CN112882311A - 一种基于soa的全光波长转换控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于SOA的全光波长转换控制器，包括可调谐激光器(1)、激光器控制模块(2)、耦合模块(3)、SOA(4)和SOA控制模块(5)，其特征在于：所述可调谐激光器(1)与所述耦合模块(3)连接，所述耦合模块(3)与所述SOA(4)连接；所述可调谐激光器(1)与所述激光器控制模块(2)电连接，所述SOA(4)与所述SOA控制模块(5)电连接，所述激光器控制模块(2)与所述SOA控制模块(5)电连接。基于本发明中的全光波长转换控制器实现的波长转换，具有良好的转换效率、稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发涉及光学器件领域，更具体地，涉及一种基于SOA的全光波长转换控制器及控制方法。
背景技术
目前，在光网络的发展过程中，通常对组成全光网络的全光器件有结构简单、易于集成等要求。为了实现全光网络中，不同波段光信号的有效传输，需要不可避免的使用到全光波长转换器。
可调谐的半导体激光器能够实现纳秒量级的波长切换，但是在可调谐激光器实际用于波长转换的过程中，无源调谐电流的陡然变化会导致激光器功耗的变化，从而使得激光器内部发生热抖动。由于激光器内部发生的热抖动的时间常数相对于OBS(OpticalBurst Switching，光突发交换包)/OPS(Optical Packet Switching，光分组交换包)应用中所需的纳秒级别或微秒级别的时间常数要大很多，通常热抖动的时间常数为毫秒级别，因此，也难以通过温度控制器的补偿来消除热抖动噪声，保证光网络的性能。热抖动引发了激光器波长的漂移，在激光器波长切换并稳定于转换后的目标波长之前，光网络系统中将会出现瞬态激射的波长振荡过程，不仅导致光信号传输时的信道串扰和误码率的上升，也会影响光信号的传输。
现有技术中，作为一种能够提供光增益的器件，半导体光放大器(SOA，Semiconductor Optical Amplifier)具备良好的非线性特征、成本低、体积小、响应速度快，使用电流泵浦，易于集成在半导体光电器件中，因此成为了全光信号处理的关键首选，被广泛应用于全光网络中。基于SOA的光电处理器使得全光波长变换器也得到了广泛的研究和应用。SOA依靠受激辐射对入射的光信号进行放大，并基于交叉增益调制(XGM，CrossGain Modulation)特性可以对光信号进行波长转换。利用SOA的增益饱和特性而实现的交叉增益波长转换器也具有结构简单，转换效率高，转换波长频谱宽等特点。然而，现有的SOA中仍然存在着偏振相关和载流子恢复慢等问题，制约着SOA器件的性能，也进一步制约着由SOA器件组成的波长转换器的稳定性与转换效率。
因此，亟需一种新的具有稳定高效等特性的可调谐全光波长转换控制器。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于SOA的全光波长转换控制器及控制方法，通过控制模块对SOA的开启与关闭对光信号进行快速有效的控制，采用两个SOA串联降低了波长偏移信号，降低信道串扰与误码，提高了光信号的可靠性。
本发明采用如下的技术方案。
本发明第一方面，涉及一种基于SOA的全光波长转换控制器，包括可调谐激光器1、激光器控制模块2、耦合模块3、SOA4和SOA控制模块5，其特征在于：可调谐激光器1与耦合模块3连接，耦合模块3与SOA4连接；可调谐激光器1与激光器控制模块2电连接，SOA4与SOA控制模块5电连接，激光器控制模块2与SOA控制模块5电连接。
优选地，可调谐激光器1中包括左取样光栅6、右取样光栅7、耦合器8、相移区、增益区和半导体光放大器9；并且，左取样光栅6和右取样光栅7分别连接至耦合器8，耦合器8依次与相移区、增益区和半导体光放大器9连接。
优选地，耦合器8为1×2多模干涉耦合器。
优选地，激光器控制模块2包括激光器控制电路10和振荡比较器电路11；并且，激光器控制电路10与左取样光栅6和右取样光栅7和耦合器8分别连接，同时连接至振荡比较器电路11；振荡比较器电路11与半导体光放大器9连接。
优选地，耦合模块3输入端与可调谐激光器1中的半导体光放大器9、掺铒光纤放大器12分别连接，输出端与SOA4连接。
优选地，SOA4输出端与滤波器14连接。
优选地，SOA控制电路5经过整流器13与振荡比较器电路11和SOA4分别连接。
