CN106972890B - 一种光控光pam信号再生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光控光PAM信号再生装置，包括功率适配单元、光时钟控制单元和PAM整形单元；其中，PAM整形单元为再生器的核心，由马赫‑曾德尔干涉仪MZI与高非线性光纤环NOLM组成，需要再生的劣化光PAM信号，先通过功率适配单元完成输入的劣化光PAM信号与PAM整形单元间的电平匹配，再调节光时钟控制单元输出的光时钟信号功率和时延以及MZI结构中的移相器，使PAM整形单元正常工作，通过改变NOLM结构中高非线性光纤的损耗系数、光纤长度、非线性系数等参数，以及MZI结构中前后耦合器的耦合系数，设计出不同电平数的PAM整形单元，进而完成劣化光PAM信号的再生；这样本发明能够执行再整形和再定时功能，具有再生电平数可灵活设计的优点。

Description

一种光控光PAM信号再生装置
技术领域
本发明属于光信息处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种光控光PAM信号再生装置。
背景技术
光纤通信系统中，光信号在传输过程中受到光纤色散、光纤非线性效应、光放大器的ASE噪声积累以及信道间的相互作用等因素影响，从而导致光信号的劣化，并最终限制了系统和网络的传输速率和距离。因此，需要对劣化信号进行再生处理。传统的光电光再生方式虽然已经相当成熟，但由于存在“电子瓶颈”，难以满足日益增长的更高速数据传输要求。光控光的全光再生技术被认为是解决这一问题的终极目标。
另一方面，随着云计算、大数据和移动互联等应用的蓬勃发展，核心网的传输带宽需求不断提升，信道容量对频谱效率提出了更高的要求。随着PAM格式的高阶调制信号在光纤通信系统、数据中心长距离光互联中越来越多的应用，很快就会面临着PAM信号全光再生的技术问题。目前，全光再生器设计方案大多是针对传统OOK信号的，不能用于PAM信号的再生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光控光PAM信号再生装置，通过对劣化光PAM信号进行再整形处理，得到再生后的高质量光PAM信号，具有结构简单、再生电平数可灵活设计的优势。
为实现上述发明目的，本发明一种光控光PAM信号再生装置，其特征在于，包括：功率适配单元、光时钟控制单元和PAM整形单元；
所述的功率适配单元对输入的劣化光PAM信号进行放大，使劣化光PAM信号的电平调整到PAM整形单元的正常工作点，再输入至PAM整形单元；
所述的光时钟控制单元包括光时钟信号产生模块、可调光纤延迟线和放大器；其中，光时钟信号产生模块又包括激光器光源、幅度调制器；
激光器光源输出连续光至幅度调制器,再利用电时钟信驱动幅度调制器，使幅度调制器输出光时钟信号，光时钟信号经过放大器放大后输入至可调光纤延迟线，并通过可调光纤延迟线调节光时钟信号的时延使其与输入至高非线性光纤环中的劣化光PAM信号同步，最后将同步后的光时钟信号耦合到高非线性光纤环中；
所述的PAM整形单元包括马赫-曾德尔干涉仪和高非线性光纤环；马赫-曾德尔干涉仪由耦合器C1和耦合器C2前后互连组成，在马赫-曾德尔干涉仪的上臂依次串联一光隔离器和一高非线性光纤环，其下臂串联一移相器；
耦合器C1接收到功率适配单元输出的劣化光PAM信号后，将其分成上、下两路，其中，上路光通过光隔离器输入至高非线性光纤环，并在高非线性光纤环中与来自光时钟控制单元的光时钟信号发生非线性效应，产生一个随着输入功率变化的非线性相移的光信号；下路光经过移相器，产生一个不依赖于输入功率的固定相移的光信号；上、下两路光信号耦合到耦合器C2中，并发生双光束干涉，耦合输出再生后的光PAM信号。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种光控光PAM信号再生装置，包括功率适配单元、光时钟控制单元和PAM整形单元；其中，PAM整形单元为再生器的核心，由马赫-曾德尔干涉仪MZI与高非线性光纤环NOLM组成，需要再生的劣化光PAM信号，先通过功率适配单元完成输入的劣化光PAM信号与PAM整形单元间的电平匹配，再调节光时钟控制单元输出的光时钟信号功率和时延以及MZI结构中的移相器，使PAM整形单元正常工作，通过改变NOLM结构中高非线性光纤的损耗系数、光纤长度、非线性系数等参数，以及MZI结构中前后耦合器的耦合系数，设计出不同电平数的PAM整形单元，进而完成劣化光PAM信号的再生；这样本发明能够执行再整形和再定时功能，具有再生电平数可灵活设计的优点。
