CN108628057B - 一种多电平光脉冲整形装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多电平光脉冲整形装置，包括预放大单元、光脉冲偏振控制单元、注入锁定连续光产生单元和非线性光纤环形镜单元；劣化的多电平光脉冲输入信号首先经过预放大单元放大并分成两路，一路光经光脉冲偏振控制单元与NOLM单元进行耦合，另一路光经过注入锁定连续光产生单元输入到NOLM单元中，两路光的线偏振态相互正交并在高非线性光纤中发生非线性相移作用，最后由NOLM单元输出整形的多电平光脉冲信号。

Description

一种多电平光脉冲整形装置
技术领域
本发明属于光信号处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种多电平光脉冲整形装置。
背景技术
光信号在光纤传输过程中，会受到光纤色散、光纤非线性效应、光放大器放大自发辐射噪声，以及信道间串扰等劣化因素影响，从而限制光纤通信系统的数据传输速率和网络覆盖范围。因此，需要对劣化光信号进行再生处理。尽管传统的光-电-光再生方案已经相当成熟，但存在“电子瓶颈”问题，难以满足日益增长的更高速数据传输要求。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、大数据和移动互联网等业务的蓬勃发展，迫使作为基础设施的光纤网络采用具有更高信道利用率的高阶调制格式，如光脉冲幅度调制(PAM)、正交幅度调制(QAM)等，会涉及到多电平光脉冲信号的传输问题。多电平光脉冲信号在传输过程中也会受到噪声劣化的影响，此时可采用光脉冲整形装置减少或消除光脉冲的畸变，从而延长传输距离。
作为全光再生技术的核心功能之一，目前的光脉冲整形方案大多是针对开关键控(OOK)信号而提出的，往往不能直接用于多电平光脉冲信号的整形。因此，人们提出了基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)、NOLM、非线性光纤光栅等结构的多电平整形装置，它们的共同特点是，其功率转移函数(PTF)曲线的振荡幅度会随着输入功率的增加越来越大，只能实现一个或者有限的平坦整形区域，限制了可再生的电平数；而且各个电平的整形效果差异较大，甚至有些方案还要求输入PAM信号的电平间隔有所差异，这与现实情形不符。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多电平光脉冲整形装置，将具有等间隔的劣化多电平光脉冲信号进行整形，并保持各个电平的整形效果一致。
为实现上述发明目的，本发明一种多电平光脉冲整形装置，其特征在于，包括：
一预放大单元，包括光放大器和1×2光耦合器；光放大器将输入的多电平光脉冲信号放大到适当的功率，以满足在高非线性光纤中发生足够的非线性相移；然后通过1×2光耦合器将放大后的光脉冲信号分成两路，分别送入光脉冲偏振控制单元和注入锁定连续光产生单元；
一光脉冲偏振控制单元，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器；光脉冲信号输入到偏振控制器后，通过适当调节偏振控制器使偏振分束器透过的光功率尽可能大，然后通过保偏光隔离器正向输出具有确定线偏振态的光脉冲信号至非线性光纤环形镜单元；同时，保偏光隔离器又防止非线性光纤环形镜单元中逆时针方向传输的光反射回光放大器，影响放大器性能；
一注入锁定连续光产生单元，包括注入锁定激光器、偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器；注入锁定激光器接收到光脉冲信号后，产生出与输入光脉冲信号载波频率相同的连续光，然后输入至偏振控制器，再经过偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器输出线偏振连续光；
