專利名稱：一種超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信(含光網(wǎng)絡(luò))與光信息處理領(lǐng)域，具體來說，涉及利用 光纖中的非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光信號處理。
背景技術(shù)：
隨著IP網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、寬帶光纖接入技術(shù)以及大量新興業(yè)務(wù)(如網(wǎng)格計 算，軍事應(yīng)用中傳感網(wǎng)絡(luò)等)的出現(xiàn)，光網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧髁恳搽S之急劇地增加。 為了提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，密集光波分復(fù)用技術(shù)將得到充分的使用；同時，單波 長的傳輸速率也將大幅度提高，并且很快達(dá)到80Gb/s或更高。
作為光網(wǎng)絡(luò)基本功能的誤碼監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)故障管理和光層保護(hù)的關(guān)鍵 技術(shù)。傳統(tǒng)的誤碼監(jiān)測基于光-電轉(zhuǎn)換方式，由于受到電子瓶頸和系統(tǒng)成本的限 制，已不能滿足未來超高速網(wǎng)絡(luò)的要求，全光誤碼監(jiān)測成為發(fā)展的必然趨勢。 作為一種新興的誤碼監(jiān)測技術(shù)，全光誤碼監(jiān)測無需昂貴的高速光-電轉(zhuǎn)換設(shè)備， 節(jié)約了成本，并且光域上產(chǎn)生的誤碼指示信號可以與數(shù)據(jù)流同步傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)結(jié) 點(diǎn)進(jìn)行處理，更增加了誤碼監(jiān)測的靈活性。
在全光誤碼監(jiān)測中，誤碼指示信號的產(chǎn)生是關(guān)鍵。目前已有報道的全光誤 碼指示信號生成器是由香港理工大學(xué)的L.Y.Chan等人于2003年提出的，他們利 用兩只注入鎖定式的F-P型激光二極管分別作為全光邏輯"非"門和"同或"門，實(shí) 驗(yàn)得到了速率為10Gb/s的非歸零碼數(shù)據(jù)流的誤碼指示信號[L. Y. Chan, K. K. Qureshi, R K. A. Wai, B. Moses, L. F. K. Lui， H. Y. Tam， and M. S. Demokan. All-optical bit-error monitoring system using cascaded inverted wavelength converter and optical NOR gate. IEEE Photon. Technol. Lett., 2003, 15(4): 593-595.]。但是， 由于F-P型激光二極管中載流子的動態(tài)輸運(yùn)過程較慢，該方案很難應(yīng)用于速率高于40Gb/S的光傳輸系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可用于超高速歸零 碼數(shù)據(jù)流誤碼監(jiān)測的全光誤碼指示信號產(chǎn)生器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)框圖 如圖1所示。它利用超高速歸零碼數(shù)據(jù)流中不同的碼經(jīng)過高非線性光纖傳輸后 的不同頻譜演變及其后的濾波而產(chǎn)生誤碼指示信號，其特征為在輸入的歸零碼
數(shù)據(jù)流中(1) "0"碼的頻譜不展寬或略微展寬；(2)誤碼的頻譜發(fā)生明顯展 寬；(3) "1"碼的頻譜發(fā)生嚴(yán)重展寬，并且脈沖的能量從中心波長向長波長和 短波長轉(zhuǎn)移(見圖3中的曲線4)。經(jīng)過帶通濾波器2濾波(濾波器的中心波長 與數(shù)據(jù)流脈沖的中心波長相同)，產(chǎn)生誤碼指示信號。在誤碼指示信號中，誤碼 為高峰值功率脈沖；"0"、 "1"碼則為低峰值功率脈沖。由于本發(fā)明利用的是光 放大、光非線性、光濾波等光域超快物理效應(yīng)，因此，本發(fā)明是一種適用于超 高速歸零碼數(shù)據(jù)流的全光誤碼指示信號產(chǎn)生器。
