CN114157364B - 一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，包括：宽谱脉冲光信号源模块，信号光谱重生模块，信号重放大处理模块，重生信号功率放大模块，信号重放大处理模块，检验模块。本发明面向具有大谱宽特征的数字脉冲光信号，其光谱成分可以离散抑或连续，通过半导体激光器腔体内的非线性效应，实现了宽谱脉冲光信号的重放大效果，解决了基于宽谱脉冲光的数字光通信系统中，包括光隐匿通信系统、光码分多址系统中光信号时域噪声干扰的滤除，提升了接收性能，同时信号光谱宽度大幅度压缩，从而便于后续的滤波处理。

Description

一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大 系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是涉及一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统。

背景技术

近年来，光纤通信技术得到了快速发展，与基于传统电缆的有线通信技术相比，光纤通信具有宽带宽、低损耗、重量轻、以及抗电磁干扰等优点。目前，光纤通信已进入了有线通信的各个领域，包括邮电通信，电力通信以及军事通信等等。随着家庭用户对通信带宽要求的提高，光纤到户也已在蓬勃发展。由于无线通信逐步覆盖数据需求量更高的各种流媒体业务，例如云计算、社交网络、移动数字电视等新业务，无线通信带宽的需求量随之急剧提高。

微波光子学是结合了微波技术和光子技术优势的交叉学科，它利用光子技术产生、处理和传输微波信号，具有带宽大、损耗小、重量轻、抗电磁干扰等优点，在雷达系统、无线通信、卫星通信、有线电视、天文无线电和光信号处理及高速分组交换光网络等领域都有重要应用。通过该技术，我们可实现对信号在时域的处理，以获得特定应用环境下所需要的波形及频谱，并实现多址噪声干扰滤除等功能。通过对微波信号在空间上的处理，可实现微波信号的波束成形，即改变微波信号的辐射方向。如果将信号的时空处理相结合，同时实现信号时域处理和波束成形，这样就实现了微波信号时空处理的混合系统。通过微波光子技术所实现的信号时空处理具有极大的灵活性和可重构性，在雷达系统、近距离无线接入、光纤数字通信等系统具有极高的应用价值。

干扰(多址干扰)是指同CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的。因为CDMA系统为码分多址，CDMA系统采用的是不同的地址码来区分每个用户，但多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，所以在频域在产生一定的同频和邻频干扰，则为多址干扰。

然而，目前已有的通信频段严重限制了通信容量的进一步拓展，为了解决这个问题，越来越多的研究传统CDMA系统中的信号检测将于多址干扰视为高斯噪声来处理，因而忽略多址干扰的存在，这种方法会带来以下两个方面的影响：

(1)系统容量受到限制：当系统中用户数较少时，多址干扰因伪随机码良好的互相关性而不会太严重。但随着同时接入系统用户数目的增加，多址干扰的影响也会逐渐严重起来，导致系统误码率的上升，使得系统的容量受到影响。尤其是3G系统中大容量的要求和多天线发射分集的采用，都将导致CDMA系统容量受多址干扰的严重影响。

(2)严重影响了系统的性能：如果干扰用户比目标用户距离基站近得多，即使忽略衰落的影响，信号的路径衰耗亦与用户距基站距离的三次方成正比，这时干扰信号在基站的接收功率会比目标用户信号的接收功率大得多，在传统接收机输出中的多址干扰份量会很重，以至将目标用户的信号淹没，而出现远近效应。

因此，如何解决干扰(多址干扰)噪音并将其用于实现多用户组网是需要研究者解决的课题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：传统CDMA系统中的信号检测将多址干扰视为高斯噪声来处理，因而忽略多址干扰的存在，造成系统性能受到极大影响。

本发明的技术方案如下：

一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，包括：

用于产生大谱宽光脉冲信号及干扰噪声的宽谱脉冲光信号源模块，宽谱脉冲光信号源模块包括：用于输出时钟信号的脉冲信号发生器(PPG)，脉冲信号发生器(PPG)分别连接有用于放大时钟信号的微波功率放大器(PA)和马赫增德尔调制器(MZM)，微波功率放大器(PA)输出端连接有第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)，第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)的输出信号输入马赫增德尔调制器(MZM)，第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)输入马赫增德尔调制器(MZM)的光脉冲信号被脉冲信号发生器(PPG)输出的数据信号调制得到光脉冲序列，

