一種基于ppln的可配置四進制光學(xué)加減方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用PPLN中的級聯(lián)二階非線性效應(yīng)實現(xiàn)可配置的四進制光學(xué)加減的方法，屬于全光信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法包括：利用PPLN光波導(dǎo)中的cSFG/DFG效應(yīng)，兩路光A，B(1550nm波段)分別關(guān)于PPLN的準(zhǔn)相位匹配(QPM)波長對稱，兩者相互作用發(fā)生SFG效應(yīng)，在775nm波段處生成和頻光A+B。此和頻光與1550nm處另一束光C發(fā)生DFG效應(yīng)，生成新的閑頻光A+B-C。新生成的閑頻光相位與原來幾束光相位滿足φA+B-C＝φA+φB-φC。通過光開關(guān)靈活配置輸入光即可以實現(xiàn)任意兩個以及三個QPSK信號之間的加減操作。
【專利說明】-種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光網(wǎng)絡(luò)中特別是網(wǎng)關(guān)節(jié)點中利用非線性器件鈮酸鋰光波導(dǎo) (PPLN)中的級聯(lián)二階非線性效應(yīng)實現(xiàn)可配置的四進制光學(xué)加減的方法，屬于全光信息處理

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 全光信號處理技術(shù)在未來光網(wǎng)絡(luò)中被視為非常具有前景的一項技術(shù)，隨著通信領(lǐng) 域傳輸技術(shù)的發(fā)展，寬帶互聯(lián)網(wǎng)開始普及，信號傳輸速率和通信容量的提升給人們帶來了 諸多好處，比如視頻會議、高清電視、遠程教育等，但同時也給網(wǎng)絡(luò)帶來了很大的壓力。首當(dāng) 其沖的就是功耗問題，波分復(fù)用系統(tǒng)中，需要有與波長數(shù)量相對應(yīng)的多路光電、電光信號轉(zhuǎn) 換電路。另外，電域內(nèi)的路由和交換也有大量的功率消耗。另一方面就是處理速度問題，電 域的處理速度已經(jīng)成為整個光網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸，對信號在全光的條件下進行處理可以有效 的緩解上述問題。因此，全光信號處理技術(shù)引起人們越來越多的關(guān)注，其作為未來光網(wǎng)絡(luò)的 重要支撐技術(shù)，有著廣闊發(fā)展前景和重要現(xiàn)實意義。
[0003] 作為重要的算術(shù)模塊之一，信號的加減操作是數(shù)字信號處理的重要基礎(chǔ)操作之 一，在電域的信息處理中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，然而電域的信號加減操作由于受到電子 瓶頸的限制，難以達到較高的速率。全光的信號算術(shù)加減操作可以克服電子瓶頸的限制，因 此在光域中實現(xiàn)信號的加減功能將是一個理想的操作方式。
[0004] 隨著光網(wǎng)絡(luò)中流量的指數(shù)級增長，采用高階的調(diào)制格式成為提升網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜 效率的一個重要手段。正交幅度調(diào)制信號（QPSK) -個符號可以攜帶兩個比特的信息同時 具有良好的抗噪性能，引起了廣泛而深入的研究。于此同時，針對QPSK信號的光信號處理 技術(shù)也引起了人們相當(dāng)?shù)难芯颗d趣。QPSK信號星座圖為四個點，可以代表四進制四個基數(shù)， 相對應(yīng)的光信號處理技術(shù)可以實現(xiàn)相應(yīng)的光信號的加減操作?，F(xiàn)有的針對QPSK信號的加 減操作的研究只針對固定的輸入信號數(shù)目，完成的操作只能有A+B，A-B，B-A，-A，-B，A+B-C， A+C-B，B+C-A，A+B+C以及-C (A，B，C分別代表三路輸入QPSK信號）中的一種或者固定的幾 種組合，難以實現(xiàn)可配置的任意組合的輸出。同時現(xiàn)有的針對QPSK信號的加減操作主要利 用高非線性光纖（HNLF)來實現(xiàn)，受到受激布里淵散射（SBS)問題的困擾。
