專利名稱：基于sbs光存儲的連續可調同步范圍的otdm系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用非線性光學技術實現光時分復用的系統，具體為用SBS(受激布里淵散射)光存儲技術實現光延時的0TDM(optical time-divisionmultiplexer)系 統，該系統可實現多路數據脈沖同步的主動控制、同步范圍連續可調諧的功能，屬于非線性 光學領域。
背景技術：
在文獻 B. zhang, L. -S. Yan, Jeng-Yang, I. Fazal, and Alan Ε. ffillner. Asingle slow-light element for independent delay control and synchronization onmultiple Gb/s data channels. IEEE Photon. Technol. Lett. 2007，19 (14) : 1081-1083 中介紹了一 種利用SBS慢光延時線的光時分復用系統。三臺輸出波長分別為1546.8nmU554.7nm和 1550. 9nm的窄帶連續半導體激光器分別用MZM調制器(Mach-Zehnder modulators)調制 產生三束數據脈沖激光，激光中的前兩束光有著自己獨立的控制寬帶泵浦光，后一束光是 沒有泵浦光的參考光。寬帶泵浦光是通過用噪聲源直接調制半導體激光器的控制電流產生 的。寬帶泵浦光經過摻鉺光纖放大器(Erbium-doped fiber amplifiers)放大后進入非線 性光纖。三路獨立調制的不相關的非歸零數據通道與兩路寬譜光在非線性光纖中逆向傳 播。用光纖偏振控制器(fiber polarization controllers)保證兩路延時信號獲得獨立最 大的SBS相互作用。通過使得慢光帶寬和泵浦功率最佳化可以增加同步范圍。在上述實驗 中，實現了在同一種介質中產生多路、獨立、可調諧慢光諧振，并實現了多路信號光的同步。 原理是基于SBS的慢光延時線。即在非線性光纖中信號光與具有IOGHz頻率藍移的泵浦光 相遇，由于發生了 SBS相互作用，使得信號光發生了延時。實際上每路信號光發生的SBS慢 光增益諧振是由與之對應的具有IOGHz頻率藍移的泵浦光激發產生的。因此利用多路這樣 的泵浦光在同一塊非線性介質中可以取得多路慢光增益諧振。在文獻 B. zhang, L. Zhang, L. -S. Yan, I. Fazal, and Alan Ε. ffillner. Continously-tunable,bit-rate variable OTDM using broadband SBS slow-lightdelay line. Opt. Express. 2007，15(13) :8317_8322中介紹了一種歸零信號的連續可控OTDM實驗 系統。在實驗中證明了使用寬帶SBS基慢光作為可調諧延時線的兩路2. 5Gb/s的歸零信號 的連續可控OTDM系統。實驗證明根據入射字節速率，恰當的調節可調慢光延時線，可以得 到可變字節速率的OTDM系統。此技術的問題和不足是1.在上述兩個實驗中，是應用SBS慢光技術實現OTDM系統延時的。通過控制慢光 帶寬和泵浦功率完成三路數據脈沖的延時和同步的。這種控制方法比較被動，同步控制的 難度較大。2.在SBS慢光延時線的報道中，到目前為止，延時時間沒有超過一個字節，所以用 這種延時線的方法實現OTDM系統，同步范圍較小。
發明內容
