CN108075832A - 一种pam信号全光再生的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PAM信号全光再生的装置及方法,通过多个PAM信号全光再生单元的重复使用来实现PAM信号全光的再生,具体讲,通过NOLM的非线性效应,使得其输入输出功率转移函数符合阶梯函数,这样输入的功率,其由噪声等造成的抖动,在输出端会变得平滑,该过程在全光域实现,因此不影响传输速率,能适应现如今的高速传输系统。

Description

一种PAM信号全光再生的装置及方法
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PAM信号全光再生的装置及方法。
背景技术
在光纤通信系统中,ASE噪声、光纤色散、光纤非线性效应等,会造成光信号的劣化,它们会使得信号强度产生抖动甚至畸变,从而影响判决。对信号的幅度噪声进行抑制的过程称为整形再生技术,它经历了全电域处理、光/电/光处理和全光域处理三个发展阶段。全光整形再生技术可以避免“电子瓶颈”问题,成为近年来研究的重点。
PAM作为下一代数据中心高速信号互连的一种热门信号传输技术,已广泛应用于200G/400G接口的电信号或光信号传输。目前,单波长PAM-4调制信号格式已成为数据中心实现100G传输的标准。早期的100G光收发器采用NRZ信号调制方案,现在更多地是采用PAM-4信号,这样每个符号周期内可以传输2bit的信息量,换句话说,实现同样的信号传输能力,PAM-4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可,从而降低了系统对信道的传输带宽要求。另一方面,PAM信号在传输过程中,会出现幅度抖动,从而使信号逐步劣化最终影响判决,因此需要在出现误码前对其进行全光再生。
现有的全光PAM再生方案主要有非线性光纤光栅、单一非线性光环形镜、基于高非线性光纤的马赫-曾德尔干涉仪等结构,它们存在噪声容限较低、要么可实现的再生电平数量有限、要么工作稳定性较差等问题。
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PAM信号全光再生的装置及方法,通过多个PAM信号全光再生单元级联来实现多电平信号再生,具有结构简单、方便设计、易于实现等特点。
为实现上述发明目的,本发明一种PAM信号全光再生的装置,其特征在于,包括:连接输入匹配光放大器和输出匹配光放大器的多个PAM信号全光再生单元,用于实现PAM信号全光的再生;
其中,最后一个PAM信号全光再生单元仅光隔离器和NOLM,其余每个PAM信号全光再生单元均包括光隔离器、NOLM、级间匹配光放大器,再将所有的PAM信号全光再生单元进行级联;
当输入信号输入到输入匹配光放大器后,将输入信号的功率适配到第一级PAM信号全光再生单元中NOLM的工作点,然后输入匹配光放大器的输出信号经过光隔离器注入到NOLM中,光隔离器阻止了NOLM的反射光,随后信号光从NOLM出来经过级间匹配放大器再匹配,进入下一级PAM信号全光再生单元,并重复上述过程,直到最后一级PAM信号全光再生单元输出,其输出的信号光通过输出匹配放大器放大到合适的功率,从全光再生装置中输出。
本发明的发明目的是这样实现的:
本发明一种PAM信号全光再生的装置及方法,通过NOLM的非线性效应,使得其输入输出功率转移函数符合阶梯函数,这样输入的功率,其由噪声等造成的抖动,在输出端会变得平滑,该过程在全光域实现,因此不影响传输速率,能适应现如今的高速传输系统。
同时,本发明一种PAM信号全光再生的装置及方法还具有以下有益效果:
(1)、与现有技术相比,通过若干个结构简单且相同的重复再生单元,即可实现多电平信号的幅度再生,且效果较好,噪声容限大;
(2)、结构简单,只是用了若干放大器和NOLM等简单的光学设备,参数明确,方便设计,易于实现;
(3)、通过级联参数不同的NOLM可以实现任意阶PAM信号的再生,需要调整的参数统一,操作简单,可改进余地大。
附图说明
图1是本发明一种PAM信号全光再生的装置原理图。
图2是典型的NOLM输入、输出功率转移曲线。
图3是本发明的NOLM的功率转移曲线,微分增益曲线,以及整形工作点。
图4是实例1的PAM-4再生器的结构。