[0005] 鈮酸鋰光波導(dǎo)是無源光波導(dǎo)，基于鈮酸鋰光波導(dǎo)的全光信號處理具有諸多優(yōu)點， 主要表現(xiàn)在超快響應(yīng)速度和響應(yīng)帶寬（fs量級、THz帶寬），對比特率和調(diào)制格式透明、無自 發(fā)輻射噪聲積累，無內(nèi)部頻率啁啾、可用非線性系數(shù)大、二階和級聯(lián)二階非線性效應(yīng)豐富、 高轉(zhuǎn)換效率（?OdB)、寬轉(zhuǎn)換帶寬、易集成和模塊化等?；赑PLN光波導(dǎo)全光信號處理的 實現(xiàn)原理主要是充分利用PPLN光波導(dǎo)中豐富的二階及級聯(lián)二階非線性效應(yīng)。PPLN光波導(dǎo) 中二階非線性效應(yīng)主要包括倍頻（SHG)、和頻（SFG)、差頻（DFG)三種，級聯(lián)二階非線性效應(yīng) 主要包括級聯(lián)倍頻和差頻（cSHG/DFG)級聯(lián)和頻與差頻（cSFG/DFG)兩種。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] -種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法。所述技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法包括：
[0008] 利用PPLN光波導(dǎo)中的cSFG/DFG效應(yīng)，設(shè)置兩路QPSK信號光A(角頻率ωΑ，電場 強度Ε Α，相位ΦΑ)，Β(角頻率ωΒ，電場強度ΕΒ，相位Φ Β) (1550nm波段）分別關(guān)于PPLN的 準(zhǔn)相位匹配（QPM)波長對稱，兩者在PPLN中相互作用發(fā)生SFG效應(yīng)，在775nm波段處生成 和頻光A+B(角頻率ω Α+Β= ωΑ+ωΒ)。此和頻光與1550nm處另一泵浦光C(角頻率ω。，電 場強度E c，相位Φ。）發(fā)生DFG效應(yīng)，生成新的閑頻光A+B_C(角頻率ωΑ+Β_ε= ωΑ+ωΒ-ω。)。 新生成的閑頻光相位與原來信號光相位、泵浦光相位滿足Φ Α+ΒΚ；= Φα+Φβ-Φ。。通過靈活 配置信號光和泵浦光的位置，可以實現(xiàn)兩個以及三個QPSK信號之間的加減操作。當(dāng)Α，Β為 QPSK信號光，C為不攜帶任何信號的泵浦光時，可以實現(xiàn)兩路QPSK信號的加操作即Α+Β ;當(dāng) Α，Β為QPSK信號光，C為不攜帶信號的泵浦光時，并且當(dāng)Β通過相位共軛模塊（當(dāng)Α，Β均為 不攜帶信號的泵浦光，C為信號光時，根據(jù)相位關(guān)系Φ Α+Β<= ΦΑ+ΦΒ-Φ?？梢詫崿F(xiàn)-C信號 的輸出，此處Β信號相當(dāng)于輸入的C信號），此時可以實現(xiàn)兩路QPSK信號的減操作即Α-Β ; 當(dāng)A，B，C同時為QPSK信號光時，可以實現(xiàn)Α+Β-C的信號混合加減操作。當(dāng)A或B通過共軛 模塊時，可以實現(xiàn)-Α+Β-C或者Α-Β-C的信號操作。當(dāng)C通過共軛模塊時，可以實現(xiàn)A+B+C 的信號操作。
[0009] 通過選擇不同的信號通過共軛模塊以及輸入的各路光的位置，可以實現(xiàn)任意兩路 QPSK信號光A、B的加減操作包括A+B，A-B，B-A，-A-Β。同時可以實現(xiàn)任意三路QPSK信號 光 A、B、C 的加減、混合加減操作包括 A+B+C，A+B-C，A-B+C，A-B-C，-A+B+C，-A+B-C，-A-B+C， _A _B_C〇
[0010] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：采用全光方式進行QPSK信號加減操作，不 受電設(shè)備速率的限制，結(jié)構(gòu)相對簡單，易于操作。采用PPLN作為非線性介質(zhì)，不受SBS效應(yīng) 的影響。本發(fā)明首次實現(xiàn)可配置多路QPSK信號的加減操作，尚屬業(yè)界首次。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例，下面將對本發(fā)明實施例描述中所需要使用的附 圖作簡單的介紹，顯然地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得的更多的附圖。
[0012] 圖1是本發(fā)明實施例中一種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明實施例中一種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法獲取共軛信 號的原理圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明實施例中一種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法級聯(lián)和頻差 頻效應(yīng)（cSFG/DFG)的原理圖。