本發明的目的一方面為了克服現有的基于SBS慢光延時線的OTDM系統的缺點，另一方面提出了一種新的思想，即用SBS光存儲技術實現光的延時的OTDM系統，該系統實現了同步的主動控制和同步范圍的連續可調諧。本發明的基本思想如下在本OTDM系統中，多路通道信號的延時不是基于SBS慢光延時線技術，而是基于SBS光存儲技術。多路獨立可調諧的SBS延時(存儲)系統是由半導體激光器產生的納秒級數據脈沖在非線性光學介質中與唯一對應的泵浦光相互作用產生的。每一路泵浦光都可以產生讀、寫脈沖。在非線性光學介質中數據脈沖與具有IOGHz頻率藍移的寫脈沖相遇，通過受激布里淵散射(SBS)過程，數據脈沖的能量基本上被抽空，并以聲波的形式存儲在光纖中。聲波中包含了數據脈沖的信息內容。人為控制一定時間后，一個同樣具有IOGHz頻率藍移的讀脈沖在與寫脈沖相同的方向上被輸入到光纖中，讀脈沖與聲波相互作用后把聲波還原成包含信息內容的數據脈沖。在此過程中，每一路數據脈沖都與與自己相匹配的泵浦光一一對應。數據脈沖實現了人為控制延時，控制方法簡單主動，不容易引起串話。在本 存儲方案中，用硫系化合物玻璃光纖作為非線性光學介質，可以保證整個存儲系統實現長壽命，也因此可以增加幾路延時信號的同步范圍。本發明的技術方案如下包括第一窄帶半導體激光器1、第一光纖偏振控制器2、第一 MZM3、第二光纖偏振控制器4、第二窄帶半導體激光器5、第三光纖偏振控制器6、第 二MZM7、第三窄帶半導體激光器8、第四光纖偏振控制器9、第三MZM10、第五光纖偏振控制器11、合束器12、第一摻鉺光纖放大器13、第一可調諧光衰減器14、第一光循環器15、硫系化合物玻璃光纖16、第二光循環器17、第一 3dB耦合器18、第二摻鉺光纖放大器19、第四MZM20、第一 DFB激光器21、第三摻鉺光纖放大器22、第五MZM23、第二DFB激光器24、第二 3dB耦合器25、光衰減器26、噪聲源27、濾波器28、可調諧光衰減器29、第四摻鉺光纖放大 器30、誤碼儀31。其中OTDM系統中的第一路光中的數據脈沖由第一窄帶半導體激光器1產生，第一窄帶半導體激光器1輸出的連續激光經過第一光纖偏振控制器(2)后由第一 MZM3調制成具有幾個納秒的激光脈沖。納秒級激光脈沖又依次經過第二光纖偏振控制器(4)、光合束器12、第一摻鉺光纖放大器13、第一可調諧光衰減器14、第一光循環器15進入硫系化合物玻璃光纖16。第一路光中的讀、寫脈沖是由噪聲源27調制的第一 DFB激光器21產生的連續激光經過第四MZM20調制成納秒脈沖再經第二摻鉺光纖放大器19放大后產生的，并經過第一3dB耦合器18和第二光循環器17與第一路光中的數據脈沖相反方向進入硫系化合物玻璃光纖16。寫脈沖先與數據脈沖相互作用，數據脈沖被變成聲波并以聲波形式存儲在光纖中，隨后到達的讀脈沖與聲波相互作用后把聲波還原成包含信息內容的數據脈沖，恢復后的數據脈沖經第二光循環器17進入探測系統；OTDM系統中的第二路光中的數據脈沖由第三窄帶半導體激光器8產生，第三窄帶半導體激光器8輸出的連續激光經過第四光纖偏振控制器(9)后由第三MZMlO調制成幾個納秒激光脈沖，納秒級激光脈沖又依次經過第五光纖偏振控制器(11)、光合束器12、第一摻鉺光纖放大器13、第一可調諧光衰減器14、第一光循環器15進入硫系化合物玻璃光纖16。第二路光中的讀、寫脈沖是由噪聲源27調制的第二 DFB激光器24產生的連續激光 經過第五MZM23調制成納秒脈沖后再經第三摻鉺光纖放大器22放大后產生的，并經過第一 3dB耦合器18和光循環器17與第一路光中的數據脈沖相反方向進入硫系化合物玻璃光纖 16。