本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的輸入歸零碼數(shù)據(jù)流經(jīng)過光纖放大器實(shí)現(xiàn) 功率放大、再經(jīng)過帶通濾波器l (中心波長與輸入歸零碼數(shù)據(jù)流相同)濾除放大 過程中的噪音，產(chǎn)生高功率歸零碼數(shù)據(jù)流；然后進(jìn)入高非線性光纖，不同峰值 功率脈沖的非線性自相位調(diào)制效應(yīng)會引起不同大小的非線性相移，使脈沖頻譜 發(fā)生不同的演變；再經(jīng)過帶通濾波器2 (中心波長與輸入歸零碼數(shù)據(jù)流相同)濾 波后產(chǎn)生高功率誤碼指示信號；最后，高功率誤碼指示信號經(jīng)過光衰減器線性 衰減后生成適合光纖通信系統(tǒng)的功率為幾個毫瓦的誤碼指示信號。
具體來講，在本發(fā)明中，高峰值功率的高斯光脈沖在高非線性光纖中傳輸 時，非線性自相位調(diào)制效應(yīng)在光脈沖內(nèi)引入與脈沖功率成正比的非線性相移。由于高斯型分布的脈沖在不同時刻的脈沖功率不同，非線性相移隨時間變化， 從而脈沖產(chǎn)生頻率啁啾，即脈沖前沿中心波長紅移，脈沖后沿中心波長藍(lán)移， 在脈沖中間部分產(chǎn)生近似線性正啁啾，脈沖頻譜展寬。圖2為歸一化高斯脈沖 功率、非線性相移及頻率啁啾在光脈沖內(nèi)的分布。光脈沖在兩個不同時刻有相 同的頻率啁啾，但非線性相移不同(例如圖2中的A、 B兩點(diǎn))，這表明光脈
沖包含具有同一頻率但相位不同的兩個單色光波，它們的相對相位差引起的頻 域內(nèi)相長或相消干涉形成光脈沖頻譜的展寬和分裂，高峰值功率脈沖會在中心 波長處形成脈沖能量譜低谷。這也是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
最大非線性相移《M出現(xiàn)在光脈沖中心處，考慮光纖損耗和自相位調(diào)制效 應(yīng)，《，的計算式為
f^ax '^.尸/咖t (1)
其中，^為考慮光纖損耗的有效高非線性光纖長度，7為光纖的非線性系數(shù)，
為光脈沖的峰值功率。圖3為不同P一時，高非線性光纖的輸出歸一化光脈沖頻 譜。由圖可知，當(dāng)《_在0-0.5;r之間時，光脈沖頻譜展寬很小，這對應(yīng)"0"碼 情況；當(dāng)^^在0.5;r ;r之間時，光脈沖頻譜展寬較大，但不發(fā)生分裂，這對應(yīng)誤 碼情況；當(dāng)^,在;r-1.5;r之間時，光脈沖頻譜嚴(yán)重展寬并且發(fā)生分裂，在《^接 近1.5;r時脈沖頻譜發(fā)生嚴(yán)重的分裂，在中心波長處的能量譜密度最低，這對應(yīng)"1" 碼情況。
帶通濾波器2的中心波長與輸入歸零碼數(shù)據(jù)流的中心波長相同，"O"碼、"1" 碼和誤碼脈沖中處于濾波器通帶內(nèi)的能量才能通過，因此，"0"碼脈沖的絕大 部分能量、誤碼脈沖的大部分能量能通過帶通濾波器2; "l"碼脈沖頻譜分裂后 中心波長附近剩余的脈沖能量很少，僅這部分能量能通過帶通濾波器2。
輸入"0"碼脈沖能量低，脈沖頻譜沒有展寬或略微展寬，絕大部分能量能
5通過帶通濾波器2，且輸出脈沖峰值功率仍保持在低功率；雖然輸入時"l"碼 脈沖能量很高，但由于脈沖頻譜分裂后中心波長附近剩余的能量不多，所以通 過帶通濾波器2后的輸出脈沖峰值功率變得很低；誤碼脈沖雖然輸入能量較高， 但不足以使脈沖頻譜發(fā)生分裂，在中心波長附近仍有高的能量，通過帶通濾波 器2后的輸出脈沖峰值功率仍然處于高功率。
由于本發(fā)明所利用的自相位調(diào)制的響應(yīng)時間在飛秒量級，配之以高速光濾 波器就可使本發(fā)明在超高速歸零碼光網(wǎng)絡(luò)中作為誤碼指示信號產(chǎn)生裝置應(yīng)用。
綜上，本發(fā)明是一種可用于歸零碼數(shù)據(jù)流的超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生 器，其中的非線性光纖不僅可采用于普通高非線性光纖、也可采用于硫化物光 纖、亞碲酸鹽光纖、鉍化物光纖和非線性光子晶體光纖等等。


圖1是超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)框圖2是歸一化高斯脈沖功率、非線性相移和頻率啁啾在光脈沖內(nèi)的分布圖3是不同最大非線性相移下的歸一化輸出光脈沖頻譜圖。
