专利名称：一种偏振复用系统中的全光信息处理方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速光纤通信、非线性光纤光学、全光信息处理等领域，尤其是高速偏 振复用系统中的全光信息处理技术。
背景技术：
人们对通信带宽需求的急剧增长，给现有光通信网络带来了新的挑战。寻求超高 速、大容量、长距离与高频谱效率的光传输机制成为光通信研究的热点之一。同时，全光信 息处理，诸如波长转换、全光再生、码型转换、信号放大等，可以克服传统基于电域信息处 理带来的“电子瓶颈”，是未来光网络的关键技术之一。偏振复用(PolarizationDivision Multiplexing :PDM)技术作为一种新的扩容技术可以在不占用系统频谱资源的情况下使 每个波长信道的数据传输速率提高一倍，并且与现有的波分复用(WDM)系统具有较好的兼 容性，因而成为了现有波分复用系统提高系统容量的新选择。同时，偏振复用系统中的全光 信息处理技术是实现全光偏振复用网络的关键技术之一。偏振复用的概念其实早在二十世纪九十年代就被提出来了，它实际上是利用光四 个基本参数(振幅、频率、相位、偏振)之一的偏振参数，在同一个波长信道中，通过两个相 互正交光的偏振态独立地、同时传输两路数据信号以加倍系统总容量、提高系统频谱利用 率近些年来，随着人们对通信带宽需求的不断增加，偏振复用作为一种新的扩容技术重新 引起人们的重视而成为研究的热点。目前对偏振复用技术的研究主要集中在偏振复用系 统中的自动解复用技术；偏振复用系统中性能监控、分析与监控(包括偏振模色散(PMD)的 监控、系统恶化效应的分析等)、偏振复用技术与新型调制格式相结合以实现超高速(单信 道速率< 100Gbit/S)、长距离通信。为了摆脱电域信息处理带来的速率限制，进一步提高系统速率，最近围绕偏振复 用系统的全光信息处理技术的研究开始开展起来了，但主要集中在波长转换方面，而全光 信息再生、调制格式转换等相关方面的技术方案报道甚少，其主要原因是同时对两个信道 (而且是同一波长)存在许多挑战，包括信号串扰、非线性相互作用、如何用单一的功能模 块同时实现两个信道的信息处理功能等。
发明内容
针对偏振复用系统中全光信息处理技术的需求，本发明给出了一种偏振复用系统 中的全光信息处理器的设计方案，其主要由偏振控制单元、光环形器、偏振分束器、非线性 介质、法拉第偏振旋转器构成，可用于偏振复用系统中实现对两个正交偏振态上信息的同 时再生或波长转换。本发明的目的通过如下手段来实现。—种偏振复用系统中的全光信息处理方案，用于偏振复用系统实现两正交偏振 信道上信息的同时处理，在不同的外接光路情况下应用于偏振复用系统中，以同时实现两 正交偏振态信道上信号的全光再生、波长转换功能；其关键结构包含一非线性偏振分集环
3(106)，所述非线性偏振分集环(106)由偏振控制单元(107)、光环形器(104)、偏振分束器 (103)、法拉第偏振旋转器(102)、非线性介质(101)、可调滤波器(105)构成；进行信息处 理的基本过程为光信号经由偏振控制单元(107)、光环形器(104)和偏振分束器(103)分 解成两路偏振态正交反向传输的信号；所述两路信号在经过法拉第偏振旋转器(102)，其 偏振态均被旋转90°而被反射至偏振分束器(103)的输入端并从光环形器(104)的端口 3输出；根据不同的信息处理要求，进入非线性偏振分集环型结构(106)中的信号在非线性 介质(101)中获得对应的非线性效应；所述可调滤波器(105)用来选取对应信息的频谱分 量。采用如上的设计，本发明可以应用于偏振复用系统中，以实现两个正交偏振态信 道上信号的同时再生或波长转换等功能。1、全光再生器功能的实现经大功率EDAF放大偏振复用信号经由偏振控制单元、 光环形器和偏振分束器将两偏振态正交的信号解复用成两路沿相反方向传输的信号。在经 由非线性介质(如高非线性光纤)时，由于自相位调制(SPM)效应，两路信号的频谱被同时 展宽。