括以下步骤：

步骤一、第一激光源输出频率为的连续光波，输入所述第一偏振控制器，调节所述第一偏振控制器使光波的偏振态与所述第一偏振分束器的主轴成45°夹角，被所述第一偏振分束器分成偏振态相互正交（x方向和y方向）的两路光波后，分别由所述第一马赫-曾德尔调制器和所述第二马赫-曾德尔调制器将第一基带信号（Data1）和第二基带信号（Data2）调制到两路相互正交的光波上,产生偏振复用信号光；

步骤二、第二激光源输出频率为的连续光波作为第一泵浦光输入到所述第二偏振控制器，由所述第二偏振控制器调节光波的偏振态与所述第二偏振分束器的主轴成45°夹角，被所述第二偏振分束器分成偏振态相互正交（x方向和y方向）的两路光波；第三激光源输出频率为的连续光波作为第二泵浦光输入到所述第三偏振控制器，由所述第三偏振控制器调节光波的偏振方向与所述第三偏振分束器的主轴成45°夹角，被所述第三偏振分束器分成偏振态相互正交（x方向和y方向）的两路光波；

步骤三、通过所述第一光耦合器将所述第一偏振分束器的第一输出端口的输出（x方向的光波）与所述第二偏振分束器的第二输出端口的输出（y方向的光波）耦合；通过所述第二光耦合器将所述第一偏振分束器的第二输出端口的输出（y方向的光波）与所述第二偏振分束器的第一输出端口的输出（x方向的光波）耦合；通过所述第三光耦合器将所述第二马赫-曾德尔调制器的输出端口的输出（y方向的光波）与所述第二光耦合器的输出耦合；通过所述第四光耦合器将所述第一马赫-曾德尔调制器的输出（x方向的光波）与所述第一光耦合器的输出耦合；

步骤四、所述第三光耦合器的输出送入所述第一半导体光放大器进行波长变换，经过四波混频的作用产生频率为的携带第二基带信号（Data2）的转换光；所述第四光耦合器的输出送入所述第二半导体光放大器的输入端进行波长变换，经过四波混频的作用产生频率为的携带第一基带信号（Data1）的转换光；

步骤五、所述第一半导体光放大器的输出送入所述第一可调谐光滤波器的输入端，频率为的携带第二基带信号（Data2）的转换光被滤取后送入所述第一光电检测器进行光电检测；所述第二半导体光放大器输出送入所述第二可调谐光滤波器的输入端，频率为的携带第一基带信号（Data1）的转换光被滤取后送入所述第二光电检测器进行光电检测。

附图说明

图 1 为本发明的结构示意图；

图2为本发明波长变换后的光谱图；图3是本发明波长变换后转换光上两个偏振态的信号眼图；从图3可以看出产生了频率为193.34THz转换光；图4是根据文献【GiampieroContestabile，“Investigation of Transparency of FWM in SOA to AdvancedModulation Formats Involving Intensity Phase, and Polarization Multiplexing”，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，27（1）: 4256-4261, 2009】中波长变换系统得到的转换光上两个偏振态的信号眼图。

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。

如图 1 所示，本实施例中，装置包括：激光源、偏振控制器、马赫-曾德尔调制器、光耦合器、半导体光放大器、偏振分束器、可调谐光滤波器、光电检测器。

本实例中，方法的具体实施步骤是：

步骤一、第一激光源（LD1）输出频率为193.1THz的连续光波作为信号光输入到所述第一偏振控制器（PC1），由所述第一偏振控制器调节光波的偏振方向与所述第一偏振分束器的主轴成45°夹角，被所述第一偏振分束器分成偏振态相互正交（x方向和y方向）的两路光波，并分别送入所述第一马赫-曾德尔调制器（MZM1）和所述第二马赫-曾德尔调制器（MZM2），数据速率为2.5Gb/s的第一基带信号和数据速率为2.5Gb/s的第二基带信号分别经过所述第一马赫-曾德尔调制器和所述第二马赫-曾德尔调制器调制到两路相互正交的光波上，产生5Gb/s的偏振复用信号光；

步骤二、第二激光源（LD2）输出频率为193.2THz的连续光波作为第一泵浦光输入到所述第二偏振控制器（PC2），由所述第二偏振控制器调节光波的偏振方向与所述第二偏振分束器（PBS2）的主轴成45°夹角，被所述第二偏振分束器分成偏振态相互正交（x方向和y方向）的两路光波；第三激光源（LD3）输出频率为193.24THz的连续光波作为第二泵浦光输入所述第三偏振控制器（PC3），由所述第三偏振控制器调节光波的偏振方向与所述第三偏振分束器的主轴成45°夹角，被所述第三偏振分束器分成偏振态相互正交（x方向和y方向）的两路光波；

步骤三、通过所述第一光耦合器（OC1）将所述第一偏振分束器的第一输出端口的输出（x方向的光波）与所述第二偏振分束器的第二输出端口的输出（y方向的光波）耦合；通过所述第二光耦合器（OC2）将所述第一偏振分束器的第二输出端口的输出（y方向的光波）与所述第二偏振分束器的第一输出端口的输出（x方向的光波）耦合；通过所述第三光耦合器（OC3）将所述第二马赫-曾德尔调制器（MZM2）的输出端口的输出与所述第二光耦合器的输出耦合；通过所述第四光耦合器将所述第一马赫-曾德尔调制器（MZM1）的输出与所述第一光耦合器的输出耦合；

