CN113612578A - 基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器 - Google Patents

基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及奇偶校验产生器和检验器，具体是一种基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器。包括直流激光器、偏振控制器、光耦合器、电光强度调制器、掺铒光纤放大器、信号发生器、波分复用器、光可调延时线、ATT可变衰减器、半导体光放大器、可调谐光带通滤波器和光示波器。本发明利用半导体光放大器的四波混频效应(FWM)和交叉增益调制效应(XGM)，通过调整可调谐光带通滤波器的中心波长和信号光、探测光的功率，实现“A⊙B”、
Figure DSA0000247890360000011
全光逻辑功能，进而同时实现全光奇偶校验产生器和检验器，其具有结构简单、功耗低、紧凑且易于集成的优点。

Description

基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器
技术领域
本发明涉及奇偶校验产生器和检验器，具体是一种包括直流激光器、偏振控制器、光耦合器、电光强度调制器、掺铒光纤放大器、信号发生器、波分复用器、光可调延时线、ATT可变衰减器、半导体光放大器、可调谐光带通滤波器和光示波器的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器。
背景技术
在传统的通信系统中，光电转换过程受到电子速率瓶颈的制约，导致信息处理速率与光纤传输速率严重不匹配。为了解决未来通信网络中高速数据传输的问题，容量更大、灵活性和可扩展性更好的全光信号处理技术越来越受到人们的关注。低损耗光纤和掺铒光纤放大器的发明，在远距离数据传输方面取得了良好的进展。但是，远距离传输可能导致数据添加、删除和翻转错误。如果错误没有被及时发现和处理，信息传输将产生错误，并造成各种负面影响。检测错误最常见的解决方案是奇偶校验。在奇偶校验电路中，通过对二进制数的连续操作验证数据的完整性。奇偶校验位Pe和Po在数据传输之前由奇偶校验产生器添加，奇偶校验检验器在接收端使用，以检查数据传输过程中是否有错误和噪声。
奇偶校验检验器电路的原理是检查数据中“1”的总数，因此，NOR(XNOR)门逻辑、OR(XOR)门逻辑可以同时实现。如果它与初始设置不匹配(偶数奇偶校验检验器中的“1”数为奇数，奇数奇偶校验检验器中的“1”数为偶数)，奇偶校验检验电路将输出错误信号。在最近的研究中，研究者们用各种方式实现了全光奇偶校验产生器和检验器电路，例如，基于太赫兹光非对称解复用干涉仪的奇偶校验检验器，基于马赫-曾德干涉仪及SOA的奇偶校验产生器和检验器，基于微环腔的奇偶校验产生器和检验器，基于光树结构及SOA的奇偶校验产生器和检验器。这些方案不能同时实现全光奇偶发生器和校验器，因此，设计基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器确有必要。
发明内容
本发明为了解决偶校验产生器、奇校验产生器、偶校验检验器、奇校验检验器电脉冲电路切换时间长，不能同时实现全光奇偶校验产生器和检验器的问题，提供了一种基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器。
本发明是采用如下技术方案实现的：
基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，包括直流激光器、偏振控制器、光耦合器、电光强度调制器、掺铒光纤放大器、信号发生器、波分复用器、光可调延时线、ATT可变衰减器、半导体光放大器、可调谐光带通滤波器和光示波器；第一直流激光器(1a)、第二直流激光器(1b)产生的连续波光束分别经过第一偏振控制器(2a)、第二偏振控制器(2b)，通过第一光耦合器(3a)合为一路输入到第一电光强度调制器(4a)，经调制产生光时钟脉冲通过第一掺铒光纤放大器(5a)放大后再依次输入第三偏振控制器(2c)和第二电光强度调制器(4b)产生的伪随机码序列(PRBS)作为信号光。