用于放大马赫增德尔调制器(MZM)输出光脉冲序列的第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)，第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)连接有对马赫增德尔调制器(MZM)输出的大功率光脉冲信号进行光谱上的极大展宽且压窄脉冲宽度的高非线性光纤(HNLF)，光脉冲信号序列的光谱为超连续谱(SC)，

用于将光脉冲信号序列分为两路且与高非线性光纤(HNLF)连接的1：1光耦合器分路，其中一路连接有编码器(Encoder)，另一路连接有用于对第二路光脉冲信号进行滤波并将其作为干扰噪声的光带通滤波器(OBPF)，编码器(Encoder)和光带通滤波器(OBPF)的输出端连接有1：1光耦合器合路，1：1光耦合器合路连接有用于对合路后光脉冲信号进行补偿的第二可调掺铒光纤放大器(EDFA2)，

用于通过重产生技术对脉冲光实现整形干扰、改善信号时域特征的信号重产生处理模块，信号重产生处理模块包括：用于解码且与EDFA2输出端连接的解码器(Decoder)，解码器(Decoder)连接有信号重产生模块(Regenerator)，

用于对信号光谱进行放大以实现对复杂光谱特性脉冲光的重放大效果的信号重放大处理模块，信号重放大处理模块包括：与信号重产生模块(Regenerator)的输出端连接的第二T型掺铒光纤放大器(T-EDFA2)，

用于对脉冲重产生及放大效果进行检验的检验模块，检验模块包括：用于对重产生重放大处理后的光脉冲信号进行光电转换且与第二T型掺铒光纤放大器(T-EDFA2)输出端连接的光电检测器(PIN)。

进一步地，PIN分别连接有对电信号眼图进行测量的采样示波器(OCS)和对信电信号误码率进行测量的误码仪(BERT)，这样的设计能实时获取信号的处理效果。

进一步地，脉冲光的重产生是基于半导体激光器腔体内的XGM效应，信号重产生模块(Regenerator)包括：与解码器(Decoder)连接的用于放大解码后光脉冲信号的第一T型掺铒光纤放大器(T-EDFA1)，与第一T型掺铒光纤放大器(T-EDFA1)连接有偏振控制器(PC)，与偏振控制器(PC)输出端连接的光环行器(OC)，光环行器(OC)的2和3端口分别连接有被用作从激光器(SL)无隔离器装置的第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)和用于将第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)腔模以及原脉冲光谱成分滤除的光滤波器(OF)，从而产生张驰振荡峰和光谱展宽，张驰振荡峰对应的光谱即半导体激光器的展宽光谱部分。

进一步地，第二T型掺铒光纤放大器(T-EDFA2)连接有用于对信号重产生模块(Regenerator)输出光谱信号进行检测的光频谱分析仪(OSA)，信号处理过程中的信号光谱特征利用光频谱分析仪(OSA)实现监控；光电检测器(PIN)输出的电信号分别利用采样示波器(OCS)和误码仪(BERT)实现检测，分别为信号的是域特征和误码特性。

更进一步地，脉冲信号发生器(PPG)输出的时钟电路经微波功率放大器(PA)放大至26dBm，脉冲信号发生器(PPG)的伪随机码(PBRS)输出端连接马赫增德尔调制器(MZM)，获得数字脉冲序列。

优选地，第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)将马赫增德尔调制器(MZM)输出光脉冲序列放大至26dBm，在后续的HNLF中产生自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)等非线性效应，输出具有极宽光谱的脉冲光。

优选地，编码器(Encoder)包括：与1：1光耦合器分路连接的1：8光耦合器一，与1：8光耦合器一输出端连接的八路固定长度延时线，与八路固定长度延时线连接的第一波长选择开关(WSS1)，用于实现带有低功率噪声的脉冲光信号。