寫脈沖先與數據脈沖相互作用，數據脈沖被變成聲波并以聲波形式存儲在光纖中，隨后 到達的讀脈沖與聲波相互作用后把聲波還原成包含信息內容的數據脈沖，恢復后的數據脈 沖第二光循環器17進入探測系統；OTDM系統中的第三路光中的數據脈沖是由第二窄帶半導體激光器5產生的，第二窄帶半導體激光器5輸出的連續激光經過第三光纖偏振控制器(6)后由第二 MZM7調制成 納秒激光脈沖。納秒激光脈沖然后再依次經過光合束器12、第一摻鉺光纖放大器13、第一 可調諧光衰減器14、第一光循環器15、硫系化合物玻璃光纖16，第二光循環器17進入探測 系統。該路光沒有與之對應的泵浦光，所以是作為參考光；光探測系統是由濾波器28、第二可調諧光衰減器29、第四摻鉺光纖放大器30、誤 碼儀31組成。所述的光纖偏振控制器4和光合束器12可以保證第一路和第二路光數據脈沖獲 得獨立最大的SBS相互作用，實現最好的延時。所述OTDM系統中由第一窄帶半導體激光器1、第二窄帶半導體激光器5、第三窄帶 半導體激光器9產生的三路數據脈沖的波長不等，相差可以是幾個納米。所述的第一 DFB激光器21、第二 DFB激光器24輸出的波長均在1550nm。三個窄帶連續半導體激光器通過MZM調制器的調制分別用于產生三路波長不相 等的數據脈沖，數據脈沖的波長不等，輸出波長都在1550nm左右。三路數據脈沖激光經過 合束器、摻鉺光纖放大器后經循環器進入到非線性硫系化合物玻璃光纖(存儲介質)中，三 路數據脈沖激光中有一路是參考光，沒有能夠與它發生SBS相互作用的泵浦光，即沒有布 里淵頻移正好與之對應的泵浦光。另外兩路是能夠實現存儲的數據脈沖，都有布里淵頻移 正好與它們對應的泵浦光，這樣每一束泵浦光都與數據脈沖一一對應。兩個寬帶譜泵浦光 源是用噪聲源直接調制單模DFB(Distributed feedback)激光器的注入電流取得的。注入 電流的變化引起了激光增益介質折射率的變化，因此引起了激光頻率的變化，頻率的變化 與電流的調制振幅成正比。這樣產生的激光功率譜近似為高斯型。譜的帶寬是通過改變噪 聲源的電壓來調節。兩路寬譜光分別用脈沖發生器控制MZM調制器產生激光脈沖。通過控 制調制器的調制信號波形可以控制增益和吸收譜線型，每一路泵浦光都可以產生讀、寫脈 沖。通過控制調制信號的頻率控制讀、寫脈沖到達存儲介質的時間。兩路泵浦光分別經3dB 耦合器耦合進入硫系化合物玻璃光纖的。任意一路數據脈沖和與之對應的泵浦光的寫脈沖 在硫系化合物玻璃光纖中相遇，經過SBS過程，數據脈沖被變成聲波存儲在光纖中；隨后同 一路泵浦光產生的讀脈沖在一定時間后進入光纖并與聲波相互作用，數據脈沖被恢復，數 據脈沖實現了一定時間的延時。通過人為的控制泵浦光的脈沖頻率，就可以實現三路數據 脈沖的同步，而且通過控制參考光的發射頻率和各路數據脈沖的存儲時間實現同步范圍可 調諧。通過控制入射的數據字節速率和數據脈沖的存儲時間可實現字節速率的可調諧。本發明的有益效果主要有一、本系統使用SBS光存儲技術作為光延時線實現了三路數據脈沖的OTDM系統。 該系統通過人為主動控制每一路泵浦光脈沖的頻率，實現三路數據脈沖的同步，而且通過控制參考光的脈沖的發射頻率和各路數據脈沖的存儲時間實現同步范圍的連續可調諧。二、通過使用寬帶泵浦光、使用MZM調制器控制和裁減SBS增益和吸收譜線型、使 用硫系化合物玻璃光纖作為非線性光學介質等措施，保證數據脈沖獲得長的存儲時間，這 樣增加了三路數據脈沖的同步范圍。
