專利名稱：用于高比特率歸零傳輸?shù)墓庠偕鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光信號波形整形的方法和光再生器。
背景技術(shù)：
就海底網(wǎng)絡(luò)而言，在長距離上以超高/高比特率歸零(RZ)或RZ/差分相移鍵控信號(RZ/DSPK)進(jìn)行的光通信在傳輸過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的劣化。這種劣化非常重要，在比特率等于或大于40Gbit/s時(shí)，它是主要的限制因素之一。事實(shí)上，在最近幾年已經(jīng)投入實(shí)際使用的光纖通信系統(tǒng)中，通過光放大器，例如摻鉺光纖放大器(EDFA)來補(bǔ)償由傳輸線性損耗，耦合損耗等導(dǎo)致的信號功率下降。這種光纖放大器是模擬放大器，它對信號進(jìn)行線性放大。在這類光纖放大器中，與放大相伴生成的放大自發(fā)輻射(ASE)噪聲導(dǎo)致光信噪比(OSNR)的降低。這意味著相繼的中繼器的數(shù)量受到限制，從而導(dǎo)致了傳輸?shù)木嚯x受到限制。此外，由于光纖中存在的色散導(dǎo)致的波形劣化以及光纖中的非線性光效應(yīng)是傳輸限制的其它因素。為了打破這種限制，需要一個(gè)再生中繼器來對信號進(jìn)行數(shù)字處理。具體而言，在實(shí)現(xiàn)與信號比特率、脈沖形狀等無關(guān)的透明操作過程中，能夠在光層面上執(zhí)行各種信號處理的全光再生中繼器非常重要。
全光再生中繼器所需要的功能是幅度恢復(fù)或者重放大，波形整形或者重整形，定時(shí)恢復(fù)或者重定時(shí)。這些功能被稱為3R功能，更具體地，該第一和第二功能被稱為2R功能?？梢酝ㄟ^組合波形整形設(shè)備和光放大器來提供2R功能，也可以通過具有光放大功能的波形整形設(shè)備來提供2R功能。
在這一方面，實(shí)踐證明，采用光閘的2R光再生能夠緩解這些限制(高水平穩(wěn)定OSNR，限制幅度變化)。這種光閘是基于非線性光纖的設(shè)備，它利用了超快科爾(Kerr)效應(yīng)(飛秒(fs)范圍)。最為實(shí)用的光閘之一是所謂的Sagnac或光纖回路干涉儀，它形成了非線性光學(xué)回路鏡(NOLM)。
本質(zhì)上，NOLM是連接到耦合器/分路器以形成回路的一段光纖。注入該設(shè)備的光信號被分成兩個(gè)反向傳播的波。這兩個(gè)波沿相反方向傳播，在傳播了某一長度的(科爾)光纖之后，在該分路器重新組合。如果該耦合器是對稱的(也就是它的交叉耦合率α＝0.5)，就可以看到該干涉儀完全反射初始信號，因此，就有了鏡這個(gè)名稱。通常情況下，這種NOLM用作兩波長NOLM，其中光控制波通過位于回路上，靠近分路器任一分支的耦合器注入。與信號波不同，控制波只在一個(gè)方向上傳播。通過交叉科爾效應(yīng)，與控制波一起傳播的信號波所經(jīng)受的非線性相移與反向傳播的信號波所經(jīng)受的非線性相移不同。這種相位差被轉(zhuǎn)換成在NOLM輸出端信號強(qiáng)度的變化，從而可以通過控制切換信號。當(dāng)相差達(dá)到π時(shí)，信號完全在NOLM輸出端發(fā)送。NOLM充當(dāng)光控邏輯與門。
在EP 1 298 485中給出了這種類型的光閘。參看圖1，示出的NOLM配置包括第一光耦合器6，其第一和第二光路徑2和4直接相互耦合，環(huán)光路徑8，用于連接該第一和第二光路徑2和4，以及第二光耦合器12，其包括直接耦合到環(huán)光路徑8的第三光路徑10。該環(huán)光路徑8由非線性光介質(zhì)提供，在圖1中通過連接兩根色散設(shè)置成基本相等，但符號相反的光纖8(#1)和8(#2)得到該非線性光介質(zhì)。