优选地，光带通滤波器(OBPF)的中心波长为1548.52nm，且与第一波长选择开关(WSS1)的第49、50两个波道相重合，光带通滤波器(OBPF)与1：1光耦合器分路之间还连接有用于控制第二路光脉冲信号引入干扰幅度的可调光衰减器(VOA)，用于实现带有低功率噪声的脉冲光信号。

进一步优选地，解码器(Decoder)包括与1：1光耦合器分路连接的第二波长选择开关(WSS2)，与第二波长选择开关(WSS2)连接的八路固定长度延时线，与八路固定长度延时线连接的1：8光耦合器二，解码器(Decoder)一方面可以用于信号的解码，另一方面还可以作为滤波器滤除引入的自发辐射噪声(ASE)。

本发明的有益效果是：

1、本发明与目前已有的重产生放大技术面对的信号类型更广，能够对具有复杂光谱特性的脉冲光信号实现重产生和放大，相关光学现象仅与脉冲光时域特性和功率有关。

2、实现方法不同，本系统中的关键器件为一个DFB半导体激光器，具有复杂光谱特征的脉冲光进入DFB半导体激光器腔体，会引发DFB半导体激光器内的XGM效应和增益开关效应，从而产生张驰振荡峰和光谱展宽，张驰振荡峰对应的光谱即半导体激光器的展宽光谱部分。

3、本发明涉及的重产生及放大方法能够改善复杂光谱脉冲光时域特性，能够消除脉冲光序列中的存在的一系统低功率干扰噪声。

4、本发明涉及的重产生及放大方法能够大幅度压缩具有复杂光谱特征的脉冲光的光谱宽度，同时仍然能够保证脉冲光序列的误码性能。

5、本发明基于DFB激光器内的交叉增益调制(Cross Gain Modulation，XGM)效应，可用于2D OCDMA(二维编码的光码分多址通信)系统，并用于实现多用户组网；

6、本发明使用普通的商用DFB激光器就可以用于实现对数字脉冲信号的重产生及放大，因此这种技术避免了昂贵非线性器件的使用，具有极大的成本优势，同时，DFB半导体激光器既能够作为泵浦激光器又能够作为非线性介质，因而系统结构大幅简化，且便于集成。

附图说明

图1是本发明整体结构图；

图2是本发明Regenerator结构图；

图3是本发明Encoder结构图；

图4是本发明Decoder结构图；

图5是实验例XGM效应检测中用于产生SC的种子光源图；

图6是实验例XGM效应检测中由HNLF产生的SC光谱图；

图7是实验例XGM效应检测中用作SL的DFB2激光器腔内XGM效应测量实验系统结构图；

图8是实验例XGM效应检测中波道数为36时，SL(DFB2激光器)输出的光谱图；

图9是实验例XGM效应检测中波道数为36时，SL(DFB2激光器)的腔模光谱细节图；

图10是实验例XGM效应检测中波道数为36波道序数不同时，SL(DFB2激光器)输出的光谱图；

图11是实验例XGM效应检测中波道数为36波道序数不同时，SL(DFB2激光器)的腔模光谱细节图；

图12是实验例XGM效应检测中波道数减少为21时，SL(DFB2激光器)的输出光谱图；

图13是实验例XGM效应检测中波道数减少为21时，SL(DFB2激光器)的腔模光谱细节图；

图14是实验例XGM效应检测中SL(DFB2激光器)输出光谱随注入脉冲功率增加的变化趋势；

图15是实验例XGM效应检测中重产生重放大光谱的PTF曲线图；

图16是实验例对重产生重放大光谱的实验验证中加入干扰后的信号光谱；

图17是实验例对重产生重放大光谱的实验验证第1波道状态脉冲序列在未经重产生重放大作用后经检测获得的信号眼图；

图18是实验例对重产生重放大光谱的实验验证第2波道状态脉冲序列在未经重产生重放大作用后经检测获得的信号眼图；

图19是实验例对重产生重放大光谱的实验验证第1波道状态的脉冲序列在经重产生重放大作用后经检测获得的信号眼图；

图20是实验例对重产生重放大光谱的实验验证第2波道状态的脉冲序列在经重产生重放大作用后经检测获得的信号眼图；

图21是实验例对重产生重放大光谱的实验验证测量得到的误码率曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