圖1是發明技術系統原理中1.第一窄帶半導體激光器，2.第一光纖偏振控制器，3.第一 MZM，4.第二光 纖偏振控制器，5.第二窄帶半導體激光器，6.第三光纖偏振控制器，7.第二 MZM，8.第三窄 帶半導體激光器，9.第四光纖偏振控制器，10.第三MZM，11.第五光纖偏振控制器，12.合束 器，13.第一摻鉺光纖放大器，14.第一可調諧光衰減器，15.第一光循環器，16.硫系化合物 玻璃光纖，17.第二光循環器，18.第一 3dB耦合器，19.第二摻鉺光纖放大器，20.第四MZM， 21.第一 DFB激光器，22.第三摻鉺光纖放大器，23.第五MZM，24.第二 DFB激光器，25.第 二 3dB耦合器，26.光衰減器，27.噪聲源，28.濾波器，29.第二可調諧光衰減器，30.第四摻 鉺光纖放大器，31.誤碼儀。
具體實施例方式下面結合圖1對本發明的具體實施方式
進行詳細的描述本發明中的基于SBS光存儲技術的連續可調同步范圍的OTDM系統，系統圖參見圖 1，包括有第一窄帶半導體激光器1、第一光纖偏振控制器2、第一 MZM3、第二光纖偏振控制 器4、第二窄帶半導體激光器5、第三光纖偏振控制器6、第二 MZM7、第三窄帶半導體激光器 8、第四光纖偏振控制器9、第三MZM10、第五光纖偏振控制器11、合束器12、第一摻鉺光纖放 大器13、第一可調諧光衰減器14、第一光循環器15、硫系化合物玻璃光纖16、第二光循環器 17、第一 3dB耦合器18、第二摻鉺光纖放大器19、第四MZM20、第一 DFB激光器21、第三摻鉺 光纖放大器22、第五MZM23、第二 DFB激光器24、第二 3dB耦合器25、光衰減器26、噪聲源 27、濾波器28、第二可調諧光衰減器29、第四摻鉺光纖放大器30和誤碼儀31。本發明是基于SBS光存儲技術實現延時的三路光數據脈沖的時分復用系統。第一路光數據脈沖是由輸出波長在1550nm左右的窄帶連續半導體激光器1經過偏振控制器2 后經MZM3調制后產生的。第一路數據脈沖再經過偏振控制器4、合束器12、第一摻鉺光纖 放大器13、第一可調諧光衰減器14和第一光循環器15進入到非線性光學介質硫系化合物 玻璃光纖16并與第一路光數據脈沖相對應的泵浦光相遇。與第一路光數據脈沖相對應的 泵浦光是由輸出波長近1550nm窄帶連續DFB激光器21產生的。泵浦光與數據脈沖的布里 淵頻移是通過溫度控制DFB激光器21實現的。泵浦光是寬帶譜源，是通過高斯噪聲源27 直接調制單模DFB激光器21的注入電流取得的。注入電流的變化引起了激光增益介質折 射率的變化，因此引起了激光頻率的變化，頻率的變化與電流的調制振幅成正比。這樣產生 的激光功率譜近似為高斯型。譜的帶寬是通過改變噪聲源的電壓來調節。寬帶泵浦光先經 過MZM調制器20調制變成激光脈沖，再經過摻鉺光纖放大器19放大后經3dB耦合器18耦 合，再經過光循環器17進入硫系化合物玻璃光纖16的。泵浦光可以產生讀、寫脈沖。第一 路光數據脈沖的延時過程如下在數據脈沖通過光纖的同時，泵浦光中的一個寫脈沖在與數據脈沖相反方向通過光纖，在硫系化合物光纖16中相遇，這也是存儲光的介質，通過受 激布里淵散射過程，數據脈沖的能量基本上被抽空，同時，在光纖中產生聲波，聲波中包含 了數據脈沖的信息內容。隨后，泵浦光中一個讀脈沖在與寫脈沖相同的方向上通過硫系化 合物光纖16，與聲波相遇，相遇時間是可以人為控制的，它抽空了聲波，使數據脈沖被從光 纖中釋放并恢復，沿著與原來數據脈沖相同的方向傳播，經過光循環器17后進入到探測系 統。
