CN202334535U - 一种双向多通道光控光信息处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双向多通道光控光信息处理装置，其组成包括输入/输出模块、光泵浦模块、磁可调非线性模块，所述输入/输出模块的第二偏振控制器与光泵浦模块的高功率光放大器通过光纤连接，输入/输出模块的光环行器与磁可调非线性模块通过光纤连接。本实用新型可以提供光放大、波长转换、光开关、信号再生多种功能，其克服传统放大器有限的增益带宽和“光-电-光”信息处理器件面临的电子瓶颈问题。同时，本实用新型还可以通过外加磁场进行灵活控制，实现对网络资源的动态配置。

Description

一种双向多通道光控光信息处理装置

技术领域

本实用新型涉及光纤通信领域，具体讲是一种双向多通道光控光信息处理装置。适用于具有超大信息处理带宽、超快响应速度以及灵活资源配置特性的智能全光网络，提供磁场可控的参量放大、波长转换、全光开关以及信号再生功能。

背景技术

智能全光网络具有超大信息处理带宽、超快响应速度，以及根据需求可灵活配置网络资源的能力。这有助于克服目前光网络中的一些瓶颈，例如有限的放大器带宽、“光-电-光”信息处理过程中的电子瓶颈等。在波分复用系统中掺铒光纤放大器（EDFA）得到了广泛的应用，该放大器具有带宽大噪声低等特点。但随着通信用波长范围的进一步扩大，以及高速通信系统对光信噪比要求的提高，EDFA 的40nm左右的增益带宽和4～6dB的噪声系数已经不能够满足智能全光网络的需求，因此需要新的光再生方案提高放大器工作带宽以及降低噪声。由于光信号在传输过程中受到光纤色散、非线性以及放大器的放大自发辐射（ASE）噪声的污染，导致信号发生畸变而使质量下降，因此需要进行信号再生。目前商用光信息处理器件采用先将光信号接收转变为电信号，在电域进行信号再生后，再次调制到光域进行传输，这就是传统的“光-电-光”再生方案。该方案利用了成熟的电信号处理技术，因此在2.5Gb/s以下光通信网络中得到广泛的应用。但随着信号速率的不断提升，“光-电-光”方案一方面无法突破电信号处理的速率瓶颈，另一方面在高速情况下该方案的成本也急剧提升，因此需要一种低成本的支持高速光通信网络的再生方案。

   新一代光放大方案有基于拉曼效应的光纤拉曼放大器和利用四波混频效应实现的参量放大器。这两类放大器在增益带宽、噪声性能等方面都优于目前商用EDFA。基于非线性效应的全光信息处理器件在高速全光网络中具有潜在应用价值，然而目前大多数的全光信息处理装置还是针对单一波长、单一功能设计的，在多波长网络中缺乏适用性。因此需要提出一种集成有多种功能且灵活可控的高速光信息处理装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够克服传统放大器有限的增益带宽和“光-电-光”信息处理器件面临的电子瓶颈问题,且具有光放大、波长转换、光开关、信号再生多功能的双向多通道光控光信息处理装置。

本实用新型为实现上述目的采用以下技术方案：

一种双向多通道光控光信息处理装置，其特征在包括：

输入/输出模块：包括第一偏振控制器、第二偏振控制器、光耦合器、光环行器和可调滤波器；

光泵浦模块：包括激光器和高功率光放大器；

磁可调非线性模块：包括具有磁光效应的非线性介质、磁场加载装置和可调电源；

所述输入/输出模块的个数为2个，两个输入/输出模块的第二偏振控制器与光泵浦模块的高功率光放大器通过光纤连接，输入/输出模块的光环行器与磁可调非线性模块通过光纤连接；

所述非线性介质采用磁光高非线性光纤，一个输入/输出模块的输入端和另一个输入/输出模块的输出端构成一条单向的光纤链路；

所述非线性介质采用磁光光纤光栅，同一个输入/输出模块的输入端和输出端构成一条单向的光纤链路。

所述第一偏振控制器、第二偏振控制器与光耦合器通过光纤连接，光耦合器、光环行器和可调滤波器依次通过光纤连接。

所述激光器、高功率光放大器通过光纤连接。

所述非线性介质与输入/输出模块光纤连接，可调电源与磁场加载装置电连接。

所述可调电源提供直流电时，磁场加载装置能动态调节非线性效应工作点；

所述可调电源提供交流电时，磁场加载装置能对非线性介质内的导波光进行扰偏处理。

本实用新型具有以下有益效果：

一、本实用新型能够克服传统放大器有限的增益带宽和“光-电-光”信息处理器件面临的电子瓶颈问题,且具有光放大、波长转换、光开关、信号再生多功能。

二、本实用新型可以通过外加磁场进行灵活控制，实现对网络资源的动态配置。

附图说明

图1双向多通道光控光信息处理装置示意图；

图2 参量放大光谱示意图；

图3四波混频光谱示意图；

图4磁场对四波混频转换效率的影响；

图中1为输入/输出模块、2为光泵浦模块、3为磁可调非线性模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