將探測光輸入到其耦合率設(shè)置成1∶1的光耦合器6的第一光路徑2。這樣，探測光被分成了兩個(gè)具有相同功率的分量。這兩個(gè)分量在環(huán)光路徑8中分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向傳播，經(jīng)歷完全相同的光路徑長度，都受到該非線性光介質(zhì)導(dǎo)致的相移。之后，它們在光耦合器6被組合，由于它們在功率和相位上都相同，通過這種組合最終得到的光從第一光路徑2輸出，而不是從第二光路徑4輸出，就像被鏡子反射一樣。當(dāng)一個(gè)光信號由光耦合器12從環(huán)光路徑8中間輸入時(shí)，該光信號在環(huán)光路徑8上只沿一個(gè)方向傳播，這里是順時(shí)針方向，只有在有該光信號的脈沖經(jīng)過時(shí)，非線性光介質(zhì)NL的非線性折射率才會(huì)為沿該方向傳播的光改變。因此，在光耦合器6組合探測光的兩個(gè)分量時(shí)，與該光信號沒有脈沖期間相同步的那部分探測光的兩個(gè)分量的相位彼此一致，與該光信號有脈沖期間相同步的那部分探測光的兩個(gè)分量的相位彼此不同。用Δφ來定義后一情況下的相位差，此時(shí)從光耦合器6的第二光路徑4得到正比于1-cos(Δφ)的輸出。通過設(shè)置輸入光信號的功率，使相位差為π，就可以執(zhí)行交換操作，使得在有脈沖經(jīng)過時(shí)組合的兩個(gè)分量只從第二光路徑4輸出。這樣，就進(jìn)行了從具有波長λs的光信號到具有波長λc的轉(zhuǎn)換光信號的轉(zhuǎn)換。也就是說，針對光信號上的數(shù)據(jù)執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。當(dāng)設(shè)置輸入光信號“0”和“1”分別對應(yīng)相位差Δφ為0和π時(shí)，能夠抑制與輸入光信號相伴的噪聲。這是因?yàn)?，基?-cos(Δφ)的轉(zhuǎn)換展現(xiàn)了每個(gè)脈沖的前沿或峰值附近的飽和特性，這與線性放大轉(zhuǎn)換不同。
NOLM中的非線性NL光介質(zhì)可以采用光纖。這種NL光纖主要采用色散位移光纖(DSF)。在EP 1 298 485中已經(jīng)提出了使用具有高非線性色散特性的DSF。通過減小對應(yīng)于有效核心面積的模場直徑，可以實(shí)現(xiàn)高非線性色散特性。然而，沿光纖零色散波長本身仍有變化，不同傳播波長的群速度變得彼此不同，限制了轉(zhuǎn)換波帶和可轉(zhuǎn)換信號速率。因此，轉(zhuǎn)換的波帶受到色散限制。如果沿光纖的色散得到了很好的控制，例如，如果制造出了在整個(gè)長度上零色散波長一致的光纖，那么針對該一致的零色散波長，對稱地分配探測光和該光信號的波長，就能夠得到幾乎無限的轉(zhuǎn)換波帶。但實(shí)際上，零色散波長沿著光纖變化，導(dǎo)致相位匹配條件與理想條件相偏離，限制了轉(zhuǎn)換波帶。在圖1中示出的按照現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)光路徑8通過分割兩根光纖8(#1)和8(#2)構(gòu)成，每一根光纖都由高非線性DSF配置成，以得到寬的轉(zhuǎn)換波帶。更具體地，如果環(huán)光路徑8是通過組合兩根色散和色散斜率符號相反的光纖得到時(shí)，則能夠幾乎完全補(bǔ)償信號脈沖和探測脈沖的色散。因此，可以提供走離(walk-off)和脈沖形狀劣化降低的NOLM。此外，可以非常有效地生成光學(xué)科爾效應(yīng)或者交叉相位調(diào)制。
在現(xiàn)有技術(shù)中，前面描述過，大的缺陷在于需要一個(gè)額外的激光器來產(chǎn)生用作泵浦(pumping)光的輸入信號光。除此之外，必須為該輸入信號光提供時(shí)鐘恢復(fù)。對高速率，也就是43Gbit/s或更高速率而言，這種時(shí)鐘恢復(fù)是個(gè)實(shí)際的限制。
