CN109586800A - 一种全光调制格式转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全光调制格式转换装置，主要包括光分波器、可调光延迟线、ASK信号生成单元和PSK信号生成单元；QAM调制格式的输入光信号通过光分波器分为两路光信号，其中，一路光信号输入至PSK信号生成单元，生成PSK调制格式的输出光信号；另一路光信号通过可调光延迟线延迟处理后输入至ASK信号生成单元，从而生成ASK调制格式的输出光信号；这样灵活的实现了星型QAM到PSK和ASK的调制格式转换，解决了调制格式的电域变换瓶颈。

Description

一种全光调制格式转换装置
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种全光调制格式转换装置。
背景技术
非线性全光信号处理技术已成为当前光纤通信和网络中研究的热点，其超快的响应速度、避免光电光转换带来的电子瓶颈，以及处理过程对数据透明等优势，是全光通信网络发展的关键技术。
随着光通信系统容量的高速增长以及相干光通信技术的成熟，网络节点间调制格式的转换以及不同调制格式的光路动态聚合和解聚性能已成为了限制网络带宽的关键因素，其中高频谱效率的多阶调制格式的正交幅度调制信号(QAM)应用越来越广泛。例如，8电平的正交幅度调制信号(8QAM)已经成为400G WAN的备选标准之一。因此，国内外有许多专注于低阶格式到高阶格式聚合的全光格式转换设备和方法，比如NRZ-DPSK到RZ-OOK的格式转换，OOK到高阶调制信号16QAM的全光格式转换，以及幅移键控(ASK)和正交相移键控(QPSK)合成8QAM信号等。
另一方面，越高阶的调制格式对传输信道的光信噪比要求越高。实际应用中，不仅需要从低阶格式聚合为高阶调制格式，同样也需要将高阶调制格式分解为多路低阶调制格式。后一种格式转换在弹性光网络中尤其重要，可实现弹性光网络中链路资源的动态分配，能够有效缓解通信容量高速增长的压力。目前，几乎没有将高阶QAM调制格式转换为多路低阶调制格式的装置，一定程度阻碍了高速光通信网络的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全光调制格式转换装置，能够直接在光域实现星型QAM到PSK和ASK的调制格式转换，不但有效解决了调制格式的电域变换瓶颈，还可以灵活地在较低光信噪比信道上完成更高阶调制信号传输，此外，还可以作为构成QAM全光再生方案的主要功能器件。。
为实现上述发明目的，本发明一种全光调制格式转换装置，其特征在于，包括：第一光分波器、可调光延迟线、ASK信号生成单元和PSK信号生成单元；
所述的第一光分波器用于将QAM调制格式的输入光信号分为两路光信号，其中，一路光信号输入至PSK信号生成单元，另一路光信号输入至可调光延迟线；
所述的PSK信号生成单元又包括：第一光放大器、第一可调激光器、第一光合波器、第一高非线性光纤、第一光学滤波器、第二光放大器和第二光分波器；
第一光分波器输出的光信号到达第一光放大器后，对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足第一光合波器正常工作时的光功率；此时，第一可调激光器产生连续的光信号，并输入至第一光合波器，第一光合波器再将第一光放大器和第一可调激光器输出的光信号耦合成为一路光信号，再输入至第一高非线性光纤发生非线性效应，产生一个非线性相移的光信号，然后通过第一光学滤波器滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，再输入至第二光放大器，对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足第二光合波器正常工作时的光功率，最后将放大后的光信号输入至第二光分波器，通过第二光分波器分为两路光信号，其中，一路光信号输入至第二光合波器，另一路光信号作为PSK调制格式的输出光信号；
所述的可调光延迟线用于对光信号进行时延或相位调整，再输入至ASK信号生成单元；
所述的ASK信号生成单元又包括：第三光放大器、第二可调激光器、第二光合波器、第二高非线性光纤和第二光学滤波器；
可调光延迟线对光信号进行时延或相位调整后，输入至第三光放大器，第三光放大器对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足第二光合波器正常工作时的光功率；此时，第二可调激光器产生连续的光信号，并输入至第二光合波器，第二光合波器同时接收第三光放大器和第二光分波器输出的光信号，并将三路光信号耦合成为一路光信号，再输入至第二高非线性光纤发生非线性效应，产生一个非线性相移的光信号，最后通过第二光学滤波器滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，得到ASK调制格式的输出光信号。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种全光调制格式转换装置，主要包括光分波器、可调光延迟线、ASK信号生成单元和PSK信号生成单元；QAM调制格式的输入光信号通过光分波器分为两路光信号，其中，一路光信号输入至PSK信号生成单元，生成PSK调制格式的输出光信号；另一路光信号通过可调光延迟线延迟处理后输入至ASK信号生成单元，从而生成ASK调制格式的输出光信号；这样灵活的实现了星型QAM到PSK和ASK的调制格式转换，解决了调制格式的电域变换瓶颈。