第三直流激光器(1c)产生的连续波光束经第四偏振控制器(2d)，其与信号发生器(6)产生的时钟射频信号均输入到第三电光强度调制器(4c)，产生的光脉冲序列作为探测光。PRBS信号光和探测光通过第二光耦合器(3b)合为一路经第二掺铒光纤放大器(5b)后进一步放大，放大后的信号光和探测光经过波分复用器(7)分为3路。①路波长通道信号光经第五偏振控制器(2e)来调整其偏振态，并可通过第一ATT可变衰减器(9a)改变该路信号的光功率，设该路信号为A。②路波长通道信号光经第六偏振控制器(2f)来调整其偏振态，信号光经过第一光可调延时线(8a)调整与信号A的相对延时，通过第二ATT可变衰减器(9b)改变该路信号的光功率，设该路信号为B。③路为探测光波长通道，通过第七偏振控制器(2g)来调整该路信号的偏振态，使用第二光可调延时线(8b)来调整时钟探测光的时序，令探测光的时序与两路编码信号的时序对准，经第三ATT可变衰减器(9c)来改变其光功率。信号光A和B及探测光经第三光耦合器(3c)合为一路进入第一半导体光放大器(10a)，第一可调谐光带通滤波器(11a)滤出所需信号后经第四光耦合器(3d)分为3路，④路用第一光示波器(12a)观测逻辑门输出的信号波形。⑤路、⑥路经第五光耦合器(3e)合为一路后用第二光示波器(12b)观测逻辑门输出的信号波形。第四直流激光器(1d)、第五直流激光器(1e)产生的连续波光束分别经过第八偏振控制器(2h)、第九偏振控制器(2i)生成的信号Pe′和P0′通过第六光耦合器(3f)合为一路后与该路信号经第七光耦合器(3g)进入第二半导体光放大器(10b)、第二可调谐光带通滤波器(11b)滤出所需信号后，分别用第三光示波器(12c)、第四光示波器(12d)观测逻辑门输出的信号波形。
基于上述技术方案，进一步的附加技术方案如下。
(1)所述第一直流激光器的波长为1550.9nm，第二直流激光器的波长为1551.7nm，第三直流激光器为中心波长可调谐连续光源，第四直流激光器的波长为1550.9nm，第五直流激光器的波长为1551.7nm。
(2)所述第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第五光耦合器、第六光耦合器、第七光耦合器的插入损耗都为3dB。
(3)所述第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器的输出功率都为0.5-2W、波长范围都为1545-1565nm。
(4)所述信号发生器的频率带宽为0-10GHz，输出功率为10-20dBm。
(5)所述第一ATT可变衰减器、第二ATT可变衰减器、第三ATT可变衰减器的可调范围都为0～20dB。
(6)所述第一半导体光放大器、第二半导体光放大器的长度都为900μm，偏置电压都为300mA。
(7)所述第一可调谐光带通滤波器(11a)、第二可调谐光带通滤波器(11b)的带宽都为0.26nm。
实现本发明上述所提供的一种基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器的技术方案，与现有技术相比，本全光奇偶校验产生器和检验器具有结构简单、功耗低、紧凑且易于集成的优点。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了偶校验产生器、奇校验产生器、偶校验检验器、奇校验检验器电脉冲电路切换时间长，不能同时实现全光奇偶校验产生器和检验器的问题，提供了一种基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图中：1a-第一直流激光器，1b-第二直流激光器，1c-第三直流激光器，1d-第四直流激光器，1e-第五直流激光器，2a-第一偏振控制器，2b-第二偏振控制器，2c-第三偏振控制器，2d-第四偏振控制器，2e-第五偏振控制器，2f-第六偏振控制器，2g-第七偏振控制器，2h-第八偏振控制器，2i-第九偏振控制器，3a-第一光耦合器，3b-第二光耦合器，3c-第三光耦合器，3d-第四光耦合器，3e-第五光耦合器，3f-第六光耦合器，3g-第七光耦合器，4a-第一电光强度调制器，4b-第二电光强度调制器，4c-第三电光强度调制器，5a-第一掺铒光纤放大器，5b-第二掺铒光纤放大器，6-信号发生器，7-波分复用器，8a-第一光可调延时线，8b-第二光可调延时线，9a-第一ATT可变衰减器，9b-第二ATT可变衰减器，9c-第三ATT可变衰减器，10a-第一半导体光放大器，10b-第二半导体光放大器，11a-第一可调谐光带通滤波器，11b-第二可调谐光带通滤波器，12a-第一光示波器，12b-第二光示波器，12c-第三光示波器，12d-第四光示波器。