附图说明
图1是发明一种光控光PAM信号再生装置的结构图；
图2是光时钟控光单元结构图；
图3是输入的劣化PAM信号波形图；
图4是时钟控制信号波形图；
图5是输出的再生PAM信号波形图；
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
为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：
PAM(Pulse Amplitude Modulation):幅度调制；
NOLM(Nonlinear fiber loop mirror)非线性光纤环境；
MZI(Mach-Zehnder interferometer)马赫-曾德尔干涉仪；
图1是发明一种光控光PAM信号再生装置的结构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种光控光PAM信号再生装置，包括：功率适配单元、光时钟控制单元和PAM整形单元；
其中，功率适配单元对输入的劣化光PAM信号进行放大，使劣化光PAM信号的电平调整到PAM整形单元的正常工作点，再输入至PAM整形单元；
如图2所示，光时钟控制单元包括光时钟信号产生模块、放大器和可调光纤延迟线；其中，光时钟信号产生模块又包括激光器光源、幅度调制器；
激光器光源输出连续光至幅度调制器，再利用电时钟信驱动幅度调制器，使幅度调制器输出光时钟信号，光时钟信号经过放大器放大后输入至可调光纤延迟线，并通过可调光纤延迟线调节光时钟信号的时延使其与输入至NOLM中的劣化光PAM信号同步，最后将同步后的光时钟信号耦合到NOLM中；
在本实施例中，光时钟控制单元与高非线性光纤环之间可增加一波分复用器，通过波分复用器将同步后的光时钟信号耦合到高非线性光纤环中；
光时钟控制单元生成光时钟信号的功率大小依赖于NOLM结构中的高非线性光纤的非线性系数及其长度；
光时钟控制单元的输出信号用于控制NOLM结构，通过适当调节光时钟控制单元输出的光时钟信号的功率和时延，能够实现光PAM信号的再生功能；
PAM整形单元包括马赫-曾德尔干涉仪MZI和高非线性光纤环NOLM；MZI由耦合器C1和耦合器C2前后互连组成，在MZI的上臂依次串联一光隔离器和一NOLM，其下臂串联一移相器；PAM整形单元的整形功能实现需要移相器与光时钟控制单元配合使用；
耦合器C1接收到功率适配单元输出的劣化光PAM信号后，将其分成上、下两路，其中，上路光通过光隔离器输入至NOLM，并在NOLM中与来光时钟控制单元的光时钟信号发生非线性效应，产生一个随着输入功率变化的非线性相移的光信号；下路光经过移相器，产生一个不依赖于输入功率的固定相移的光信号；上、下两路光信号耦合到耦合器C2中，并发生双光束干涉，耦合输出再生后的光PAM信号。
在本实施例中，通过改变NOLM结构中高非线性光纤的损耗系数、光纤长度、非线性系数等参数，以及MZI结构中前后耦合器的耦合系数和移相器，可以设计出具有不同再生电平数的光控光PAM信号再生器。
实例
下面通过举例对本发明进行进一步的详细说明。
设输入的劣化光PAM信号如图3所示，其满足：符号速率为10G baud，占空比为0.5，各电平功率分别为0.375W、0.625W、0.875W、1.125W,平均归一化幅度噪声抖动
