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利用TOAD实现10Gbit_s全光非归零码到归零码的转换.doc

利用TOAD实现10Gbit_s全光非归零码到归零码的转换

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2018-08-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《利用TOAD实现10Gbit_s全光非归零码到归零码的转换doc》,可适用于综合领域

利用TOAD实现Gbits全光非归零码到归零码的转换中国激光第卷第期Vol,NoNovember,年月CHINESEJOURNALOFLASERS()文章编号:利用TOAD实现Gbits全光非归零码到归零码的转换闫玉梅,尹丽娜,周云峰,刘国明,伍剑,林金桐()北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室,北京()()摘要利用从非归零NRZ信号中全光提取的时钟,采用太赫兹光非对称解复用器TOAD实现了Gbits非归()()零码到归零RZ码的码型转换。非归零信号采用半导体光放大器SOA进行时钟分量增强并用平面波导阵列()()AWG滤出相应的伪归零PRZ信号,然后采用半导体光放大器注入锁模光纤环形激光器进行时钟提取,提取的时钟信号和待转换的非归零信号分别作为抽运光和探测光输入太赫兹光非对称解复用器,在其中进行码型转换。转换后输出的归零信号的质量仅由恢复的时钟信号和非归零信号的质量决定,受太赫兹光非对称解复用器中半导体光放大器增益恢复时间的影响极小。实验测得转换后的归零信号消光比为dB,码型效应非常低,其光谱明显展宽,并且出现谱间隔为nm的多峰结构,与Gbits的比特速率相对应。该方法对时钟信号的码型效应有一定的容忍度。关键词光通信码型转换太赫兹光非对称解复用器半导体光放大器时钟提取中图分类号TN文献标识码AGbitsAllOpticalNonReturntoZerotoReturntoZeroConversionBasedonTerahertzOpticalAsymmetricDemultiplexerYANYumei,YINLina,ZHOUYunfeng,LIUGuoming,WUJian,LINJintong(KeyLaboratoryofOpticalCommunicationandLightwaveTechnologiesofMinistryofEducation,)BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing,China()()AbstractGbitsallopticalnonreturntozeroNRZtoreturntozeroRZconversionisdemonstratedbased()onterahertzopticalasymmetricdemultiplexerTOADusingallopticallyrecoveredclockfromtheNRZsignalThe()()clockcomponentisenhancedinansemiconductoropticalamplifierSOAandthepseudoreturntozeroPRZsignalisfilteredThePRZsignalisinputintoaninjectionmodelockedfiberringlaserforclockrecoveryTherecoveredclockandtheNRZsignalareinputintoTOADaspumpsignalandprobesignal,respectively,andformatconversionisperformedThequalityoftheconvertedRZsignalisdeterminedbythatoftherecoveredclockandtheNRZsignal,whereashardlyinfluencedbythegainrecoverytimeoftheSOAIntheexperimentaldemonstration,theobtainedRZsignalhasanextinctionratioofdBandlowpatterndependencyAfterconversion,thespectrumbroadensobviouslyandshowsmultimodestructurewithspectralintervalofnm,whichmatcheswiththebitrateofGbitsFurthermore,thisformatconversionmethodhassometoleranceonthepatterndependencyoftheclocksignalKeywordsopticalcommunicationformatconversionterahertzopticalasymmetricdemultiplexersemiconductoropticalamplifierclockrecovery()()复用OTDM技术,前者偏向于使用非归零NRZ引言()码,后者偏向于使用归零RZ码。