表1奇偶校验产生器的真值表
表2奇偶校验检验器的真值表
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如附图所述，实施本发明上述所提供的一种基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，该奇偶校验产生器和检验器包括第一直流激光器1a，第二直流激光器1b，第三直流激光器1c，第四直流激光器1d，第五直流激光器1e；第一偏振控制器2a；第二偏振控制器2b，第三偏振控制器2c，第四偏振控制器2d，第五偏振控制器2e，第六偏振控制器2f，第七偏振控制器2g，第八偏振控制器2h，第九偏振控制器2i；第一光耦合器3a，第二光耦合器3b，第三光耦合器3c，第四光耦合器3d，第五光耦合器3e，第六光耦合器3f，第七光耦合器3g；第一电光强度调制器4a，第二电光强度调制器4b，第三电光强度调制器4c；第一掺铒光纤放大器5a，第二掺铒光纤放大器5b；信号发生器6；波分复用器7；第一光可调延时线8a，第二光可调延时线8b；第一ATT可变衰减器9a，第二ATT可变衰减器9b，第三ATT可变衰减器9c；第一半导体光放大器10a，第二半导体光放大器10b；第一可调谐光带通滤波器11a，第二可调谐光带通滤波器11b；第一光示波器12a，第二光示波器12b，第三光示波器12c，第四光示波器12d。基于上述的构成要件，本发明的构成关系是：
第一直流激光器1a、第二直流激光器1b产生的连续波光束分别经过第一偏振控制器2a、第二偏振控制器2b，通过第一光耦合器3a合为一路输入到第一电光强度调制器4a，经调制产生光时钟脉冲通过第一掺铒光纤放大器5a放大后再依次输入第三偏振控制器2c和第二电光强度调制器4b产生的伪随机码序列PRBS作为信号光。第三直流激光器1c产生的连续波光束经第四偏振控制器2d，其与信号发生器6产生的时钟射频信号均输入到第三电光强度调制器4c，产生的光脉冲序列作为探测光。PRBS信号光和探测光通过第二光耦合器3b合为一路经第二掺铒光纤放大器5b后进一步放大，放大后的信号光和探测光经过波分复用器7分为3路。①路波长通道信号光经第五偏振控制器2e来调整其偏振态，并可通过第一ATT可变衰减器9a改变该路信号的光功率，设该路信号为A。②路波长通道信号光经第六偏振控制器2f来调整其偏振态，信号光经过第一光可调延时线8a调整与信号A的相对延时，通过第二ATT可变衰减器9b改变该路信号的光功率，设该路信号为B。③路为探测光波长通道，通过第七偏振控制器2g来调整该路信号的偏振态，使用第二光可调延时线8b来调整时钟探测光的时序，令探测光的时序与两路编码信号的时序对准，经第三ATT可变衰减器9c来改变其光功率。信号光A和B及探测光经第三光耦合器3c合为一路进入第一半导体光放大器10a，第一可调谐光带通滤波器11a滤出所需信号后经第四光耦合器3d分为3路，④路用第一光示波器12a观测逻辑门输出的信号波形。⑤路、⑥路经第五光耦合器3e合为一路后用第二光示波器12b观测逻辑门输出的信号波形。第四直流激光器1d、第五直流激光器1e产生的连续波光束分别经过第八偏振控制器2h、第九偏振控制器2i生成的信号Pe′和P0′通过第六光耦合器3f合为一路后与该路信号经第七光耦合器3g进入第二半导体光放大器10b、第二可调谐光带通滤波器11b滤出所需信号后，分别用第三光示波器12c、第四光示波器12d观测逻辑门输出的信号波形。
拟议的方案是基于半导体光放大器非线性效应，实现奇偶校验产生器和检验器。现在需要调查的有：通过调整可调谐光带通滤波器的中心波长和信号光、探测光的功率，A、B、Pe′、P0′所有可能的逻辑组合。
基于上述具体实施方式，本发明进一步的具体实施方案如下。
第一附加技术实施方案是：所述第一直流激光器的波长为1550.9nm，第二直流激光器的波长为1551.7nm，第三直流激光器为中心波长可调谐连续光源，第四直流激光器的波长为1550.9nm，第五直流激光器的波长为1551.7nm。