图5是实例1的第一级NOLM的工作点相关的曲线。
图6是实例1的第二级NOLM的工作点相关的曲线。
图7是实例1的输入信号带噪声电平示意图。
图8是实例1的第一级NOLM的输出信号电平图。
图9是实例1的第二级NOLM的输出信号电平图。
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):脉幅调制;
NOLM(Nonlinear optical fiber loop mirror):非线性光纤环镜;
ASE(Amplified Spontaneous Emission):放大自发辐射。
图1是本发明一种PAM信号全光再生的装置原理图。
在本实施例中,如图1所示,本发明一种PAM信号全光再生的装置,包括:连接输入匹配光放大器和输出匹配光放大器的多个PAM信号全光再生单元,用于实现PAM信号全光的再生;
其中,如图1所示,最后一个PAM信号全光再生单元仅光隔离器和NOLM,其余每个PAM信号全光再生单元均包括光隔离器、NOLM、级间匹配光放大器,再将所有的PAM信号全光再生单元进行级联。
下面我们结合图1对该装置进行详细说明:
当输入信号输入到输入匹配光放大器后,将输入信号的功率适配到第一级PAM信号全光再生单元中NOLM的工作点,然后输入匹配光放大器的输出信号经过光隔离器注入到NOLM中,光隔离器阻止了NOLM的反射光,随后信号光从NOLM出来经过级间匹配放大器再匹配,进入下一级PAM信号全光再生单元,并重复上述过程,直到最后一级PAM信号全光再生单元输出,其输出的信号光通过输出匹配放大器放大到合适的功率,从全光再生装置中输出。
其中,NOLM由耦合效率可变的光耦合器和一段高非线性光纤组成;
光耦合器将注入到NOLM的光信号分成顺时针方向和逆时针方向传输的两束光,分别经高非线性光纤传输后再由光耦合器的两个端口干涉输出,它的一个端口与光隔离器相连接,避免输出光形成反射;另一个端口与级间匹配光放大器或输出匹配光放大器连接(这里指最后一级中与输出匹配光放大器连接),是实现再生功能的有效信号光;其中,通过调节光耦合器的耦合效率和高非线性光纤的长度,可以改变工作点和噪声容限。
在本实施例中,由于各级NOLM具有不同的再生特性,因此可以按照再生效果好的工作点电平大小顺序进行级联,而前后两级NOLM工作点之间的一一对应又可以借助于每级NOLM的归一化功率转移曲线来完成;
其中,NOLM的归一化功率转移曲线pout=f(pin)由实际输出功率Pout随输入功率Pin的变化得到,输入和输出功率的归一化过程依赖于注入到该NOLM的PAM信号电平间隔P0以及该NOLM结构的线性增益G0,即pin=Pin/P0,pout=Pout/(G0P0);其中,f()表示函数,G0由NOLM的输入输出功率转移特性确定,它取决于组成NOLM的波导损耗和光耦合器分光比,与波导材料的非线性无关。
在本实施例中,如图2所示,微分增益曲线的极小值点即为工作点,各工作点之间的间隔即为电平间距P0。根据上述功率归一化关系,所确定的归一化功率转移曲线如图3所示,这样,工作点对应的归一化输入和输出功率分别在1、2、3……附近,不受级间匹配光放大器增益大小的影响,便于前后两级NOLM工作点之间的一一对应。于是NOLM再生工作点和噪声容限可分别通过微分增益曲线和归一化功率转移曲线确定。
下面我们对NOLM再生工作点和噪声容限的确定方法进行说明:首先用NOLM的归一化功率转移函数定义归一化微分增益微分增益的极小值点即为工作点,如图3所示;在归一化功率转移曲线上画出通过每个工作点的一条斜率为1的直线,在该工作点附近,该直线与归一化功率转移曲线有左右两个交点,两者之间的范围对应于该工作点处的噪声容限,如图3所示。由图3可以看出,图中归一化电平2处的再生效果最好。
下面我们对一种PAM信号全光再生的方法进行详细说明,包括以下步骤:
S1、输入PAM光信号至输入匹配光放大器,确定PAM光信号的功率电平和噪声大小,将输入的PAM光信号的功率适配到第一级PAM信号全光再生单元中NOLM的工作点,完成第一级NOLM再生工作点和噪声容限的设置;
此处是先确定输入信号的功率和信噪比,将其记录,作为随后设置其他参数的依据。
S2、采用归一化功率转移方法完成前后两级NOLM工作点的一一对应,各级NOLM按照再生效果好的工作点电平大小进行顺序级联;
