基于差分群时延的可重构全光微分器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于差分群时延的可重构全光微分器，利用一个正交偏振态信号产生器、四个偏振控制器、一个放大器、一个可调差分群延时设备和一个检偏器就实现了功能可重构的全光强度微分器。与其它微分器相比，本方案可以通过调节偏振控制器1063以及光开关107，实现正微分、负微分以及绝对值微分三种功能的重构。因此根据下一代光网络中不同功能的需求，对本发明方案中微分器进行调节，可以大大加强未来光网络的鲁棒性。本发明方案中的全光特性也可以突破未来网络处理节点中光电转换速率的限制，从而实现高速光网络通信的目标。
【专利说明】基于差分群时延的可重构全光微分器
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学器件【技术领域】，尤其是一种基于差分群时延的可重构全光微分器。适用于根据不同需求而实现不同微分功能的网络节点中，同时可以实现时钟信号的倍频，可应用于超短脉冲产生领域。
【背景技术】
[0002]在过去十年中，骨干网中的光传输速率得到快速增涨，通过密集波分复用(DWDM)使得传输容量也大幅度提高，另外PSK、QAM、PDM和OFDM等先进的调制形式和复用技术的应用也使得超高速光信号的传输越来越容易。然而随着超高速光通信网络的发展，光处理节点中的光电光转换器件的电域速率瓶颈问题日益成为抑制光通信网络发展的关键因素。因此超高速、全光的节点处理器件一直是人们关注和研究的热点。其中光微分器作为全光处理功能中最基本的光学器件之一，可以直接在光域中实现实时的微分功能，同时也是光计算领域的关键器件。光微分器有着众多的应用，如模数转化、脉冲整形、暗电流检测、皮秒级的赫米特-高斯波形的产生、超短脉冲的产生等。具体来说，光子强度微分器可以分为三类:正微分、负微分以及绝对值微分。前两种微分器可以用作超宽带(UWB)微波信号的产生；而后一种则可以实现倍频脉冲信号的产生，应用于超短脉冲产生领域。因此，全光强度微分器的研究在国际上一直是热点问题。
[0003]最近几年来，国内外提出了许多光子微分器的设计方案:(I)加拿大的Y.Park等人利用两个臂的干涉结构，实现了任意阶的光子微分器；(2)R.Slavik小组则基于一个简单的长周期光纤光栅设计出一个全光微分器，并且成功实现了对太赫兹信号的微分功能；
[3]加拿大的J.Azafia小组和以色列的N.K.Berger小组都利用一段相移光纤光栅(FBG)实现了复包络(幅度和相位)的微分功能；(4)此外加拿大的姚建平小组则基于倾斜的FBG实现了阶数可调的全光微分器；在国内方面，也有许多小组致力于全光微分器的研究。其中
(5)上海交通大学的苏翼凯教授基于硅的微环谐振器设计并实验验证了直径只有40um的光微分器，实现了小尺寸光微分器件的集成；(6)华中科大的张新亮教授利用半导体光放大器中的交叉增益调制，(7)北京交通大学的吴重庆教授同样基于半导体光放大器，利用交叉偏振调制效应，都实现了全光微分器。
[0004]另一方面，差分群延时(DGD),在光传输系统中又被称为一阶偏振模色散(PMD),将会在两个不同的偏振态信道之间引起严重的串扰。因此许多研究人员致力于如何消除和补偿差分群延时引起的偏振串扰问题。但是到目前为止，尚没有看到利用一阶串扰效应来实现可调微分器的报道。在大多数方案中，全光微分器一旦固定，其可调或可重构性就被破坏，无法适应未来网络节点变化的需求，限制了通信网络的鲁棒性。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于差分群时延的可重构全光微分器，该器件使用一个正交偏振态信号产生器、一个可调差分群延时的器件，以及一个偏振滤波器，实现了正微分、负微分以及绝对值微分三种不同功能的微分器。本方案结构简单，成本较低，且易于实现。
[0006]本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的:
[0007]基于差分群时延的可重构全光微分器，主要由光源101，耦合器102，马赫增德尔调制器103，电输入信号104，光延时单元105，四个偏振控制器(IOei~1064)，光开关107，偏振合束器108,光放大器109,可调差分群时延设备110以及检偏器111构成；光信号由耦合器(102)分成两路，一路信号通过一个马赫增德尔调制器103将电信号加载到光上，构成信道I ;另一路经过光延时单元105使两路光程相等，并由光开关107控制其通断，构成信道2;其中偏振控制器IOei和1062控制两路光信号的偏振态，并通过偏振合束器108合成一路；合并后的光信号由一个光放大器109放大后进入可调差分群延时设备110,其偏振态由1063控制；通过调节偏振控制器1063的入射角度以及光开关107的通断实现正微分、负微分以及绝对值微分三种功能的重构。
[0008]采用本发明基于差分群时延的可重构全光微分器具有以下明显的优点:1)物理上使用一种结构，逻辑上实现了正微分、负微分和绝对值微分三种功能；2)结构简单，成本较低，没有任何电器件；3)多个一阶微分单元级联可以实现高阶微分器；4)可实现超短脉冲的产生等其他网络功能。
[0009]本发明基于差分群时延的可重构全光微分器通过如下的方式完成本发明任务:
[0010]光信号首先由一个耦合器102分成两路，一路信号通过一个马赫增德尔调制器103将电信号加载到光上，称为信道I ;另一路经过光延时单元105使两路光程相等，并由光开关107控制其通断，称为信道2。接着两个偏振控制器IOei和1062使两路光信号的偏振态垂直，并通过偏振合束器108合成一路。合并后的光信号由一个光放大器109放大,并进入可调差分群延时设备110，其偏振态由1063控制。当光偏振态以±45°进入110时，由D⑶引起的两路信道间的串扰最大，这时利用一个检偏器111，仅仅滤出一个偏振信道(如信道2)，就可以实现一个全光强度微分器。根据1063调节的入射角度和107的通断，可以实现全光微分器的可重构性。
[0011]以上工作过程可以用以下数学推导来抽象表达:
[0012]假设一个偏振态正交的输入信号为Ein，其中对⑶)和用来描述这个信号的
正交偏振态，并且有P =必=是差分群延时矢量。Achi和Aqi2是两个信道的
幅度，ω。、ω和φ分别是光载波角频率、角频率的偏移量以及信号的初始相位。因此这个信号可以表示为:
【权利要求】
1.基于差分群时延的可重构全光微分器，其特征在于，主要由光源(101),稱合器(102)，马赫增德尔调制器(103)，电输入信号(104)，光延时单元(105)，四个偏振控制器(106!~1064),光开关(107),偏振合束器(108),光放大器(109),可调差分群时延设备(110)以及检偏器(111)构成；光信号由耦合器(102)分成两路，一路信号通过一个马赫增德尔调制器(103)将电信号加载到光上，构成信道I ;另一路经过光延时单元(105)使两路光程相等，并由光开关(107)控制其通断，构成信道2;其中偏振控制器(IOei)和(1062)控制两路光信号的偏振态，并通过偏振合束器(108)合成一路；合并后的光信号由一个光放大器(109)放大后进入可调差分群延时设备(110)，其偏振态由(1063)控制；通过调节偏振控制器(1063)的入射角度以及光开关(107)的通断实现正微分、负微分以及绝对值微分二种功能的重构。
2.根据权利要求1所述之基于差分群时延的可重构全光微分器，其特征在于，偏振控制器(106^和(1062)控制两路光信号的偏振态垂直正交。
3.根据权利要求1和2所述之基于差分群时延的可重构全光微分器，其特征在于，通过调节光开关(107)和偏振控制器(1063)实现功能可重构的全光微分器。
4.根据权利要求1或2或3所述之基于差分群时延的可重构全光微分器，其特征在于，可实现时钟信号的倍频，并应用于超短脉冲的产生领域。
5.根据权利要求1所述之基于差分群时延的可重构全光微分器，其特征在于，多个一阶微分单元级联可实现高阶 微分器。
【文档编号】G02F3/00GK103760734SQ201310347577
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】陈智宇, 闫连山, 姜恒云, 易安林, 郭迎辉, 潘炜, 罗斌, 邹喜华, 张志勇 申请人:西南交通大学