一種基于slalom的光串并轉換器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于SLALOM的光串并轉換器，將半導體光放大器環路鏡SLALOM用于實現將高速串行光信號轉換成低速并行光信號。該光串并轉換器采用串聯SLALOM的組成結構，將前一級SLALOM的輸出作為后一級SLALOM的輸入；根據輸入高速串行光信號速率設置SLALOM之間的光傳播時延；設置控制光脈沖信號的控制光脈沖時序，實現各級SLALOM光脈沖并行輸出。該光串并轉換器由于采用串行結構，具有轉換效率高，處理過程簡單，光功率損耗小、易于擴展并行端口數目等特點，可用于光通信領域中的高速解復用、光信息處理和光交換系統中。
【專利說明】-種基于SLALOM的光串并轉換器
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖通信【技術領域】，更為具體地講，涉及一種基于SLALOM的光串并轉 換器。
【背景技術】
[0002] 隨著光纖通信技術的發展，相干接收、偏振復用、光正交頻分復用等新型光傳輸技 術使得光纖傳輸速率越來越高。同時光信息處理和光交換技術受限于光邏輯器件和光隨機 存儲器，還無法實現全光高速處理，仍主要依賴于光電轉換后的電域處理。將高速串行信號 轉換為低速并行信號進行識別和處理是一種常見的解決方案。由于電串并轉換器的速率受 限于電容電感寄生參數的影響，因此光串并轉換，即直接在光域進行串并轉換，成為研究的 熱點問題。
[0003] 為了實現高速光信號的全光串并轉換，目前已有許多相關研究。
[0004] 王菊等提出的A0SPC方案是由波分/時分脈沖光源的產生與順序多波長變換 兩個部分構成（參見文獻：王菊，于晉龍等.40Gb/s至8路5Gb/s全光串并轉換實驗研 究[J].光學學報，2011，31 (5) :6001-6012)。利用S0A的交叉相位調制（Cross-Phase Modulation，XPM)效應，串行輸入光信號（控制光）引起對波分/時分光脈沖（探測光）的 紅移啁啾與藍移啁啾的產生，再通過濾波器濾出探測光的藍移啁啾部分就實現了將高速串 行光信號信息復制到波分/時分光脈沖序列上，波分/時分光脈沖序列經波分解復用后就 得到了多路并行的低速輸出光信號，此方案實現了將40Gb/s的串行輸入光信號轉換為8路 5Gb/s的并行輸出信號。
[0005] 文江洪等提出的基于光纖中四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM)效應的全光串并 轉換方案（參見文獻：文江洪，江陽等.基于光纖中四波混頻效應的全光串-并轉換研究 [J].應用光學，2011，32 (3) : 535-539)，利用光纖中的群速度色散，把一路分頻窄時鐘脈沖 在時域展寬并與數據信號發生四波混頻作用，通過濾出不同頻率的閑頻光，實現了高速的 全光串-并轉換功能，此方案實現了將一路40Gb/s的RZ碼信號轉換成為4路10Gb/ S信號。
[0006] 但以上方案存在采用XPM或FWM轉換效率低，且處理過程復雜等問題。
[0007] 非線性光學環鏡（Nonlinear Optical Loop Mirror, N0LM)是一種實現全光信息 處理的常見結構，但因石英光纖中非線性效應較弱，需要數公里長的光纖環和很強的控制 光功率才能獲得足夠大的非線性相移。將行波半導體光放大器（S0A)作為非線性光學元件 代替幾公里長的光纖插入環路中構成SLALOM。與光纖相比，半導體光放大器具有體積小、非 線性折射率系數大、所需控制光功率低、無需考慮色散影響、結構緊湊、易集成等突出優點， 近年來已受到世界各國科學家的廣泛重視。迄今，SLALOM已實現多種信號處理功能。如解 復用、光時鐘提取、脈沖整形及寬帶波長變換等。
[0008] 本發明提出一種基于SLALOM的光串并轉換器的結構，實現了串行高速光信號到 并行低速光信號的轉換。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于SLALOM的光串并轉換器， 實現高速串行光信號到低速并行光信號的轉換的同時，提高轉換效率，并使處理過程簡化。 [0010] 為實現上述發明目的，本發明基于SLALOM的光串并轉換器，其特征在于，包括 ：
[0011] N個半導體光放大器環路鏡（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror， 簡稱SLALOM)、N個光環形器、N-l個延時單元、一個1 XN光分支器；
