一种多通道全光3R再生器

摘要

本发明涉及高速大容量全光网络通信技术领域的全光3R再生器，它包括光学时钟恢复装置、光学非线性器件和光学延时干涉装置，所述光学时钟恢复装置用于从传输链路上多路受损光信号中任意选取一路受损光信号提取出同步的光时钟信号；该同步光时钟信号和多路受损光信号进入非线性光学器件，非线性光学器件用于实现光时钟信号和多路受损光信号之间的交叉相位调制XPM效应；经非线性光学器件实现交叉相位调制XPM效应所产生的多路光信号进入所述光学延时干涉装置，所述光学延时干涉装置为梳状滤波器，用于滤出发生XPM效应后每路光信号光谱中的特定的啁啾部分，同时滤除噪声以及劣化的信号部分，生成多路再生光信号。本发明提出的多通道全光3R再生器，能同时对各个通道在一个再生器中进行再生，避免了现有多通道再生装置因采用分开再生、再合并方法对原有的信号传输线路的破坏，保持了原有传输线路的完整性。同时，克服了目前实现多通道3R再生方案中存在的系统复杂，实现成本高，稳定性差和不易集成等缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及高速大容量全光网络通信技术领域，具体涉及全光3R再生器。

背景技术

全光2R再生(再放大，再整形)和3R再生(再放大，再整形，再定时)是高速大容量全光网络中的核心技术，也是光学技术替代传统电子技术实现真正全光网络的关键。相比全光2R再生，全光3R再生更能有效减少和弥补光信号在传输过程中积累的功率损耗、光放大器引入的噪声，信道间的串扰，以及由于色散和非线性效应等因素引入的定时抖动和脉冲变形等等脉冲失真因素，从而显著提高光信号的传输距离。

全光3R再生自从全光网络诞生以来，就一直是研究的热点。一般来讲，全光3R再生均是针对一路光信号(一个波长)来进行再生。若要对多路光信号，如波分复用系统WDM中多路光信号，同时进行再生，只能是将多路信号分开，再分别对每一路信号进行再生，然后再合并各路再生后的信号。若有n路信号，就需要用到n个再生器，如附图1所示。多路原始光信号经过一个复用器(AWG)合并后，在光纤链路中传输，得到多路受损信号。多路受损信号首先经过一个解复用器(AWG)解复用成单独的各路受损信号，再分别由由光学非线性器件和时钟恢复单元组成的多个3R再生器分别进行再生。最后再由一个AWG复用合并，得到多路再生后的信号。这样就需要用复杂的再生器阵列，不仅系统复杂、成本提高，而且多个再生器阵列使得系统体积增大，稳定性降低。近年来，利用单个再生器同时对WDM系统中多路光信号实现3R再生的需求越来越急切。其中美国普林斯顿大学提出了一种利用非线性光学环镜的方法，实现了对四路WDM光信号同时再生。但此方法需要用到体积很大的光纤环形干涉装置，还需要严格控制信号的偏振态，对环境温度震动等很敏感，应用起来不方便，也不易集成。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种多通道3R再生器，克服目前实现多通道3R再生方案中存在的系统复杂，实现成本高，稳定性差和不易集成等缺点。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种多通道3R再生器，该多通道3R再生器包括光学时钟恢复装置、光学非线性器件和光学延时干涉装置，所述光学时钟恢复装置用于从传输链路上多路受损光信号中任意选取一路受损光信号提取出同步的光时钟信号；该同步光时钟信号和多路受损光信号进入非线性光学器件，非线性光学器件用于实现光时钟信号和多路受损光信号之间的交叉相位调制XPM效应；经非线性光学器件实现交叉相位调制XPM效应所产生的多路光信号进入所述光学延时干涉装置，所述光学延时干涉装置为梳状滤波器，用于滤出发生XPM效应后每路光信号光谱中的特定的啁啾部分，同时滤除噪声以及劣化的信号部分，生成多路再生光信号。

