專利名稱：全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖通信及全光信號(hào)處理技術(shù)，尤其是涉及一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò)的單信道傳輸速率已經(jīng)逼近電子速率所能處理的極限。為了避免“電子瓶頸”的限制，支持更高速率、更大容量的數(shù)據(jù)傳輸，在交換節(jié)點(diǎn)處采用全光信號(hào)處理技術(shù)直接在光域進(jìn)行處理成為一項(xiàng)重要選擇。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的不斷上升、傳輸距離的不斷增加，利用現(xiàn)有設(shè)備提高每個(gè)通道的信息容量和信息接收靈敏度成為解決通信網(wǎng)絡(luò)阻塞的切實(shí)問題。以相位編碼為基礎(chǔ)的相干通信，將傳遞的數(shù)據(jù)攜帶在載波的相位信息中，在整個(gè)通信過程中維持固定的光強(qiáng)。相位編碼在長(zhǎng)距離、大容量傳送過程中對(duì)色度色散、偏振模色散的容忍度高，中繼放大時(shí)不會(huì)引入畸變，在終端檢測(cè)時(shí)判別光相位而非光強(qiáng)因而具有高靈敏度，是高速、長(zhǎng)距離骨干通信網(wǎng)絡(luò)中極具實(shí)用價(jià)值的編碼方式。另一方面，傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制碼型由于其調(diào)制方式簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低、技術(shù)成熟，未來仍將在城域網(wǎng)或接入網(wǎng)等短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用背景不同，網(wǎng)絡(luò)大小和所需的傳輸速率不同，選取光信號(hào)調(diào)制方式也應(yīng)有所不同。作為一個(gè)互連的整體，信息需要在不同網(wǎng)絡(luò)類型節(jié)點(diǎn)間自由傳輸和交換，在這種要求下，強(qiáng)度編碼與相位編碼之間的碼型轉(zhuǎn)換對(duì)于光通信網(wǎng)絡(luò)而言尤為重要。特別地，未來的全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將包含多種全光信號(hào)處理操作，如果在節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)多功能的全光信號(hào)處理模塊，將具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和更高的功率效率，適應(yīng)光通信網(wǎng)絡(luò)高速率、大容量、低成本的需求。利用半導(dǎo)體光放大器中的自誘導(dǎo)非線性效應(yīng)，無需引入額外的控制光源和同步恢復(fù)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)輸出光的偏振態(tài)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼的碼型轉(zhuǎn)換功能，具有多功能、簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)，將為未來的全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理模塊提供參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法及裝置，是利用半導(dǎo)體光放大器同時(shí)實(shí)現(xiàn)全光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼間的碼型轉(zhuǎn)換。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1. 一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法
利用半導(dǎo)體光放大器中的自相位調(diào)制和自誘導(dǎo)非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，使得與快軸成 45°角入射的強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)中的比特“1”和比特“0”的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)0°、0°角度，且獲得π相位差；在輸出端通過改變輸出光的偏振態(tài)與比特“1”和比特“0”之間的角度關(guān)系， 分別獲得全光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼間的碼型轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸出光的偏振態(tài)與比特“0”的偏振態(tài)垂直時(shí)，輸出端只能輸出比特“1”信號(hào)，信號(hào)的消光比得以增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的放大功能；當(dāng)輸出光的偏振態(tài)與比特“1”的偏振態(tài)垂直時(shí)，輸出端只能輸出比特“0”信號(hào)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度光信號(hào)的反轉(zhuǎn)功能；當(dāng)輸出光的偏振態(tài)與矢量比特“1”和比特“0”的連接線垂直時(shí)，輸出的比特“1”和比特“0”強(qiáng)度相等，且相位相差π時(shí)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)到相位調(diào)制光信號(hào)的碼型轉(zhuǎn)換功能。2. 一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的裝置
單頻激光器發(fā)出的光經(jīng)由信號(hào)源調(diào)制的電光調(diào)制器，依次經(jīng)第一偏振控制器、半導(dǎo)體光放大器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、偏振分束器、光放大器、濾波器至接收端模塊。所述接收端模塊為光電探測(cè)器或在光電探測(cè)器前加接相位編碼信號(hào)解調(diào)器。本發(fā)明具有的有益效果是