对单一NOLM的归一化功率转移函数求导可得到归一化微分增益函数,根据增益函数值的大小就可以评价再生效果。
S3、根据前级NOLM的线性增益,依次确定两级NOLM之间光放大器的增益大小;
通过计算得到前级NOLM的输出功率,由于信号的功率需要满足一定的大小,所以据此得到级间光放大器的放大增益;
S4、根据步骤S1~S3设定的第一级NOLM参数和级间放大器增益,确定第二级NOLM的具体参数;
根据级间光放大器的输出功率,将其变为第二级NOLM的输入功率,再次进行NOLM的参数设置,并根据输出功率确定该NOLM后的级间光放大器的增益;
S5、重复步骤S1~S4,依次确定后面各级NOLM的参数和级间匹配光放大器的增益,最终完成整个PAM信号全光再生装置的设计。
实例1—PAM-4信号的幅度再生
根据PAM-4幅度再生的实际需求,采用两级NOLM实现,具体结构如图4所示。假设从输入匹配光放大器输出的PAM-4信号电平间隔为0.27W,通过调节第一级NOLM的参数与之匹配。具体采用衰减系数为0.21dB/km、非线性系数均为14/W/km的2km长的高非线性光纤组成第一级NOLM,其中的光耦合器直通效率为0.96。图5是第一级NOLM的归一化功率转移曲线,对应的工作点也在图中标出。
然后设计第二级NOLM的参数,使其归一化工作点与与第一级NOLM的归一化工作点一一对应。若采用相同参数的高非线性光纤,则第二级的光耦合器的直通效率应设为0.9。图6是第二级NOLM的归一化功率转移曲线。
根据图5和图6所示的两个NOLM的归一化功率转移曲线以及微分增益曲线的极小值点,可确定以绝对功率单位所表示的工作点,再根据第一级NOLM的输出与第二级NOLM的输入之间的功率关系,确定了级间匹配放大器的增益为2.48dB。
设输入的PAM光信号经过输入匹配光放大器后的电平功率分别为0.27W、0.54W、0.81W、1.08W,具有18.55dB的输入光信噪比,如图7所示。这4个电平分别与第一级NOLM的工作点对准,处于每个整形区间的中央。从第一级NOLM输出的PAM信号波形如图8所示。第一级NOLM的作用是完成高电平部分的初次整形,为下一级整形低电平和高电平的再次整形做好准备。
在增益为2.48dB的级间匹配放大器的作用下,第一级NOLM输出的PAM信号电平与第二级NOLM完成适配。然后进入第二级NOLM,进行二次整形。第二级NOLM输出的PAM信号电平如图9所示。比较图7和图8,可以看出,所设计的两级NOLM再生器能够很好地完成PAM-4信号的全部4个电平的全光再生。此时,整形输出的PAM信号信噪比为27.41dB,比输入的劣化信号信噪比提升了8.86dB。
综上所述,本发明公开的PAM信号全光再生的装置,先将原来输入的劣化PAM信号经过输入匹配光放大器的放大,完成输入信号与第一级NOLM工作点匹配;然后根据归一化功率转移曲线及其工作点,完成后面各级NOLM重复单元的设计,根据各级NOLM的实际物理参数,完成级间匹配光放大器的增益设置;最后,通过设置输入匹配光放大器的增益,使整形后的PAM再生信号满足光传输系统的功率预算。
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 (4)

1.一种PAM信号全光再生的装置,其特征在于,包括:连接输入匹配光放大器和输出匹配光放大器的多个PAM信号全光再生单元,用于实现PAM信号全光的再生;
其中,最后一个PAM信号全光再生单元仅光隔离器和NOLM,其余每个PAM信号全光再生单元均包括光隔离器、NOLM、级间匹配光放大器,再将所有的PAM信号全光再生单元进行级联;
当输入信号输入到输入匹配光放大器后,将输入信号的功率适配到第一级PAM信号全光再生单元中NOLM的工作点,然后输入匹配光放大器的输出信号经过光隔离器注入到NOLM中,光隔离器阻止了NOLM的反射光,随后信号光从NOLM出来经过级间匹配放大器再匹配,进入下一级PAM信号全光再生单元,并重复上述过程,直到最后一级一级PAM信号全光再生单元输出,其输出的信号光通过输出匹配放大器放大到合适的功率,从全光再生装置中输出。
2.根据权利要求1所述的PAM信号全光再生的装置,其特征在于,所述NOLM由耦合效率可变的光耦合器和一段高非线性光纤组成;