第二附加技术实施方案是：所述第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第五光耦合器、第六光耦合器、第七光耦合器的插入损耗都为3dB。
第三附加技术实施方案是：所述第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器的输出功率都为0.5-2W、波长范围都为1545-1565nm。
第四附加技术实施方案是：所述信号发生器的频率带宽为0-10GHz，输出功率为10-20dBm。
第五附加技术实施方案是：所述第一ATT可变衰减器、第二ATT可变衰减器、第三ATT可变衰减器的可调范围都为0～20dB。
第六附加技术实施方案是：所述第一半导体光放大器、第二半导体光放大器的长度都为900μm，偏置电压都为300mA。
第七附加技术实施方案是：所述第一可调谐光带通滤波器(11a)、第二可调谐光带通滤波器(11b)的带宽都为0.26nm。
所采用的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器的工作原理：
A和B是两路数据信号光，其波长分别为λA和λB，而探测光是一路波长为λp的时钟脉冲光C，输入到SOA之后，其增益和相位均受到数据信号A和B的调制。SOA后面接一个可调谐窄带光带通滤波器，通过调节滤波器的中心波长可以得到不同的逻辑门输出。
实现“A⊙B”原理如下：将滤波器中心波长调到λp，探测光为连“1”小功率信号，并调整探测光波长使得λp＝λFWM1，当信号A、B同为“1”码时，由于FWM效应，输出为“1”，当信号A、B相异(其中一路为“0”另一路为“1”)时，由于XGM效应，小信号将不被放大，视输出为“0”，当信号A、B同为“0”码时，小信号探测光被放大，输出为“1”，即完成“A⊙B”运算，产生奇校验产生器P0。
实现
Figure BSA0000247890380000081
原理如下：
Figure BSA0000247890380000082
而
Figure BSA0000247890380000083
和
Figure BSA0000247890380000084
的实现是：如果数据A和B的峰值功率差较大，当数据A的峰值功率比B的峰值功率大时，那么数据B将受到数据A的交叉增益调制，将滤波器中心波长调到λB即可得到逻辑
Figure BSA0000247890380000085
反之，当数据B的峰值功率大于数据A的峰值功率时，将滤波器中心波长调到λA则可得到逻辑
Figure BSA0000247890380000086
通过光耦合器耦合后，即完成
Figure BSA0000247890380000091
运算，产生偶校验产生器Pe。
两路数据信号光分别经过偏振控制器生成的信号Pe′和P0′通过光耦合器合为一路后与信号
Figure BSA0000247890380000092
耦合进入半导体光放大器。调节滤波器中心波长，可以分别实现逻辑运算
Figure BSA0000247890380000093
Figure BSA0000247890380000094
即产生奇校验检验器C0和偶校验检验器Ce。
表1 奇偶校验产生器的真值表
Serial no. A B P0 Pe
1. 0 0 1 0
2. 0 1 0 1
3. 1 0 0 1
4. 1 1 1 0
表2 奇偶校验检验器的真值表
Serial no. P0′ A B C0
1. 0 0 0 1
2. 0 0 1 0
3. 0 1 0 0
4. 0 1 1 1
5 1 0 0 0
6 1 0 1 1
7 1 1 0 1
8 1 1 1 0
Serial no. Pe′ A B Ce
1. 0 0 0 0
2. 0 0 1 1
3. 0 1 0 1
4. 0 1 1 0
5 1 0 0 1
6 1 0 1 0
7 1 1 0 0
8 1 1 1 1

Claims (8)

