專利名稱：光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。具體講，涉及光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn) 時(shí)分復(fù)用裝置。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，隨著高容量傳輸系統(tǒng)需求的增加，為了能在已有通信設(shè)備的基礎(chǔ)上增 加通信速率和容量，一種方案是采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，它用來(lái)提高單根光纖的傳輸容 量；另一種是采用時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)，它用來(lái)提高單信道的通信速率。通過(guò)將多路信號(hào) 合并成一路信號(hào)進(jìn)行傳輸，可以避免信道之間色散的問(wèn)題。將多路信號(hào)合并成一路信號(hào)，需 要將多波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成一個(gè)波長(zhǎng)，即WDM轉(zhuǎn)OTDM技術(shù)。不僅在光纖通信網(wǎng)中需要WDM轉(zhuǎn)OTDM技術(shù)，光纖傳感領(lǐng)域?qū)Ω咚賹拵Ч庾V測(cè)量和 傳輸?shù)目焖僭鲩L(zhǎng)的需求使得在新一代光纖智能傳感網(wǎng)中同樣需要此技術(shù)。2010年我國(guó)光 纖傳感領(lǐng)域首個(gè)973計(jì)劃項(xiàng)目“新一代光纖智能傳感網(wǎng)與關(guān)鍵器件基礎(chǔ)研究”獲得國(guó)家資 助(NO.2010CB327800)，標(biāo)志著光纖傳感網(wǎng)受到國(guó)家相關(guān)部門的關(guān)注。在智能光纖傳感網(wǎng) 中，由多個(gè)傳感器(或多種異構(gòu)傳感器)組成的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的光纖環(huán)狀網(wǎng)，不同的光纖環(huán) 狀網(wǎng)又組成整個(gè)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。其中每一個(gè)環(huán)狀網(wǎng)的光譜資源均為C+L帶，但是在環(huán)狀網(wǎng) 之間的通信中的載波資源也是C+L帶，為了避免通信載波與傳感器的光譜感應(yīng)信號(hào)沖突， 需要在傳輸光譜感應(yīng)信號(hào)之前，將C+L帶的光譜感應(yīng)信號(hào)依次延時(shí)變換到某一個(gè)傳輸載波 上，該傳輸載波應(yīng)該不在光譜感應(yīng)信號(hào)波段內(nèi)，這就需要從WDM轉(zhuǎn)換到OTDM的新技術(shù)。即 需要一種多波長(zhǎng)變換技術(shù)，將同一時(shí)刻載有光譜感應(yīng)信號(hào)的多波長(zhǎng)信號(hào)(WDM信號(hào))轉(zhuǎn)換成 同一波長(zhǎng)不同時(shí)刻的信號(hào)(0TDM信號(hào))。目前有很多技術(shù)被證明可以實(shí)現(xiàn)WDM轉(zhuǎn)換成0TDM。一是可以使用可飽和吸收體 (SA)1，二是利用半導(dǎo)體光放大器(SOA)2，三是利用電吸收調(diào)制器(EAM)3，四是非 線性光纖環(huán)反射鏡4，五是基于交叉相位調(diào)整的高非線性光纖環(huán)5，六是基于四波混頻 實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換6。上述方法除利用SA和EAM以外，在實(shí)現(xiàn)WDM轉(zhuǎn)OTDM過(guò)程中，需要對(duì)多 波長(zhǎng)進(jìn)行分路，并對(duì)每一支路信號(hào)進(jìn)行精確延時(shí)，然后借助上面所提到的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，對(duì) 每一路信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)變換，例如使用S0A，需要對(duì)每一分路使用S0A2，然后再合成為OTDM 信號(hào)。利用SA，文獻(xiàn)1中做到了同時(shí)對(duì)4個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行變換，利用EAM實(shí)現(xiàn)WDM轉(zhuǎn)0TDM，文獻(xiàn) 3中做到了同時(shí)對(duì)3個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行變換。與WDM轉(zhuǎn)換成OTDM的過(guò)程相反，2010年最新報(bào)道，利用EAM實(shí)現(xiàn)從OTDM到WDM的 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了 4個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換7。