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一種實現信號光頻譜整合的方法及系統.pdf

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一種 實現 信號 頻譜 整合 方法 系統
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摘要
申請專利號:

CN201510341564.6

申請日:

2015.06.18

公開號:

CN104901742A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移IPC(主分類):H04B 10/25登記生效日:20171109變更事項:申請人變更前權利人:蘇州大學張家港工業技術研究院變更后權利人:蘇州大學變更事項:地址變更前權利人:215600 江蘇省蘇州市張家港市長涇路10號變更后權利人:215123 江蘇省蘇州市相城區濟學路8號|||實質審查的生效IPC(主分類):H04B 10/25申請日:20150618|||公開
IPC分類號: H04B10/25(2013.01)I; G02F1/35 主分類號: H04B10/25
申請人: 蘇州大學張家港工業技術研究院
發明人: 高明義; 楊尚飛; 鄒瑤; 沈綱祥
地址: 215600江蘇省蘇州市張家港市長涇路10號
優先權:
專利代理機構: 北京集佳知識產權代理有限公司11227 代理人: 羅滿
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510341564.6

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2017.12.15|||2017.11.28|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種實現信號光頻譜整合的方法及系統,該方法包括:將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;在第一非線性介質光纖中經四波混頻效應,將第一信號光的波長轉換為第一波長;提取第一波長的信號作為閑頻光;將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;在第二非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所述第二信號光的波長轉換為第二波長;提取所述第二波長的信號作為輸出光。本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法及系統,消除了“電子瓶頸”效應的影響,對信號速率及格式透明,具有高的轉換效率,且能夠完成無間隔波長轉換以及消除四波混頻效應帶來的相位共軛問題。

權利要求書

權利要求書
1.  一種實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,包括:
將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;
在所述第一非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所述第一信號光的波長轉換為第一波長;
提取所述第一波長的信號作為閑頻光;
將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;
在所述第二非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所述第二信號光的波長轉換為第二波長;
提取所述第二波長的信號作為輸出光。

2.  如權利要求1所述的實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,所述第一非線性介質光纖為高非線性光纖。

3.  如權利要求2所述的實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,所述第二非線性介質光纖為高非線性光纖。

4.  如權利要求3所述的實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,所述第一信號光為相干光正交頻分復用信號光。

5.  如權利要求4所述的實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,所述第一泵浦光為連續光。

6.  如權利要求5所述的實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,所述第一信號光的輸入功率為9.1dBm,所述第一泵浦光的輸入功率為27.9dBm。

7.  如權利要求6所述的實現信號光頻譜整合的方法,其特征在于,所述第二信號光的輸入功率為7.9dBm,所述第二泵浦光的輸入功率為22.3dBm。

8.  一種實現信號光頻譜整合的系統,其特征在于,包括:
第一耦合器,用于將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;
第一非線性介質光纖,用于經四波混頻效應,將所述第一信號光 的波長轉換為第一波長;
第一帶通濾波器,用于提取所述中間波長的信號作為閑頻光;
第二耦合器,用于將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;
第二非線性介質光纖,用于經四波混頻效應,將所述第二信號光的波長轉換為第二波長;
以及第二帶通濾波器,用于提取所述第二波長的信號作為輸出光。

9.  如權利要求8所述的實現信號光頻譜整合的系統,其特征在于,還包括:
放大器,用于對所述第一信號光、所述第一泵浦光、所述第二泵浦光、所述閑頻光以及所述輸出光進行放大。

10.  如權利要求9所述的實現信號光頻譜整合的系統,其特征在于,所述第一非線性介質光纖的長度為150m、色散斜率為0.024ps.nm-2.km-1,非線性系數為6.9W-1km-1,損耗為6.2dB.km-1,受激布里淵閾值為0.65W;
所述第二非線性介質光纖的長度為100m、色散斜率為0.006ps.nm-2.km-1,非線性系數為10.8W-1km-1,損耗為0.8dB.km-1,受激布里淵閾值為0.18W。

