CN112379556B - 一种基于时间透镜的rz码占空比调节系统 - Google Patents

一种基于时间透镜的rz码占空比调节系统 Download PDF

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Abstract

一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，包括信号发生器和时间透镜调节子系统，信号发生器的输出端与时间透镜调节子系统的输入端连接，信号发生器中，产生占空比为50％的归零RZ信号；时间透镜调节子系统中，通过M倍的放大倍数，对被一个泵浦光脉冲涵盖的RZ信号一个周期内的高电平部分的持续时间进行M倍的展宽，通过使泵浦光脉冲和RZ输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分，输入信号经过时间透镜调节子系统，通过控制放大倍数M实现对RZ输入信号占空比的任意调节。本发明使得RZ信号的占空比调节在光域中完成，无需进行电光转换，可使RZ码占空比调节系统大为简化。

Description

一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统
技术领域
本发明涉及一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统
背景技术
5G时代数据量快速增长，伴随着超高速非线性光信号处理技术的不断发展,传统的电信号处理技术已经接近电子速率瓶颈，利用全光处理技术代替传统的电子已经引起人们的广泛兴趣。全光通信将是未来的主要通信方式，而对于RZ码的占空比的调节也可以在光纤中采用全光处理系统直接完成，不需要再经过光/电和电/光的转换，使得脉冲传输速率得到提升。
时间透镜是指能够对光信号产生二次时间相移的一种光器件，时间透镜的实现方式多种多样，但大致上可以归纳为4类：基于电光相位调制器(EOPM)的时间透镜、基于交叉相位调制(XPM)的时间透镜、基于四波混频(FWM)的时间透镜以及基于非线性晶体中的时间透镜，但由于和、差频效应对材料的要求较高，使得这种时间透镜在实际中的应用较少，在光通信领域中对信号进行处理，首选利用四波混频(FWM)来实现时间透镜效应。电场幅度分别为Es(t)和Ep(t)的信号光与泵浦光发生FWM作用，产生的闲置波电场幅度
Figure BDA0002760508530000011
闲置光Eidler相对于输入的信号光Es而言引入了二次相移，这是FWM产生时间透镜效应的基本原理。
由输入段光纤(二阶色散量为φ″1＝β2sLs)、时间透镜(焦距色散为
Figure BDA0002760508530000021
输出段光纤(二阶色散量为φ″2＝β2iLi)三部分形成一个时间透镜成像系统。前后两段光纤的色散量分别为φ″1＝β2sLs，φ″2＝β2iLi，时间透镜的焦距色散完全由泵浦光所历经的色散来决定，
Figure BDA0002760508530000022
β2s、β2i分别为两段光纤的二阶色散系数，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数；Ls、Li分别为前后两段光纤的长度，Lp是泵浦光历经色散展宽的光纤的长度。当两段光纤的二阶色散量
Figure BDA0002760508530000023
与时间透镜的焦距色散
Figure BDA0002760508530000024
之间满足成像条件
Figure BDA0002760508530000025
时，就可以实现对输入光信号的放大或压缩，其中放大倍数
Figure BDA0002760508530000026
发明内容
为了克服现有技术中通过电子控制单元对信号进行占空比控制所必需进行的电光和光电之间的转换以及整个电子系统庞杂繁琐的不足，本发明提供了一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，不仅可使整个系统大为简化，也使得处理速率得到大幅度提高。
为了解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：
一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，包括信号发生器和时间透镜调节子系统，所述信号发生器的输出端与时间透镜调节子系统的输入端连接，所述信号发生器中，产生占空比为50％的归零RZ信号；所述时间透镜调节子系统中，通过M倍的放大倍数，对一个泵浦光脉冲涵盖的RZ输入信号一个周期内的高电平部分进行M倍的时间展宽，而对一个泵浦光脉冲信号没有涵盖的RZ输入信号一个周期内低电平部分不产生影响，进而实现对RZ输入信号一个周期的占空比调节，通过使泵浦光脉冲序列和RZ输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分，进而对整个输入信号各个周期内的高电平部分的持续时间进行展宽，而没有被泵浦光脉冲涵盖到的低电平部分不发生变化，进而实现对RZ信号的占空比进行调节；RZ输入信号经过时间透镜调节子系统，能够实现将占空比由原来的50％变为M/(M+1)的操作，通过控制放大倍数M，即实现对RZ输入信号占空比的任意调节。
