专利名称：一种超高速全光误码指示信号产生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信(含光网络)与光信息处理领域，具体来说，涉及利用 光纤中的非线性效应实现光信号处理。
背景技术：
随着IP网络、无线网络、宽带光纤接入技术以及大量新兴业务(如网格计 算，军事应用中传感网络等)的出现，光网络传输的流量也随之急剧地增加。 为了提高网络传输容量，密集光波分复用技术将得到充分的使用；同时，单波 长的传输速率也将大幅度提高，并且很快达到80Gb/s或更高。
作为光网络基本功能的误码监测是实现光网络故障管理和光层保护的关键 技术。传统的误码监测基于光-电转换方式，由于受到电子瓶颈和系统成本的限 制，已不能满足未来超高速网络的要求，全光误码监测成为发展的必然趋势。 作为一种新兴的误码监测技术，全光误码监测无需昂贵的高速光-电转换设备， 节约了成本，并且光域上产生的误码指示信号可以与数据流同步传输到网络结 点进行处理，更增加了误码监测的灵活性。
在全光误码监测中，误码指示信号的产生是关键。目前已有报道的全光误 码指示信号生成器是由香港理工大学的L.Y.Chan等人于2003年提出的，他们利 用两只注入锁定式的F-P型激光二极管分别作为全光逻辑"非"门和"同或"门，实 验得到了速率为10Gb/s的非归零码数据流的误码指示信号[L. Y. Chan, K. K. Qureshi, R K. A. Wai, B. Moses, L. F. K. Lui， H. Y. Tam， and M. S. Demokan. All-optical bit-error monitoring system using cascaded inverted wavelength converter and optical NOR gate. IEEE Photon. Technol. Lett., 2003, 15(4): 593-595.]。但是， 由于F-P型激光二极管中载流子的动态输运过程较慢，该方案很难应用于速率高于40Gb/S的光传输系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可用于超高速归零 码数据流误码监测的全光误码指示信号产生器。
为实现上述目的，本发明一种超高速全光误码指示信号产生器的结构框图 如图1所示。它利用超高速归零码数据流中不同的码经过高非线性光纤传输后 的不同频谱演变及其后的滤波而产生误码指示信号，其特征为在输入的归零码
数据流中(1) "0"码的频谱不展宽或略微展宽；(2)误码的频谱发生明显展 宽；(3) "1"码的频谱发生严重展宽，并且脉冲的能量从中心波长向长波长和 短波长转移(见图3中的曲线4)。经过带通滤波器2滤波(滤波器的中心波长 与数据流脉冲的中心波长相同)，产生误码指示信号。在误码指示信号中，误码 为高峰值功率脉冲；"0"、 "1"码则为低峰值功率脉冲。由于本发明利用的是光 放大、光非线性、光滤波等光域超快物理效应，因此，本发明是一种适用于超 高速归零码数据流的全光误码指示信号产生器。
本发明的发明目的是这样实现的输入归零码数据流经过光纤放大器实现 功率放大、再经过带通滤波器l (中心波长与输入归零码数据流相同)滤除放大 过程中的噪音，产生高功率归零码数据流；然后进入高非线性光纤，不同峰值 功率脉冲的非线性自相位调制效应会引起不同大小的非线性相移，使脉冲频谱 发生不同的演变；再经过带通滤波器2 (中心波长与输入归零码数据流相同)滤 波后产生高功率误码指示信号；最后，高功率误码指示信号经过光衰减器线性 衰减后生成适合光纤通信系统的功率为几个毫瓦的误码指示信号。
具体来讲，在本发明中，高峰值功率的高斯光脉冲在高非线性光纤中传输 时，非线性自相位调制效应在光脉冲内引入与脉冲功率成正比的非线性相移。由于高斯型分布的脉冲在不同时刻的脉冲功率不同，非线性相移随时间变化， 从而脉冲产生频率啁啾，即脉冲前沿中心波长红移，脉冲后沿中心波长蓝移， 在脉冲中间部分产生近似线性正啁啾，脉冲频谱展宽。图2为归一化高斯脉冲 功率、非线性相移及频率啁啾在光脉冲内的分布。光脉冲在两个不同时刻有相 同的频率啁啾，但非线性相移不同(例如图2中的A、 B两点)，这表明光脉