說明書

說明書一種實現信號光頻譜整合的方法及系統
技術領域
本發明涉及光纖通信技術領域,特別是涉及一種實現靈活光柵彈性光網絡中信號光頻譜整合的方法及系統。
背景技術
相對于傳統的WDM光網絡,基于OFDM技術的彈性光網絡有很多優勢。OFDM技術將高速串行數據流轉換成低速并行子數據流進行傳輸,延長了符號周期,提高了抗干擾能力,子信道間相互正交,提升了頻譜利用率,而且其頻譜具有彈性和可擴展性的固有特性。因此,OFDM光網絡最顯著特點就是頻譜網格較小且靈活,可依據用戶需求分配所需頻譜。但是,這種光網絡結構存在嚴重的頻譜不連續,碎片化問題,需要頻譜整合技術去解決這個問題。
頻譜整合能夠進行頻譜的重新分配利用,達到提高頻譜利用率、解決交叉連接過程中波長競爭、進行有效路由選擇和降低網絡阻塞率問題。
現有光-電-光波長轉換結構的波長轉換器,其需要用到電子器件部分,由于“電子瓶頸”的限制,轉換速率較低,對信號速率不透明;轉換過程中對原有信號的相位和幅度信息不能保留,對信號調制格式不透明。而單級全光波長轉換器結構中,泵浦光和波長光之間有一個波長間隔,因此不能實現OFDM信號的任意搬移。
發明內容
本發明的目的是提供一種實現信號頻譜整合的方法及系統,目的在于消除現有光-電-光轉換結構中“電子瓶頸”效應影響以及解決單級全光波長轉換器不能實現對信號的任意搬移的問題。
為解決上述技術問題,本發明提供一種實現信號光頻譜整合的方法,包括:
將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;
在所述第一非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所述第一信號光的波長轉換為第一波長;
提取所述第一波長的信號作為閑頻光;
將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;
在所述第二非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所述第二信號光的波長轉換為第二波長;
提取所述第二波長的信號作為輸出光。
可選地,所述第一非線性介質光纖為高非線性光纖。
可選地,所述第二非線性介質光纖為高非線性光纖。
可選地,所述第一信號光為相干光正交頻分復用信號光。
可選地,所述第一泵浦光為連續光。
可選地,所述第一信號光的輸入功率為9.1dBm,所述第一泵浦光的輸入功率為27.9dBm。
可選地,所述第二信號光的輸入功率為7.9dBm,所述第二泵浦光的輸入功率為22.3dBm。
本發明還提供了一種實現信號光頻譜整合的系統,包括:
第一耦合器,用于將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;
第一非線性介質光纖,用于經四波混頻效應,將所述第一信號光的波長轉換為第一波長;
第一帶通濾波器,用于提取所述中間波長的信號作為閑頻光;
第二耦合器,用于將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;
第二非線性介質光纖,用于經四波混頻效應,將所述第二信號光的波長轉換為第二波長;
以及第二帶通濾波器,用于提取所述第二波長的信號作為輸出光。
可選地,還包括:
放大器,用于對所述第一信號光、所述第一泵浦光、所述第二泵浦光、所述閑頻光以及所述輸出光進行放大。
可選地,所述第一非線性介質光纖的長度為150m、色散斜率為0.024ps.nm-2.km-1,非線性系數為6.9W-1km-1,損耗為6.2dB.km-1,受激布里淵閾值為0.65W;
所述第二非線性介質光纖的長度為100m、色散斜率為0.006ps.nm-2.km-1,非線性系數為10.8W-1km-1,損耗為0.8dB.km-1,受激布里淵閾值為0.18W。
本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法及系統,通過將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,在第一非線性介質光纖中進行第一級波長轉換,然后將提取出的閑頻光與第二泵浦光耦合后,在第二非線性介質光纖中進行第二級波長轉換。本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法及系統,采用兩級轉換結構全光波長轉換器,不包含電子器件,消除了“電子瓶頸”效應的影響,提高了轉換效率。且本發明采用兩級轉換結構,能夠完成無間隔波長轉換以及消除四波混頻效應帶來的相位共軛問題。
附圖說明
圖1為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法的一種具體實施方式的流程圖;
圖2為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法的另一種具體實施方式的流程圖;
圖3為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法的另一種具體實施方式的波長轉換過程示意圖;
圖4為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的一種具體實施方式的結構框圖;
圖5為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的另一種具體實施方式的結構框圖;