同时，两路信号在经过法拉第偏振旋转器时，因其偏振态均被旋转90°而被反射至偏 振分束器的输入端并从光环形器的端口 3输出。在光环形器的端口 3用一个可调滤波器进 行偏移滤波就可以实现对偏振复用的两个正交偏振态信道上信号的同时再生。2、全光波长转换器功能的实现波长为λ 1的偏振复用信号和波长为λ 2连续光 (Cff)同时经由偏振控制单元、光环形器和偏振分束器分解成两路沿相反方向传输的信号。 其中偏振复用信号被解复用成偏振态正交的两路独立信号，CW光被分解成偏振态正交的两 等功率分量。在经由非线性介质时，由于交叉相位调制(XPM)效应至频率啁啾，CW的频谱 被展宽。在光环形器的端口 3用一个可调滤波器滤出CW光的红移分量或蓝移分量，就可以 实现对偏振复用的两个正交偏振态信道上信息的同时波长转换。
如下图1.本发明方案的系统框图。图2.偏振复用信号发射端系统原理图图中单模光纤和衰减器分别是对两正交 偏振态信道上信号进行去相干和功率平衡，在此定义经过单模光纤的信道为垂直偏振态信 道，另一信道为平行偏振态信道。图3.利用本发明实现偏振复用信号再生的原理图和系统框图(a)系统框图，(b) 利用SPM致频谱展宽加偏移滤波的全光再生原理图。图4.利用本发明实现偏振复用信号波长转换的原理图和系统框图(b)系统框 图，(a)利用XPM调制效应致频谱展宽加滤波的全光波长转换原理图。图5.全光再生结果(a)再生前信号的眼图及信噪比；(b)再生后垂直偏振态信 道的眼图及信噪比；(c)再生后平行偏振态信道的眼图及信噪比；图6.波长转换结果(a)转换前信号的眼图及信噪比；(b)转换后垂直偏振态信 道的眼图及信噪比；(c)转换后平行偏振态信道的眼图及信噪比；图7.波长转换对应的光谱图，包括了输入的CW光和信号光谱、经过高非线性光纤 HNLF后的光谱、转换信号的光谱。值得指出的是，尽管本发明以这两种应用为例，但在实际应用中，可以将外接光路 稍做调整实现其它的功能(如码型变化、光逻辑)等，这些方案也在本专利的权利要求范围内。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。如图1所示，本发明方案由非线性介质(101)，法拉第偏振旋转器(102)，偏振分束 器(103)，光环形器(104)，可调滤波器(105)和偏振控制单元(107)构成，其整体形成一个 非线性偏振分集环型光信息处理结构(106)。光信号经由偏振控制单元(107)、光环形器(104)和偏振分束器(103)分解成两 路偏振态正交反向传输的信号。两路信号在经过法拉第偏振旋转器(102)时，因其偏振态 均被旋转90°而被反射至偏振分束器(103)的输入端并从光环形器(104)的端口 3输出， 信号在非线性偏振分集环型结构(106)中的传输和偏振态的变化如图1所示(两个偏振态 标记为平行“//”和垂直“丄”)。根据不同的信息处理要求，进入非线性偏振分集环型结构 (106)中的信号将在非线性介质(101)中获得对应的非线性效应。1、全光再生器由非线性偏振分集环型结构(106)构建的偏振复用信号全光再生 器如图3(a)所示。经由大功率EDFA放大的偏振复用信号进入到非线性偏振分集环型结构 (106)时被解复用成两路独立信号。在经由非线性介质(101)时，由于SPM效应，两路信号 的频谱被同时展宽。在光环形器(104)的端口 3用可调滤波器(105)对反射回来的宽谱偏 振复用信号进行偏移滤波就可以实现对偏振复用的两个正交信号的同时再生。基于SPM致 频谱展宽加偏移滤波的全光再生原理，如图3(b)所示。其中，(I)为实验原理示意图，(II) 为输入信号的频谱示意图，(III)为经非线性介质(以高非线性光纤为例)后信号的展宽 谱(虚线高斯形状为偏移滤波器)，(IV)再生后信号的频谱。2、全光波长转换器由非线性偏振分集环型结构(106)构建的偏振复用信号全光 波长转换器时，偏振控制单元(107)要进行一定的修改，具体如图4(a)所示。波长为入工的 偏振复用信号经由偏振控制单元(107)进入非线性偏振分集环型结构(106)后被解复用成 两路独立的信号。