[0012] 采用光環形器和延時單元串聯各級SLALOM，1XN光分支器為各SLALOM提供同步 控制光脈沖，具體實現如下：
[0013] 光環形器1的端口 2連接SLAL0M1的輸入端口，光環形器1的端口 1通過延時單元 1連接光環行器2的端口 3 ;光環形器2的端口 2連接SLAL0M2的輸入端口，光環形器2的 端口 1通過延時單元2連接光環行器3的端口 3 ;……;光環形器N-1的端口 2連接SLALOM N-1的輸入端口，光環形器N-1的端口 1通過延時單元N-1連接光環形器N的端口 3 ;光環 形器N的端口 2連接SLALOM N的輸入端口，光環形器N的端口 1連接高速串行光信號；
[0014] 1 XN光分支器的輸入端連接控制光脈沖信號，1 XN光分支器的N個輸出端分別連 接SLAL0M1......N的控制端口；
[0015] 第i個SLALOM的傳播時延與之后的第i-Ι個延時單元的延時時間之和等于高速 串行光信號的時間間隔；
[0016] 當控制光脈沖信號沒有控制光脈沖時，高速串行光信號的光脈沖從輸入端口進入 SLALOM后，從輸入端口反射輸出；而控制光脈沖信號有控制光脈沖時，高速串行光信號的 光脈沖從輸入端口進入SLALOM后從輸出端口透射輸出；
[0017] 當高速串行光信號的第1個光脈沖通過光環形器N的端口 1進入光環形器N后， 由光環形器N的端口 2輸出，并由SLALOM N的輸入端口進入SLALOM N，此時，控制光脈沖 信號的控制光脈沖未達到，則高速串行光信號的第1個光脈沖將被SLALOM N反射回光環形 器N的端口 2,并經過光環形器N的端口 3和延時單元N-1到達光環形器N-1的端口 1，并 經過的光環形器N-1的端口 1和端口 2到達SLALOM N-1的輸入端口；
[0018] 與此同時，高速串行光信號的第2個光脈沖進入，經過光環形器N的端口 1和端 口 2到達SLALOM N ;此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖仍未達到，則第1個光脈沖將被 SLALOM N-1反射回光環形器N-1的端口 2,并經過光環形器N-1的端口 3和延時單元N-2 到達光環形器N-2的端口 1，并經過的光環形器N-2的端口 1和端口 2到達SLALOM N-2的 輸入端口即反射到SLALOM N-2 ;而第2個光脈沖將被SLALOM N反射回光環形器N的端口 2,并經過光環形器N的端口 3和延時單元N-1到達光環形器N-1的端口 1，并經過的光環形 器N-1的端口 1和端口 2到達SLALOM N-1的輸入端口即反射到SLALOM N-1 ;
[0019] 如此繼續，高速串行光信號的后續光脈沖不斷被前一級SLALOM反射到后一級 SLALOM，直到高速串行光信號的第N個光脈沖經過光環形器N的端口 1和端口 2到達SLALOM N，此時，第1個光脈沖到達SLAL0M1，第2個光脈沖到達SLAL0M2，……，第N-1個光脈沖 到達SLALOM N-1，此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖經過1 XN光分支器到達各SLALOM的 控制端口，并打開各SLALOM的輸出窗口，使得各SLALOM透射輸出輸入端到達的光脈沖，從 而實現高速串行光信號到低速并行光信號轉換。
[0020] 本發明的發明目的是這樣實現的：
[0021] 本發明基于 SLALOM 的光串并轉換器，將 SLALOM (Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror,半導體光放大器環路鏡）用于實現將高速串行光信號轉換成低速并行 光信號。該光串并轉換器采用串聯SLALOM的組成結構，將前一級SLALOM的輸出作為后一級 SLALOM的輸入；根據輸入高速串行光信號速率設置SLALOM之間的光傳播時延；設置控制光 脈沖信號的控制光脈沖時序，實現各級SLALOM光脈沖并行輸出。該光串并轉換器由于采用 串行結構，具有轉換效率高，處理過程簡單，光功率損耗小、易于擴展并行端口數目等特點， 可用于光通信領域中的高速解復用、光信息處理和光交換系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明基于SLALOM的光串并轉換器一種【具體實施方式】的原理圖；