圖4是超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器一種具體實(shí)施方式
下的脈沖峰值功
率傳遞函數(shù)曲線圖。
圖5是本發(fā)明超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器一種具體實(shí)施方式
下的誤碼
指示性能模擬結(jié)果圖。
圖6是本發(fā)明超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器在光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述，需要特別提醒注意的是，在以下的 描述中，當(dāng)采用已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這兒將被忽略。實(shí)施例l
圖1是本發(fā)明超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)框圖。
在本實(shí)施例中，超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器的輸入為傳輸速率80Gb/s、占空比33。/。的高斯型光脈沖串中的一個脈沖，其中心波長為1550nm，峰值功率為2mW;采用長度為750m的反常色散平坦光纖作為高非線性光纖；帶通濾波器2具有高斯型透射譜，其中心波長和3dB帶寬分別為1550nm和lnm;光纖放大器增益可調(diào)，最大增益28dB。
超短光脈沖在非線性光纖中的傳輸滿足廣義非線性薛定諤方程
<formula>formula see original document page 7</formula>(2)
式中，^和叫分別為光脈沖的慢變包絡(luò)復(fù)振幅和中心角頻率。r和z分別為隨群速度移動坐標(biāo)系中的時間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)。"、/ 2、 A、 r和^分別為光纖的損耗系數(shù)、群速度色散系數(shù)、三階色散系數(shù)、非線性系數(shù)和拉曼延遲響應(yīng)函數(shù)一
階矩。反常色散平坦光纖的參數(shù)分別為"=0.24必/^ 、 A-3.1992戸2/^ 、A = 0.0244,V&附、= 3，畫W 、 r/ = 3々。
通過調(diào)節(jié)光纖放大器增益，在反常色散平坦光纖輸入端可得到峰值功率從
2mW到1.2W的脈沖。為了驗(yàn)證本發(fā)明的正確性與實(shí)效性，利用分步傅立葉算法數(shù)值求解了方程(2)，圖4為帶通濾波器2的輸出脈沖峰值功率與反常色散平坦光纖輸入脈沖峰值功率的關(guān)系曲線圖。由圖可知，當(dāng)光纖放大器增益為27.24dB時，將峰值功率2mW的"1"碼脈沖放大為峰值功率約1.06W的"1"碼脈沖，經(jīng)過反常色散平坦光纖傳輸發(fā)生脈沖頻譜演變及帶通濾波器2的濾波后，輸出脈沖峰值功率僅0.075W。如果在帶通濾波器2輸出端設(shè)置誤碼判決閾值為0.15W，則反常色散平坦光纖輸入端峰值功率在0.32W以下的脈沖為"0"碼，峰值功率在0.88W 1.2W之間的脈沖為"1"碼，峰值功率在"O"、 "l"碼之間的誤碼變換為峰值功率為0.15 0.225W的誤碼指示信號脈沖。實(shí)施例2
在本實(shí)施例中，采用實(shí)施例1的系統(tǒng)框圖，高非線性光纖與帶通濾波器2參數(shù)與實(shí)施例1相同?？紤]一個由高斯型光脈沖串組成的8比特帶誤碼的歸零碼數(shù)據(jù)流，其傳輸速率為80Gb/s、占空比為33%，中心波長為1550nm。光纖放大器增益為27.24dB，將峰值功率2mW的"1"碼脈沖放大為峰值功率1.06W的"1"碼脈沖。經(jīng)過數(shù)值求解方程(2)，結(jié)果由圖5給出，其中上圖為反常色散平坦光纖輸入端的數(shù)據(jù)流，下圖為帶通濾波器2輸出端的誤碼指示信號。由圖可知，只有誤碼在誤碼指示信號中產(chǎn)生高峰值功率脈沖。當(dāng)在帶通濾波器2輸出端設(shè)置誤碼判決閾值為0.15W時，本發(fā)明能夠準(zhǔn)確無誤地檢測出誤碼。
實(shí)施例3