第二路光數據脈沖是由輸出波長在1550nm左右的窄帶連續半導體激光器8經過 偏振控制器9后經MZMlO調制后產生的。第二路數據脈沖再經過偏振控制器11、合束器12、 第一摻鉺光纖放大器13、第一可調諧光衰減器14和第一光循環器15進入到非線性光學介 質硫系化合物玻璃光纖16并與第二路光數據脈沖相對應的泵浦光相遇。與第二路光數據 脈沖相對應的泵浦光是由輸出波長近1550nm窄帶連續DFB激光器24產生的。泵浦光與數 據脈沖的布里淵頻移是通過溫度控制DFB激光器24實現的。泵浦光是寬帶譜源，是通過高 斯噪聲源27直接調制單模DFB激光器24的注入電流取得的。注入電流的變化引起了激光 增益介質折射率的變化，因此引起了激光頻率的變化，頻率的變化與電流的調制振幅成正 比。這樣產生的激光功率譜近似為高斯型。譜的帶寬是通過改變噪聲源的電壓來調節。寬 帶泵浦光先經過MZM調制器23調制變成激光脈沖，再經過摻鉺光纖放大器22放大后經3dB 耦合器18耦合，再經過光循環器17進入硫系化合物玻璃光纖16的。泵浦光可以產生讀、 寫脈沖。第二路光數據脈沖的延時過程如下在數據脈沖通過光纖的同時，泵浦光中的一個 寫脈沖在與數據脈沖相反方向通過光纖，在硫系化合物光纖16中相遇，這也是存儲光的介 質，通過受激布里淵散射過程，數據脈沖的能量基本上被抽空，同時，在光纖中產生聲波，聲 波中包含了數據脈沖的信息內容。隨后，泵浦光中一個讀脈沖在與寫脈沖相同的方向上通 過硫系化合物光纖16，與聲波相遇，相遇時間是可以人為控制的，它抽空了聲波，使數據脈 沖被從光纖中釋放并恢復，沿著與原來數據脈沖相同的方向傳播，經過光循環器17后進入 到探測系統。第三路光數據脈沖是由輸出波長在1550nm左右的窄帶連續半導體激光器5經過 偏振控制器6后經MZM7調制后產生的。這路光沒有與之對應的泵浦光，因此作為參考光。 第三路光經過合束器12、第一摻鉺光纖放大器13、第一可調諧光衰減器14、第一光循環器 15、非線性光學介質硫系化合物玻璃光纖16和第二光循環器17進入到探測系統的。光探測系統是由濾波器28、第二可調諧光衰減器29、第四摻鉺光纖放大器30、誤 碼儀31組成。光纖偏振控制器4和光合束器12可以保證第一路和第二路光數據脈沖獲得獨立 最大的SBS相互作用，實現最好的延時。三路光數據脈沖的波長都在1550nm左右，但是并不相等，一般相差幾個nm。為了舉例說明本發明的實現，描述了上述的具體實例。但本發明的其他變化和修 改，對本領域技術人員是顯而易見的，在本發明無公開內容的實質和基本原則范圍內的任 何修改/變化或仿效變換都屬于本發明的權利要求保護范圍。
權利要求
基于SBS光存儲的連續可調同步范圍的OTDM系統，其特征在于包括有第一窄帶半導體激光器(1)、第一光纖偏振控制器(2)、第一MZM(3)、第二光纖偏振控制器(4)、第二窄帶半導體激光器(5)、第三光纖偏振控制器(6)、第二MZM(7)、第三窄帶半導體激光器(8)、第四光纖偏振控制器(9)、第三MZM(10)、第五光纖偏振控制器(11)、合束器(12)、第一摻鉺光纖放大器(13)、第一可調諧光衰減器(14)、第一光循環器(15)、硫系化合物玻璃光纖(16)、第二光循環器(17)、第一3dB耦合器(18)、第二摻鉺光纖放大器(19)、第四MZM(20)、第一DFB激光器(21)、第三摻鉺光纖放大器(22)、第五MZM(23)、第二DFB激光器(24)、第二3dB耦合器(25)、光衰減器(26)、噪聲源(27)、濾波器(28)、第二可調諧光衰減器(29)、第四摻鉺光纖放大器(30)、誤碼儀(31)；其中OTDM系統中的第一路光中的數據脈沖由第一窄帶半導體激光器(1)產生，第一窄帶半導體激光器(1)輸出的連續激光經過第一光纖偏振控制器(2)后由第