專利名稱：晶體光纖孤子型全光再生器及其光信號(hào)再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于光信號(hào)傳輸過中，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行重整重用的放大裝置，屬于光信號(hào)放大器制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在普通低速電通信系統(tǒng)中，當(dāng)代表信息的電脈沖信號(hào)傳輸一段距離后，由于受沿線能量損耗、色散和噪聲等的影響，其強(qiáng)度變?nèi)趿?，波形畸變了，并?dǎo)致信噪比(S/N)降低和定時(shí)抖動(dòng)、誤碼增大，影響了通信系統(tǒng)的性能和通信質(zhì)量。通常，在系統(tǒng)中一定距離(位置)處，采用再生中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方法對(duì)變?nèi)醯男盘?hào)再放大，對(duì)變形的信號(hào)波形重新整形，恢復(fù)原標(biāo)準(zhǔn)波形，并通過判決、重新定時(shí)后再發(fā)，完成這種功能的裝置或設(shè)備稱謂3R再生器。
在光纖通信系統(tǒng)中，速率高、容量大、距離長(zhǎng)，光纖傳輸媒質(zhì)的損耗、色散、非線性、光放大器的噪聲、信道間的相互作用串?dāng)_與交換結(jié)構(gòu)的不完善都將造成信號(hào)嚴(yán)重?fù)p傷，限制了系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)性能與通信距離。傳統(tǒng)的方法是采用光電光3R再生中繼轉(zhuǎn)發(fā)方案，即將經(jīng)光纖傳輸后衰變的微弱光脈沖信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)，并給予足夠的放大、均衡與定時(shí)，還原成原標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字脈沖信號(hào)后再驅(qū)動(dòng)激光器，輸出新的再生光脈沖，繼續(xù)向終端傳輸。這種光電光混合再生中繼器，其3R功能完全在電域中完成，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速率低、成本高，不適于高速大容量通信系統(tǒng)中應(yīng)用。
為避免上述局限，90年代末，國(guó)外一些研究單位先后提出和設(shè)計(jì)了幾種不同方案的光再生中繼器，將再生器的整形、再定時(shí)和再生重發(fā)三種處理全置于光域?qū)崿F(xiàn)(不必將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)處理，免除了許多復(fù)雜的高速電路)，分別稱謂光整形、光再定時(shí)和光重發(fā)(Reshaping，Retiming and Retransmitting)，即全光3R再生器。如采用半導(dǎo)體光放大器(SOA)的馬赫-曾德(M-Z)干涉型全光3R再生器[1]，采用鎖模激光器的光時(shí)鐘恢復(fù)的全光3R再生器[2]和采用電吸收調(diào)制器(EAM)的波長(zhǎng)變換器(WC)型全光3R再生器等[3，4]。與光電光混合型再生器相比，主要特點(diǎn)是3R功能均在光域?qū)崿F(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元器件部件少，速率高，成本低，是3R再生器理論設(shè)計(jì)和技術(shù)性能上的巨大進(jìn)步。但亦存在一些不足之處，如構(gòu)建這種再生器需要配置兩只特定性能的波長(zhǎng)變換器、復(fù)雜的時(shí)鐘恢復(fù)回路和半導(dǎo)體光放大器、波長(zhǎng)可調(diào)超短脈沖半導(dǎo)體激光器、光時(shí)鐘脈沖發(fā)生器等有源光器件，這些配件價(jià)格均較高，穩(wěn)定性可靠性卻較低。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性可靠性高，壽命長(zhǎng)，成本低的晶體光纖孤子型全光再生器及其光信號(hào)再生方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的晶體光纖孤子型全光再生器及其光信號(hào)再生方法，其目的也是用于整肅光脈沖信號(hào)在系統(tǒng)中傳輸時(shí)受色散、非線性和噪聲等傷害所產(chǎn)生的形變，恢復(fù)原發(fā)標(biāo)準(zhǔn)脈沖序列信號(hào)。