采用同一裝置實(shí)現(xiàn)全光強(qiáng)度信號(hào)的放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼的碼型轉(zhuǎn)換功能，無需引入額外的控制光源和同步恢復(fù)結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用在全光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的兩種接收端模塊圖。圖3是10位非歸零強(qiáng)度信號(hào)的輸入和三種功能輸出的波形圖。圖4是5 dB消光比輸入信號(hào)和對(duì)應(yīng)三種輸出功能的眼圖。圖5是12 dB消光比輸入信號(hào)和對(duì)應(yīng)三種輸出功能的眼圖。圖6是實(shí)施例1的誤碼率測(cè)試圖。圖7是實(shí)施例2的誤碼率測(cè)試圖。圖中1、單頻激光器，2、信號(hào)源，3、電光調(diào)制器，4、偏振控制器，5、半導(dǎo)體光放大器，6、偏振分束器，7、光放大器，8、濾波器，9、接收端模塊，10、相位編碼信號(hào)解調(diào)器，11、光電探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，單頻激光器1發(fā)出的光經(jīng)由信號(hào)源2調(diào)制的電光調(diào)制器3，依次經(jīng)第一偏振控制器4、半導(dǎo)體光放大器5、第二偏振控制器4、第三偏振控制器4、偏振分束器6、光放大器7、濾波器8至接收端模塊9。如圖2所示，所述接收端模塊為光電探測(cè)器11，如圖2(a)所示；在光電探測(cè)器11 前加接相位編碼信號(hào)解調(diào)器10，如圖2(b)所示。在本發(fā)明中，激光器可選擇波段適于在半導(dǎo)體光放大器中產(chǎn)生自誘導(dǎo)非線性效應(yīng)的各種連續(xù)光激光器，電光調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光放大器、 濾波器、差分相位碼解調(diào)器、光電探測(cè)器均可選用各種商業(yè)化元器件。本發(fā)明提出的同時(shí)實(shí)現(xiàn)全光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼的碼型轉(zhuǎn)換功能的裝置如圖1所示，單頻激光器的輸出光載波經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制器由信號(hào)源調(diào)制上強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)后，通入框圖I的半導(dǎo)體光放大器信號(hào)處理單元，調(diào)節(jié)輸入光信號(hào)的功率和半導(dǎo)體光放大器前后的偏振控制器至最佳位置，使輸入光的偏振態(tài)與半導(dǎo)體光放大器的快軸成45°角，通過產(chǎn)生偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和自相位調(diào)制原理將強(qiáng)度信號(hào)的比特“ 1，，和比特“0”的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)0° 90°角度，且相位相差π。然后通入框圖II的功能選擇單元，通過改變框圖II中的偏振控制器選擇輸出光進(jìn)入偏振分束器的三種不同偏振態(tài)來實(shí)現(xiàn)功能選擇選擇與比特“0”垂直的偏振態(tài)輸出，即為增大消光比的放大功能；選擇與比特“1”垂直的偏振態(tài)輸出，即為抑制比特“1”只有比特“0”輸出的反轉(zhuǎn)功能；選擇與比特“1”和比特“0”矢量連接線垂直的偏振態(tài)輸出，輸出即為比特“1”和比特“0”強(qiáng)度相等、相位差π的相位調(diào)制碼，由此實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度碼到相位碼的碼型轉(zhuǎn)換功能。在圖1的裝置中，接收端模塊的作用是解調(diào)和檢測(cè)，因本裝置實(shí)現(xiàn)的三個(gè)功能強(qiáng)度碼的放大和反轉(zhuǎn)功能使用光電接收器檢測(cè)，而強(qiáng)度碼到相位碼的碼型轉(zhuǎn)換需要增加一個(gè)相位碼解調(diào)器，將相位碼解調(diào)后再通入光電接收器檢測(cè)，所以接收端結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖 2(a)中，接收端僅有一個(gè)光電接收器，用于強(qiáng)度碼的放大和反轉(zhuǎn)功能的接收檢測(cè)；圖2(b) 中，接收端由相位碼解調(diào)器和光電接收器構(gòu)成，用于碼型轉(zhuǎn)換后的相位碼的接收檢測(cè)。實(shí)施例1
將單頻激光器輸出的波長(zhǎng)為1550 nm的激光作為光載波，由電光調(diào)制器調(diào)制上消光比為5 (^!11、速率為10.7 (ib/s的非歸零強(qiáng)度信號(hào)，為了驗(yàn)證三個(gè)功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)，輸入碼為固定的十個(gè)比特“0100101101”。圖3(a)為10位輸入的非歸零強(qiáng)度信號(hào)的波形圖；圖 3(b)為框圖II選擇放大功能時(shí)被放大后的輸出信號(hào)波形圖，與圖3(a)比較可見信號(hào)被放大；圖3(c)為框圖II選擇反轉(zhuǎn)功能時(shí)的反轉(zhuǎn)后的輸出信號(hào)波形圖，與圖3(a)比較可見信號(hào)被反轉(zhuǎn)；圖3(d)為框圖II選擇碼型轉(zhuǎn)換功能后的輸出相位碼信號(hào)經(jīng)解調(diào)后的波形圖，由于相位碼的相干解調(diào)是根據(jù)原信號(hào)的相鄰兩個(gè)比特相同或相反而輸出比特“0”和比特“ 1”，所以由圖可見，轉(zhuǎn)換后的相位碼的十位比特信號(hào)被成功解調(diào)成10位強(qiáng)度信號(hào)比特“1110111011”。對(duì)應(yīng)的眼圖為圖4，圖4(a)為原信號(hào)眼圖；圖4(b)為放大后的輸出信號(hào)眼圖；圖4(c)對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)后的輸出信號(hào)眼圖，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的比特“0”強(qiáng)度較小，所以反轉(zhuǎn)后的比特“1”噪聲較大；圖4(d)為相位碼解調(diào)后的信號(hào)眼圖，因?yàn)橄辔淮a被強(qiáng)度噪聲影響較小，所以輸出信號(hào)噪聲最小。圖6為誤碼率測(cè)試圖，從左到右分別為相位碼、放大后的強(qiáng)度碼、原輸入信號(hào)、反轉(zhuǎn)后的強(qiáng)度碼，誤碼率為1. 0E-9時(shí)對(duì)應(yīng)接收功率為-19 dBm、-16. 6 dBm、-15.8 cffim和-13 dBm，由此可見本裝置對(duì)于消光比5 dB輸入信號(hào)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三種功能且具有較低的誤碼率，其中碼型轉(zhuǎn)換效果最佳。實(shí)施例2