同时，本发明一种全光调制格式转换装置还具有以下有益效果：
(1)、本发明公开的调制格式转换装置，能将星型QAM调制光信号全光转换为PSK和ASK调制格式，实现从高阶信号到低阶信号的全光高速转换。
(2)、本发明公开的调制格式转换装置，能实现正交幅度调制信号的相位调制信息和幅度调制信息的分离，为全光网络的调制格式动态调度提供了硬件基础。
(3)、本发明公开的调制格式转换装置，其PSK模块可单独使用，用于提取QAM信号中相位调制信息，为全光调制格式的解复用提供一种装置。
附图说明
图1是本发明一种全光调制格式转换装置原理图；
图2是调制格式转换前后的星座图；
图3是高非线性光纤1中非线性过程的频谱示意图；
图4是高非线性光纤2中非线性过程的频谱示意图。
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
图1是本发明一种全光调制格式转换装置原理图
在本实施例中，如图1所示，本发明一种全光调制格式转换装置，包括：光分波器1、可调光延迟线、PSK信号生成单元、ASK信号生成单元；
其中，光分波器1用于将QAM调制格式的输入光信号分为P1和A1两路光信号，其中，一路光信号P1输入至PSK信号生成单元，另一路光信号A1输入至可调光延迟线；
PSK信号生成单元又包括：光放大器1、可调激光器1、光合波器1、高非线性光纤1、光学滤波器1、光放大器2和光分波器2；
PSK信号生成单元内部链接关系为：PSK信号生成单元的输入P1与光放大器1输入连接，光放大器1输出与光合波器1第一输入连接，可调激光器1的输出与光合波器1第二输入连接，光合波器1输出与高非线性光纤1输入连接，高非线性光纤1输出与光学滤波器1输入连接，光学滤波器1输出与光放大器2输入连接，光放大器2输出与光分波器2输入连接，光分波器2第一输出与PSK信号生成单元第一输出P3连接，光分波器2第二输出与PSK信号生成单元第二输出P2连接。
PSK信号生成单元内部工作原理为：光分波器1输出的光信号到达光放大器1后，对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足光合波器1正常工作时的光功率；此时，可调激光器1产生连续的光信号，并输入至光合波器1，光合波器1再将光放大器1和可调激光器1输出的光信号耦合成为一路光信号，再输入至高非线性光纤1发生非线性效应，产生一个非线性相移的光信号，然后通过光学滤波器1滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，再输入至光放大器2，对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足光合波器2正常工作时的光功率，最后将放大后的光信号输入至光分波器2，通过光分波器2分为P2和P3两路光信号，其中，一路光信号P2输入至光合波器2，另一路光信号P3作为PSK调制格式的输出光信号；
可调光延迟线用于对光信号进行时延或相位调整，得到光信号A2，再输入至ASK信号生成单元；
ASK信号生成单元又包括：光放大器3、可调激光器2、光合波器2、高非线性光纤2和光学滤波器2；
其中，ASK信号生成单元内部链接关系为：ASK信号生成单元中光放大器3输入A2与可调光延迟线输出连接，光放大器3输出与光合波器2第一输入连接，可调激光器2输出与光合波器2第二输入连接，ASK信号生成单元第二输入P2与光合波器2第三输入连接，光合波器2输出与高非线性光纤2输入连接，高非线性光纤2输出与光学滤波器2输出连接，光学滤波器2输出与ASK信号生成单元输出A3连接。
ASK信号生成单元内部工作原理为：可调光延迟线对光信号进行时延或相位调整后，输入至光放大器3，光放大器3对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足光合波器2正常工作时的光功率；此时，可调激光器2产生连续的光信号，并输入至光合波器2，光合波器2同时接收光放大器3和光分波器2输出的光信号，并将三路光信号耦合成为一路光信号，再输入至高非线性光纤2发生非线性效应，产生一个非线性相移的光信号，最后通过光学滤波器2滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，得到ASK调制格式的输出光信号。
实例