实施例1

如图1所示，一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，包括：

用于产生大谱宽光脉冲信号及干扰噪声的宽谱脉冲光信号源模块，在验证系统中使用的是超连续光源，宽谱脉冲光信号源模块包括：用于输出时钟信号的脉冲信号发生器(PPG)，脉冲信号发生器(PPG)分别连接有用于放大时钟信号的微波功率放大器(PA)和马赫增德尔调制器(MZM)，微波功率放大器(PA)输出端连接有第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)，第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)的输出信号输入马赫增德尔调制器(MZM)，第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)输入马赫增德尔调制器(MZM)的光脉冲信号被脉冲信号发生器(PPG)输出的数据信号调制得到光脉冲序列，马赫增德尔调制器(MZM)利用脉冲信号发生器(PPG)输出的伪随机码，可以实现对初始脉冲光的调制，使得超连续谱脉冲光为1、0序列，

用于放大马赫增德尔调制器(MZM)输出光脉冲序列的第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)，第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)连接有对马赫增德尔调制器(MZM)输出的大功率光脉冲信号进行光谱上的极大展宽且压窄脉冲宽度的高非线性光纤(HNLF)，光脉冲信号序列的光谱为超连续谱(SC)，第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)将马赫增德尔调制器(MZM)输出光脉冲序列放大至26dBm，脉冲信号发生器(PPG)输出的时钟电路经PA放大至26dBm，

用于将光脉冲信号序列分为两路且与高非线性光纤(HNLF)连接的1：1光耦合器分路，其中一路连接有编码器(Encoder)，另一路连接有用于对第二路光脉冲信号进行滤波并将其作为干扰噪声的光带通滤波器(OBPF)，编码器(Encoder)和光带通滤波器(OBPF)的输出端连接有1：1光耦合器合路，1：1光耦合器合路连接有用于对合路后光脉冲信号进行补偿的第二可调掺铒光纤放大器(EDFA2)，其中，如图3所示，编码器(Encoder)包括：与1：1光耦合器分路连接的1：8光耦合器一，与1：8光耦合器一输出端连接的八路固定长度延时线，与八路固定长度延时线连接的第一波长选择开关(WSS1)，光带通滤波器(OBPF)的中心波长为1548.52nm，且与第一波长选择开关(WSS1)的第49、50两个波道相重合，光带通滤波器(OBPF)与1：1光耦合器分路之间还连接有用于控制第二路光脉冲信号引入干扰幅度的可调光衰减器(VOA)，

用于通过重产生技术对脉冲光实现整形干扰、改善信号时域特征的信号重产生处理模块，信号重产生处理模块包括：用于解码且与EDFA2输出端连接的解码器(Decoder)，解码器(Decoder)连接有信号重产生模块(Regenerator)，如图4所示，解码器(Decoder)包括与1：1光耦合器分路连接的第二波长选择开关(WSS2)，第二波长选择开关(WSS2)连接的八路固定长度延时线，与八路固定长度延时线连接的1：8光耦合器二，

用于对信号光谱进行放大以实现对复杂光谱特性脉冲光的重放大效果的信号重放大处理模块，信号重放大处理模块包括：与信号重产生模块(Regenerator)的输出端连接的第二T型掺铒光纤放大器(T-EDFA2)，第二T型掺铒光纤放大器(T-EDFA2)连接有用于对信号重产生模块(Regenerator)输出光谱信号进行检测的OSA(光频谱分析仪)，

用于对脉冲重产生及放大效果进行检验的检验模块，检验模块包括：用于对重产生重放大处理后的光脉冲信号进行光电转换且与第二T型掺铒光纤放大器(T-EDFA2)输出端连接的光电检测器(PIN)，光电检测器(PIN)分别连接有对电信号眼图进行测量的采样示波器(OCS)和对信电信号误码率进行测量的误码仪(BERT)。