但是方案的學(xué)術(shù)思想和機(jī)理完全不同于前述兩種方案。首先，本方案采用“以毒制毒”的學(xué)術(shù)思想，即用線性反色散和非線性相互作用產(chǎn)生的“孤子效應(yīng)”*，對(duì)由色散和非線性效應(yīng)各自產(chǎn)生的光脈沖信號(hào)波形畸變整形(Reshaping)，恢復(fù)原形，非線性效應(yīng)由高非線性系數(shù)光子晶體光纖提供。其次，采用同步幅度光調(diào)制器(AM-MOD)時(shí)域控制抑制由系統(tǒng)中光纖放大器(EDFA)產(chǎn)生的ASE累計(jì)噪聲及信道間相互作用產(chǎn)生的干擾導(dǎo)致的定時(shí)漂移和抖動(dòng)，使光時(shí)鐘脈沖再定時(shí)(Retiming)。第三，采用光帶通濾波器對(duì)經(jīng)整形和再定時(shí)的光脈沖信號(hào)作頻域均衡控制后向下游重發(fā)(Retransmitting)，最終完成3R(Reshaping、Retiming、Retransmitting)功能。這種重發(fā)是對(duì)原信號(hào)的重整重用，而不是本地提供的光脈沖的重發(fā)。
該再生器由光分路耦合器、光檢測(cè)器、光子晶體光纖、光幅度調(diào)制器、光帶通濾波器、射頻濾波器、移相器所組成；光分路耦合器有主、副兩個(gè)輸出端口，光分路耦合器的主輸出端口接光子晶體光纖、光子晶體光纖的輸出端接光幅度調(diào)制器，光幅度調(diào)制器的輸出端接光帶通濾波器，光帶通濾波器的輸出端口為本再生器的輸出端口；光分路耦合器的副輸出端口接光檢測(cè)器的輸入端，光檢測(cè)器的輸出端接射頻濾波器，射頻濾波器的輸出端接移相器的輸入端，移相器的輸出端接光幅度調(diào)制器，構(gòu)成晶體光纖孤子型全光再生器。
晶體光纖孤子型全光再生器的光信號(hào)再生方法是將受損傷而展寬變形的光脈沖信號(hào)序列輸入晶體光纖孤子型全光再生器的輸入端，先經(jīng)1×2高分光比光分路耦合器分光，大部分光信號(hào)能量從主輸出端口出口，并直接通過既具有色散效應(yīng)，又具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)的光子晶體光纖，兩者對(duì)光脈沖共同作用形成光孤子效應(yīng)，使光脈沖按光孤子演化規(guī)律傳輸，在傳輸過程中壓縮和調(diào)整波形，實(shí)現(xiàn)畸變波形的整形，完成整形恢復(fù)原標(biāo)準(zhǔn)波形；小部分受損傷光脈沖能量從副輸出端口出口，經(jīng)光檢測(cè)器完成光電轉(zhuǎn)化，將提取的光時(shí)鐘脈沖轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘脈沖，再經(jīng)射頻濾波器濾波和移相器移相處理，恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)電時(shí)鐘脈沖序列后，驅(qū)動(dòng)光幅度調(diào)制器對(duì)已完成整形后通過光幅度調(diào)制器的光脈沖進(jìn)行判決，實(shí)現(xiàn)再定時(shí)，再經(jīng)光帶通濾波器的頻域均衡控制處理，最后得到經(jīng)整形與再定時(shí)處理的新的光脈沖，然后繼續(xù)向系統(tǒng)下游重發(fā)。
因?yàn)槿N功能的實(shí)現(xiàn)僅采用幾個(gè)光無源器件，全在光域完成，而不需要轉(zhuǎn)換為電信號(hào)在電域完成，不存在電域處理的速率瓶頸，亦不需要本地光脈沖源重發(fā)標(biāo)準(zhǔn)脈沖，而只需對(duì)原發(fā)信號(hào)整肅后重發(fā)，所以是一類全新的低成本全光3R再生器。
有益效果與光電光混合再生中繼器和基于半導(dǎo)體光放大器的M-Z干涉儀型全光3R再生器、基于鎖模激光器作時(shí)鐘恢復(fù)的全光3R再生器及基于EAM-WC(電吸收調(diào)制器—波長(zhǎng)變換器)的全光3R再生器相比，本發(fā)明的晶體光纖孤子型全光再生器及其光信號(hào)再生方法的特色和創(chuàng)新點(diǎn)主要有1，在原理與理論上，與上述各種再生器完全不同，本發(fā)明是基于光孤子效應(yīng)，采用“以毒制毒”的學(xué)術(shù)思想，通過非線性與色散的相互作用，將兩種負(fù)面有害影響轉(zhuǎn)化為正面的有利影響，實(shí)現(xiàn)畸變波形的整形。
