基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，利用一個正交偏振態(tài)信號產(chǎn)生器、四個偏振控制器、一個放大器、一個可調(diào)差分群延時設(shè)備和一個檢偏器就實現(xiàn)了功能可重構(gòu)的全光強(qiáng)度微分器。與其它微分器相比，本方案可以通過調(diào)節(jié)偏振控制器1063以及光開關(guān)107，實現(xiàn)正微分、負(fù)微分以及絕對值微分三種功能的重構(gòu)。因此根據(jù)下一代光網(wǎng)絡(luò)中不同功能的需求，對本發(fā)明方案中微分器進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以大大加強(qiáng)未來光網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。本發(fā)明方案中的全光特性也可以突破未來網(wǎng)絡(luò)處理節(jié)點中光電轉(zhuǎn)換速率的限制，從而實現(xiàn)高速光網(wǎng)絡(luò)通信的目標(biāo)。
【專利說明】基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器。適用于根據(jù)不同需求而實現(xiàn)不同微分功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，同時可以實現(xiàn)時鐘信號的倍頻，可應(yīng)用于超短脈沖產(chǎn)生領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去十年中，骨干網(wǎng)中的光傳輸速率得到快速增漲，通過密集波分復(fù)用(DWDM)使得傳輸容量也大幅度提高，另外PSK、QAM、PDM和OFDM等先進(jìn)的調(diào)制形式和復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用也使得超高速光信號的傳輸越來越容易。然而隨著超高速光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光處理節(jié)點中的光電光轉(zhuǎn)換器件的電域速率瓶頸問題日益成為抑制光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此超高速、全光的節(jié)點處理器件一直是人們關(guān)注和研究的熱點。其中光微分器作為全光處理功能中最基本的光學(xué)器件之一，可以直接在光域中實現(xiàn)實時的微分功能，同時也是光計算領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。光微分器有著眾多的應(yīng)用，如模數(shù)轉(zhuǎn)化、脈沖整形、暗電流檢測、皮秒級的赫米特-高斯波形的產(chǎn)生、超短脈沖的產(chǎn)生等。具體來說，光子強(qiáng)度微分器可以分為三類:正微分、負(fù)微分以及絕對值微分。前兩種微分器可以用作超寬帶(UWB)微波信號的產(chǎn)生；而后一種則可以實現(xiàn)倍頻脈沖信號的產(chǎn)生，應(yīng)用于超短脈沖產(chǎn)生領(lǐng)域。因此，全光強(qiáng)度微分器的研究在國際上一直是熱點問題。
[0003]最近幾年來，國內(nèi)外提出了許多光子微分器的設(shè)計方案:(I)加拿大的Y.Park等人利用兩個臂的干涉結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了任意階的光子微分器；(2)R.Slavik小組則基于一個簡單的長周期光纖光柵設(shè)計出一個全光微分器，并且成功實現(xiàn)了對太赫茲信號的微分功能；
[3]加拿大的J.Azafia小組和以色列的N.K.Berger小組都利用一段相移光纖光柵(FBG)實現(xiàn)了復(fù)包絡(luò)(幅度和相位)的微分功能；(4)此外加拿大的姚建平小組則基于傾斜的FBG實現(xiàn)了階數(shù)可調(diào)的全光微分器；在國內(nèi)方面，也有許多小組致力于全光微分器的研究。其中
(5)上海交通大學(xué)的蘇翼凱教授基于硅的微環(huán)諧振器設(shè)計并實驗驗證了直徑只有40um的光微分器，實現(xiàn)了小尺寸光微分器件的集成；(6)華中科大的張新亮教授利用半導(dǎo)體光放大器中的交叉增益調(diào)制，(7)北京交通大學(xué)的吳重慶教授同樣基于半導(dǎo)體光放大器，利用交叉偏振調(diào)制效應(yīng)，都實現(xiàn)了全光微分器。
[0004]另一方面，差分群延時(DGD),在光傳輸系統(tǒng)中又被稱為一階偏振模色散(PMD),將會在兩個不同的偏振態(tài)信道之間引起嚴(yán)重的串?dāng)_。因此許多研究人員致力于如何消除和補(bǔ)償差分群延時引起的偏振串?dāng)_問題。但是到目前為止，尚沒有看到利用一階串?dāng)_效應(yīng)來實現(xiàn)可調(diào)微分器的報道。在大多數(shù)方案中，全光微分器一旦固定，其可調(diào)或可重構(gòu)性就被破壞，無法適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)節(jié)點變化的需求，限制了通信網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點，本發(fā)明的目的是提供一種基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，該器件使用一個正交偏振態(tài)信號產(chǎn)生器、一個可調(diào)差分群延時的器件，以及一個偏振濾波器，實現(xiàn)了正微分、負(fù)微分以及絕對值微分三種不同功能的微分器。本方案結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，且易于實現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現(xiàn)的:
[0007]基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，主要由光源101，耦合器102，馬赫增德爾調(diào)制器103，電輸入信號104，光延時單元105，四個偏振控制器(IOei~1064)，光開關(guān)107，偏振合束器108,光放大器109,可調(diào)差分群時延設(shè)備110以及檢偏器111構(gòu)成；光信號由耦合器(102)分成兩路，一路信號通過一個馬赫增德爾調(diào)制器103將電信號加載到光上，構(gòu)成信道I ;另一路經(jīng)過光延時單元105使兩路光程相等，并由光開關(guān)107控制其通斷，構(gòu)成信道2;其中偏振控制器IOei和1062控制兩路光信號的偏振態(tài)，并通過偏振合束器108合成一路；合并后的光信號由一個光放大器109放大后進(jìn)入可調(diào)差分群延時設(shè)備110,其偏振態(tài)由1063控制；通過調(diào)節(jié)偏振控制器1063的入射角度以及光開關(guān)107的通斷實現(xiàn)正微分、負(fù)微分以及絕對值微分三種功能的重構(gòu)。
[0008]采用本發(fā)明基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器具有以下明顯的優(yōu)點:1)物理上使用一種結(jié)構(gòu)，邏輯上實現(xiàn)了正微分、負(fù)微分和絕對值微分三種功能；2)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，沒有任何電器件；3)多個一階微分單元級聯(lián)可以實現(xiàn)高階微分器；4)可實現(xiàn)超短脈沖的產(chǎn)生等其他網(wǎng)絡(luò)功能。
[0009]本發(fā)明基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器通過如下的方式完成本發(fā)明任務(wù):
[0010]光信號首先由一個耦合器102分成兩路，一路信號通過一個馬赫增德爾調(diào)制器103將電信號加載到光上，稱為信道I ;另一路經(jīng)過光延時單元105使兩路光程相等，并由光開關(guān)107控制其通斷，稱為信道2。接著兩個偏振控制器IOei和1062使兩路光信號的偏振態(tài)垂直，并通過偏振合束器108合成一路。合并后的光信號由一個光放大器109放大,并進(jìn)入可調(diào)差分群延時設(shè)備110，其偏振態(tài)由1063控制。當(dāng)光偏振態(tài)以±45°進(jìn)入110時，由D⑶引起的兩路信道間的串?dāng)_最大，這時利用一個檢偏器111，僅僅濾出一個偏振信道(如信道2)，就可以實現(xiàn)一個全光強(qiáng)度微分器。根據(jù)1063調(diào)節(jié)的入射角度和107的通斷，可以實現(xiàn)全光微分器的可重構(gòu)性。
[0011]以上工作過程可以用以下數(shù)學(xué)推導(dǎo)來抽象表達(dá):
[0012]假設(shè)一個偏振態(tài)正交的輸入信號為Ein，其中對⑶)和用來描述這個信號的
正交偏振態(tài)，并且有P =必=是差分群延時矢量。Achi和Aqi2是兩個信道的
幅度，ω。、ω和φ分別是光載波角頻率、角頻率的偏移量以及信號的初始相位。因此這個信號可以表示為:
【權(quán)利要求】
1.基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，其特征在于，主要由光源(101),稱合器(102)，馬赫增德爾調(diào)制器(103)，電輸入信號(104)，光延時單元(105)，四個偏振控制器(106!~1064),光開關(guān)(107),偏振合束器(108),光放大器(109),可調(diào)差分群時延設(shè)備(110)以及檢偏器(111)構(gòu)成；光信號由耦合器(102)分成兩路，一路信號通過一個馬赫增德爾調(diào)制器(103)將電信號加載到光上，構(gòu)成信道I ;另一路經(jīng)過光延時單元(105)使兩路光程相等，并由光開關(guān)(107)控制其通斷，構(gòu)成信道2;其中偏振控制器(IOei)和(1062)控制兩路光信號的偏振態(tài)，并通過偏振合束器(108)合成一路；合并后的光信號由一個光放大器(109)放大后進(jìn)入可調(diào)差分群延時設(shè)備(110)，其偏振態(tài)由(1063)控制；通過調(diào)節(jié)偏振控制器(1063)的入射角度以及光開關(guān)(107)的通斷實現(xiàn)正微分、負(fù)微分以及絕對值微分二種功能的重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，其特征在于，偏振控制器(106^和(1062)控制兩路光信號的偏振態(tài)垂直正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述之基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，其特征在于，通過調(diào)節(jié)光開關(guān)(107)和偏振控制器(1063)實現(xiàn)功能可重構(gòu)的全光微分器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述之基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，其特征在于，可實現(xiàn)時鐘信號的倍頻，并應(yīng)用于超短脈沖的產(chǎn)生領(lǐng)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于差分群時延的可重構(gòu)全光微分器，其特征在于，多個一階微分單元級聯(lián)可實現(xiàn)高階 微分器。
【文檔編號】G02F3/00GK103760734SQ201310347577
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】陳智宇, 閆連山, 姜恒云, 易安林, 郭迎輝, 潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 張志勇 申請人:西南交通大學(xué)