Yiran Ma等人基于可循環(huán)頻移器做出了譜寬 320. 6GHz，頻率間隔約為IOGHz的36個(gè)波長(zhǎng)的光源8_9，實(shí)現(xiàn)了從單波長(zhǎng)到多波長(zhǎng)的轉(zhuǎn) 換。更多波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)更多波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用裝置，包括光纖環(huán)形耦合器，光纖布拉格光 柵FBG，I/Q光調(diào)制器和摻餌光纖放大器EDFA依次相連組成一個(gè)環(huán)路，I/Q單邊帶調(diào)制 器由高頻射頻源驅(qū)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)單邊帶頻率上轉(zhuǎn)換，將高頻射頻源的工作頻率f設(shè)定為
Av=^tAA其中Δ λ為輸入的多波長(zhǎng)光譜感應(yīng)信號(hào)中波長(zhǎng)間隔。
9所述光纖布拉格光柵在中心波長(zhǎng)λ 0處具有極窄反射帶寬，反射帶寬為0. 03nm或 3.8GHZ@1550nm，所述光纖布拉格光柵在中心波長(zhǎng)λ Q處有99%以上反射率。所述摻餌光纖放大器EDFA的增益與信號(hào)在光纖環(huán)路中傳輸一圈的損耗相等。本發(fā)明其特點(diǎn)在于1、采用光纖環(huán)形耦合器，光纖布拉格光柵FBG，I/Q光調(diào)制器和摻餌光纖放大器 EDFA環(huán)路結(jié)構(gòu)，完成了 WDM到OTDM的轉(zhuǎn)換，即將同一時(shí)刻載有光譜感應(yīng)信號(hào)的多波長(zhǎng)信號(hào) 轉(zhuǎn)換成一個(gè)波長(zhǎng)不同時(shí)刻的信號(hào)。理論上可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)30路以上波長(zhǎng)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。2、不需要對(duì)WDM信號(hào)進(jìn)行分路，也不需要對(duì)每一路信號(hào)加時(shí)間延遲。3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件均為光纖通信領(lǐng)域中的通用器件。


圖IWDM轉(zhuǎn)OTDM示意圖，F(xiàn)BG為超窄帶高反射率光纖布拉格光柵，f為射頻振蕩源， 光I/Q調(diào)制器用以實(shí)現(xiàn)頻率上轉(zhuǎn)換，EDFA為摻餌光纖放大器。
具體實(shí)施例方式在光纖傳感網(wǎng)中，至少需要對(duì)30路以上的波長(zhǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使它們依次延時(shí)并轉(zhuǎn)換 成同一波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)從WDM到OTDM轉(zhuǎn)換。為此，本發(fā)明提供了一種基于光纖布拉格光柵 (FBG)，光I/Q調(diào)制器(單邊帶調(diào)制器)和EDFA的光纖環(huán)路系統(tǒng)，從理論上可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì) 30路以上波長(zhǎng)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。在這種方案中，不需要對(duì)WDM信號(hào)進(jìn)行分路，也不需要對(duì)每一 路信號(hào)加時(shí)間延遲。為了將同一時(shí)刻載有光譜感應(yīng)信號(hào)的多波長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成同一波長(zhǎng)不同時(shí)刻的信 號(hào)，即WDM轉(zhuǎn)0TDM，本發(fā)明采用了基于光纖環(huán)形耦合器，光纖布拉格光柵(FBG)，I/Q光調(diào)制 器和EDFA的環(huán)路系統(tǒng)，如圖1所示。系統(tǒng)核心為一個(gè)光I/Q單邊帶調(diào)制器和光纖布拉格光 柵，I/Q單邊帶調(diào)制器由高頻射頻源驅(qū)動(dòng)，它可以實(shí)現(xiàn)單邊帶頻率上轉(zhuǎn)換10；將射頻源的
工作頻率f設(shè)定為Δ/l其中Δ λ為輸入的多波長(zhǎng)光譜感應(yīng)信號(hào)中波長(zhǎng)間隔；在系
9
統(tǒng)中使用的光纖布拉格光柵(加拿大QPS Photonics公司制作)在中心波長(zhǎng)λ ^處的具有 極窄反射帶寬(0.03nm或3.8GHZ@1550nm)和極高反射率(99%以上)；EDFA的增益與信號(hào) 在光纖環(huán)路中傳輸一圈的損耗相等。當(dāng)10GHz(0. 08nm@1550nm)間隔的多波長(zhǎng)光譜感應(yīng)信號(hào)A1, λ2，λ3......λη作