[0023] 圖2是控制光脈沖信號、高速串行光信號以及低速并行光信號之間的時序圖；
[0024] 圖3是SLALOM的結構示意圖；
[0025] 圖4是1?速串行光/[目號的時域圖；
[0026] 圖5是低速并行光信號的時域圖，其中，（a)?（j)分別對應低速并行光信號的10 路光信號；
[0027] 圖6是低速并行光信號的眼圖，其中，（a)?（j)分別對應低速并行光信號的10路 光信號。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地 理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許 會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0029] 實施例
[0030] 圖1是本發明基于SLALOM的光串并轉換器一種【具體實施方式】的原理圖。
[0031] 在本實施例中，如圖1所不，本發明基于SLALOM的光串并轉換器包括N個半導體 光放大器環路鏡，以下簡稱SLALOM、N個光環形器、N-1個延時單元、一個1 XN光分支器。
[0032] 采用光環形器和延時單元串聯各級SLALOM，1XN光分支器為各SLALOM提供同步 控制光脈沖的連接方式，具體如下：
[0033] 光環形器1的端口 2即端口 C12連接SLAL0M1的輸入端口 Sn，光環形器1的端口 1 即端口 Cn通過延時單元1連接光環行器2的端口 3即端口 C23 ;光環形器2的端口 2即端 口 C22連接SLAL0M2的輸入端口即端口 S21，光環形器2的端口 1C21通過延時單元2連接光 環行器3的端口 3 (未畫出）；……；光環形器N-1的端口 2即端口 C(N_1)2連接SLALOM N-1 的輸入端口即端口 S(N_m，光環形器N-1的端口 1即端口 C(N_m通過延時單元N-1連接光環 形器N的端口 3即端口 CN3 ;光環形器N的端口 2即端口 CN2連接SLALOM N的輸入端口即端 口 SN1，光環形器N的端口 1即端口 CN1連接輸入高速串行光信號；
[0034] 1XN光分支器的輸入端連接控制光脈沖信號，1XN光分支器的N個輸出端分別連 接 SLAL0M1，SLAL0M2，......，SLALOM N 的控制端口 S12, S22......S(N_1)2, SN2。
[0035] 第i個SLALOM的傳播時延與之后的第i-1個延時單元的延時時間之和等于高速 串行光信號的時間間隔，i = 2, 3,…，N。這樣使得高速串行光信號的光脈沖以及之前的各 脈沖經過SLALOM反射的光脈沖能同時達到各級SLALOM的輸入端，以實現串并轉換的同步。
[0036] 圖1所示，SLALOM的傳播時延相等，且各個延時單元的延時時間即、…、tN_ 2、 tN_i相等，這樣，高速串行光信號的光脈沖以及之前的各脈沖經過SLALOM反射的光脈沖能 同時達到各級SLALOM的輸入端。
[0037] 同時，控制光脈沖信號的控制光脈沖在時域上與高速串行光信號中的一個周期需 要并行輸出的光脈沖中最后一個光脈沖對齊，這樣保證高速串行光信號一個周期結束時輸 出并行的光信號。
[0038] 對于SLALOM，當控制光脈沖信號沒有控制光脈沖時，高速串行光信號的光脈沖從 輸入端口進入SLALOM后，從輸入端口反射輸出；而控制光脈沖信號有控制光脈沖時，高速 串行光信號的光脈沖從輸入端口進入SLALOM后從輸出端口透射輸出。
[0039] 如圖1所示，當高速串行光信號的第1個光脈沖通過光環形器N的端口 1即端口 CN1進入光環形器N后，由光環形器N的端口 2即端口 CN2輸出，并由SLALOM N的輸入端口 即端口 SN1進入SLALOM N，此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖未達到，則高速串行光信號 的第1個光脈沖將被SLALOM N反射回光環形器N的端口 2即端口 CN2，并經過光環形器N的 端口 3即端口 CN3和延時單元N-1到達光環形器N-1的端口 1即端口 C(N_m，并經過的光環 形器N-1的端口 1即端口 C(N_m和端口 2即端口 C(N_1)2到達SLALOM N-1的輸入端口即端口 S(N-1)1 ;