为验证脉冲重产生及放大技术，可用在OCDMA、光隐匿通信等数字光通信系统中，且能够改善信号时域特性，本实施例作为一个数字编解码实验系统对这一构想进行了实验验证，本实施例的系统工作过程为：

S1、脉冲信号发生器(PPG)输出的时钟信号经微波功率放大器(PA)放大至26dBm后，直接调制第一分布反馈式半导体激光器(DFB1)，用于构成实验所需的GSL，作为初始的脉冲光源，这个光源的光谱宽度有限，时域宽度相对较大，GSL输出的光脉冲进入马赫增德尔调制器(MZM)被由脉冲信号发生器(PPG)输出的数据信号调制，马赫增德尔调制器(MZM)输出的光脉冲序列随后被一个第一可调掺铒光纤放大器(EDFA1)放大至26dBm后进入高非线性光纤(HNLF)，大功率脉冲信号在输入高非线性光纤(HNLF)以后可以产生强烈的非线性效应，从而得到光谱为超连续谱(SC)的脉冲信号序列；

S2、随后脉冲信号经1：1光耦合器分路分为两路，其中一路作为其中的一个用户进入编码器(Encoder)实现编码，另一路由一个单通带的光带通滤波器(OBPF)并将其作为第二个用户引入的干扰噪声，此时，光带通滤波器(OBPF)的中心波长为1548.52nm，刚好与第一波长选择开关(WSS1)的第49和50两个波道相重合，同时，干扰信号的支路通过可调光衰减器(VOA)控制第二个用户引入的干扰幅度；

S3、两个用户的光信号经1：1光耦合器合路实现合路，合路以后的光信号首先通过一个第二可调掺铒光纤放大器(EDFA2)补偿由编码器引入的功率损耗，随后进入解码器(Decoder)进行解码；

S4、为消除解码后信号中第二个用户引入的干扰噪声，基于XGM效应的重产生技术的信号重产生模块(Regenerator)对脉冲信号进行重产生重放大；

S5、光频谱分析仪(OSA)对重产生重放大后的光谱进行检测，阈值以后的光信号进入光电检测器(PIN)实现光电转换，经光电转换得到的电信号分别进入一个采样示波器(OCS)和误码仪(BERT)实现对电信号眼图和误码率的测量。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：

进一步地，脉冲光的重产生是基于半导体激光器腔体内的XGM效应，信号重产生模块(Regenerator)包括：与解码器(Decoder)连接的用于放大解码后光脉冲信号的第一T型掺铒光纤放大器(T-EDFA1)，与第一T型掺铒光纤放大器(T-EDFA1)连接有偏振控制器(PC)，与偏振控制器(PC)输出端连接的光环行器(OC)，光环行器(OC)的2和3端口分别连接有被用作从激光器(SL)无隔离器装置的第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)和用于将第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)腔模以及原脉冲光谱成分滤除的光滤波器(OF)，从而产生张驰振荡峰和光谱展宽，张驰振荡峰对应的光谱即半导体激光器的展宽光谱部分。

其中，脉冲光信号的重产生过程为：

S41、解码器(Decoder)输出的光脉冲序列信号经第一T型掺铒光纤放大器(T-EDFA1)放大并进一步控制其光功率；

S42、随后，脉冲序列经偏振控制后注入第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)，通过对注入脉冲偏振态的控制，最大程度地消除偏振相关功耗，并利用OF滤出因XGM效应造成的光谱展宽成分。

以上过程的实现原理为：将具有复杂光谱特征的脉冲光输入第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)腔体，同时第二分布反馈式半导体激光器(DFB2)输出的光谱在XGM和增益开关效应的作用下被展宽，同时只有峰值功率较高的“1”码脉冲能够引起分布反馈式半导体激光器光谱展宽，此外，干扰噪声的功率较低，仅能够引发XGM效应，但无法引起增益开关效应，因而其光谱成分不会出现在展宽光谱内，利用OF滤出光谱的展宽部分，即可获得理想的脉冲时域特性。