在一篇出現(xiàn)在ECOC 2003，由F.Seguineau等人所著的論文中，提出了色散不對稱NOLM(DI-NOLM)。這種DI-NOLM在圖2中示出，其中耦合器23連接輸入光路徑22和輸出光路徑24，以及第一和第二光路徑25、26，第一和第二光路徑25、26形成了包含第一和第二光纖的光回路徑。該第一光纖由一公里長的HNL光纖構(gòu)成，其本地色散接近0ps/(nm.km)。該第二光纖26由3.35公里長的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖構(gòu)成，其色散約17ps/(nm.km)。選擇這樣的耦合器23，其α＝0.5。這樣，在輸入22處提供的輸入光信號Ein(λs)被耦合器23平均地分成兩個(gè)光信號E1和E2，分別在第一和第二光纖25、26所形成的環(huán)光路徑上沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向傳播。DI-NOLM中插入有一個(gè)圖2中未示出的極化控制器，用于選擇該干涉儀的適當(dāng)?shù)臉O化狀態(tài)。在DI-NOLM前和后放置有摻鉺光纖放大器(也未在圖2中示出)和色散補(bǔ)償光纖29(DCF)，分別用以控制輸入功率，補(bǔ)償殘余色散。這種色散不對稱NOLM利用HNL光纖中強(qiáng)烈增強(qiáng)的科爾效應(yīng)，使設(shè)備中沿相反方向傳播的兩個(gè)脈沖之間的相位不同。DI-NOLM色散的不對稱性使得能夠通過對發(fā)射的峰值功率的控制，很好地控制相位差量。利用這種DI-NOLM，可以再生速率約為40Gbit/s的超快信號。即使空間電平(space level)重整形效應(yīng)值大于(至少3分貝)標(biāo)記電平(mark level)的重整形效應(yīng)值，暗示著潛在噪聲重分配效應(yīng)，仍然能夠清楚看到比特間信號波動(dòng)抑制。
圖2所示的DI-NOLM由兩種類型光纖組成，一種是高非線性光纖25，用于生成非線性相位變化長脈沖形狀，以及另一種是具有大有效面積的彌散型光纖26。該彌散型光纖26導(dǎo)致光信號在時(shí)域上被展寬，從而最終該光信號的峰值功率降低。光場E1是直接進(jìn)入HNL光纖(以其最大峰值功率)，這與光場E2相反，光場E2首先在彌散型光纖26中被展寬。由于高彌散型光纖導(dǎo)致峰值功率降低，E2在HNL中積累的非線性相位與光場E1在HNL中積累的非線性相位相比很低。這種配置下，只能處理短歸零(RZ)脈沖或者歸零差分相移鍵控(RZ/DPSK)脈沖。并且，需要在DI-NOLM之后放置色散補(bǔ)償光纖29，用以在輸出24之后恢復(fù)與在DI-NOLM輸入22相近的時(shí)域脈沖寬度。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上描述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種再生光信號的方法，以及一種光信號再生器，它們適于處理超高比特率和不同類型RZ脈沖，甚至在一半處有很大寬度的RZ脈沖，而不需要對該信號進(jìn)行特定的預(yù)處理。
按照本發(fā)明，該目的通過一個(gè)DI-NOLM來實(shí)現(xiàn)，該DI-NOLM包括一個(gè)光回路，該光回路由兩卷具有大有效面積，但是本地色散符號相反的彌散型光纖，以及其間的一根HLN光纖組成。在按照本發(fā)明的配置中，輸入光信號最初需要利用附加級或者將該裝置放置于色散受控傳輸線的給定位置上進(jìn)行啁啾(chirped)。經(jīng)過該處理之后，進(jìn)入的脈沖在時(shí)域上或者被壓縮，或者被加寬，這取決于DI-NOLM的光回路的兩個(gè)支路中本地色散的符號。之后，因?yàn)榉逯倒β什粚ΨQ，在HNL中反向傳播的光場之間生成非線性相移。方便地，可以處理一半處有很大寬度，甚至占用的比特時(shí)間寬度大于65％的RZ或RZ/DSPK。這可以在不改變光再生的情況下實(shí)現(xiàn)。此外，利用按照本發(fā)明的方法，在該配置下，補(bǔ)償色散在DI-NOLM內(nèi)實(shí)現(xiàn)，不需要在該干涉儀中加入補(bǔ)償色散狀態(tài)。
DI-NOLM傳輸函數(shù)(透射率)可以由以下等式描述T(t)=1-4α(1-α)cos2(Δφ2)]]>其中α是耦合率，Δφ是非線性相移。