本发明第二方面，涉及一种如本发明第一方面中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，包括以下步骤：步骤1，可调谐激光器在激光器控制模块的控制下生成脉冲光信号；步骤2，耦合模块为SOA提供待调制的探测光；步骤3，基于可调谐激光器的脉冲光信号、耦合模块的待调制的探测光实现增益调制，生成调制脉冲光信号。
优选地，步骤1中还包括：基于左取样光栅和右取样光栅分别对激光光源进行特定波长采样；将左取样光栅和右取样光栅采样后的特定波长激光进行耦合；经过相移和增益后通过半导体光放大器输出脉冲光信号。
优选地，步骤1中还包括：激光器控制模块分别向可调谐激光器中的左取样光栅、右取样光栅和耦合器提供控制电流，同时将控制电流和半导体光放大器的驱动信号发送至振荡比较器电路中；振荡比较器电路向半导体光放大器和整流器分别输出半导体光放大器的控制信号。
优选地，步骤2中还包括：耦合模块耦合来自可调谐激光器中半导体光放大器输出的脉冲光信号和待调制的探测光；其中，待调制的探测光是由掺铒光纤放大器输入的。
优选地，步骤3中还包括：SOA控制电路将SOA驱动信号发送至整流器；整流器接收并整合来自振荡比较器电路的半导体光放大器的控制信号和SOA控制电路的SOA驱动信号，以控制SOA对脉冲光信号和待调制的探测光进行调制并输出调制脉冲光信号。
优选地，步骤3中还包括：基于滤波器对调制脉冲光信号进行滤波降噪。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种基于SOA的全光波长转换控制器及控制方法通过控制模块对SOA的开启与关闭对光信号进行快速有效的控制，采用两个SOA串联，消除激光器内部的热抖动造成的波长偏移。因此，采用本发明中的技术方案实现的波长转换，具有良好的转换效率、稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明现有技术中一种波长转换控制器的波长转换方法示意图；
图2为本发明一种基于SOA的全光波长转换控制器的结构示意图；
图3为本发明一种基于SOA的全光波长转换控制方法的流程示意图；
图4为本发明一种基于SOA的全光波长转换控制方法中控制信号的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
现有技术中，通常使用SOA作为波长转换器。图1为本发明现有技术中一种波长转换控制器的波长转换方法示意图。如图1所示，该波长转换控制器包括SOA和滤波器。SOA的交叉增益调制特性为，当两列或多列波长不同或偏振态不同的光波在SOA中同时传播时，每列光的存在都会导致与其光强有关的载流子密度的变化，即增益变化，从而使得与之同时传输的其他列光波产生增益。
在图1中，SOA中输入了脉冲光信号λ1，该脉冲光信号由于功率大可以用作泵浦光，SOA中还同时输入探测光λ2。当脉冲光信号的功率很大，SOA可以工作在饱和增益区域，消耗SOA中的载流子浓度，SOA的增益减小。当脉冲光信号的功率小时，SOA可以工作在放大状态中，SOA中的载流子浓度几乎不被消耗，SOA的增益变大。因此，当脉冲光信号中携带的信号为0或1时，SOA的工作状态不同，输出也不同。当脉冲光信号中携带的信号为1时，SOA处于饱和状态，探测光被SOA吸收，输出的调制脉冲光信号为0；当脉冲光信号中携带的信号为0时，SOA处于放大状态，探测光通过SOA，输出的调制脉冲光信号为1。因此，SOA相当于一个反相器，将脉冲光信号的码型反向调制到了探测光上。
然后，在SOA后接入一个滤波器，可以针对探测光的波长进行滤波，以消除调制过程中产生的噪声信号。
图2为本发明一种基于SOA的全光波长转换控制器的结构示意图。如图2所示，本发明第一方面涉及一种基于SOA的全光波长转换控制器，包括可调谐激光器1、激光器控制模块2、耦合模块3、SOA4和SOA控制模块5，其特征在于：可调谐激光器1与耦合模块3连接，耦合模块3与SOA4连接；可调谐激光器1与激光器控制模块2电连接，SOA4与SOA控制模块5电连接，激光器控制模块2与SOA控制模块5电连接。
优选地，可调谐激光器1中包括左取样光栅6、右取样光栅7、耦合器8、相移区、增益区和半导体光放大器9；并且，左取样光栅6和右取样光栅7分别连接至耦合器8，耦合器8依次与相移区、增益区和半导体光放大器9连接。耦合器8可以为1×2多模干涉(MMI，Multi-Mode Interference)耦合器。
优选地，激光器控制模块2包括激光器控制电路10和振荡比较器电路11；并且，激光器控制电路10与左取样光栅6和右取样光栅7和耦合器8分别连接，同时连接至振荡比较器电路11；振荡比较器电路11与半导体光放大器9连接。