圖6為本發(fā)明超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。按照如圖6的結(jié)構(gòu)，光網(wǎng)絡(luò)中的超高速歸零碼數(shù)據(jù)流通過光耦合器分束成兩路 一路經(jīng)過光纖放大器2放大以補(bǔ)償由于光耦合器分束帶來的損耗，并由帶通濾波器3 (中心波長與歸零碼數(shù)據(jù)流相同)濾除放大過程中的噪音，繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸；另一路進(jìn)入本發(fā)明超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器生成誤碼指示信號。
為了增加本發(fā)明在光網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的靈活性，圖6中的帶通濾波器1和帶通濾波器2均采用中心波長可調(diào)的帶通濾波器，以與波分復(fù)用系統(tǒng)中特定波長信道的超高速歸零碼數(shù)據(jù)流匹配產(chǎn)生誤碼指示信號。在應(yīng)用中需要注意的是，光纖參數(shù)(如群速度色散系數(shù)、非線性系數(shù)等)與波長有關(guān)，因此，不同波長信道的超高速歸零碼數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)脈沖頻譜分裂所需要的最大輸入脈沖峰值功率不同，所以在調(diào)整帶通濾波器1和帶通濾波器2中心波長的同時，還需要調(diào)整
光纖放大器的增益。
盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的， 一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1、一種超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器，其特征在于，由光纖放大器、帶通濾波器1、高非線性光纖、帶通濾波器2和光衰減器通過連接光纖順序串接組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器，其特征在于， 由于高非線性光纖的自相位調(diào)制效應(yīng)，在歸零碼數(shù)據(jù)流中(O"0"碼的頻譜 不展寬或略微展寬；(2)誤碼的頻譜發(fā)生明顯展寬；(3) "1"碼的頻譜發(fā)生嚴(yán) 重展寬，并且脈沖的能量從中心波長向長波長和短波長轉(zhuǎn)移。經(jīng)過帶通濾波器2 濾波，產(chǎn)生誤碼指示信號。在誤碼指示信號中，誤碼為高峰值功率脈沖；"0"、"1"碼則為低峰值功率脈沖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器，其特征在于， 采用增益可調(diào)的光纖放大器和中心波長可調(diào)的帶通濾波器1和帶通濾波器2，可 以應(yīng)用于波分復(fù)用系統(tǒng)超高速歸零碼光網(wǎng)絡(luò)中作為誤碼指示信號產(chǎn)生裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高速全光誤碼指示信號產(chǎn)生器。它由光纖放大器、帶通濾波器1、高非線性光纖、帶通濾波器2和光衰減器通過連接光纖順序串接組成。歸零碼數(shù)據(jù)流通過光纖放大器功率放大、帶通濾波器1濾除噪聲后進(jìn)入高非線性光纖；不同峰值功率脈沖在光纖中的非線性自相位調(diào)制效應(yīng)會引起不同大小的非線性相移，使脈沖頻譜發(fā)生不同的演變；經(jīng)過帶通濾波器2濾波及光衰減器線性衰減后變?yōu)榉逯倒β蕿閹讉€毫瓦的誤碼指示信號。在誤碼指示信號中，誤碼為高峰值功率脈沖；“0”、“1”碼則為低峰值功率脈沖。自相位調(diào)制的響應(yīng)時間為飛秒量級，所以它可在光通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)超高速歸零碼數(shù)據(jù)流的誤碼指示和監(jiān)測等功能。
文檔編號H04B10/08GK101488806SQ200910058400
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者永 劉, 通 葉, 周曉軍, 張旨遙 申請人:電子科技大學(xué)