非线性光纤环形镜单元，包括保偏高非线性光纤、2×2保偏耦合器、2×1保偏耦合器；2×2保偏耦合器和2×1保偏耦合器分别用于接收线偏振连续光和具有确定线偏振态的光脉冲信号，2×2保偏耦合器将接收的线偏振连续光分成两束，并在保偏高非线性光纤中相向传输，传输过程中受到2×1保偏耦合器接的光脉冲信号的交叉相位调制，但不影响其幅度，从而使保偏高非线性光纤的输出随输入光脉冲功率线性变化，最后由2×2保偏耦合器干涉输出，完成多电平光脉冲信号的整形过程。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种多电平光脉冲整形装置，包括预放大单元、光脉冲偏振控制单元、注入锁定连续光产生单元和非线性光纤环形镜单元；劣化的多电平光脉冲输入信号首先经过预放大单元放大并分成两路，一路光经光脉冲偏振控制单元与NOLM单元进行耦合，另一路光经过注入锁定连续光产生单元输入到NOLM单元中，两路光的线偏振态相互正交并在高非线性光纤中发生非线性相移作用，最后由NOLM单元输出整形的多电平光脉冲信号。具体来说，劣化的多电平光脉冲输入信号经光放大器放大后由1×2光耦合器分成两路，一路光依次经过偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器和2×1保偏耦合器接入非线性光纤环形镜(NOLM)单元，另一路光依次经过注入锁定激光器、偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器与非线性光纤环形镜(NOLM)单元的2×2保偏耦合器相连，进入非线性光纤环形镜(NOLM)单元之前保持两路光的线偏振态相互正交，它们在高非线性光纤中发生非线性相移作用，最后由2×2保偏耦合器干涉输出，完成多电平光脉冲信号的整形过程。
附图说明
图1是本发明一种多电平光脉冲整形装置图；
图2是光放大器增益或高非线性光纤长度对多电平光脉冲信号功率转移曲线的影响图；
图3是输入的噪声劣化多电平光PAM信号的波形图；
图4是整形装置输出的多电平光PAM信号的波形图。
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
图1是本发明一种多电平光脉冲整形装置图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种多电平光脉冲整形装置，包括：预放大单元、光脉冲偏振控制单元、注入锁定连续光产生单元和非线性光纤环形镜单元。
如图1所示，预放大单元又包括光放大器和1×2光耦合器；光放大器的增益可以调节，1×2光耦合器的直通效率为0.5；
光放大器将输入的多电平光脉冲信号放大到适当的功率，以满足在高非线性光纤中发生足够的非线性相移；然后通过1×2光耦合器将放大后的光脉冲信号分成两路，分别送入光脉冲偏振控制单元和注入锁定连续光产生单元。
光脉冲偏振控制单元，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器；光脉冲信号输入到偏振控制器后，偏振分束器的一个输出端口连接保偏光隔离器，通过适当调节偏振控制器使偏振分束器透过的Y线偏振光功率尽可能大，然后通过保偏光隔离器正向输出Y线偏振态的光脉冲信号至非线性光纤环形镜单元，另一个输出端口作为Y线偏振光的检测端口；同时，保偏光隔离器又防止非线性光纤环形镜单元中逆时针方向传输的光反射回光放大器，影响放大器性能；
注入锁定连续光产生单元，包括注入锁定激光器、偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器；注入锁定激光器接收到光脉冲信号后，产生出与输入光脉冲信号载波频率相同的连续光，然后输入至偏振控制器，再经过偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器输出0.6W的X偏振态连续光；
非线性光纤环形镜单元，包括保偏高非线性光纤、2×2保偏耦合器、2×1保偏耦合器；保偏高非线性光纤采用非线系数为10W-1/km、损耗为0.21dB/km的高非线性光纤，2×2保偏耦合器的直通效率为0.1，、2×1保偏耦合器的直通效率为0.5；