进一步，所述时间透镜调节子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量为
Figure BDA0002760508530000031
所述输入段光纤的二阶色散量
Figure BDA0002760508530000032
所述时间透镜调节子系统的放大倍数
Figure BDA0002760508530000033
在时间透镜调节子系统的一个泵浦光脉冲信号持续期间，泵浦光脉冲只涵盖了输入信号一个周期内的高电平部分，并通过放大倍数M实现对输入信号高电平部分持续时间的展宽，由于一个泵浦光脉冲信号没有涵盖到一个周期内的低电平部分，所以一个周期内的低电平部分持续时间保持不变，这样就实现一个周期内的占空比的调节。
再进一步，所述时间透镜调节子系统中，信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
优选的，控制泵浦光脉冲宽度，使展宽后一个泵浦光脉宽只涵盖的与其对应的RZ输入信号一个周期内的高电平部分，从而实现占空比的调节。
再进一步，泵浦光脉冲序列和输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分。
本发明的技术构思为：首先，所述信号发生器产生RZ输入信号；所述时间透镜调节子系统，让一个泵浦光脉冲只涵盖与其对应RZ信号一个周期内的高电平部分，通过放大倍数M，此时RZ输入信号一个周期内的高电平部分的持续时间经过时间透镜调节子系统之后就变为原来的M倍，由于一个泵浦光脉冲没有涵盖到一个周期内的低电平部分，所以一个周期内的低电平部分的持续时间保持不变，这样就实现了一个周期内的占空比调节，即占空比由原来的50％变换为M/(M+1)，通过使泵浦光脉冲序列和输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分，从而将整个RZ信号的占空比由原来的50％变换为M/(M+1)；本次仿真模拟了当M＝3时的输出信号占空比变为75％，当M＝1/3时的输出信号占空比变为25％，即完成了基于时间透镜的RZ码占空比的调节。总之，经过整个系统转换之后，基于时间透镜系统的放大特性，为实现RZ码占空比的调节提供一种全新的实现方案。
本发明的有益效果体现在：信号发生器产生RZ信号后经过时间透镜调节子系统之后，可实现对输入的RZ信号占空比的调节，该系统的优势尤其体现在能够避免光—电—光的转换，直接在光域中对信号进行占空比调节。
附图说明
图1是本发明的系统构图，其中包括，信号发生器，时间透镜调节子系统。
图2是基于FWM时间透镜成像原理图，当放大倍数M时，输入信号变为原来信号的M倍。
图3是在输入信号脉冲经过时间透镜系统发生展宽的的示意图，其中，(a)是输入信号，(b)是展宽后的输出信号。
图4是在输入信号脉冲经过时间透镜系统发生压缩的的示意图，其中，(a)是输入信号，(b)是压缩后的输出信号。
图5是输入信号和泵浦脉冲，控制泵浦光脉冲宽度，使一个泵浦光脉冲只涵盖RZ输入信号一个周期内的高电平部分。泵浦光脉冲序列和输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分。
图6是当M＝3时的输出信号，RZ输入信号一个周期内的高电平部分持续时间被展宽为原来的3倍，低电平部分持续时间不发生变化，RZ信号的占空比变为75％。
图7是M＝1/3时的输出信号，RZ输入信号一个周期内的高电平部分持续时间被压缩为原来的1/3倍，低电平部分的持续时间不发生变化，RZ信号的占空比变为25％。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
参照图1～图7，一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，包括信号发生器和时间透镜调节子系统；所述信号发生器用于产生归零RZ信号，目前的可使用的信号发生器的种类繁多，所以这里不再赘述其型号等，所述信号发生器的输出端与时间透镜调节子系统的输入端连接。
所述时间透镜调节子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤构成，所述输出段光纤的二阶色散量为φ″2，输入段光纤的二阶色散量为φ″1，所述时间透镜调节子系统的放大倍数
Figure BDA0002760508530000061