將單頻激光器輸出的波長(zhǎng)為1550 nm的激光作為光載波，由電光調(diào)制器調(diào)制上消光比為12 dBm、速率為10.7 Gb/s的非歸零強(qiáng)度信號(hào)，為了驗(yàn)證三個(gè)功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)，輸入碼為固定的10個(gè)比特“0100101101”。對(duì)應(yīng)的眼圖為圖5，圖5(a)為原信號(hào)眼圖；圖5(b)為放大后的輸出信號(hào)眼圖；圖5(c)對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)后的輸出信號(hào)眼圖；圖5(d)為解調(diào)后的信號(hào)眼圖。由圖5可見放大功能效果最好。由于消光比12 dB比實(shí)施例1中消光比5 dB高，輸入信號(hào)比特“0”強(qiáng)度較低，所以整體功能實(shí)現(xiàn)效果比實(shí)施例1差，放大功能較好噪聲較低，反轉(zhuǎn)后的信號(hào)噪聲較大，相位碼解調(diào)較差。圖7為誤碼率測(cè)試圖，從左到右分別為原輸入信號(hào)、放大后的強(qiáng)度碼、反轉(zhuǎn)后的強(qiáng)度碼、相位碼，誤碼率為1. 0E-9時(shí)對(duì)應(yīng)接收功率為-19. 6 dBm,-19. 1 dBm,-17. 1 cffim和-15.8 cffim。由此可見本裝置對(duì)于消光比12 dB輸入信號(hào)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三種功能且具有較低的誤碼率，其中放大功能效果最佳。
權(quán)利要求
1.一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于利用半導(dǎo)體光放大器中的自相位調(diào)制和自誘導(dǎo)非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，使得與快軸成45°角入射的強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)中的比特“1”和比特“0”的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)0°、0°角度，且獲得ν相位差；在輸出端通過改變輸出光的偏振態(tài)與比特“ 1，，和比特“0”之間的角度關(guān)系，分別獲得全光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼間的碼型轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于當(dāng)輸出光的偏振態(tài)與比特“0”的偏振態(tài)垂直時(shí)，輸出端只能輸出比特“1”信號(hào)，信號(hào)的消光比得以增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的放大功能；當(dāng)輸出光的偏振態(tài)與比特“1”的偏振態(tài)垂直時(shí)，輸出端只能輸出比特“0”信號(hào)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度光信號(hào)的反轉(zhuǎn)功能；當(dāng)輸出光的偏振態(tài)與矢量比特“1”和比特“0”的連接線垂直時(shí)，輸出的比特“1”和比特“0”強(qiáng)度相等，且相位相差π時(shí)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)到相位調(diào)制光信號(hào)的碼型轉(zhuǎn)換功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于單頻激光器發(fā)出的光經(jīng)由信號(hào)源調(diào)制的電光調(diào)制器，依次經(jīng)第一偏振控制器、半導(dǎo)體光放大器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、偏振分束器、光放大器、濾波器至接收端模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法的一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述接收端模塊為光電探測(cè)器或在光電探測(cè)器前加接相位編碼信號(hào)解調(diào)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全光強(qiáng)度信號(hào)同時(shí)放大、反轉(zhuǎn)和碼型轉(zhuǎn)換的方法及裝置。單頻激光器發(fā)出的光經(jīng)由信號(hào)源調(diào)制的電光調(diào)制器，依次經(jīng)第一偏振控制器、半導(dǎo)體光放大器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、偏振分束器、光放大器、濾波器至接收端模塊。利用半導(dǎo)體光放大器中的自相位調(diào)制和自誘導(dǎo)非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，使得與快軸成45°角入射的強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)中的比特“1”和比特“0”的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)0°～90°角度，且獲得π相位差；在輸出端通過改變輸出光的偏振態(tài)與比特“1”和比特“0”之間的角度關(guān)系，分別獲得全光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的放大、反轉(zhuǎn)和強(qiáng)度碼到相位碼間的碼型轉(zhuǎn)換。本發(fā)明無需引入額外的控制光源和同步恢復(fù)結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用在全光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上。
文檔編號(hào)H04B10/17GK102523047SQ20111039268
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者傅嬌嬌, 謝彥喬, 高士明, 高瑩 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)