由該等式定義的透射率與光功率限制功能(對“1”碼元而言)兼容，非線性相移得到的值比π略大時(shí)可以得到該光功率限制功能。相反地，對于低非線性相移，得到的DI-NOLM傳輸函數(shù)類似飽和吸收器。
這種飽和吸收器和光功率限制功能可以方便地用于改進(jìn)RZ-DPSK(也用于RZ開關(guān)鍵控)傳輸系統(tǒng)。對于RZ-DPSK調(diào)制格式，由于數(shù)據(jù)是相位編碼的，在接收機(jī)側(cè)需要一個(gè)干涉儀(Mach-Zehnder)，用以在幅度域恢復(fù)信息。在這種情況下，接收的經(jīng)過幅度轉(zhuǎn)換的信息的質(zhì)量很大程度上依賴于RZ-DPSK光數(shù)據(jù)流的幅度變化，在傳輸線中采用DI-NOLM時(shí)，可以有效地減小上述情況，從而確保系統(tǒng)性能的大幅度提高。
在采用RZ調(diào)制格式時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中示出的標(biāo)準(zhǔn)DI-NOLM要求輸入的為短脈沖。短脈沖誘發(fā)了高的光峰值功率，以在HNL光纖中產(chǎn)生高的非線性效應(yīng)，而且以限制因?yàn)樯⒐饫w內(nèi)時(shí)域展寬而出現(xiàn)的脈沖間串?dāng)_。相反地，按照本發(fā)明的配置與50％RZ和50％RZ-DPSK調(diào)制格式兼容。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)在從屬權(quán)利要求，后面的描述和附圖中描述。


下面參考附圖，進(jìn)一步解釋本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施方式，在附圖中圖1是按照現(xiàn)有技術(shù)的非線性光回路鏡的示意圖；圖2是按照另一現(xiàn)有技術(shù)的非線性光回路鏡的示意圖；圖3是按照本發(fā)明的色散不對稱非線性光回路鏡的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖3中示出了一種根據(jù)本發(fā)明的色散不對稱非線性光回路鏡。它包括耦合器23，與該耦合器23相連接的光信號的輸入路徑22和輸出路徑24。其中這樣選擇耦合器23，其α＝0.5，從而使得輸入光信號的一半將在連接到耦合器23，并且形成DI-NOLM光回路徑的每個(gè)第一和第二光路徑上傳輸。根據(jù)本發(fā)明，該光回路徑由第一30和第二32光路徑組成，該第一30和第二32光路徑包括對傳輸?shù)墓庑盘柖?，具有不同的特性的第一和第二光纖。這些第一和第二光纖具有大的有效面積，其本地色散符號相反。因此，進(jìn)入具有正色散的第一光路徑30的光場E1的脈沖將變陡，變窄。與此相反，進(jìn)入具有負(fù)色散的第二光路徑32的另一光場E2的相應(yīng)脈沖將變寬，變平(如圖3所示)。
根據(jù)本發(fā)明的非線性回路鏡還包括至少對應(yīng)用的光信號而言，具有很高的非線性和幾乎沒有色散的光纖31。該另一光纖31是光回路的一部分，并且分別直接耦合到所述第一和第二光路徑30、32。在那HNL光纖31內(nèi)，因?yàn)楣夥逯倒β什粚ΨQ，反向傳播的光場E1和E2之間產(chǎn)生了非線性相移。
適當(dāng)設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的DI-NOLM(根據(jù)傳輸線中的位置)，可以處理，也就是再生由RZ或RZ/DPSK構(gòu)成的光信號，甚至是波形的峰值一半處占用的比特時(shí)間大于65％，例如66％的光信號。利用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以在不改變光再生的情況下，對那類信號進(jìn)行處理。