优选地，耦合模块3输入端与可调谐激光器1中的半导体光放大器9、掺铒光纤放大器12分别连接，输出端与SOA4连接。SOA4输出端与滤波器14连接。SOA控制电路5经过整流器13与振荡比较器电路11和SOA4分别连接。
图3为本发明一种基于SOA的全光波长转换控制方法的流程示意图。图4为本发明一种基于SOA的全光波长转换控制方法中控制信号的流程示意图。如图3和图4所示，本发明第二方面涉及一种基于SOA的全光波长转换控制方法，该方法包括步骤1至步骤3。步骤1，可调谐激光器1在激光器控制模块2的控制下生成脉冲光信号；步骤2，耦合模块3为SOA4提供待调制的探测光；步骤3，SOA4和SOA控制模块5基于可调谐激光器1的脉冲光信号、耦合模块3的待调制的探测光实现增益调制，生成调制脉冲光信号。
优选地，基于左取样光栅6和右取样光栅7分别对激光光源进行特定波长采样；将左取样光栅6和右取样光栅7采样后的特定波长激光进行耦合；经过相移和增益后通过半导体光放大器9输出脉冲光信号。
优选地，激光器控制模块2分别向可调谐激光器中的左取样光栅、右取样光栅和耦合器提供控制电流101，同时将控制电流和半导体光放大器9的驱动信号102发送至振荡比较器电路11中；振荡比较器电路11向半导体光放大器9和整流器13分别输出半导体光放大器的控制信号104。
可以理解的是，两个取样光栅区和相移区的折射系数可以分别通过激光器控制模块2提供的两个控制电流101对输出的波长进行调节，从而分别输出确定中心波长的光信号。通过位于增益区中的一个恒流驱动电流101对光信号的强度进行调节后以确定波长和强度输出光信号。上述三路控制电流101都可以通过FPGA(Field Programmable GateArray，可编程逻辑门阵列)驱动板进行获取和控制。
上述三路控制电流101还可以被传输至振荡比较器电路11中，以使得振荡比较器电路11对三路控制电流信号101进行运算分析。同时，振荡比较器电路11还会获取到激光器控制模块生成并输出的半导体光放大器的驱动信号102，并使该驱动信号102也参与运算分析过程，经过运算分析可以输出有效的对激光器内部的半导体光放大器开启或关闭的控制信号103。振荡比较器11中可以包括一个乘法器，该乘法器可以将对三路控制电流信号101进行运算分析后得到的信号与半导体光放大器的驱动信号相乘，从而得到半导体光放大器的控制信号103。
值得说明的是，振荡比较器电路11经过对三路控制电流信号101进行运算分析后可以得到方波信号，通过方波信号控制半导体光放大器的驱动信号可以最大程度上降低对半导体光放大器的控制延时。
由于振荡比较器电路11对半导体光放大器的开启或关闭进行了控制，并以此对可调谐激光器1输出的激光强度进行了控制，因此，该激光器输出的信号可以为脉冲光信号，其脉冲当中载有需要传输的信息。
优选地，耦合模块3耦合来自可调谐激光器1中半导体光放大器9输出的脉冲光信号和待调制的探测光；其中，待调制的探测光是由掺铒光纤放大器12输入的。位于激光器外部的该SOA4在该方法中用作交叉增益波长转换器，由SOA控制电路进行驱动，并通过温度控制或功率控制等方法实现波长转换。
优选地，SOA控制电路5将SOA驱动信号发送至整流器13；整流器13接收并整合来自振荡比较器电路11的半导体光放大器9的控制信号103和SOA控制电路5的SOA驱动信号104，以控制SOA4对脉冲光信号和待调制的探测光进行调制并输出调制脉冲光信号。
SOA控制电路5还可接入一个整流器13，该整流器13整合比较器输出的半导体光放大器的控制信号103和SOA的驱动信号104。整合后生成SOA控制信号105，以控制SOA的开启与关闭。由于整合了半导体光放大器的控制信号103，因此该SOA的开启与关闭和半导体光放大器的开启与关闭是同步的。
优选地，方法还包括基于滤波器14对调制脉冲光信号进行滤波降噪。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种基于SOA的全光波长转换控制器通过控制模块对SOA的开启与关闭对光信号进行快速有效的控制，采用两个SOA串联，消除激光器内部的热抖动造成的波长偏移。因此，采用本发明中的技术方案实现的波长转换，具有良好的转换效率、稳定性和可靠性。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种基于SOA的全光波长转换控制器，包括可调谐激光器(1)、激光器控制模块(2)、耦合模块(3)、SOA(4)和SOA控制模块(5)，其特征在于：
所述可调谐激光器(1)与所述耦合模块(3)连接，所述耦合模块(3)与所述SOA(4)连接；