因此非归零码和()未来光网络将包括波分复用WDM和光时分归零码之间的码型转换将成为未来光网络的一个重收稿日期:收到修改稿日期:()作者简介:闫玉梅,女,山东人,北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室博士研究生,主要从事全光信息处理方面的研究。Email:yymbuptcom,()要的接口技术。为避免光电速率瓶颈的限制,需,采用太赫兹光非对称解复用器TOAD时钟要采用全光的方法实现非归零码和归零码之间的码实现了Gbits非归零码到归零码的码型转换。(型转换。目前用于实现非归零码到归零码NRZ原理)RZ全光码型转换的方法有很多种,采用的器件也,图为非归零信号时钟提取和非归零到归零码多种多样。这些非归零到归零码型转换中所型转换示意图。主要包括三个环节:非归零信号通使用的时钟信号多是同速率的时钟信号,少数为采过半导体光放大器进行时钟分量增强并通过滤波器用电的方法提取的时钟信号。目前还没有采用从原()提取出相应于非归零信号的伪归零PRZ信号,通非归零信号中全光提取的时钟进行非归零到归零码过这一过程使本不含有时钟分量的非归零信号产生型转换的报道,并且已报道的码型转换的速率大多较强的时钟分量产生的伪归零信号输入半导体光在Gbits以下。()放大器注入锁模光纤环形激光器进行时钟提取,得基于半导体光放大器SOA的干涉仪型全光到与非归零信号同速率的时钟信号时钟信号与非开关由于尺寸小,开关速率高,所需的控制脉冲能量归零信号同时输入太赫兹光非对称解复用器实现非低等优势,是全光处理中一种非常有潜力的器件,可归零到归零的码型转换。前两个环节不是本文的重以方便地实现非归零到归零码型转换,结构简单,转点,详细原理请分别参见文献和。换速率高。本文利用从非归零码信号中全光提取的图非归零信号时钟提取和非归零到归零码型转换示意图FigSchematicillustrationforclockrecoveryofNRZsignalandNRZRZconversion图基于太赫兹光非对称解复用器的非归零到归零码型转换原理图FigPrincipleillustrationforNRZRZconversionbasedonTOAD图所示为第三个环节,即利用太赫兹光非对,非归零信号的顺时针和逆在没有时钟脉冲作用时称解复用器实现非归零到归零码型转换的原理图。时针分量经过半导体光放大器获得相同的增益和相前两个环节恢复出的时钟信号放大后作为抽运信号位改变量,回到CP干涉后从A端口全部反射回由B端口输入太赫兹光非对称解复用器,其功率较去。有时钟脉冲作用时,半导体光放大器处于饱和强,引起半导体光放大器的非线性。待转换的非归状态,使分别在时钟脉冲之前和之后通过半导体光零信号由A端口输入太赫兹光非对称解复用器,其放大器的非归零信号的顺时针和逆时针分量获得不功率远小于时钟信号的功率,不引起半导体光放大同的增益和不同的相位改变量,回到CP干涉后,器的非线性。非归零信号进入太赫兹光非对称解复太赫兹光非对称解复用器的C端口就会有输出,此用器之后分成两束,分别沿太赫兹光非对称解复用时称太赫兹光非对称解复用器在该时钟脉冲的作用()()器环路顺时针CW和逆时针CCW方向传输,经下打开了一个开关窗口。时钟脉冲的周期性作用驱过半导体光放大器之后回到耦合器CP干涉输出。动太赫兹光非对称解复用器产生同频率的周期性开中国激光卷()(关窗口。通过光延时线ODL调节使非归零信号HP产生部分。非归零信号是利用可调谐光源)与时钟信号同步,此时对应于时钟信号,当非归零信HEWLETTF发出的连续光经过偏振控制器()号为“”码时,太赫兹光非对称解复用器将输出归零PC之后由铌酸锂调制器调制得到。实验中所用的“”码,当非归零信号为“”码时,太赫兹光非对称铌酸锂调制器的调制速率为Gbits,调制数据来解复用器将输出归零的“”码。时钟信号与非归零自AnritsuMPASDH分析仪。此时产生的非)信号采用不同的波长,转换输出的归零信号与原非归零信号基本不包含时钟分量。时钟分量增强()归零信号波长相同,在太赫兹光非对称解复用器的部分。非归零信号经过掺铒光纤放大器EDFA放()输出端由滤波器滤出。由此,实现了非归零到归零大之后注入半导体光放大器IPSAD,产生红(的码型转换。移分量,再利用平面波导阵列AWG,dB带宽为)nm将红移分量滤出,得到与原非归零信号相采用这一方法进行非归零码到归零码的转换,对应的伪归零信号,其中包含了较强的时钟分量,为由于使用周期性的时钟脉冲作为太赫兹光非对称解复用器的抽运信号,因此可以使半导体光放大器周下一步的时钟提取奠定基础。