冲包含具有同一频率但相位不同的两个单色光波，它们的相对相位差引起的频 域内相长或相消干涉形成光脉冲频谱的展宽和分裂，高峰值功率脉冲会在中心 波长处形成脉冲能量谱低谷。这也是本发明的关键点之一。
最大非线性相移《M出现在光脉冲中心处，考虑光纤损耗和自相位调制效 应，《，的计算式为
f^ax '^.尸/咖t (1)
其中，^为考虑光纤损耗的有效高非线性光纤长度，7为光纤的非线性系数，
为光脉冲的峰值功率。图3为不同P一时，高非线性光纤的输出归一化光脉冲频 谱。由图可知，当《_在0-0.5;r之间时，光脉冲频谱展宽很小，这对应"0"码 情况；当^^在0.5;r ;r之间时，光脉冲频谱展宽较大，但不发生分裂，这对应误 码情况；当^,在;r-1.5;r之间时，光脉冲频谱严重展宽并且发生分裂，在《^接 近1.5;r时脉冲频谱发生严重的分裂，在中心波长处的能量谱密度最低，这对应"1" 码情况。
带通滤波器2的中心波长与输入归零码数据流的中心波长相同，"O"码、"1" 码和误码脉冲中处于滤波器通带内的能量才能通过，因此，"0"码脉冲的绝大 部分能量、误码脉冲的大部分能量能通过带通滤波器2; "l"码脉冲频谱分裂后 中心波长附近剩余的脉冲能量很少，仅这部分能量能通过带通滤波器2。
输入"0"码脉冲能量低，脉冲频谱没有展宽或略微展宽，绝大部分能量能
5通过带通滤波器2，且输出脉冲峰值功率仍保持在低功率；虽然输入时"l"码 脉冲能量很高，但由于脉冲频谱分裂后中心波长附近剩余的能量不多，所以通 过带通滤波器2后的输出脉冲峰值功率变得很低；误码脉冲虽然输入能量较高， 但不足以使脉冲频谱发生分裂，在中心波长附近仍有高的能量，通过带通滤波 器2后的输出脉冲峰值功率仍然处于高功率。
由于本发明所利用的自相位调制的响应时间在飞秒量级，配之以高速光滤 波器就可使本发明在超高速归零码光网络中作为误码指示信号产生装置应用。
综上，本发明是一种可用于归零码数据流的超高速全光误码指示信号产生 器，其中的非线性光纤不仅可采用于普通高非线性光纤、也可采用于硫化物光 纤、亚碲酸盐光纤、铋化物光纤和非线性光子晶体光纤等等。
图1是超高速全光误码指示信号产生器的结构框图2是归一化高斯脉冲功率、非线性相移和频率啁啾在光脉冲内的分布图3是不同最大非线性相移下的归一化输出光脉冲频谱图。
图4是超高速全光误码指示信号产生器一种具体实施方式
下的脉冲峰值功
率传递函数曲线图。
图5是本发明超高速全光误码指示信号产生器一种具体实施方式
下的误码
指示性能模拟结果图。
图6是本发明超高速全光误码指示信号产生器在光网络应用中的结构示意图。
具体实施例方式
下面对本发明的具体实施方式
进行描述，需要特别提醒注意的是，在以下的 描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这儿将被忽略。实施例l
图1是本发明超高速全光误码指示信号产生器的结构框图。
在本实施例中，超高速全光误码指示信号产生器的输入为传输速率80Gb/s、占空比33。/。的高斯型光脉冲串中的一个脉冲，其中心波长为1550nm，峰值功率为2mW;采用长度为750m的反常色散平坦光纤作为高非线性光纤；带通滤波器2具有高斯型透射谱，其中心波长和3dB带宽分别为1550nm和lnm;光纤放大器增益可调，最大增益28dB。
超短光脉冲在非线性光纤中的传输满足广义非线性薛定谔方程
<formula>formula see original document page 7</formula>(2)
式中，^和叫分别为光脉冲的慢变包络复振幅和中心角频率。r和z分别为随群速度移动坐标系中的时间坐标和空间坐标。"、/ 2、 A、 r和^分别为光纤的损耗系数、群速度色散系数、三阶色散系数、非线性系数和拉曼延迟响应函数一
阶矩。反常色散平坦光纤的参数分别为"=0.24必/^ 、 A-3.1992戸2/^ 、A = 0.0244,V&附、= 3，画W 、 r/ = 3々。
通过调节光纤放大器增益，在反常色散平坦光纤输入端可得到峰值功率从