[0015] 圖4是本發(fā)明實施例中一種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法系統(tǒng)真值表 及四相位與四進制對應(yīng)圖；

【具體實施方式】
[0016] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述。顯然，所描述的實例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬于本發(fā)明保護范圍。
[0017] 參見圖1 一種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法，包括：
[0018] 步驟1 :QPSK信號的產(chǎn)生。三路光載波通過外腔激光源產(chǎn)生，經(jīng)過偏振控制器調(diào)節(jié) 偏振態(tài)。每一路光通過1*2光開關(guān)選擇性輸出，光開關(guān)一端直接通過稱合器進入PPLN，另 一端通過耦合器首先進入QPSK發(fā)射機。光通過QPSK發(fā)射機產(chǎn)生QPSK信號后經(jīng)過波長選 擇開關(guān)（WSS)把各路信號濾出。濾出的每路信號各經(jīng)過一個1*2光開關(guān)，光開關(guān)其中一路 端口連接光共軛模塊，用于選擇是否產(chǎn)生共軛信號。光延時線（0DL)用于去除信號之間的 相關(guān)性。偏振控制器用于調(diào)節(jié)信號偏振態(tài)，摻餌光纖放大器（EDFA)對信號進行放大，光濾 波器（0BPF)濾除EDFA引入的噪聲。
[0019] 步驟2 :共軛信號的產(chǎn)生。如圖2所示，A、B、C三路光其中一路為信號光，另外兩 路均為不攜帶信號的泵浦光。泵浦光之間發(fā)生SFG效應(yīng)生成一路和頻光，此和頻光與原輸 入的信號光發(fā)生DFG效應(yīng)生成新的閑頻光即為原來輸入信號光的共軛光。
[0020] 步驟3 :觸發(fā)級聯(lián)和頻差頻效應(yīng)（CSFG/DFG)。步驟1中產(chǎn)生的各路光通過耦合器 進入PPLN中，發(fā)生cSFG/DFG效應(yīng)。如圖3所示，生成一路閑頻光。A、B、C代表三路輸入光 (信號光或者泵浦光）。通過cSFG/DFG效應(yīng)，在角頻率為ω Α+Β_ε= (〇4+(^-(〇。處生成新的 閑頻光，此閑頻光的相位滿足ΦΑ+ΒΚ；= Φα+Φβ-Φ。。此閑頻光即為完成四進制光學(xué)加減的 光。通過配置光開關(guān)控制輸入不同的光即可實現(xiàn)可配置的四進制光學(xué)加減。表一給出了本 發(fā)明實施例中四進制光學(xué)加減方法的系統(tǒng)真值表及四相位與四進制對應(yīng)圖。
[0021] 步驟4 :信號接收。PPLN后端通過濾波器濾出新生成的閑頻光信號，經(jīng)過EDFA放 大，再通過濾波器濾除EDFA引入的自發(fā)輻射噪聲，最后送入相干接收機進行信號的解調(diào)。
[0022] 最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；其依然 可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中技術(shù)特征進行等同替換；而 這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于PPLN的可配置四進制光學(xué)加減方法，其特征在于：采用PPLN中三束光之 間的cSFG/DFG效應(yīng)完成可配置的2路或者3路QPSK信號的加減操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：可以實現(xiàn)任意兩路QPSK信號光A、B的 加減操作包括A+B，A-B，B-A，-A-B以及任意三路QPSK信號光A、B、C的混合加減操作包括 A+B+C，A+B_C，A_B+C，A_B_C， _A+B+C，_A+B_C，_A_B+C， _A_B_C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：采用信號共軛模塊實現(xiàn)共軛信號的輸出， 共軛模塊同樣采用基于PPLN的cSFG/DFG效應(yīng)實現(xiàn)共軛信號的輸出。
【文檔編號】G02F1/35GK104062827SQ201410277737
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】王宏祥, 秦軍, 劉川, 楊玉倩, 紀(jì)越峰 申請人:北京郵電大學(xué)