步骤四、所述第三光耦合器（OC3）的输出送入所述第一半导体光放大器（SOA1）进行波长变换，所述第一半导体光放大器的注入电流设置为0.35A，经过四波混频后产生频率为193.34THz的携带第二基带信号（Data2）的转换光；所述第四光耦合器（OC4）的输出送入所述第二半导体光放大器（SOA2）进行波长变换，所述第二半导体光放大器的注入电流设置为0.35A，经过四波混频后产生频率为193.34THz的携带第一基带信号（Data1）的转换光；

步骤五、所述第一半导体光放大器（SOA1）的输出送入所述第一可调谐光滤波器（TOF1）的输入端，频率为193.34THz的携带第二基带信号（Data2）的转换光被滤取后送入所述第一光电检测器（PD1）进行光电检测；所述第二半导体光放大器的输出送入第二可调谐光滤波器（TOF2）的输入端，频率为193.34THz的转换光信号被滤取后送入所述第二光电检测器（PD2）进行光电检测。

图2为本发明波长变换后的光谱图；图3是本发明波长变换后转换光上两个偏振态的信号眼图；从图3可以看出产生了频率为193.34THz转换光；图4是根据文献【GiampieroContestabile，“Investigation of Transparency of FWM in SOA to AdvancedModulation Formats Involving Intensity Phase, and Polarization Multiplexing”，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，27（1）: 4256-4261, 2009】中波长变换系统得到的转换光两个偏振态上的信号眼图。图2（b）中转换光信号眼图的“眼皮”要薄一些，图2（c）中转换光信号眼图的“眼皮”要厚一些, 这表示图2（c）中的转换光信号中噪声较大，这些噪声来自于偏振复用信号间的串扰。从图2（b）和图2（c）对比可以看出，采用本发明的装置和方法得到的信号眼图质量更好，系统性能得到提升。

主要技术优势

本发明采用偏振分集的结构，利用偏振分束器分别将两个泵浦光和信号光都分成相互正交的偏振模，在每个半导体光放大器中独立的实现一个偏振方向上信号的波长变换，降低复用信道间串扰带来的损伤，提高了波长变换系统的性能。

Claims

1.一种降低偏振串扰的全光波长变换装置包括：第一激光源、第二激光源、第三激光源、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第一数据信号、第二数据信号、第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一马赫-曾德尔调制器、第二马赫-曾德尔调制器、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第一可调谐光滤波器、第二可调谐光滤波、第一光电检测器、第二光电检测器，其特征在于：所述第一激光源（LD1）的输出端连接所述第一偏振控制器（PC1）的输入端；所述第一偏振控制器的输出端连接所述第一偏振分束器的输入端；所述第二激光源（LD2）的输出端连接所述第二偏振控制器（PC2）的输入端；所述第二偏振控制器的输出端连接所述第二偏振分束器的输入端；所述第三激光源（LD3）的输出端连接所述第三偏振控制器的输入端；所述第三偏振控制器（PC3）的输出端连接所述第三偏振分束器的输入端；所述第三偏振控制器的两个输出端口分别连接所述第一马赫-曾德尔调制器和所述第二马赫-曾德尔调制器的输入端；所述第一基带数据（Data1）和第二基带数据（Data2）分别通过所述第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器进行电光调制；所述第一偏振分束器的第一输出端口通过所述第一光耦合器（OC1）连接所述第二偏振分束器的第二输出端口；所述第一偏振分束器的第二输出端口通过所述第二光耦合器（OC2）连接所述第二偏振分束器的第一输出端口；所述第二马赫-曾德尔调制器（MZM2）的输出端口通过所述第三光耦合器（OC3）连接所述第二光耦合器输出端口；所述第一马赫-曾德尔调制器（MZM1）的输出端口通过所述第四光耦合器（OC4）连接所述第一光耦合器输出端口；所述第三光耦合器（OC3）输出端口连接所述第一半导体光放大器（SOA1）的输入端；所述第四光耦合器输出端口连接所述第二半导体光放大器（SOA2）的输入端；所述第一半导体光放大器输出端口连接所述第一可调谐光滤波器（TOF1）的输入端；所述第二半导体光放大器输出端口连接所述第二可调谐光滤波器（TOF2）的输入端；所述第一可调谐光滤波器（TOF1）的输出端口连接所述第一光电检测器（PD1）；所述第二可调谐光滤波器（TOF2）的输出端口连接所述第二光电检测器（PD2）。

2.一种降低偏振串扰的全光波长变换装置全光波长变换方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求 2 所述的一种降低偏振串扰的全光波长变换装置全光波长变换方法，其特征在于，所述步骤二中分别利用第二偏振分束器和第三偏振分束器将第一泵浦光和第二泵浦光分成偏振态相互正交的两路光波。

4.如权利要求 2 所述的一种降低偏振串扰的全光波长变换装置全光波长变换方法，其特征在于，所述步骤三和步骤四中分别利用第三光耦合器和第四光耦合器将相互正交的两个泵浦光（和）和与第一泵浦光同偏振态的信号光（）耦合在一起，分别送入第一半导体光放大器和第二半导体光放大器；在每个半导体光放大器中独立的实现一个偏振方向上信号的波长变换，降低复用信道间串扰带来的损伤。