為輸入信號(hào)，進(jìn)人光纖環(huán)形耦合器的端口 1，由端口 2進(jìn)入光纖環(huán)路系統(tǒng)，在超窄帶光纖布 拉格光柵(FBG)處，F(xiàn)BG反射的中心波長(zhǎng)為λ0= X1-A λ，不在光譜感應(yīng)信號(hào)波段內(nèi)，故所
有感應(yīng)信號(hào)λ2，λ3......λη均不在FBG的高反帶寬之內(nèi)，因此這些不發(fā)生任何反射，
所有感應(yīng)信號(hào)波長(zhǎng)入2，λ3......λ η進(jìn)人I/Q單邊帶調(diào)制器，并發(fā)生頻移上轉(zhuǎn)換。X1,入2，λ3......λ η在轉(zhuǎn)換環(huán)路中傳輸一圈后，X1頻率上轉(zhuǎn)換為λ0，λ 2頻率上轉(zhuǎn)換為X1,
λ 3頻率上轉(zhuǎn)換為λ2，...，λη頻率上轉(zhuǎn)換為入㈣。入工上轉(zhuǎn)換為λ ο之后，恰好是為FBG的 中心反射波長(zhǎng)，故被FBG反射回光纖環(huán)形耦合器的端口 2，經(jīng)端口 3輸出，其余波長(zhǎng)信號(hào)入2 =λ^Δλ，A3= λ Δ λ , . . . , λη = λ !+(η-1) Δ λ繼續(xù)在光纖環(huán)路里傳輸，并在I/ Q單邊帶調(diào)制器中進(jìn)行頻率上轉(zhuǎn)換。λ 2在光纖環(huán)路中運(yùn)行2圈后，頻率上轉(zhuǎn)換變?yōu)閄ci，在 經(jīng)過(guò)FBG時(shí)，將被FBG反射由端口 3輸出，與只在光纖環(huán)路中運(yùn)行1圈后被反射到端口 3輸 出的λ工相比，時(shí)間延遲為光信號(hào)經(jīng)過(guò)一次光纖環(huán)路的時(shí)間At。上述過(guò)程重復(fù)η次后，λη =λ^Οι-Ι) Δ λ轉(zhuǎn)換為λ。，并經(jīng)歷(η-1) At時(shí)間延遲輸出。此時(shí)完成了 WDM到OTDM的 轉(zhuǎn)換，即將同一時(shí)刻載有光譜感應(yīng)信號(hào)的多波長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)波長(zhǎng)不同時(shí)刻的信號(hào)。結(jié)論本裝置與上述的WDM轉(zhuǎn)OTDM技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)大于30路以上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換(2)不需要加入特定的延時(shí)器或復(fù)雜的延遲線陣列(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件均為光纖通信領(lǐng)域中的通用器件。附中英文解釋對(duì)換表外文InputOutputWavelengthTimetIntensity(a. u)FBGfEDFAOptical I/Q ModulatorSOAEAMWDMOTDMC+LC+L1550nm 1550 納米。參考文獻(xiàn)[l]Hideyuki Sotobayashi, Wataru Chujo, Bi-directional photonic conversionbetween 4xlOGbit/s OTDM and WDM by optical time-gating wavelength interchange(2001)，WM5-1-WM5-3。2J. P. R. Lace y, Μ. V. Chan, R. S. Tucker, A. J. Lowery, and M. A. Summerfield, All-optical WDM to TDM transmultiplexer, Electron Lett 30(1994)，1612-1613。
中文 輸入 輸出 波長(zhǎng) 時(shí)間 時(shí)間 強(qiáng)度
任意單位 光線布拉格光柵 頻率
摻餌光纖放大器 光學(xué)同向正交調(diào)制器 半導(dǎo)體光放大器 電吸收調(diào)制器 波分復(fù)用 時(shí)分復(fù)用
3M. Hayashi, H. Tanaka, K. Ohara, Τ. Otani, and Μ. Suzuki, OTDMtransmitter using WDM-TDM conversion with an electroabsorptionwavelength converter,Journal of Lightwave Technol 20 (2002)，236-242。4Y. Jigmjun， K. Keisuke， and N. Chand, WDM-OTDM transmultiplexingusing a nonlinear optical loop mirror,27th Optical Fiber CommunConf(0FC 2002),2002, pp.756-757。