控制放大倍数M进而控制信号占空比，例如当M＝3时，RZ输入信号一个周期内的高电平部分由于被一个泵浦光脉冲涵盖，所以RZ输入信号一个周期内的高电平部分的持续时间被展宽为原来的3倍，低电平部分持续时间内不发生变化，RZ信号的占空比变为75％；同理，当M＝1/3时RZ输入信号一个周期内的高电平持续时间被压缩为原来的1/3倍，低电平部分持续时间内不发生变化，RZ信号的占空比变为25％。
控制单个泵浦光脉冲宽度和泵浦脉冲序列，使一个泵浦光脉冲只涵盖与其对应的RZ输入信号一个周期内的高电平部分，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分。
所述时间透镜调节子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
参照图2，为满足的时间透镜成像条件，时间透镜调节子系统在放大倍数M＝3的参数均选择为：β2s＝10ps2/km，Ls＝1km，β2i＝30ps2/km，Li＝1km，β2p＝30ps2/km，Lp＝1km。此时，
Figure BDA0002760508530000071
时间透镜调节子系统在放大倍数M＝1/3的参数均选择为：β2s＝10ps2/km，Ls＝1km，β2i＝10/3ps2/km，Li＝1km，β2p＝-10ps2/km，Lp＝1km。此时，
Figure BDA0002760508530000072
如上图1～图7，让一个泵浦光脉冲宽度只涵盖RZ输入信号一个周期内的高电平部分，此时RZ输入信号一个周期内的高电平部分的持续时间经过时间透镜调节子系统之后就变为原来的M倍，而低电平部分持续时间保持不变，实现了一个周期内的占空比调节，通过使泵浦脉冲序列和输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分，此时输入信号经过时间透镜调节子系统之后各个周期高电平部分的持续时间就变为原来的M倍，而各个周期内的低电平部分持续时间保持不变，从而实现了整个RZ输入信号的占空比调节的操作。在上述实施例中，调节时间透镜的放大倍数M，可以实现任意的占空比调节同时无需进行电/光/电的转换即提高信号处理速率，系统性能良好，该系统可有效地实现RZ信号的占空比调节。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，其特征在于，所述RZ码占空比调节系统包括信号发生器和时间透镜调节子系统，所述信号发生器的输出端与时间透镜调节子系统的输入端连接，所述信号发生器中，产生占空比为50％的归零RZ信号；所述时间透镜调节子系统中，通过M倍的放大倍数，对一个泵浦光脉冲涵盖的RZ输入信号在一个周期内的高电平部分进行M倍的时域展宽，对泵浦光脉冲没有涵盖的低电平部分则不产生影响，进而实现RZ输入信号在一个周期内的占空比调节，通过使泵浦光脉冲序列和输入信号序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分，进而对整个RZ输入信号序列中的高电平部分进行时域展宽，而没有被泵浦光脉冲涵盖到的低电平部分则不发生变化，进而实现对输入的RZ信号占空比进行调节；RZ输入信号经过时间透镜调节子系统，能够实现将占空比由原来的50％变为M/(M+1)的操作，通过控制放大倍数M，即实现对RZ输入信号占空比的任意调节；
所述时间透镜调节子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量为
Figure FDA0003512560790000011
所述输入段光纤的二阶色散量
Figure FDA0003512560790000012
所述时间透镜调节子系统的放大倍数
Figure FDA0003512560790000013
在时间透镜调节子系统的一个泵浦光脉冲持续期间，涵盖与其对应的RZ输入信号一个周期内的高电平部分，并通过放大倍数M实现对RZ输入信号一个周期内的高电平部分的持续时间进行M倍的展宽，由于一个泵浦光脉冲信号没有涵盖到一个周期内的低电平部分，所以一个周期内的低电平部分持续时间保持不变，这样就实现一个周期内的占空比的调节。
2.如权利要求1所述的一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，其特征在于：所述时间透镜调节子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
3.如权利要求1所述的一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，其特征在于：所述时间透镜调节子系统中，控制泵浦脉冲宽度，使展宽后一个泵浦脉冲只涵盖与其对应的RZ输入信号一个周期内的高电平部分，从而实现占空比的调节。
4.如权利要求1所述的一种基于时间透镜的RZ码占空比调节系统，其特征在于：泵浦光脉冲序列和RZ输入信号的序列完全相对应，使每个泵浦光脉冲恰好能够涵盖与其对应的RZ输入信号的高电平部分。
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