[發明專利]一種通過四波混頻方式實現正交模式的全光緩存方法

有效

• 申請號: 202010964443.8
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112083615B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉博;忻向軍;任建新;毛雅亞;沈佳佳;王瑞春;沈磊;吳泳鋒;孫婷婷;趙立龍
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B27/28;G02B6/28;H04Q11/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明提供了以一種通過四波混頻方式實現正交模式的全光緩存方法，采用泵浦將被調制后的光信號輸入到復印器中；第一個四波混頻模塊根據頻率公式產生閑頻光；輸入開關確定在時域中進入緩存區的的所有波形的序列長度；進入緩存后，泵浦信號將被注入下分支鎖定過程的恢復單元，同時信號波和閑頻波將被引導至上分支，并進行相位和偏振調整；上下分支合波后輸入PSA進行信號補償；當不再需要緩沖時，將激活輸出開關并輸出光信號，通過在泵浦恢復支路中使用調制器調整相對相位和泵浦功率，實現清空或寫入光緩存器。本發明采用了復印器型的相敏放大器，能夠實現較低噪聲的放大，且實現了多波長的緩存時間控制，同時又提高了傳輸系統的穩定性和傳輸質量。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種通過四波混頻方式實現正交模式的全光緩存方法。

背景技術

從上世紀八十年代至今，光纖傳輸技術發展迅速，如單模光纖的傳輸容量已超過10Tbit/s。然而在光網絡傳輸節點上仍然采用光電轉換的交換方式，該交換方式難以實現超高速傳輸網絡，并且容易造成網絡擁堵，提高系統網絡的維護成本。所以一旦傳輸容量和傳輸速度達到一定程度，光電轉換方式將很難達到要求，因此全光交換技術應運而生。

基于全光交換技術的全光緩存器是一種可以在一段時間內存儲光信號的器件，可以作為光緩存、光分組交換和全光信號處理等應用的實用工具。該器件能夠提供光域的存儲功能，從而避免不必要的光電轉換和電光轉換。目前，已經被提出的全光緩存技術有兩大類：慢光型延遲器和光纖延遲線型全光緩存器。慢光型緩存器單純利用傳輸介質的折射率來改變光傳輸速度，但是此類方法對光傳輸速度的影響是很有限的。延遲線型全光緩存器的重點則是系統結構的優化，該緩存器一般由光耦合器、光纖延遲線、光開關、色散補償器、光放大器和功率均衡器等部分組成。其中光纖延遲線的功能是儲存光信號，光開關則是控制光信號進出光纖延長線的時間，光緩存時間與在光纖中循環的次數成正比，此類緩存技術對光纖的利用率高，能夠控制系統的尺寸和成本，但光信號反復通過光開關會造成光損傷，因此利用色散補償器、光放大器和功率均衡器等器件保障緩存后的光信號質量。

因此，能夠實現無噪聲放大的相敏放大器(PSA)變得尤為關鍵。PSA工作的條件是在輸入端輸入鎖相信號和閑頻光，與放大器同相時放大，反相時衰減，因此放大后的同相分量擁有0dB的噪聲系數(NF)。理論上，被視作光鏈路的 PSA放大系統中額外的噪聲只會由光纖傳輸系統、自由空間或光波導等中的被動損耗產生。

PSA能夠在頻率簡并和非頻率簡并(FND)方式下工作。然而，簡并的PSA 通常很難實現高增益，只能對一個固定泵浦結構的光波長通道進行放大，這嚴重阻礙了它在需要寬帶放大的場景中應用。此外，這種類型的PSA僅滿足信號保持一倍速率輸入，因此信息的正交性將會減弱。本文所使用的是非頻率簡并的PSA，該放大器有實現同時無噪聲放大多路光信號的潛力，因此可與波分復用技術兼容。非頻率簡并的PSA能夠較為容易的實現高增益。特別地，相對于簡并放大器來說，非簡并放大器支持雙信息容量，且不受導聲布里淵散射的影響。然而，嚴格鎖定PSA輸入端的信號/閑頻光/泵浦的相位和波長是非常困難的。這個缺點阻礙了FND-PSA在過去幾年的基礎應用。

前期一些研究中對FND-PSA的傳輸實驗證明了其作為低噪聲放大器的潛力，然而寬帶和格式調制的無噪聲放大仍然無法實現。直到最近，一個更完善的噪聲性質得到了實驗論證。從理論和實驗來講，基于復印器型的PSA方案比傳統的基于PIA或PSA方案的系統分別可以獲得高達6dB和3dB的鏈路噪聲改善。這意味著基于復印器型的PSA具有更好的信噪比性能。此外，密集波分復用、差分四進制移相鍵控信號在10Gbaud在基于復印器型PSA的成功傳輸，并擁有近6dB 信噪比的改善，清楚的顯示了該放大器對輸入信號格式具有獨立性和寬帶放大的能力。

發明內容

發明目的：本發明提供一種通過四波混頻方式實現正交模式的全光緩存方法，使用全光網絡的交換方式，實現對信號的緩存，并在FND-PSA的支持下，有效提升緩存信號的質量及效率。