[0040] 與此同時，高速串行光信號的第2個光脈沖進入，經過光環形器N的端口 1即端口 CN1和端口 2即端口 CN2到達SLALOM N ;此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖仍未達到，則第 1個光脈沖將被SLALOM N-1反射回光環形器N-1的端口 2即端口 C(N_1)2，并經過光環形器 N-1的端口 3即端口 C(N_1)3和延時單元N-2到達光環形器N-2的端口 1即端口 C(N_2)1 (未畫 出），并經過的光環形器N-2的端口 1即端口 C(N_2)1和端口 2即端口 C(N_2)21 (未畫出）到達 SLALOM N-2的輸入端口 S(N_2)1 (未畫出）即反射到SLALOM N-2 ;而第2個光脈沖將被SLALOM N反射回光環形器N的端口 2即端口 Q，并經過光環形器N的端口 3即端口 CN3和延時單元 N-1到達光環形器N-1的端口 1即端口 C(N_m，并經過的光環形器N-1的端口 1即端口 C(N_m 和端口 2即端口 C(N_1)2到達SLALOM N-1的輸入端口 S(N_m即反射到SLALOM N-1 ;
[0041] 如此繼續，高速串行光信號的后續光脈沖不斷被前一級SLALOM反射到后一級 SLALOM，直到高速串行光信號的第N個光脈沖經過光環形器N的端口 1和端口 2到達SLALOM N，此時，第1個光脈沖到達SLAL0M1，第2個光脈沖到達SLAL0M2，……，第N-1個光脈沖 到達SLALOM N-1，此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖經過1 XN光分支器到達各SLALOM的 控制端口，并打開各SLALOM的輸出窗口，使得各SLALOM透射輸出輸入端到達的光脈沖，各 各SLALOM的輸出即為低速并行光信號，從而實現高速串行光信號到低速并行光信號轉換。 [0042] 根據以上原理，控制光脈沖信號、高速串行光信號以及低速并行光信號之間的時 序圖如圖2所示。控制光脈沖與高速串行光信號中的一個周期中最后一個光脈沖同步；各 路輸出低速并行光信號在一個周期內的最后一個脈沖時隙中輸出；一個周期中第1......N 個脈沖將分別出現在相應的第1……N路并行輸出端口。
[0043] 圖3是SLALOM的結構示意圖。
[0044] 本發明中的SLALOM的結構如圖3所示，由1個S0A，1個2X23dB光分支器，2個 2X1波分復用器（WDM1和WDM2,工作波長為λ，Ρ λ2，其中WDM1用于波分復用，WDM2用 于波分解復用）組成的環形結構，主要包括信號光輸入（輸入端口）、控制光輸入（控制端 口）和信號光輸出（輸出端口）三個端口。設信號光波長為λ i，控制光波長為λ 2。3dB光 分支器的輸入端口 A和B分別為SLALOM的信號光輸入和信號光輸出端口；3dB光分支器的 輸出端口分別連接WDM1和WDM2的λ i波長輸入端口；控制光脈沖從WDM1的λ 2端口 C輸 入，并從WDM2的λ 2端口 D輸出；WDM1和WDM2的復用輸出端口分別連接S0A的兩個光端 口，并確保S0A相對環的中心點偏移Λ τ時間傳播長度。
[0045] SLALOM的工作原理如下：
[0046] 1、輸入的信號光經過3dB光分支器分成順時鐘（CW)和逆時鐘（CCW)兩個方向傳 播；
[0047] 2、在無控制光脈沖時，CW和CCW光在環內傳播一圈幾乎獲得相同的增益和相移； 在回到3dB光分支器進行耦合時，在3dB光分支器的A端口將產生干涉相長，而B端口則干 涉相消，因此光信號將從3dB光分支器的A端口輸出，即輸入的光信號被SLALOM反射回來；
[0048] 3、在有控制光脈沖時，控制光脈沖經過S0A時的XPM特性引起CW和CCW光產生附 加相移；由于S0A相對環中點存在Λ τ時間偏移，使得CW和CCW光附加相位的時間偏移為 2Λ τ ;當CW和CCW光回到3dB光分支器時，在Β端口將形成一個打開窗口，使得輸入光信 號穿過SLALOM從B端口輸出。
[0049] SLALOM的上述結構和工作過程屬于現有技術，在此不再贅述。
[0050] 實例
[0051] 以80Gb/s串行光脈沖信號經過光串并轉換器得到10路8Gb/s并行光信號方案為 例。本發明的實施過程如下：
[0052] 1、器件選型
[0053] 選擇本光串并轉換器的關鍵器件如下：
[0054] 1) S0A的選擇：S0A的中心工作波長為1605nm、增益譜寬度為122. 5nm ;
[0055] 2)WDM 的選擇：λ i 為 1550nm，λ 2 為 1579nm ;
[0056] 3)光環形器的選擇：插入損耗小于ldB，回波損耗大于35dB。