2，在設(shè)計(jì)理論上，本發(fā)明利用了光脈沖信號(hào)的非線性傳輸演化規(guī)律與光纖的非線性長(zhǎng)度和系數(shù)的縮比關(guān)系，采用“以強(qiáng)度換長(zhǎng)度”的策略，即采用高非線性的光子晶體光纖代替普通單模光纖，縮短非線性長(zhǎng)度，使本應(yīng)在較長(zhǎng)跨距光纖(如幾十公里至上百公里)上才能完成的分布式的整形(Reshaping)過程，可以在較短跨距(如幾百米至一二公里)上就可以完成，變成一種準(zhǔn)集中式的整形過程，從而構(gòu)制成一種盒式或箱式的設(shè)備。這是非線性光波導(dǎo)理論和高非線性光子晶體光纖應(yīng)用的一種突破。
3，在再定時(shí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，不需像前述幾種3R再生器那樣要提供本地光脈沖信號(hào)作為再生脈沖源和時(shí)鐘脈沖，而是將輸入脈沖作為再生脈沖而重用，而且也從輸入脈沖中提取時(shí)鐘脈沖控制幅度光調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)判決和再定時(shí)，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單可靠，是一種全新的定時(shí)判準(zhǔn)和再定時(shí)機(jī)制。
4，在結(jié)構(gòu)和配件設(shè)計(jì)上，本發(fā)明不需要采用半導(dǎo)體光放大器和激光器等有源器件及波長(zhǎng)變換器，僅需采用少量幾個(gè)光無源器件(光耦合器、光調(diào)制器和光帶通濾波器)，即可實(shí)現(xiàn)全光3R功能，構(gòu)成一種無源全光3R再生器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性可靠性高，壽命長(zhǎng)，成本低。設(shè)計(jì)思想先進(jìn)而新穎。


圖1是晶體光纖孤子型全光再生器結(jié)構(gòu)組成示意圖。其中有光分路耦合器1、光檢測(cè)器2、光子晶體光纖3、光幅度調(diào)制器4、光帶通濾波器5、射頻濾波器6、移相器7、光纖放大器8。
具體實(shí)施例方式
該再生器由光分路耦合器1、光檢測(cè)器2、光子晶體光纖3、光幅度調(diào)制器4、光帶通濾波器5、射頻濾波器6、移相器7所組成；光分路耦合器1有主、副兩個(gè)輸出端口，光分路耦合器1的主輸出端口11接光子晶體光纖3、光子晶體光纖3的輸出端接光幅度調(diào)制器4，光幅度調(diào)制器4的輸出端接光帶通濾波器5，光帶通濾波器5的輸出端口OUT為本再生器的輸出端口；光分路耦合器1的副輸出端口12接光檢測(cè)器2的輸入端，光檢測(cè)器2的輸出端接射頻濾波器6，射頻濾波器6的輸出端接移相器7的輸入端，移相器7的輸出端接光幅度調(diào)制器4，構(gòu)成晶體光纖孤子型全光再生器。
設(shè)計(jì)和組裝完畢后，將此3R再生器接至通信系統(tǒng)中EDFA后，當(dāng)系統(tǒng)中具有足夠強(qiáng)度的受損傷而展寬變形的光脈沖信號(hào)序列輸入時(shí)，首先經(jīng)1×2高分光比耦合器，使大部分光信號(hào)能量從主輸出端口11出口，直接通過光子晶體光纖。光子晶體光纖既具有色散效應(yīng)，又具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)，色散使光脈沖稍有展寬，非線性使光脈沖強(qiáng)烈壓縮，兩者對(duì)光脈沖共同作用形成光孤子效應(yīng)，使光脈沖按光孤子演化規(guī)律傳輸，在傳輸過程中壓縮和調(diào)整波形，實(shí)現(xiàn)畸變波形的整形，當(dāng)光脈沖強(qiáng)度、光纖的色散和非線性系數(shù)以及長(zhǎng)度選擇和設(shè)計(jì)合理時(shí)，即可完成整形恢復(fù)原標(biāo)準(zhǔn)波形；小部分受損傷光脈沖能量從副輸出端口12出口后，經(jīng)光探測(cè)器完成光電轉(zhuǎn)化，將提取的光時(shí)鐘脈沖轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘脈沖，再經(jīng)濾波和移相處理，恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)電時(shí)鐘脈沖序列后，驅(qū)動(dòng)光幅度調(diào)制器4對(duì)已完成整形后通過光幅度調(diào)制器的光脈沖進(jìn)行判決，實(shí)現(xiàn)再定時(shí)，再經(jīng)光帶通濾波器5的頻域均衡控制處理，最后得到經(jīng)整形與再定時(shí)處理的新的光脈沖，然后繼續(xù)向系統(tǒng)下游重發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種晶體光纖孤子型全光再生器，其特征在于該再生器由光分路耦合器(1)、光檢測(cè)器(2)、光子晶體光纖(3)、光幅度調(diào)制器(4)、光帶通濾波器(5)、射頻濾波器(6)、移相器(7)所組成；光分路耦合器(1)有主、副兩個(gè)輸出端口，光分路耦合器(1)的主輸出端口(11)接光子晶體光纖(3)、光子晶體光纖(3)的輸出端接光幅度調(diào)制器(4)，光幅度調(diào)制器(4)的輸出端接光帶通濾波器(5)，光帶通濾波器(5)的輸出端口(OUT)為本再生器的輸出端口；光分路耦合器(1)的副輸出端口(12)接光檢測(cè)器(2)的輸入端，光檢測(cè)器(2)的輸出端接射頻濾波器(6)，射頻濾波器(6)的輸出端接移相器(7)的輸入端，移相器(7)的輸出端接光幅度調(diào)制器(4)，構(gòu)成晶體光纖孤子型全光再生器。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的晶體光纖孤子型全光再生器的光信號(hào)再生方法，其特征在于將受損傷而展寬變形的光脈沖信號(hào)序列輸入晶體光纖孤子型全光再生器的輸入端，先經(jīng)1×2高分光比光分路耦合器(1)分光，大部分光信號(hào)能量從主輸出端口(11)出口，并直接通過既具有色散效應(yīng)，又具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)的光子晶體光纖(3)，兩者對(duì)光脈沖共同作用形成光孤子效應(yīng)，使光脈沖按光孤子演化規(guī)律傳輸，在傳輸過程中壓縮和調(diào)整波形，實(shí)現(xiàn)畸變波形的整形，完成整形恢復(fù)原標(biāo)準(zhǔn)波形；小部分受損傷光脈沖能量從副輸出端口(12)出口，經(jīng)光檢測(cè)器(2)完成光電轉(zhuǎn)化，將提取的光時(shí)鐘脈沖轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘脈沖，再經(jīng)射頻濾波器(6)濾波和移相器(7)移相處理，恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)電時(shí)鐘脈沖序列后，驅(qū)動(dòng)光幅度調(diào)制器(4)對(duì)已完成整形后通過光幅度調(diào)制器(4)的光脈沖進(jìn)行判決，實(shí)現(xiàn)再定時(shí)，再經(jīng)光帶通濾波器(5)的頻域均衡控制處理，最后得到經(jīng)整形與再定時(shí)處理的新的光脈沖，然后繼續(xù)向系統(tǒng)下游重發(fā)。
全文摘要
晶體光纖孤子型全光再生器及其光信號(hào)再生方法是一種用于光信號(hào)傳輸過中，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行重整重用的重發(fā)裝置及其光信號(hào)再生方法，該再生器中光分路耦合器(1)有主、副兩個(gè)輸出端口，光分路耦合器(1)的主輸出端口(11)接光子晶體光纖(3)、光子晶體光纖(3)的輸出端接光幅度調(diào)制器(4)，光幅度調(diào)制器(4)的輸出端接光帶通濾波器(5)，光帶通濾波器(5)的輸出端口(OUT)為本再生器的輸出端口；光分路耦合器(1)的副輸出端口(12)接光檢測(cè)器(2)的輸入端，光檢測(cè)器(2)的輸出端接射頻濾波器(6)，射頻濾波器(6)的輸出端接移相器(7)的輸入端，移相器(7)的輸出端接光幅度調(diào)制器(4)，構(gòu)成晶體光纖孤子型全光再生器。
文檔編號(hào)G02F1/39GK1715993SQ200510039250
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者楊祥林, 陳鶴鳴, 諸波 申請(qǐng)人:南京郵電學(xué)院