本实用新型的技术解决方案是，提出一种双向多通道光控光信息处理装置，包括输入/输出模块、光泵浦模块和磁可调非线性模块。所述的输入/输出模块与光泵浦模块、磁可调非线性模块通过光纤连接。当磁可调非线性单元内使用磁光高非线性光纤时，一个输入/输出模块的输入端和另一个输入/输出模块的输出端构成一条单向的光纤链路；而当磁可调非线性单元内使用磁光光纤光栅时，由于光栅的反射特性，使得同一个输入/输出模块的输入端和输出端构成一条单向的光纤链路，因此通过使用一对输入/输出模块实现双向信号处理能力。

所述的输入/输出模块包括偏振控制器、光耦合器、光环行器和可调滤波器。偏振控制器、光耦合器、光环行器和可调滤波器依次通过光纤连接。该模块可以对输入信号和本地产生的泵浦信号进行偏振态控制以达到最佳的非线性效果。光环行器一方面可以防止信号反向传输影响器件稳定，另一方面用于分离双向传输信号以提取所需信息。通过调整滤波器中心波长、带宽特性得到所需的输出信号。

所述的光泵浦模块包括激光器和高功率光放大器。激光器、高功率光放大器通过光纤连接。该模块为磁控参量过程提供波长和功率可以调整的光泵浦信号。

所述的磁可调非线性模块由磁可调非线性单元和可调电源构成。其中磁可调非线性单元由具有磁光效应的非线性介质和磁场加载装置组成。非线性介质与输入/输出模块光纤连接，可调电源与磁场加载装置电连接。具有磁光效应的非线性介质可以采用磁光高非线性光纤或磁光光纤光栅，通过泵浦光与信号光的非线性作用，实现磁可调的交叉相位调制或参量过程。当可调电源提供直流电时，可以得到磁场强度可调的直流磁场以达到动态调节非线性效应工作点的目的；当可调电源提供交流电时，将产生交流磁场，可以对非线性介质内的导波光进行扰偏处理，降低本装置的偏振依赖性。

本实用新型利用了具有磁光效应的非线性介质实现磁场可控的交叉相位调制或参量过程，并与后置的可调滤波器配合得到可实现多种功能的全光信息处理器件。当可调滤波器的中心波长与输入信号的波长一致时，由于在非线性介质中泵浦光对输入信号进行了参量放大，本装置将实现大增益带宽、低噪声系数的参量放大功能；当可调滤波器的中心波长不与输入信号波长一致且根据交叉相位调制或四波混频效应恰当设置时，可使本装置实现光开关、信号再生以及波长转换功能。同时，由于在磁控非线性单元中使用的是具有磁光效应的非线性介质，因此通过调节外加磁场能够控制非线性效果，进而达到远程控制本装置工作状态的目的，实现网络资源的动态配置。

本实用新型如图1所示，包括输入/输出模块、光泵浦模块和磁可调非线性模块。其特征在于，采用了一对输入和输出模块可以组成双向多通道的信息处理装置。而双向传输信号还复用了具有磁光效应的非线性介质，为多通道信号提供磁场可调的非线性过程，实现灵活可控的全光信息处理功能。同时，根据具有磁光效应的非线性介质类型不同，本装置还具有不同的工作方式。

根据采用的磁光非线性介质不同，本实用新型工作方式有两种：基于磁光高非线性光纤的信息处理装置和基于磁光光纤光栅的信息处理装置。

实施例1：

在基于磁光高非线性光纤的信息处理装置中，具有磁光效应的非线性介质采用的是磁光高非线性光纤。根据目前研究来看，可以使用普通硅基高非线性光纤作为磁光高非线性光纤，但由于硅基光纤Verdet常数有限，因此需要较长作用距离，与之相匹配的磁场加载装置则是螺绕环。如果使用硫化物光纤作为磁光高非线性光纤，则由于其具有极高的非线性系数和较大的Verdet常数，因此可以大大减少作用距离，能够使用螺线管等装置提供磁场。