同时波长为A2CW光经由偏振控制器进入非线性偏振分集环型结构(106) 后被分解成偏振态正交的两等功率分量。在经由非线性介质时，由于XPM效应至频率啁啾， CW光的频谱被展宽。在光环形器(104)的端口 3用可调滤波器(105)滤出反射回来的宽谱 CW光的红移分量或蓝移分量，就可以实现对偏振复用的两个正交偏振态上信息的同时波长 转换。基于XPM致频谱展宽加滤波的全光波长转换原理，如图4(b)所示。其中，⑴为CW 光的时域波形和频谱，(II)为输入信号的时域波形和频谱，(III)为经非线性介质(以高非 线性光纤为例)后信号输入信号引起的频率啁啾特性和展宽后的CW光的频谱，(IV)波长 转换后的信号的时域波形和频谱以及滤波示意图。根据上述方案原理，我们给出了由本发明构建的偏振复用信号的全光再生器和全 光波长转换器的实验结果。系统采用的是传输速率为10-Gbps，传输码型为通断键控的归零 码(RZ-OOK)，采用同一波长的偏振复用结构。非线性介质采用的是高非线性光纤，其主要参 数包括非线性系统为30/(W. km)，零色散波长为1556nm，总长度为1公里。图5 (a)、(b)和(c)分别给出了在输入平均光功率约为_5. OdBm时，输入恶化信 号、经再生后垂直偏振态信道信号和平行偏振态信道信号的眼图以及基于眼图的信噪比 (SNR)结果。两个偏振复用信道的波长固定在1555nm。
图6(a)、(b)和(c)分别给出了采用高速示波器(Agilent 86100C)，在平均光功 率固定为-4. 75dBm时，输入信号、经波长转换后垂直偏振态信道信号和平行偏振态信道信 号的眼图以及基于眼图的信噪比(SNR)结果。对应的光谱图如图7所示，包括了输入的连 续光(CW)和信号谱(CW and In Signal)、经过高非线性光纤后的光谱(AfterHNLF)、波长 转换后的光谱(Converted Signal)。综上所述，本发明给出一种偏振复用系统中的全光信息处理器的设计方案。其主 要特征在于在不同的外接光路情况下，本发明可以应用于偏振复用系统中，以同时实现两 正交偏振态信道上信号的再生、波长转换等功能。
权利要求
一种偏振复用系统中的全光信息处理方案，用于偏振复用系统实现两正交偏振信道上信息的同时处理，在不同的外接光路情况下应用于偏振复用系统中，以同时实现两正交偏振态信道上信号的全光再生、波长转换功能；其关键结构包含一非线性偏振分集环106，所述非线性偏振分集环106由偏振控制单元107、光环形器104、偏振分束器103、法拉第偏振旋转器102、非线性介质101、可调滤波器105构成；进行信息处理的基本过程为光信号经由偏振控制单元107、光环形器104和偏振分束器103分解成两路偏振态正交反向传输的信号；所述两路信号在经过法拉第偏振旋转器102，其偏振态均被旋转90°而被反射至偏振分束器103的输入端并从光环形器104的端口3输出；根据不同的信息处理要求，进入非线性偏振分集环型结构106中的信号在非线性介质101中获得对应的非线性效应；所述可调滤波器105用来选取对应信息的频谱分量。
2.根据权利要求1所述之偏振复用系统中的全光信息处理方案，其特征在于，所述非 线性介质可为非线性光纤或者集成半导体光放大器。
3.根据权利要求1所述之偏振复用系统中的全光信息处理方案，其特征在于，所述偏 振复用系统两个正交偏振信道可以为同一波长或者不同波长。
全文摘要
本发明公开了一种偏振复用系统中的全光信息处理方案。全光信息处理器为一非线性偏振分集环结构106，其主要由偏振控制单元107、光环形器104、偏振分束器103、法拉第偏振旋转器102、非线性介质101、可调滤波器105构成。在不同的外接光路情况下，本发明可以应用于偏振复用系统中，以实现两个正交偏振态信道上信号的同时再生或波长转换等功能。
文档编号G02F1/365GK101963735SQ20101025525
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者叶佳, 易安林, 潘炜, 罗斌, 闫连山 申请人:西南交通大学