实验例

在具有复杂光谱特征脉冲光注入下，DFB2激光器腔体内的XGM效应检测

本发明通过实施例2的系统对脉冲重产生效果进行检验(包括对干扰噪声的消除)，由于DFB激光器腔体内的XGM效应脉冲光重产生得以实现的基础，因此我们首先对具有复杂光谱特征光脉冲注入下的DFB2激光器腔体内的XGM效应进行了实验研究分析，测量得到DFB2激光器在脉冲光注入下其自身输出光谱的变化规律。实验中，DFB1激光器中心波长为1544.8nm，用于产生SC的种子光源和通过HNLF得到的SC光谱如图5、图6所示。

此处，采用具有SC光谱特征的全“1”光脉冲来完成DFB激光器腔体内XGM效应的测量实验，为避免SC光谱干扰DFB2激光器，使用一个WSS将DFB2激光器腔模附近的光谱成分滤除，实验结构如图7所示，利用一个T-EDFA控制脉冲光功率，输出端接入一个1：9光耦合器，其中10％端口连接PM(光功率计)，90％端口连接光环行器，光环行器2端口连接DFB2激光器，3端口先后连接OSA(光频谱分析仪)和OF(光滤波器)，光滤波器则连接另一个PM(光功率计)。

光谱为SC的光脉冲首先通过WSS2实现光谱切割，随后经输出功率经T-EDFA放大后注入DFB2激光器，10％耦合端口用于实时监测SC脉冲光功率，余下的90％功率的光脉冲注入DFB2激光器。首先，测量获得DFB2激光器在SC脉冲光注入下的XGM效应，光环行器3端口输出光进入OSA，测量其光谱特征，调谐T-EDFA的输出功率，并观察光谱变化特征。

测量获得了PTF(功率转换)曲线，即输入SC脉冲光功率与OF输入光功率的对应关系，其中OF为一个中心波长为1548.52nm，带宽为0.8nm的单波道WDM滤波器，2功率值利用PM实现测量。

在后续的测量过程中，将WSS(WSS1和WSS2)的波道数设置为36个，同时通过计算机改变36个波道的波道选择。我们首先将SC注入功率稳定在12dBm，仅改变WSS2的波道选择，同时采用OSA测量DFB2激光器在SC光注入下输出的整体光谱以及其自身输出光谱细节，测量结果分别如图8、图10和图9、图11所示。由图可知，XGM效应对应的光谱现象没有因WSS波束选择的改变而受到影响。随后减少WSS的波道道数，以21个波道数为例，脉冲的注入功率仍稳定在12dBm，此时，SL输出的整体光谱以及SL的自身光谱细节分别如图12和图13所示。由图可见，在波道数减少以后，只要光脉冲注入功率保持不变，XGM效应引起的光谱特征没有明显变化。因此，我们可以判断SL腔体内的XGM效应不受WSS波道数和序数的影响。

随后测量具有复杂光谱特征脉冲功率值对DFB2激光器腔体内XGM效应的影响，此时，选用WSS中可选择的36个波道，如图8所示，系统中的OSA的测量范围设置在DFB2激光器腔模附近，测量其光谱细节随脉冲光功率变化的变化趋势。光脉冲的注入功率由一个T-EDFA实现控制，OSA测量得到的光谱特征如图14所示。由图可见，随着注入功率的提高，DFB2激光器的输出光谱展宽程度也将随之不断增加。

具有复杂光谱特征的脉冲光的重产生是通过滤出DFB2激光器因XGM效应产生的新光谱实现，由OF滤出的，且经EDFA放大后的光谱特征如图14所示。由图可见，OF有效地滤除了脉冲光谱和DFB2激光器的腔模光谱。此外，测量得到的PTF曲线如图15所示。