2mW到1.2W的脉冲。为了验证本发明的正确性与实效性，利用分步傅立叶算法数值求解了方程(2)，图4为带通滤波器2的输出脉冲峰值功率与反常色散平坦光纤输入脉冲峰值功率的关系曲线图。由图可知，当光纤放大器增益为27.24dB时，将峰值功率2mW的"1"码脉冲放大为峰值功率约1.06W的"1"码脉冲，经过反常色散平坦光纤传输发生脉冲频谱演变及带通滤波器2的滤波后，输出脉冲峰值功率仅0.075W。如果在带通滤波器2输出端设置误码判决阈值为0.15W，则反常色散平坦光纤输入端峰值功率在0.32W以下的脉冲为"0"码，峰值功率在0.88W 1.2W之间的脉冲为"1"码，峰值功率在"O"、 "l"码之间的误码变换为峰值功率为0.15 0.225W的误码指示信号脉冲。实施例2
在本实施例中，采用实施例1的系统框图，高非线性光纤与带通滤波器2参数与实施例1相同。考虑一个由高斯型光脉冲串组成的8比特带误码的归零码数据流，其传输速率为80Gb/s、占空比为33%，中心波长为1550nm。光纤放大器增益为27.24dB，将峰值功率2mW的"1"码脉冲放大为峰值功率1.06W的"1"码脉冲。经过数值求解方程(2)，结果由图5给出，其中上图为反常色散平坦光纤输入端的数据流，下图为带通滤波器2输出端的误码指示信号。由图可知，只有误码在误码指示信号中产生高峰值功率脉冲。当在带通滤波器2输出端设置误码判决阈值为0.15W时，本发明能够准确无误地检测出误码。
实施例3
图6为本发明超高速全光误码指示信号产生器应用于光网络的结构示意图。按照如图6的结构，光网络中的超高速归零码数据流通过光耦合器分束成两路 一路经过光纤放大器2放大以补偿由于光耦合器分束带来的损耗，并由带通滤波器3 (中心波长与归零码数据流相同)滤除放大过程中的噪音，继续在网络中传输；另一路进入本发明超高速全光误码指示信号产生器生成误码指示信号。
为了增加本发明在光网络中应用的灵活性，图6中的带通滤波器1和带通滤波器2均采用中心波长可调的带通滤波器，以与波分复用系统中特定波长信道的超高速归零码数据流匹配产生误码指示信号。在应用中需要注意的是，光纤参数(如群速度色散系数、非线性系数等)与波长有关，因此，不同波长信道的超高速归零码数据流实现脉冲频谱分裂所需要的最大输入脉冲峰值功率不同，所以在调整带通滤波器1和带通滤波器2中心波长的同时，还需要调整
光纤放大器的增益。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的， 一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1、一种超高速全光误码指示信号产生器，其特征在于，由光纤放大器、带通滤波器1、高非线性光纤、带通滤波器2和光衰减器通过连接光纤顺序串接组成。
2、 根据权利要求1所述的超高速全光误码指示信号产生器，其特征在于， 由于高非线性光纤的自相位调制效应，在归零码数据流中(O"0"码的频谱 不展宽或略微展宽；(2)误码的频谱发生明显展宽；(3) "1"码的频谱发生严 重展宽，并且脉冲的能量从中心波长向长波长和短波长转移。经过带通滤波器2 滤波，产生误码指示信号。在误码指示信号中，误码为高峰值功率脉冲；"0"、"1"码则为低峰值功率脉冲。
3、 根据权利要求1所述的超高速全光误码指示信号产生器，其特征在于， 采用增益可调的光纤放大器和中心波长可调的带通滤波器1和带通滤波器2，可 以应用于波分复用系统超高速归零码光网络中作为误码指示信号产生装置。
全文摘要
本发明公开了一种超高速全光误码指示信号产生器。它由光纤放大器、带通滤波器1、高非线性光纤、带通滤波器2和光衰减器通过连接光纤顺序串接组成。归零码数据流通过光纤放大器功率放大、带通滤波器1滤除噪声后进入高非线性光纤；不同峰值功率脉冲在光纤中的非线性自相位调制效应会引起不同大小的非线性相移，使脉冲频谱发生不同的演变；经过带通滤波器2滤波及光衰减器线性衰减后变为峰值功率为几个毫瓦的误码指示信号。在误码指示信号中，误码为高峰值功率脉冲；“0”、“1”码则为低峰值功率脉冲。自相位调制的响应时间为飞秒量级，所以它可在光通信网络中实现超高速归零码数据流的误码指示和监测等功能。
文档编号H04B10/08GK101488806SQ200910058400
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者永 刘, 通 叶, 周晓军, 张旨遥 申请人:电子科技大学