圖6為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的CO-OFDM信號波長轉換仿真實驗圖;
圖7為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的CO-OFDM信號頻譜整合仿真實驗圖;
圖8為本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的轉換效率示意圖;
圖9為第一級輸入信號波長不變CO-OFDM信號經兩級波長轉換后BER對比圖;
圖10為第二級輸出信號波長不變CO-OFDM信號經兩級波長轉換后BER對比圖;
圖11為頻譜整合前頻譜圖(OFDM信號頻譜在波長1550nm位置):
圖12為頻譜整合后頻譜圖(OFDM信號頻譜被轉換至1540nm波長位置);
圖13為頻譜整合前后CO-OFDM信號BER及星座圖對比。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案,下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。
本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法的一種具體實施方式的流程圖如圖1所示,該方法包括:
步驟S101:將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;
步驟S102:在所述第一非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所述第一信號光的波長轉換為第一波長;
步驟S103:提取所述第一波長的信號作為閑頻光;
步驟S104:將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;
步驟S105:在所述第二非線性介質光纖中經四波混頻效應,將所 述第二信號光的波長轉換為第二波長;
步驟S106:提取所述第二波長的信號作為輸出光。
本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法,通過將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,在第一非線性介質光纖中進行第一級波長轉換,然后將提取出的閑頻光與第二泵浦光耦合后,在第二非線性介質光纖中進行第二級波長轉換。本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法及系統,采用兩級轉換結構全光波長轉換器,不包含電子器件,消除了“電子瓶頸”效應的影響,提高了轉換效率。且本發明采用兩級轉換結構,能夠完成無間隔波長轉換以及消除四波混頻效應帶來的相位共軛問題。
現有光-電-光波長轉換結構的波長轉換器,其需要用到電子器件部分,由于“電子瓶頸”的限制,轉換速率較低,對信號速率不透明。轉換過程中對原有信號的相位和幅度信息不能保留,對信號調制格式不透明(不能完成OFDM信號的波長轉換),信號再生費用高,可靠性低,設備升級有難度。
而基于高非線性光纖(HNLF)四波混頻效應(FWM)的全光波長轉換技術,具有對信號調制格式和比特率均透明、轉換速率塊、轉換頻帶較寬、結構簡單容易實現等特點。但是單級全光波長轉換器結構中,泵浦光和波長光之間有一個波長間隔,因此不能實現OFDM信號的任意搬移。鑒于此,在本發明所提供的另一種具體實施方式中,利用兩級波長轉換結構的全光波長轉換器對OFDM信號進行頻譜整合。該方法結構簡單、容易實現,可用于高速率多調制信號。
如圖2本發明所提供的實現信號光頻譜整合的方法的另一種具體實施方式的流程圖所示,與上一實施例相比,本實施例中第一非線性介質光纖具體為高非線性光纖(HNLF1),第二非線性介質光纖具體為高非線性光纖(HNLF2),第一信號光具體為相干光正交頻分復用信號光(CO-OFDM),第一泵浦光為連續光。
該方法包括:
步驟S201:將CO-OFDM信號光和第一泵浦光經第一耦合器耦合后,發送至第一高非線性光纖HNLF1中;
步驟S202:在第一高非線性光纖(HNLF1)中經四波混頻(FWM)效應,將CO-OFDM信號光轉換至第一波長λm處;
λm在轉換波段帶外,由帶通濾波器將中間波長λm的閑頻光濾出,至此,完成了第一級波長轉換。
步驟S203:將第一波長的信號濾出作為閑頻光;
步驟S204:將該閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光經第二耦合器耦合后,發送至第二高非線性光纖HNLF2中;
步驟S205:在第二高非線性光纖HNLF2中經四波混頻(FWM)效應,完成將信號光轉換至最終輸出的第二波長λi處;
步驟S206:提取該第二波長的信號作為輸出光。
由圖3兩級HNLF-FWM轉換結構的波長轉換過程示意圖所示,由于第一級轉換的中間閑頻光在轉換頻帶外,使得進行第二次轉換時,可以將轉換光轉換到轉換頻帶上的任一位置,即無間隔轉換。且經過兩次FWM效應,轉換光的相位共軛被還原。
而在只有一級FWM轉換的情況下,由于信號光和泵浦光在非線性介質中進行FWM時,必須留有足夠的空隙,考慮泵浦光在兩側都有相同的間隔,使得在信號光兩側存在一定大小的頻帶不能被用于波長轉換,即圖中第一級信號光旁的虛線框部分,如此便限制了波長轉換的靈活性和實用性,同時,其轉換光存在相位共軛問題。