由于采用磁光高非线性光纤，则信号在本装置内的作用过程以及输入和输出端口说明如下：两路信号分别从两个输入/输出模块的输入端进入，并与光泵浦单元产生的高功率泵浦信号通过光耦合器耦合在一起，他们的偏振态通过各自的偏振控制器进行调节以达到最大的非线性效应。两组泵浦光和信号光从各自的光环行器1端口进入，并通过2端口反向输入到磁控非线性单元内。两组反向传输信号再通过对方的环行器3端口进入到可调光滤波器，通过调节可调光滤波器的中心波长、带宽得到与功能相匹配的输出信号。例如，当本装置用于提供参量放大功能时，滤波器中心波长要与输入信号波长一致，参量增益光谱示意图如图2所示；而当本装置用于提供波长转换、光开关、信号再生功能时，滤波器中心波长要根据交叉相位调制或四波混频特性设置，以四波混频为例的光谱示意图如图3所示。

通过磁场加载装置可以向磁光高非线性光纤提供直流或者交流磁场。直流磁场能够调节交叉相位调制或四波混频效果，磁场对四波混频转换效率影响如图4所示。因此能够通过调节直流磁场大小实现灵活控制本装置工作状态、动态配置网络资源的目的。而交流磁场能够对磁光高非线性光纤内导波光的偏振态起到扰偏作用，这样能够极大降低本装置的偏振相关性，提升器件工作性能。

实施例2：

在基于磁光光纤光栅的信息处理装置中，具有磁光效应的非线性介质采用的是磁光光纤光栅。磁光光纤光栅可以采用在硫化物光纤或者钇铁石榴石光纤上刻制光栅得到，而磁场加载装置则可以使用电磁铁。由于光纤光栅的反射特性使得信号在本装置内的作用过程和输入、输出端口与磁光高非线性光纤情况不同：两路信号分别从两个输入/输出模块的输入端进入，并与光泵浦单元产生的高功率泵浦信号通过光耦合器耦合在一起，他们的偏振态通过各自的偏振控制器进行调节以达到最大的非线性效应。两组泵浦光和信号光从各自的光环行器1端口进入，并通过2端口反向输入到磁控非线性单元内。由于光纤光栅的反射特性使得所需信号再次反射到各自的光环行器内，并由3端口进入到可调光滤波器，通过设置可调光滤波器中心波长、带宽得到最终所需的输出信号。在基于磁光光纤光栅的信息处理装置中，由于利用了光栅的反射特性，因此信息处理带宽受限于光栅的反射带宽。在非线性作用过程中，同样可以通过调节直流磁场大小控制非线性工作点，实现远程控制器件状态的目的；或者使用交流磁场降低本装置的偏振相关程度，提升器件性能。

Claims (5)

1.一种双向多通道光控光信息处理装置，其特征在于包括：

输入/输出模块：包括第一偏振控制器、第二偏振控制器、光耦合器、光环行器和可调滤波器；

光泵浦模块：包括激光器和高功率光放大器；

磁可调非线性模块：包括具有磁光效应的非线性介质、磁场加载装置和可调电源；

所述输入/输出模块的个数为2个，两个输入/输出模块的第二偏振控制器与光泵浦模块的高功率光放大器通过光纤连接，输入/输出模块的光环行器与磁可调非线性模块通过光纤连接；

所述非线性介质采用磁光高非线性光纤，一个输入/输出模块的输入端和另一个输入/输出模块的输出端构成一条单向的光纤链路；

所述非线性介质采用磁光光纤光栅，同一个输入/输出模块的输入端和输出端构成一条单向的光纤链路。

2.根据权利要求1所述的双向多通道光控光信息处理装置，其特征在于：所述第一偏振控制器、第二偏振控制器与光耦合器通过光纤连接，光耦合器、光环行器和可调滤波器依次通过光纤连接。

3.根据权利要求1所述的双向多通道光控光信息处理装置，其特征在于：所述激光器、高功率光放大器通过光纤连接。

4.根据权利要求1所述的双向多通道光控光信息处理装置，其特征在于：所述非线性介质与输入/输出模块光纤连接，可调电源与磁场加载装置电连接。

5.根据权利要求1所述的双向多通道光控光信息处理装置，其特征在于：所述可调电源提供直流电时，磁场加载装置动态调节非线性效应工作点；所述可调电源提供交流电时，磁场加载装置对非线性介质内的导波光进行扰偏处理。

Images