[0057] 2、搭建光串并轉換器
[0058] 按照圖1及相關描述，搭建光串并轉換器。需要說明的是由于隨著輸入光脈沖速 率的提高，要求SLALOM環的半徑和各級SLALOM之間的延時越來越小，因此需采用集成光學 技術實現本光串并轉換器。
[0059] 延時設計是搭建光串并轉換器的關鍵，針對本測試例的設計為：脈沖間隔= SLALOM傳播時間+SLAL0M之間延時，對于80Gb/s輸入光脈沖信號，脈沖間隔為12. 5ps，分 配SLALOM的傳播時間為9ps，SLALOM之間的延時為3. 5ps。
[0060] 3、工作參數設置
[0061] 光串并轉換器主要工作參數設置如表1所示。
[0062]
【權利要求】
1. 一種基于SLALOM的光串并轉換器，其特征在于，包括： N 個半導體光放大器環路鏡（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror，簡 稱SLALOM)、N個光環形器、N-l個延時單元、一個1XN光分支器； 采用光環形器和延時單元串聯各級SLALOM，1 XN光分支器為各SLALOM提供同步控制 光脈沖，具體實現如下： 光環形器1的端口 2連接SLAL0M1的輸入端口，光環形器1的端口 1通過連接延時單 元1連接光環行器2的端口 3 ;光環形器2的端口 2連接SLAL0M2的輸入端口，光環形器 2的端口 1通過延時單元2連接光環行器3的端口 3 ;……；光環形器N-1的端口 2連接 SLALOM N-1的輸入端口，光環形器N-1的端口 1通過延時單元N-1連接光環形器N的端口 3 ;光環形器N的端口 2連接SLALOM N的輸入端口，光環形器N的端口 1連接輸入高速串行 光信號； 1XN光分支器的輸入端連接控制光脈沖信號，1XN光分支器的N個輸出端分別連接 SLAL0M1......N的控制端口； 第i個SLALOM的傳播時延與之后的第i-Ι個延時單元的延時時間之和等于高速串行 光信號的時間間隔； 當控制光脈沖信號沒有控制光脈沖時，高速串行光信號的光脈沖從輸入端口進入 SLALOM后，從輸入端口反射輸出；而控制光脈沖信號有控制光脈沖時，高速串行光信號的 光脈沖從輸入端口進入SLALOM后從輸出端口透射輸出； 當高速串行光信號的第1個光脈沖通過光環形器N的端口 1進入光環形器N后，由光 環形器N的端口 2輸出，并由SLALOM N的輸入端口進入SLALOM N，此時，控制光脈沖信號的 控制光脈沖未達到，則高速串行光信號的第1個光脈沖將被SLALOM N反射回光環形器N的 端口 2,并經過光環形器N的端口 3和延時單元N-1到達光環形器N-1的端口 1，并經過的 光環形器N-1的端口 1和端口 2到達SLALOM N-1的輸入端口； 與此同時，高速串行光信號的第2個光脈沖進入，經過光環形器N的端口 1和端口 2到 達SLALOM N ;此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖仍未達到，則第1個光脈沖將被SLALOM N-1反射回光環形器N-1的端口 2,并經過光環形器N-1的端口 3和延時單元N-2到達光環 形器N-2的端口 1，并經過的光環形器N-2的端口 1和端口 2到達SLALOM N-2的輸入端口 即反射到SLALOM N-2 ;而第2個光脈沖將被SLALOM N反射回光環形器N的端口 2,并經過 光環形器N的端口 3和延時單元N-1到達光環形器N-1的端口 1，并經過的光環形器N-1的 端口 1和端口 2到達SLALOM N-1的輸入端口即反射到SLALOM N-1 ; 如此繼續，高速串行光信號的后續光脈沖不斷被前一級SLALOM反射到后一級SLALOM， 直到高速串行光信號的第N個光脈沖經過光環形器N的端口 1和端口 2到達SLALOM N，此 時，第1個光脈沖到達SLAL0M1，第2個光脈沖到達SLAL0M2，……，第N-1個光脈沖到達 SLALOM N-1，此時，控制光脈沖信號的控制光脈沖經過1 X N光分支器到達各SLALOM的控制 端口，并打開各SLALOM的輸出窗口，使得各SLALOM透射輸出輸入端到達的光脈沖，從而實 現高速串行光信號到低速并行光信號轉換。
【文檔編號】H04B10/80GK104092497SQ201410338438
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】凌云, 廖麗丹, 賀彬彬, 申甦琪 申請人:電子科技大學