PAM整形单元的结构为图1所示结构，在本实施例中，为实现上述4电平劣化光PAM信号的整形，我们选取损耗系数为α＝0.21km-1、非线性系数为γ＝12W-1/km的高非线性光纤，在此基础上其它的优化参数采用光纤长度L＝3km、移相器Δφ＝3/2π、前后耦合器的系数分别为ρ1＝5.90％和ρ2＝98.95％。在上述PAM整形单元的优化参数下，该PAM整形单元能够对功率分别为0.75W、1.25W、1.75W和2.25W的四个电平劣化光PAM信号执行整形功能。
光时钟控制单元的结构为图2所示结构，在本实施案例中，光时钟控制单元输出的光时钟信号为周期性RZ方波脉冲信号，如图4所示，为了使PAM整形单元能够执行整形功能，光时钟控制单元输出的光时钟控制信号脉冲的峰值功率应设置为0.353W，占空比等于0.5。
功率适配单元的增益调节到G＝2时，可使劣化光PAM信号的四个电平0.375W、0.625W、0.875W、1.125W放大至PAM整形单元的输入电平0.75W、1.25W、1.75W和2.25W，从而执行劣化光PAM信号的再生功能。
利用如图1所示的一种光控光PAM信号再生装置，其再生功能的具体执行流程如下：输入电平分别为0.375W、0.625W、0.875W、1.125W的劣化光PAM信号，首先经过增益为G＝2的功率适配单元，将功率调整到PAM整形单元的工作点；功率匹配后的PAM信号通过耦合系数为5.90％的前置耦合器C1,再将劣化光PAM信号分成上、下两路，上路光在NOLM中与来自光时钟控制单元的光时钟信号发生非线性效应，产生一个随输入功率变化的非线性相移的光，在本实施例中，来自光时钟控制单元的光时钟信号通过波分复用器耦合到NOLM中，其中，光时钟信号为峰值功率等于0.353W、占空比等于0.5的RZ方波脉冲；下路光经过移相器，产生一个不依赖于输入功率的固定相移3π/2的光；最后，两路光在耦合器C2中发生双光束干涉，耦合输出再生后的光PAM信号，如图5所示，由图5中波形图可以看出，每个电平上的噪声得到了不同程度的抑制；同时，由于光时钟控制单元输出的是光时钟信号，在其控制下该光控光PAM信号再生装置输出的再生信号也经过了再定时过程。
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)

1.一种光控光PAM信号再生装置，其特征在于，包括：功率适配单元、光时钟控制单元和PAM整形单元；
所述的功率适配单元对输入的劣化光PAM信号进行放大，使劣化光PAM信号的电平调整到PAM整形单元的正常工作点，再输入至PAM整形单元；
所述的光时钟控制单元包括光时钟信号产生模块、可调光纤延迟线和放大器；其中，光时钟信号产生模块又包括激光器光源和幅度调制器；
激光器光源输出连续光至幅度调制器，再利用电时钟信号驱动幅度调制器，使幅度调制器输出光时钟信号，光时钟信号经过放大器放大后输入至可调光纤延迟线，并通过可调光纤延迟线调节光时钟信号的时延使其与输入至高非线性光纤环中的劣化光PAM信号保持同步，最后将同步后的光时钟信号耦合到高非线性光纤环中；
所述的PAM整形单元包括马赫-曾德尔干涉仪和高非线性光纤环；马赫-曾德尔干涉仪由耦合器C1和耦合器C2前后互连组成，在马赫-曾德尔干涉仪的上臂依次串联一光隔离器和一高非线性光纤环，其下臂串联一移相器；
耦合器C1接收到功率适配单元输出的劣化光PAM信号后，将其分成上、下两路，其中，上路光通过光隔离器输入至高非线性光纤环，并在高非线性光纤环中与来自光时钟控制单元的光时钟信号发生非线性效应，产生一个随着输入功率变化的非线性相移的光信号；下路光经过移相器，产生一个不依赖于输入功率的固定相移的光信号；上、下两路光信号耦合到耦合器C2中，并发生双光束干涉，耦合输出再生后的光PAM信号。
2.根据权利要求1所述的一种光控光PAM信号再生装置，其特征在于，所述的光时钟控制单元与高非线性光纤环之间可增加一波分复用器，通过波分复用器将同步后的光时钟信号耦合到高非线性光纤环中。
3.根据权利要求1所述的一种光控光PAM信号再生装置，其特征在于，所述的光时钟控制单元生成光时钟信号的功率大小依赖于高非线性光纤环结构中的高非线性光纤的非线性系数及其长度。
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