2×2保偏耦合器和2×1保偏耦合器分别用于接收线偏振连续光和具有确定线偏振态的光脉冲信号，进入非线性光纤环形镜单元之前保持两路光的线偏振态相互正交；2×2保偏耦合器将接收的线偏振连续光分成两束，并在保偏高非线性光纤中相向传输，传输过程中受到2×1保偏耦合器接的光脉冲信号的交叉相位调制，但不影响其幅度，从而使保偏高非线性光纤的输出随输入光脉冲功率线性变化，最后由2×2保偏耦合器干涉输出，完成多电平光脉冲信号的整形过程。
上述两个作用过程发生在两个正交的线偏振态，它们在2×2保偏耦合器作用下组合在一起输出，最终获得输出光脉冲的电平功率与随输入光脉冲的电平功率变化的阶梯形功率转移函数(PTF)曲线。
当光放大器增益和高非线性长度取不同值时可得到不同PTF曲线，通过优化取值参数，可实现对具有等间隔的劣化多电平光脉冲信号的整形，如图2所示。图2给出了当光放大器增益G和高非线性光纤长度L分别为G＝10dB,L＝0.5km；G＝13dB,L＝0.5km和G＝10dB,L＝0.25km三种情形下的输入输出功率转移函数(PTF)曲线，可以看出，每种情形的各个电平整形效果均可保持一致。显然，通过改变光放大器增益或优化光纤长度，还可以灵活调节可整形的电平间隔大小。由图3可知，将光放大器的增益增大一倍，在相同功率范围内的可整形台阶数量会增加一倍；将高非线性光纤的长度缩减一半，可整形的台阶数量也减半，每个台阶的宽度变为原来的两倍。
将劣化的多电平PAM光信号各个电平对准相应平滑台阶中心，在输出端可得到经过整形的PAM光信号。选取光放大器增益为10dB、非线性光纤长度为0.5km的PTF曲线，对应的整形工作点分别在0.36W、0.72W、1.08W、1.44W四个电平功率上。当输入多电平光脉冲信号的电平与整形工作点匹配，即完全对准PTF曲线的平坦区域时，可以实现最好的噪声抑制性能，其输入和输出波形如图3和4所示。显然，每个电平上的噪声都得到了同等好的抑制。
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)

1.一种多电平光脉冲整形装置，其特征在于，包括：
一预放大单元，包括光放大器和1×2光耦合器；光放大器将输入的多电平光脉冲信号放大到适当的功率，以满足在高非线性光纤中发生足够的非线性相移；然后通过1×2光耦合器将放大后的光脉冲信号分成两路，分别送入光脉冲偏振控制单元和注入锁定连续光产生单元；
一光脉冲偏振控制单元，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器；光脉冲信号输入到偏振控制器后，通过适当调节偏振控制器使偏振分束器透过的光功率尽可能大，然后通过保偏光隔离器正向输出具有确定线偏振态的光脉冲信号至非线性光纤环形镜单元；同时，保偏光隔离器又防止非线性光纤环形镜单元中逆时针方向传输的光反射回光放大器，影响放大器性能；
一注入锁定连续光产生单元，包括注入锁定激光器、偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器；注入锁定激光器接收到光脉冲信号后，产生出与输入光脉冲信号载波频率相同的连续光，然后输入至偏振控制器，再经过偏振控制器、偏振分束器、保偏光隔离器输出线偏振连续光；
一非线性光纤环形镜单元，包括保偏高非线性光纤、2×2保偏耦合器、2×1保偏耦合器；2×2保偏耦合器和2×1保偏耦合器分别用于接收线偏振连续光和具有确定线偏振态的光脉冲信号，2×2保偏耦合器将接收的线偏振连续光分成两束，并在保偏高非线性光纤中相向传输，传输过程中受到2×1保偏耦合器接的光脉冲信号的交叉相位调制，但不影响其幅度，从而使保偏高非线性光纤的输出随输入光脉冲功率线性变化，最后由2×2保偏耦合器干涉输出，完成多电平光脉冲信号的整形过程。
2.根据权利要求1所述的一种多电平光脉冲整形装置，其特征在于，所述的光脉冲偏振控制单元和注入锁定连续光产生单元输出的两路光的线偏振态满足相互正交。
3.根据权利要求1所述的一种多电平光脉冲整形装置，其特征在于，所述的光放大器增益或所述保偏高非线性光纤，可以通过改变其增益或者改变其长度，来达到调节整形电平的间隔大小。
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