提出的基于DI-NOLM的全光再生器除了別的以外，支持超高比特率的RZ/DPSK再生。此外，因?yàn)樵撛O(shè)備利用了光纖中的超快科爾效應(yīng)，其速度操作潛能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100Gbit/s。提出的DI-NOLM的新的實(shí)現(xiàn)與50％RZ或者50％RZ-DPSK調(diào)制格式兼容，也就是說易于生成脈沖。利用這種配置和方法，不必要在回路鏡前使用脈沖壓縮級，從而減少了該方案的復(fù)雜性和成本。此外，在利用這種實(shí)現(xiàn)時(shí)，由時(shí)域脈沖展寬所誘發(fā)的符號間干擾也減少了。所提出的這種DI-NOLM可以在同一設(shè)備中同時(shí)再生波分復(fù)用WDM信道。
權(quán)利要求
1.一種再生光信號方法，包括以下步驟提供一個(gè)具有光耦合器的非線性光回路鏡，前述光耦合器連接到第一和第二光路徑，該第一和第二光路徑形成包括對傳輸?shù)墓庑盘柖?，具有不同的特性的第一和第二光纖的光回路徑；通過該光耦合器將輸入光信號送入所述第一和第二光路徑，以及從所述耦合器輸出光信號；其特征在于，提供色散符號相反的該第一和第二光纖，以及至少對應(yīng)用的光信號而言，具有高非線性特性和幾乎沒有色散的另外光纖，所述另外光纖是所述光回路的一部分，并且直接耦合到所述第一和第二光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的再生光信號方法，其特征在于，該方法適用于波形的峰值一半處占用的比特時(shí)間大于65％的輸入光信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的再生光信號方法，其特征在于，該方法適用于不同類型的歸零光輸入信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的再生光信號方法，其特征在于，在該輸入光信號被送入該非線性光回路鏡的耦合器之前，啁啾該輸入光信號。
5.一種用于光信號的光再生器，包括具有光耦合器的非線性光回路鏡，該非線性光回路鏡包括第一和第二光路徑，該第一和第二光路徑形成包括對傳輸?shù)墓庑盘柖?，具有不同的特性的第一和第二光纖的光回路徑，其特征在于，該第一和第二光纖色散符號相反，以及該非線性光回路鏡包括至少對應(yīng)用的光信號而言，具有高非線性和幾乎沒有色散的另外光纖，所述另外光纖是所述光回路的一部分，直接耦合到所述第一和第二光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光再生器，其特征在于，它適用于再生波形的峰值一半處占用的比特時(shí)間寬度大于65％的光信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的光再生器，其特征在于，它適于可以應(yīng)用在色散受控傳輸線內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提出采用一種DI－NOLM，它包括由兩卷具有大有效面積，但是本地色散符號相反的彌散型光纖，以及其間的一根HLN光纖組成的光回路。在根據(jù)本發(fā)明的該配置中，輸入光信號最初需要進(jìn)行啁啾。之后，因?yàn)榉逯倒β什粚ΨQ，在HNL中，反向傳播的光場之間產(chǎn)生了非線性相移。方便地，本發(fā)明可以處理相當(dāng)大波形在一半處，占用甚至超過65％的比特時(shí)間的RZ或RZ/DSPK。這可以在不改變光再生的情況下實(shí)現(xiàn)。此外，利用根據(jù)本發(fā)明的方法，在該配置下，補(bǔ)償色散在DI－NOLM內(nèi)實(shí)現(xiàn)，因此不需要在干涉儀中加入補(bǔ)償色散狀態(tài)。
文檔編號H04B10/299GK1652006SQ20041010177
公開日2005年8月10日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者弗雷德里克·塞吉諾, 奧利維耶·勒克萊爾 申請人:阿爾卡特公司