结合图1所示的装置，结合8QAM输入信号对本发明提出的装置进行详细说明。
整个装置的输入信号为星型的8QAM调制格式，如图2(a)所示。需要进行格式转换的星型QAM光调制信号由光分波器1分成两路，一路送入PSK信号生成单元，另一路经可调光延迟线延迟处理后与PSK信号生成单元输出的QPSK光信号P2一起送入ASK信号生成单元，从而在全光域上直接完成星型8QAM光调制信号到QPSK和2ASK调制格式的转换。
其中，输入的8QAM调制信号光带宽为20Gbps，中心频率为193.10THz，由50:50的光分波器1将其分为P1和A1两路。
P1路的8QAM信号经过光放大器1放大，输出光功率为1.12mW。可调激光器1输出连续光(CW1)的功率设置为0.66W，频率为193.16THz。经光放大器1后的8QAM信号光与连续光CW1由光合波器1合波后送入高非线性光纤1。高非线性光纤1的光纤长度为510m，衰减系数0.2dB/km，非线性系数γ为10.8W-1/km，参考波长193.10THz处的色散参量D和色散斜率S分别为16×10-6s/m2和80s/m3。在高非线性光纤1中，发生非线性作用的频谱关系如图3所示。高非线性光纤1的输出端与光滤波器1连接，光学滤波器1采用高斯型3阶带通滤波器，滤波带宽为信号带宽的2倍，中心频率为193.22THz。用光学滤波器1滤出所需的QPSK调制格式光信号，再经光放大器2放大后由光分波器2分成P2和P3两路。生成QPSK调制格式信号的星座图如图2(b)所示。
A1路的输入8QAM信号经可调光延迟线相移36度，并由A2接口输入到光放大器3，并放大到0.5mW。可调激光器2输出的连续光(CW2)功率设置为40mW，频率为193.04THz。通过光合波器2将光放大器3输出的8QAM信号、CW2以及由P2接口输入的QPSK信号三束光耦合到高非线性光纤2中，高非线性光纤2的参数与上述高非线性光纤1相同。高非线性光纤2中非线性作用过程的频谱关系如图4所示。高非线性光纤2的输出与光学滤波器2相连，光学滤波器2的中心频率为193.28THz，其他参数与光滤波器1相同。转换后的ASK调制格式由光滤波器2滤出，对应于整个装置的ASK信号输出接口A3，如图2(c)所示。本实例中使用的光放大器均采用目前常用EDFA放大单元，噪声系数(NF)均为3.7dB；可调激光器1、2线宽都为100kHz。
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 (1)

1.一种全光调制格式转换装置，其特征在于，包括：第一光分波器、可调光延迟线、ASK信号生成单元和PSK信号生成单元；
所述的第一光分波器用于将QAM调制格式的输入光信号分为两路光信号，其中，一路光信号输入至PSK信号生成单元，另一路光信号输入至可调光延迟线；
所述的PSK信号生成单元又包括：第一光放大器、第一可调激光器、第一光合波器、第一高非线性光纤、第一光学滤波器、第二光放大器和第二光分波器；
第一光分波器输出的光信号到达第一光放大器后，对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足第一光合波器正常工作时的光功率；此时，第一可调激光器产生连续的光信号，并输入至第一合波器，第一光合波器再将第一光放大器和第一可调激光器输出的光信号耦合成为一路光信号，再输入至第一高非线性光纤发生非线性效应，产生一一个非线性相移的光信号，然后通过第一光学滤波器滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，再输入至第二光放大器，对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足第二光合波器正常工作时的光功率，最后将放大后的光信号输入至第二光分波器，通过第二光分波器分为两路光信号，其中，一路光信号输入至第二光合波器，另一路光信号作为PSK调制格式的输出光信号；
所述的可调光延迟线用于对光信号进行时延或相位调整，再输入至ASK信号生成单元；
所述的ASK信号生成单元又包括：第三光放大器、第二可调激光器、第二光合波器、第二高非线性光纤和第二光学滤波器；
可调光延迟线对光信号进行时延或相位调整后，输入至第三光放大器，第三光放大器对光信号进行放大，提高光信号的增益，以满足第二光合波器正常工作时的光功率；此时，第二可调激光器产生连续的光信号，并输入至第二光合波器，第二光合波器同时接收第三光放大器和第二光分波器输出的光信号，并将三路光信号耦合成为一路光信号，再输入至第二高非线性光纤发生非线性效应，产生一个非线性相移的光信号，最后通过第二光学滤波器滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，得到ASK调制格式的输出光信号。
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