所述可调谐激光器(1)与所述激光器控制模块(2)电连接，所述SOA(4)与所述SOA控制模块(5)电连接，所述激光器控制模块(2)与所述SOA控制模块(5)电连接。
2.根据权利要求1中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制器，其特征在于：
所述可调谐激光器(1)中包括左取样光栅(6)、右取样光栅(7)、耦合器(8)、相移区、增益区和半导体光放大器(9)；并且，
所述左取样光栅(6)和右取样光栅(7)分别连接至耦合器(8)，所述耦合器(8)依次与相移区、增益区和半导体光放大器(9)连接。
3.根据权利要求2中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制器，其特征在于：
所述耦合器(8)为1×2多模干涉耦合器。
4.根据权利要求1中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制器，其特征在于：
激光器控制模块(2)包括激光器控制电路(10)和振荡比较器电路(11)；并且，
所述激光器控制电路(10)与左取样光栅(6)和右取样光栅(7)和耦合器(8)分别连接，同时连接至所述振荡比较器电路(11)；
所述振荡比较器电路(11)与半导体光放大器(9)连接。
5.根据权利要求1中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制器，其特征在于：
所述耦合模块(3)输入端与所述可调谐激光器(1)中的半导体光放大器(9)、掺铒光纤放大器(12)分别连接，输出端与所述SOA(4)连接。
6.根据权利要求1中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制器，其特征在于：
所述SOA(4)输出端与滤波器(14)连接。
7.根据权利要求1中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制器，其特征在于：
所述SOA控制电路(5)经过整流器(13)与振荡比较器电路(11)和SOA(4)分别连接。
8.根据权利要求1-7一种基于SOA的全光波长转换控制器中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，所述可调谐激光器在所述激光器控制模块的控制下生成脉冲光信号；
步骤2，所述耦合模块为所述SOA提供待调制的探测光；
步骤3，基于所述可调谐激光器的脉冲光信号、所述耦合模块的待调制的探测光实现增益调制，生成调制脉冲光信号。
9.根据权利要求8中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：
基于所述左取样光栅和右取样光栅分别对激光光源进行特定波长采样；
将左取样光栅和右取样光栅采样后的特定波长激光进行耦合；
经过相移和增益后通过半导体光放大器输出脉冲光信号。
10.根据权利要求9中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：
所述激光器控制模块分别向所述可调谐激光器中的左取样光栅、右取样光栅和耦合器提供控制电流，同时将所述控制电流和半导体光放大器的驱动信号发送至振荡比较器电路中；
所述振荡比较器电路向所述半导体光放大器和所述整流器分别输出半导体光放大器的控制信号。
11.根据权利要求8中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，其特征在于，所述步骤2中还包括：
所述耦合模块耦合来自可调谐激光器中半导体光放大器输出的脉冲光信号和待调制的探测光；
其中，所述待调制的探测光是由所述掺铒光纤放大器输入的。
12.根据权利要求8中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，其特征在于，所述步骤3中还包括：
所述SOA控制电路将SOA驱动信号发送至整流器；
所述整流器接收并整合来自振荡比较器电路的半导体光放大器的控制信号和SOA控制电路的SOA驱动信号，以控制SOA对脉冲光信号和待调制的探测光进行调制并输出调制脉冲光信号。
13.根据权利要求12中所述的一种基于SOA的全光波长转换控制方法，其特征在于，所述步骤3中还包括：
基于所述滤波器对所述调制脉冲光信号进行滤波降噪。
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