这里采用平面波导阵列代替一般的滤波器滤出红移分量的优点在于能够期性地处于相同的饱和状态,从而获得相同的周期性窗口,避免了使用非归零数据信号作为抽运光、时实现多波长非归零数据的时钟分量提取,可以应用)钟光作为探测光时,由于半导体光放大器的有限增于未来的波分复用网络中。时钟提取部分。包益恢复时间导致的码型效应。恢复出的归零信号含较强时钟分量的伪归零信号通过环形器注入到半()的质量只是取决于时钟信号的质量以及原始非归零导体光放大器IPSAD锁模光纤环形激光器,信号的质量。非归零信号很弱,不会因其与半导体通过调节光延时线ODL,偏振控制器,注入信号的光放大器的作用导致额外的码型效应。并且,由于功率和腔内的增益等,即可提取出相应频率的时钟)太赫兹光非对称解复用器在周期性时钟脉冲的作用信号。码型转换部分。将提取的时钟信号作为抽运光,原始的非归零信号作为探测光输入太赫兹下总能打开周期性的窗口,因此对半导体光放大器的增益恢复时间要求不高,只是在增益恢复时间长光非对称解复用器,实现非归零到归零的码型转换。时,太赫兹光非对称解复用器的窗口幅度会有所减实验所用太赫兹光非对称解复用器的开关窗口宽度小,从而使转换后的归零信号的幅度略小一些。约为ps,其中的半导体光放大器为AlcatelSOA,在所用的mA偏置电流条件下,其增益恢复时间约为ps。实验方案和结果实验结果如图所示,分别为待转换的非归零实验方案如图所示,包括非归零数据产生、时(())信号图a通过半导体光放(大器注入锁模光纤环形激光器提取的时钟信号图钟分量增强、时钟提取、非归零到归零码型转换四个()))b由该时钟信号作为抽运光,直流光作探测光部分。各个部分的构成和作用如下:非归零信号图实验方案FigExperimentalsetup包含了明显的GHz时钟分量,因此光谱比较宽,并且在光谱的包络之上会出现与调制速率相对应的多峰结构,其谱间隔为λΔfccΔλλΔλ==fc=fffc()nm,GHz=nm××msλλ其中,分别为多峰结构中相邻两个峰的波长,Δf,f分别为其相应的频率,f为其频率差,c为真空中的光速。实验中成功地观测到了码型转换前后光谱的展宽以及提取的时钟信号和转换后归零信号光谱中的多峰结构,如图所示。所用光谱仪为日本ANDO公司的AQB型,最小分辨率为nm。由图可以清楚地看出,转换前的非归零信号不包含分立的时钟分量,光谱比较窄。提取的时钟信号和转换图实验结果()()()a非归零信号b提取的时钟信号c用恢复的时钟信号作后的归零信号的光谱明显展宽,并且出现明显的多()为抽运光时得到的太赫兹光非对称解复用器窗口d转换后的峰结构,其谱间隔均为nm,分别与GHz的时归零信号钟信号和转换后速率为Gbits的归零信号对应。FigExperimentalresults从图中还可以看出,转换后归零信号的光谱比提取()()()aNRZsignalbrecoveredclocksignalcswitching的时钟信号的光谱要窄一些,这是由于时钟信号比()windowofTOADwithrecoveredclockaspumpsignaldRZsignalafterconversion转换后的归零信号的时钟分量更强而导致的。(())时太赫兹光非对称解复用器的开关窗口图c(())转换后的归零信号图d。所用示波器为TektronixC数字取样示波器。由图中可以看出,转换后的归零信号具有与原始非归零信号完全相同的编码,并且具有较高的消光比dB,码型效应也非常低。这从实验上证明了用该方法进行非归零到归零码型转换可以避免半导体光放大器的有限增益恢复时间对结果的不利影响。另外值得指出的是,与恢复出的时钟信号相比,太赫兹光非对称解复用器开关窗口脉冲的码型效应有所降低。这说明使用太赫兹光非对称解复用器这一基于半导体光放大器非线性的器件,对码型效应的降低有一定的优化作用。那么在对输出信号码型效应要求一定的情况下,恢复的时钟信号的码型效应可以稍大一些,即对时钟信号的码型效应有一定的容忍度。这可以降低对时钟提取部分的要求,对()()图非归零信号a,提取的时钟信号b和转换后的实验是非常有利的。()归零信号c的光谱图转换前的非归零信号,提取的时钟信号以及转()FigSpectrometryforNRZsignala,换后的归零信号在光谱上也有差别。非归零信号由()()recoveredclockbandRZsignalafterconversionc于不包含分立的时钟分量,光谱比较窄,也比较平滑。而提取的时钟信号以及转换后的归零信号由于中国激光卷CWChow,CSWong,HKTsangAllopticalformat结论andwavelengthconversionusingpolarizationswitchinginaFPlaserdiodeC,LEOS’,基于太赫兹光非对称解复用器,利用从非归零DavidNorte,AlanEWillnerExperimentaldemonstrationsofallopticalconversionsbetweentheRZandNRZdataformats码信号中全光提取的时钟实现了Gbits非归零incorporatingnoninvertingwavelengthshiftingleadingtoformat码到归零码的码型转换。