一MZM3調制成納秒級激光脈沖，納秒級激光脈沖又依次經過第二光纖偏振控制器(4)、光合束器(12)、第一摻鉺光纖放大器(13)、第一可調諧光衰減器(14)和第一光循環器(15)進入硫系化合物玻璃光纖(16)；第一路光中的讀、寫脈沖是由噪聲源(27)調制的第一DFB激光器(21)產生的連續激光經過第四MZM(20)調制后再經第二摻鉺光纖放大器(19)放大后產生的，并經過第一3dB耦合器(18)和第二光循環器(17)與第一路光中的數據脈沖相反方向進入硫系化合物玻璃光纖(16)；寫脈沖先與數據脈沖相互作用，數據脈沖被變成聲波并以聲波形式存儲在光纖中，隨后到達的讀脈沖與聲波相互作用后把聲波還原成包含信息內容的數據脈沖，恢復后的數據脈沖經第二光循環器(17)進入探測系統；OTDM系統中的第二路光中的數據脈沖由第三窄帶半導體激光器(8)產生，第三窄帶半導體激光器(8)輸出的連續激光經過第四光纖偏振控制器(9)后由第三MZM(10)調制成納秒級激光脈沖，納秒級激光脈沖又依次經過第五光纖偏振控制器(11)、光合束器(12)、第一摻鉺光纖放大器(13)、第一可調諧光衰減器(14)、第一光循環器(15)進入硫系化合物玻璃光纖(16)；第二路光中的讀、寫脈沖是由噪聲源(27)調制的第二DFB激光器(24)產生的連續激光經過第五MZM(23)調制后再經第三摻鉺光纖放大器(22)放大后產生的，并經過第一3dB耦合器(18)和第二光循環器(17)與第一路光中的數據脈沖相反方向進入硫系化合物玻璃光纖(16)；寫脈沖先與數據脈沖相互作用，數據脈沖被變成聲波并以聲波形式存儲在光纖中，隨后到達的讀脈沖與聲波相互作用后把聲波還原成包含信息內容的數據脈沖，恢復后的數據脈沖第二光循環器(17)進入探測系統；OTDM系統中的第三路光中的數據脈沖是由第二窄帶半導體激光器(5)產生的，第二窄帶半導體激光器(5)輸出的連續激光經過第三光纖偏振控制器(6)后由第二MZM(7)調制成納秒激光脈沖，納秒激脈沖再依次經過光合束器(12)、第一摻鉺光纖放大器(13)、第一可調諧光衰減器(14)、第一光循環器(15)、硫系化合物玻璃光纖(16)，第二光循環器(17)進入探測系統；該路光沒有與之對應的泵浦光，是作為參考光；光探測系統是由依次連接的濾波器(28)、第二可調諧光衰減器(29)、第四摻鉺光纖放大器(30)、誤碼儀(31)組成。所述的第一窄帶半導體激光器(1)、第二窄帶半導體激光器(5)、第三窄帶半導體激光器(8)輸出激光波長不等；所述的第一DFB激光器(21)、第二DFB激光器(24)輸出的波長均為1550nm。
全文摘要
本發明是基于SBS光存儲的連續可調同步范圍的OTDM系統，屬于非線性光學領域。該系統中兩路SBS的寬帶泵浦光脈沖是由噪聲源調制的兩個連續DFB激光器產生的。三路波長不相等的數據脈沖分別由窄帶半導體激光器產生。兩路獨立可調諧的數據脈沖的延時是由數據脈沖在非線性光學介質中與與之對應的泵浦光相互作用產生的。每一路泵浦光都可以產生讀寫脈沖。泵浦激光器產生的讀寫脈沖通過SBS過程對兩路數據脈沖進行存儲。由于對數據脈沖的存儲時間可以實現主動控制，所以可以方便的實現三路數據脈沖的同步和同步范圍的可調諧。在發明中用硫系化合物玻璃光纖作為非線性光學介質，可以實現存儲系統的長壽命，也增加了幾路延時信號的同步范圍。
文檔編號H04J3/06GK101800611SQ20091024313
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者丁迎春, 司軍, 李嬌嬌 申請人:北京化工大學