由图15可知，实验系统内的阈值PTF曲线存在一个低功率区，其阈值功率约为1mW，这说明低功率的干扰噪声能够在功率上被滤除。

对重产生及放大的效果验证

为简化实验过程，在WSS1和WSS2的8个输入/输出端口中，仅使用其中一道延时线，并通过计算机确定WSS1和WSS2的波道，同时控制每个波道内的光衰减。

对脉冲光的重产生与放大旨在改善信号的时域特性，同时可以改善信号的接收性能，本发明涉及到的可用于具有复杂特征脉冲光的重产生及放大方法主要针对2D OCDMA(二维编码的光码分多址通信)系统、光隐匿通信系统等光数字通信系统中，因此，脉冲光的时域特征和BER(误码率)是关键性能指标，两者分别利用OCS(示波器)和BERT(误码仪)对经PIN光电转换后的信号进行测量。

验证过程中，系统中的OBPF1和OVA能够提供低功率干扰噪声，且功率可控，其目的是通过掺入干扰噪声，验证脉冲重产生及放大对信号波形以及误码率的改善，加入干扰信号以后的信号光谱如图16所示。由图可见，加入干扰的49和50两个波道的光功率明显高于其他未加入干扰的波道光功率。

针对信号时域特性的测量，测量获得的原脉冲光信号和重产生及放大以后获得的信号的眼图进行测量和对比，实验采用图8和图10所示的两种WSS波道选择状态完成这一部分实验。为了便于语言叙述，图8和图10所示的两种波长选择状态在这里分别定义为第1和第2波道状态。

为了验证重产生及放大对信号时域特性的改善，实验中的干扰噪声强度控制在脉冲光重产生刚好无法完全消除的程度。将第1和第2波道状态下的原脉冲光信号输入PIN实现光电转换，并采用OCS测量其眼图，检测脉冲光功率为-15dBm，测量得到的两种波道状态下的信号眼图分别如图17和图18所示。由图可见，干扰噪声的存在，经光电转换得到的电信号在PIN内部TIA放大的作用下，电信号眼图严重劣化。

测量重产生及放大以后的获得的信号时域特性，经PIN检测得到的电信号眼图如图19和图20所示。由图可见，在重产生及放大以后，光电检测后获得的电信号眼图可以得到极大改善，这就说明了重产生及放大较好地消除了第49和50波道内所存在的信号干扰。同时，对比两种不同波道选择状态下获得的电信号眼图，WSS波道数量减少，脉冲光功率成分的降低，重产生可完全消除的干扰信号峰值功率也将随之下降。

针对重产生及放大以后能否确保原脉冲光序列中“1、0”码序列，采用BERT分别测量了第1和第2波道选择状态下光脉冲序列接收误码率，PPG输出的PRBS(伪随机)码选择2⁷-1长度。受干扰信号的影响，原脉冲光信号在实验系统的接收端无法测量得到BER数值，说明误码率过高。与之相比，重产生及放大获得的脉冲光信号BER将大幅降低，测量结果如图21所示，由图可见，重产生及放大后的信号在BERT的测量下，能够获得BER曲线，且随着检测光功率的提高，测量得到的误码率对数值可达-8以下，受限于设备性能，信号的误码率有能够达到0；此外，WSS波道数量由36个减少至21以后，信号BER曲线存在一个大约为5dB的功率代价。

实验结果表明：采用本发明涉及到的脉冲光重产生及放大技术方法，能够很好地恢复原脉冲光信号中的“1、0”序列，并实现良好的信号接收性能。

由以上内容可知，本发明与目前已有的脉冲光重产生及放大技术实现方法不同，该方案是利用了半导体激光器腔体内的XGM效应，实现功率值相对较低；以本发明涉及到的系统实验，脉冲光的光谱特征具有光谱宽度大、分布离散的特点，现有的技术方案尚且无法对具有复杂光谱结构脉冲光实现处理，目前这是唯一一种能够对这类脉冲光实现重产生处理的技术方案；此外，通过脉冲的重产生，原有的复杂脉冲光谱将集中在一个较小的光谱范围内，即实现了光谱的压缩。

Claims (8)