转换后的归零信号的质量()transparencyJIEEEPhotonTechnolLett,,:,受太赫兹光非对称解复用器中半导体光放大器增益CGosset,GHDuanExtinctionratioimprovementand恢复时间的影响极小,其消光比为dB,码型效应wavelengthconversionbasedonfourwavemixinginasemiconductoropticalamplifierJIEEEPhotonTechnol也非常低,光谱明显展宽并出现谱间隔为nm()Lett,,:,的多峰结构。该方法对时钟信号的码型效应有一定ATClausen,KSJepsen,HNPoulsenetalInterfaceforGbitsbitsynchronisationandformatandwavelength的容忍度。conversionwithRregenerativecapabilitiesJElectron(),:,Lett,参考文献WenLiangsheng,WuJian,LinJintongAnalysisoftheLeiXu,BingCWang,VargheseBabyetalAllopticaldatacharacteristicsofamplifiedspontaneousemissioninTOADJformatconversionbetweenRZandNRZbasedonaMach(),:,ChineseJLasers,ZehnderinterferometricwavelengthconverterJIEEE温亮生,伍剑,林金桐太赫兹光非对称解复用器中自发辐射()PhotonTechnolLett,,:,()噪声特性分析J中国激光,,:,SBigo,OLeclerc,EDesurvireAllopticalfibersignalWenLiangsheng,WuJian,LinJintongAnalysisoftheprocessingandregenerationforsolitoncommunicationsJperformanceofTOADduetothefrequencydetuningofcontrol()IEEEJSelTopQuantumElectron,,:,()andsignalpulseJ,:,ActaOpticaSinica,YuJianjun,GuanKejian,ChenShuqiangetalRealizingNRZ温亮生,伍剑,林金桐控制光和信号光频差对太赫兹光非对toRZconversionbasedonnonlinearopticalloopmirrorJJ()称解复用器性能的影响J光学学报,,:,()Optoelectronics〃Laser,,:,YumeiYan,JianWu,JintongLinAllopticalmultibitaddress余建军,管克俭,陈树强等利用非线性光学环路镜实现非归recognitionatGbsbasedonTOADJChinOptLett,零码脉冲到归零码脉冲的变换J光电子〃激光,,(),:,():,HJLee,HGKim,JYetalAllopticalclockChoiHKLee,KHKim,JTAhnetalAllopticalformatrecoveryfromNRZdatawithsimpleNRZtoPRZconverterconversionfromNRZtoRZsignalsusingawalkoffbalancedbasedonselfphasemodulationofsemiconductoroptical()nonlinearfibreloopmirrorJElectronLett,,:()amplifierJ,:,ElectronLett,,HuaYing,YuJinlong,MaXiaohongetalExperimentalMOwen,MFCStephens,RVPentyetalAllopticalinvestigationofallopticalsubharmonicclockrecoveryinOTDMRregenerationandformatconversioninanintegratedSOADFBlaserCOFC’,,systembasedontheinjectionmodelockedfiberringlaserJ,:,HighTechnologyCommunication,opticalHKawaguchiAlldemultiplexingandformat华颖,于晋龙,马晓红等基于注入锁模光纤激光器的conversionusinganultrafastbistablelaserdiodeCOTDM时钟提取技术实验研究J高技术通讯,,:,,LFNM’,

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