作为优选方案，所述梳状滤波器的频率间隔等于入射多路信号的通道间隔。

本发明提出的多通道全光3R再生器，能同时对各个通道在一个再生器中进行再生，避免了现有多通道再生装置因采用分开再生、再合并方法对原有的信号传输线路的破坏，保持了原有传输线路的完整性。同时，克服了目前实现多通道3R再生方案中存在的系统复杂，实现成本高，稳定性差和不易集成等缺点。

附图说明

图1为现有多通道3R再生方案示意图。

图2本发明多通道全光3R再生器的应用方案示意图。

图3为本发明多通道全光3R再生器应用方案所发生的波形示意图，包括(a)时域和(b)频域示意图。

图4为针对16通道的本发明多通道全光3R再生器的应用方案图。

图5为针对16通道的本发明多通道全光3R再生器的应用实验光谱图。

图6为针对16通道的本发明多通道全光3R再生器的应用实验眼图。

图7为针对16通道的本发明多通道全光3R再生器的应用实验后分别选取1、7、10、16通道的原始、劣化、再生信号的实验误码测试对比图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2所示的本发明多通道全光3R再生器的应用方案示意图中，时钟恢复装置，用于从多路信号中提取出一路进行时钟恢复，得到和原始信号同步的时钟信号。时钟恢复只是为了得到光时钟信号，从而进行下一步的信号再生过程。时钟恢复装置可以采用很多现有装置来实现，如半导体光放大器光纤激光器、法布里-珀罗滤波器、自脉动多区激光器等。

光学非线性器件可以是半导体光放大器(SOA)，高非线性光纤(HNLF)，周期性极化铌酸锂波导(PPLN)等等。依据不同的器件，选择不同的工作条件，使得时钟信号和多路受损多路信号在其中同时发生较强的交叉相位调制(XPM)作用，为下一步在延时干涉装置中实现滤波打下基础。当受损信号和时钟信号同时存在于光学非线性器件中，并且信号和时钟同步的情况下，两者会发生XPM效应；而当信号不存在时，即信号为“0”的情况下，仅仅有时钟信号，不发生XPM效应。波形示意图如附图3(a)所示。以四路受损信号为例，它们在时域上同步，和一路时钟信号作用后，再经过后续的延时干涉装置后，可以分别实现3R再生。

光学延时干涉装置也可以有很多实现形式，如光纤型延时干涉仪(FDI)，偏振控制器加保偏光纤结构等等。它们均是基于Mach-Zender干涉原理。从频谱的角度来看，其实质上为周期性的梳状滤波器，其周期等于入射信号的信道间隔。如入射多通道信号间隔为100GHz，则此梳状滤波器的周期也为100GHz。至于如何控制此滤波器的周期，需要根据不同的实现方式来确定。如对于FDI，可以控制其两臂上的光纤长度差；对于保偏光纤方案，可以控制保偏光纤的长度和入射信号的偏振态等等。

需要强调的是，确定了周期性梳状滤波器的周期后，本发明实现多通道同时3R再生的关键点在于精确调整此梳状滤波器的每个滤波通道的峰值，使得其和每路信号的载波有一定的偏移量，即梳状滤波器的每个峰值不是正对准每路信号载波的正中。两者之间的偏移量依据在光学非线性器件中的XPM的量来确定。此偏移量不能太小，否则不能实现较好的再生；偏移量也不能太大，一方面是偏移量越大，输出的再生信号的功率越小，另一方面是当原始入射信号相邻两通道间隔较小时，太大的偏移量会引入相邻信道间的串扰。如附图3(b)所示。实线为受损信号的光谱，虚线为FDI延时干涉装置的滤波透过光谱。可见信号的通道间隔等于FDI的梳状滤波间隔，但FDI的每个滤波通道适当偏移每路信号的中心波长。