5B. E. Olsson and D. J. Blumenthal, WDM to OTDM multiplexing usingan ultrafast all-optical wavelength converter, IEEE Photon TechnolLett 13 (2001), 1005-1007。6 E. J. M. Verdurmen, G. D. Khoe, A. M. J. Koonen, and H. de ffaardt, All-opticaldata format conversion from WDM to OTDM based on FWM, microwave and opticaltechnology letters 48(2006)，992-994。7GordonK. P. Lei, Chester Shu, Mable P. Fok, All-Optical 0TDM-to-ffDM signalconversion using cross—absorption modulation with time-andwavelength-interleaved short pulses, 22(2010), 571-573。8YiranMa, Qi Yang, Yan Tang, Simin Chen, and William Shieh, “ I-Tb/ ssingle-channel coherent optical OFDM transmission over 600—km SSMF fiber withsubwave1ength bandwidth access, " Opt. Express. 17(2009),9421-9427。9YiranMa, Qi Yang, Yan Tang, Simin Chen, and William Shieh, I-Tb/ s single-channelcoherent optical OFDM transmission with orthogonal-band multiplexing andsubwavelength bandwidth access, Journal Of Lightwave Technology28(2010)，308-315。10Tetsuya Kawanishi and Masayuki Izutsu, Linear single-sideband modulation forhigh-sNR wavelength conversion, IEEE Photonics Technology Letters,16(2004)，1534-1536。
權(quán)利要求
一種光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用裝置，其特征是，包括光纖環(huán)形耦合器，光纖布拉格光柵FBG，I/Q光調(diào)制器和摻餌光纖放大器EDFA依次相連組成一個(gè)環(huán)路，I/Q單邊帶調(diào)制器由高頻射頻源驅(qū)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)單邊帶頻率上轉(zhuǎn)換，將高頻射頻源的工作頻率f設(shè)定為其中Δλ為輸入的多波長(zhǎng)光譜感應(yīng)信號(hào)中波長(zhǎng)間隔。FDA0000024147980000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用裝置，其 特征是，所述光纖布拉格光柵在中心波長(zhǎng)λ 0處具有極窄反射帶寬，反射帶寬為0. 03nm或 3.8GHZ@1550nm，所述光纖布拉格光柵在中心波長(zhǎng)λ Q處有99%以上反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用裝置，其 特征是，所述摻餌光纖放大器EDFA的增益與信號(hào)在光纖環(huán)路中傳輸一圈的損耗相等。
全文摘要
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)更多波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用裝置，包括光纖環(huán)形耦合器，光纖布拉格光柵FBG，I/Q光調(diào)制器和摻餌光纖放大器EDFA依次相連組成一個(gè)環(huán)路，I/Q單邊帶調(diào)制器由高頻射頻源驅(qū)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)單邊帶頻率上轉(zhuǎn)換，將高頻射頻源的工作頻率f設(shè)定為其中Δλ為輸入的多波長(zhǎng)光譜感應(yīng)信號(hào)中波長(zhǎng)間隔。本發(fā)明主要應(yīng)用于光纖傳感網(wǎng)中單光纖環(huán)路波分復(fù)用轉(zhuǎn)時(shí)分復(fù)用。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101916026SQ20101024646
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者楊天新, 楊德林, 王俊龍, 王長(zhǎng)樂(lè), 葛春風(fēng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)