1.一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，包括：

用于产生大谱宽光脉冲信号及干扰噪声的宽谱脉冲光信号源模块，所述宽谱脉冲光信号源模块包括：用于输出时钟信号的脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器分别连接有用于放大时钟信号的微波功率放大器和马赫增德尔调制器，所述微波功率放大器输出端连接有第一分布反馈式半导体激光器，所述第一分布反馈式半导体激光器的输出信号输入所述马赫增德尔调制器，第一分布反馈式半导体激光器输入马赫增德尔调制器的光脉冲信号被脉冲信号发生器输出的数据信号调制得到光脉冲序列，

用于放大所述马赫增德尔调制器输出光脉冲序列的第一可调掺铒光纤放大器，所述第一可调掺铒光纤放大器连接有对马赫增德尔调制器输出的大功率光脉冲信号进行光谱上的极大展宽且压窄脉冲宽度的高非线性光纤，所述光脉冲信号序列的光谱为超连续谱，

用于将经所述第一可调掺铒光纤放大器放大后的所述光脉冲信号序列分为两路且与所述高非线性光纤连接的1：1光耦合器分路，其中一路连接有编码器，另一路连接有用于对第二路光脉冲信号进行滤波并将其作为干扰噪声的光带通滤波器，所述编码器和光带通滤波器的输出端连接有1：1光耦合器合路，所述1：1光耦合器合路连接有用于对合路后光脉冲信号进行补偿的第二可调掺铒光纤放大器，

用于通过重产生技术对脉冲光实现整形干扰、改善信号时域特征的信号重产生处理模块，所述信号重产生处理模块包括：用于解码且与所述第二可调掺铒光纤放大器输出端连接的解码器，所述解码器连接有信号重产生模块，所述脉冲光的重产生是基于半导体激光器腔体内的XGM效应，所述信号重产生模块包括：与所述解码器连接的用于放大解码后光脉冲信号的第一T型掺铒光纤放大器，与第一T型掺铒光纤放大器连接有偏振控制器，与所述偏振控制器输出端连接的光环行器，所述光环行器的2和3端口分别连接有被用作从激光器无隔离器装置的第二分布反馈式半导体激光器和用于将第二分布反馈式半导体激光器腔模以及原脉冲光谱成分滤除的光滤波器，

用于对信号光谱进行放大以实现对复杂光谱特性脉冲光的重放大效果的信号重放大处理模块，所述信号重放大处理模块包括：与所述信号重产生模块的输出端连接的第二T型掺铒光纤放大器，

用于对脉冲重产生及放大效果进行检验的检验模块，所述检验模块包括：用于对重产生重放大处理后的光脉冲信号进行光电转换且与所述第二T型掺铒光纤放大器输出端连接的光电检测器。

2.根据权利要求1所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述光电检测器分别连接有对电信号眼图进行测量的采样示波器和对信电信号误码率进行测量的误码仪。

3.根据权利要求1所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述第二T型掺铒光纤放大器连接有用于对所述信号重产生模块输出光谱信号进行检测的光频谱分析仪。

4.根据权利要求1所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述脉冲信号发生器输出的时钟电路经所述微波功率放大器放大至26dBm。

5.根据权利要求1所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述第一可调掺铒光纤放大器将所述马赫增德尔调制器输出光脉冲序列放大至26dBm。

6.根据权利要求1所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述编码器包括：与1：1光耦合器分路连接的1：8光耦合器一，与所述1：8光耦合器一输出端连接的八路固定长度延时线，与八路固定长度延时线连接的第一波长选择开关。

7.根据权利要求6所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述光带通滤波器的中心波长为1548.52nm，且与所述第一波长选择开关的第49、50两个波道相重合，光带通滤波器与所述1：1光耦合器分路之间还连接有用于控制第二路光脉冲信号引入干扰幅度的可调光衰减器。

8.根据权利要求1所述的一种可用于具有复杂光谱特征光脉冲信号的重产生重放大系统，其特征在于，所述解码器包括与所述1：1光耦合器分路连接的第二波长选择开关，与第二波长选择开关连接的八路固定长度延时线，与八路固定长度延时线连接的1：8光耦合器二。

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