以SOA作为非线性光学器件，FDI作为光学延时干涉装置，下面再结合附图4来详细说明对16通道信号同时再生的过程，以及实验验证。

入射信号为每通道速率为10Gb/s，间隔为100GHz的16通道非归零(NRZ)信号，为了更具普遍实际意义和接近实际应用，我们将奇数通道和偶数通道携带上不同的数据信息，如图中数据一和数据二。奇数通道和偶数通道由复用器(AWG)合并后，经过偏振控制器(PC)后，分别进入调制器(MZM)形成光信号。8路奇数通道信号和8路偶数通道信号经过一个3dB光学耦合器合并后，经过52公里标准单模光纤传输劣化、光衰减器(ATT)进行功率衰减、光放大器(EDFA)放大引入噪声等过程后，和由时钟恢复装置恢复出的光时钟信号经由一个3dB光学耦合器耦合进入一个半导体光放大器(SOA)。一个光学可调延时线用来控制时钟信号和16通道信号之间的同步，使他们在时域上同步。时钟信号和16路受损信号的光谱如附图5(a)所示。为了达到足够的XPM效应，时钟信号的功率应该远远大于受损信号的功率，并且时钟信号的功率还要使得SOA工作在饱和状态。这样各路受损信号在SOA中只会受到由时钟信号引入的XPM效应，而不会有时钟信号以及各路信号之间引入的交叉增益调制(XGM)效应，因此不同通道之间的3R再生就不会互相干扰。需要说明的是，这种情况是针对我们选择SOA作为非线性光学器件，对于其他光学非线性光学器件，要根据具体情况选择工作条件和参数。

时钟信号和受损信号进入SOA后，由于发生XPM效应，16路信号的光谱明显的展宽，如附图5(b)所示。但此时并没有实现3R再生，需要由后续的FDI对16个通道进行同时滤波，实现完整的3R再生。

由于入射信号间隔是100GHz，所以选择FDI两臂上的光纤长度差为2.1毫米，使得其梳状滤波器间隔刚好也等于100GHz。FDI的两臂光纤长度差ΔL由下式确定：

$\mathrm{\Delta L}=\frac{C}{n_{\mathrm{eff}}·R}$

其中C为光在真空中的传播速率，neff为FDI所用光纤的折射率，R为入射信号的通道间隔。以本实验中通道间隔为100GHz，FDI光纤折射率为1.45为例，可以算出FDI两臂光纤长度差为2.1mm。

同时控制FDI的工作温度，使得其光谱上每个峰值和每路信号之间有个偏移。本实验中，根据入射光信号的速率、光功率的大小以及SOA的偏置电流等条件，偏移量为-0.25nm。经过FDI滤波后的各路光谱如附图5(c)所示，可见FDI的每个通道都偏移原始信号的载波，这样就能同时实现多通道的同时3R再生。附图5(d)是其中一个再生信号的光谱放大图。

以16路信号中的其中一路通道7为例，附图6显示了通道7的原始信号、受损信号以及再生信号的眼图。其中(a)为原始信号，(b)为受损信号，(c)为再生后的信号。可以明显的看到，经过光纤传输、光放大器放大引入噪声后，信号的眼图(b)相比如原始情况(a)下，有了明显的劣化，表现在时间抖动增大、脉冲变形、噪声很大等等。但经过本发明提出的多通道3R再生器后，信号(c)的质量有了明显的改善，时间抖动减小，脉冲实现了重整形。与3R再生过程一起伴随的还有码型转换过程，即原始信号为非归零(NRZ)格式，再生后变成了归零(RZ)格式，但信号所携带的信息在再生前后完全一致。其他各个通道也能同时实现3R再生，不再赘述。

对此16路信号中的1、7、10、16通道信号进行误码测试，结果如附图7所示，图7(a)为对1通道信号的原始、劣化、再生信号的实验误码测试对比图，图7(b)为对7通道信号的原始、劣化、再生信号的实验误码测试对比图，图7(c)为对10通道信号的原始、劣化、再生信号的实验误码测试对比图，图7(d)为对16通道信号的原始、劣化、再生信号的实验误码测试对比图，可以看到1、7、10、16通道每路信号经过劣化后再进行3R再生，均能有4dB左右的改善，很好的验证了此发明中的多通道3R再生器的良好性能。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。