1.一种基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，包括直流激光器、偏振控制器、光耦合器、电光强度调制器、掺铒光纤放大器、信号发生器、波分复用器、光可调延时线、ATT可变衰减器、半导体光放大器、可调谐光带通滤波器和光示波器；其特征在于：第一直流激光器(1a)、第二直流激光器(1b)产生的连续波光束分别经过第一偏振控制器(2a)、第二偏振控制器(2b)，通过第一光耦合器(3a)合为一路输入到第一电光强度调制器(4a)，经调制产生光时钟脉冲通过第一掺铒光纤放大器(5a)放大后再依次输入第三偏振控制器(2c)和第二电光强度调制器(4b)产生的伪随机码序列(PRBS)作为信号光。第三直流激光器(1c)产生的连续波光束经第四偏振控制器(2d)，其与信号发生器(6)产生的时钟射频信号均输入到第三电光强度调制器(4c)，产生的光脉冲序列作为探测光。PRBS信号光和探测光通过第二光耦合器(3b)合为一路经第二掺铒光纤放大器(5b)后进一步放大，放大后的信号光和探测光经过波分复用器(7)分为3路。①路波长通道信号光经第五偏振控制器(2e)来调整其偏振态，并可通过第一ATT可变衰减器(9a)改变该路信号的光功率，设该路信号为A。②路波长通道信号光经第六偏振控制器(2f)来调整其偏振态，信号光经过第一光可调延时线(8a)调整与信号A的相对延时，通过第二ATT可变衰减器(9b)改变该路信号的光功率，设该路信号为B。③路为探测光波长通道，通过第七偏振控制器(2g)来调整该路信号的偏振态，使用第二光可调延时线(8b)来调整时钟探测光的时序，令探测光的时序与两路编码信号的时序对准，经第三ATT可变衰减器(9c)来改变其光功率。信号光A和B及探测光经第三光耦合器(3c)合为一路进入第一半导体光放大器(10a)，第一可调谐光带通滤波器(11a)滤出所需信号后经第四光耦合器(3d)分为3路，④路用第一光示波器(12a)观测逻辑门输出的信号波形。⑤路、⑥路经第五光耦合器(3e)合为一路后用第二光示波器(12b)观测逻辑门输出的信号波形。第四直流激光器(1d)、第五直流激光器(1e)产生的连续波光束分别经过第八偏振控制器(2h)、第九偏振控制器(2i)生成的信号Pe′和PO′通过第六光耦合器(3f)合为一路后与该路信号经第七光耦合器(3g)进入第二半导体光放大器(10b)、第二可调谐光带通滤波器(11b)滤出所需信号后，分别用第三光示波器(12c)、第四光示波器(12d)观测逻辑门输出的信号波形。
2.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一直流激光器(1a)的波长为1550.9nm，第二直流激光器(1b)的波长为1551.7nm，第三直流激光器(1c)为中心波长可调谐连续光源，第四直流激光器(1d)的波长为1550.9nm，第五直流激光器(1e)的波长为1551.7nm。
3.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一光耦合器(3a)、第二光耦合器(3b)、第三光耦合器(3c)、第四光耦合器(3d)、第五光耦合器(3e)、第六光耦合器(3f)、第七光耦合器(3g)的插入损耗都为3dB。
4.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一掺铒光纤放大器(5a)、第二掺铒光纤放大器(5b)的输出功率都为0.5-2W、波长范围都为1545-1565nm。
5.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述信号发生器(6)的频率带宽为0-10GHz，输出功率为10-20dBm。
6.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一ATT可变衰减器(9a)、第二ATT可变衰减器(9b)、第三ATT可变衰减器(9c)的可调范围都为0～20dB。
7.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一半导体光放大器(10a)、第二半导体光放大器(10b)的长度都为900μm，偏置电压都为300mA。
8.根据权利要求1所述的基于半导体光放大器非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一可调谐光带通滤波器(11a)、第二可调谐光带通滤波器(11b)的带宽都为0.26nm。
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