光耦合器将注入到NOLM的光信号分成顺时针方向和逆时针方向传输的两束光,分别经高非线性光纤传输后再由光耦合器的两个端口干涉输出,它的一个端口与光隔离器相连接,避免输出光形成反射;另一个端口与级间匹配光放大器或输出匹配光放大器连接,是实现再生功能的有效信号光;其中,通过调节光耦合器的耦合效率和高非线性光纤的长度,可以改变工作点和噪声容限。
3.根据权利要求1所述的PAM信号全光再生的装置,其特征在于,所述的PAM信号全光再生单元进行级联时,按照各级NOLM中再生效果好的工作点电平大小顺序进行级联,前后两级NOLM工作点之间的一一对应借助于每级NOLM的归一化功率转移曲线完成;
其中,NOLM的归一化功率转移曲线pout=f(pin)由实际输出功率Pout随输入功率Pout的变化得到,输入和输出功率的归一化过程依赖于注入到该NOLM的PAM信号电平间隔P0以及该NOLM结构的线性增益G0,即pin=Pin/P0,pout=Pout/(G0P0);其中,f()表示函数,G0由NOLM的输入输出功率转移特性确定,它取决于组成NOLM的波导损耗和光耦合器分光比,与波导材料的非线性无关。
4.一种利用权利要求1所述的PAM信号全光再生装置进行全光再生的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、输入PAM光信号至输入匹配光放大器,确定PAM光信号的功率电平和噪声大小,将输入的PAM光信号的功率适配到第一级PAM信号全光再生单元中NOLM的工作点,完成第一级NOLM再生工作点和噪声容限的设置;
(2)、采用归一化功率转移方法完成前后两级NOLM工作点的一一对应,各级NOLM按照再生效果好的工作点电平大小进行顺序级联;
(3)、根据前级NOLM的线性增益,依次确定两级NOLM之间光放大器的增益大小;
(4)、根据步骤(1)~(3)设定的第一级NOLM参数和级间放大器增益,确定第二级NOLM的具体参数;
(5)、重复步骤(1)~(4),依次确定后面各级NOLM的参数和级间匹配光放大器的增益,最终完成整个PAM信号全光再生装置的设计。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109004985A (zh) * 2018-07-24 2018-12-14 电子科技大学 一种反射式mzi结构的全光pam再生器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1883140A (zh) * 2003-09-17 2006-12-20 M通讯有限公司 用于高比特率传输系统的光信号再生器
CN106972890A (zh) * 2017-03-10 2017-07-21 电子科技大学 一种光控光pam信号再生装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1883140A (zh) * 2003-09-17 2006-12-20 M通讯有限公司 用于高比特率传输系统的光信号再生器
CN106972890A (zh) * 2017-03-10 2017-07-21 电子科技大学 一种光控光pam信号再生装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FENG WEN1,CHRISTOS P. TSEKREKOS1, XINGYU ZHOU2, BAOJIAN WU ETC.: "All-optical Multilevel Regeneration in Nonlinear Optical Loop Mirror", 《IEEE》 *
蒋尚龙、武保剑、孙凡、孔祥健、邱昆: "多电平全光幅度再生器的整形特性", 《激光与光电子学进展》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109004985A (zh) * 2018-07-24 2018-12-14 电子科技大学 一种反射式mzi结构的全光pam再生器
CN109004985B (zh) * 2018-07-24 2021-03-30 电子科技大学 一种反射式mzi结构的全光pam再生器

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