本實施例提供的實現CO-OFDM信號光頻譜整合的方法,其無電子器件,消除“電子瓶頸”效應影響。HNLF作為超快非線性介質,飛秒量級的響應時間可用于高速調制信號,因此對轉換信號速率透明。FWM過程能保留相位幅度信息,對調制格式透明(能夠完成OFDM信號的波長轉換),轉換頻帶寬,可達30nm。且本發明使用兩級波長轉換結構能夠對光信號進行無間隔轉換,增加波長轉換器在應用中的靈活性,同時第二級波長轉換結構能夠還原由于FWM效應引起的相位共軛,使其更好地應用于相位調制格式光信號的波長轉換,如 DP-QPSK信號和CO-OFDM信號等。
同時,CO-OFDM技術結合了OFDM和光相干檢測技術的優點,不僅提升了頻譜利用率和抗干擾能力,還提升了OSNR容忍度和PMD敏感度,近乎線性完成射頻到光調制和光到射頻解調。
本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的一種具體實施方式的結構框圖如圖4所示,該系統包括:
第一耦合器,用于將第一信號光以及第一泵浦光耦合后,發送至第一非線性介質光纖中;
第一非線性介質光纖,用于經四波混頻效應,將所述第一信號光的波長轉換為第一波長;
第一帶通濾波器,用于提取所述中間波長的信號作為閑頻光;
第二耦合器,用于將所述閑頻光作為第二信號光,與第二泵浦光耦合后,發送至第二非線性介質光纖中;
第二非線性介質光纖,用于經四波混頻效應,將所述第二信號光的波長轉換為第二波長;
以及第二帶通濾波器,用于提取所述第二波長的信號作為輸出光。
作為一種優選實施方式,本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統還可以進一步包括:
放大器,用于對所述第一信號光、所述第一泵浦光、所述第二泵浦光、所述閑頻光以及所述輸出光進行放大。
如圖5本發明所提供的實現信號光頻譜整合的系統的另一種具體實施方式的結構框圖所示,CO-OFDM信號的轉換結構分為2個階段。波長轉換器第一級以CO-OFDM信號作為信號光,連續光作為泵浦光,產生四波混頻效應的非線性介質選用了高非線性光纖,其優點是減小轉換器尺寸、降低能耗和減小時延等,轉換完成后經帶通濾波器輸出所需波長光。波長轉換器第二級與第一級在結構上完全相同, 最大不同點是輸入信號光改為第一級的輸出光,完成兩級轉換后的轉換光可直接進行解調。其中,中間閑頻光的波長為1560nm。在第一級,泵浦光的輸入功率為27.9dBm,信號光的輸入功率為9.1dBm;第二級,泵浦光輸入功率為22.3dBm,信號光輸入功率為7.9dBm。同時,表1列出兩段光纖的重要參數。
表1 HNLF的重要參數
名稱HNLF1HNLF2長度(m)150100色散斜率(ps.nm-2.km-1)0.0240.006非線性系數(W-1.km-1)6.910.8有效截面積(um2)15.212.4損耗(dB.km-1)6.20.8零色散點(nm)15451545受激布里淵閾值(W)0.650.18
圖6示出了基于OptiSystem仿真軟件與本申請對應的仿真圖。其仿真過程和上面敘述相同:轉換結構分為2個階段,其為兩級波長轉換結構。波長轉換器第一級以CO-OFDM信號作為信號光,連續光作為泵浦光,產生四波混頻效應的非線性介質選用了高非線性光纖,轉換完成后經帶寬為0.48nm的矩形帶通濾波器輸出所需中間閑頻光。波長轉換器第二級與第一級在結構上完全相同,最大不同點是輸入信號光改為放大后的第一級輸出光,輸出最終目標轉換光后,完成兩級轉換后的轉換光可直接進行解調。
在以上兩級結構波長轉換的實驗基礎上給出基于其的頻譜整合 實驗圖,如圖7所示。在進行頻譜整合前,CO-OFDM被帶寬為0.48nm的帶通濾波器濾出送入基于兩級轉換結構的HNLF-FWM全光波長轉換器內,轉換器結構和前面的圖6內容相同,經頻譜整合,最后耦合回信號內,完成頻譜整合。
兩級轉換效率如下圖8所示,第一級轉換效率高于-10dB的波長范圍超過30nm,從1525nm-1555nm;第二級轉換效率高于-16dB的波長范圍超過35nm,從1520nm-1555nm。這兩階波長轉換結構均有30nm較寬的轉換頻帶。本實施例中實驗的轉換頻帶為1525nm-1555nm之間30nm的范圍。
圖6所示CO-OFDM信號的波長轉換實驗結果如圖9和圖10所示,在轉換頻帶內轉換信號的BER與背靠背CO-OFDM信號的BER作比較。圖9的第一級信號光輸入波長不變,只改變第二級輸出信號光波長,輸出信號光的BER曲線幾乎重合在一起,說明在整個可轉換帶寬范圍內,轉換后的信號性能基本一致。圖10中改變第一級信號光輸入波長,而第二級輸出信號光波長不變,觀察輸出信號光BER,只有1525nm輸入光有稍許差別,其它都基本相同,與圖8中第一級轉換效率在1525nm處稍低,而其它波長基本不變有關。圖9與圖10的在BER為10-9處,轉換信號功率代價都大致在-3dB左右。
圖7所示的頻譜整合實驗結果由下面幾幅圖給出,其中圖11、12給出頻譜整合前后的頻譜圖,圖13給出了頻譜整合前后BER曲線及對應的星座圖。圖13中,左側為頻譜整合前CO-OFDM信號解調的星座圖,右側為頻譜整合后CO-OFDM信號解調的星座圖。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處,各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現。因此,本發明將不會被 限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

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