專利名稱：用于光學(xué)再生脈沖的裝置、包含該裝置的設(shè)備及該裝置的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)再生脈沖裝置、包含該裝置的設(shè)備以及該裝置的用途。
更確切地說，本發(fā)明涉及再生在光纖上傳送的色散管理孤子脈沖。色散管理孤子脈也被稱為DM孤子脈沖。
背景技術(shù)：
由于DM孤子脈沖的構(gòu)成了非線性薛定諤(Schrdinger)方程的解，因此這些特殊的脈沖具有在非線性媒介中無失真地周期性傳播的特性。但是，積累的放大自激發(fā)射噪聲，特別是由沿著光纖以規(guī)則的間隔設(shè)置的光學(xué)放大器所產(chǎn)生的放大自激發(fā)射噪聲，它們會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度起伏和所謂的Gordon-Haus時(shí)間抖動(dòng)，這會(huì)干擾這種脈沖的傳播。在屬于不同光纖信道的DM孤子脈沖之間的碰撞也會(huì)構(gòu)成抖動(dòng)源(稱為碰撞抖動(dòng))。
當(dāng)脈沖沿著光纖進(jìn)行傳播時(shí)，它們的時(shí)間和頻譜分布以及還有它們的時(shí)間和頻譜位置在各種干擾影響的作用下會(huì)發(fā)生變化，因此需要執(zhí)行光學(xué)再生。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的一種光學(xué)再生裝置包括用于時(shí)間同步和強(qiáng)度穩(wěn)定脈沖的光學(xué)帶通濾波器，在2000年8月出版的光波技術(shù)期刊(Journal ofLightwave Technology)第18卷第8期中，由作者J.Kumasako和M.Matsumoto發(fā)表的標(biāo)題為“Linear stability analysis of dispersion-managedsolitons controlled by filters(利用濾波器控制的色散管理孤子的線性穩(wěn)定性分析)”的文章特別披露了這個(gè)裝置。
通過作用于它的中心頻率和它的帶寬來調(diào)節(jié)濾波器。使用帶通濾波器使得以下操作成為可能首先通過將脈沖重新定位到濾波器的中心頻率來及時(shí)地對(duì)脈沖進(jìn)行同步，其次，通過過濾在脈沖傳播期間出現(xiàn)的脈沖頻譜的極值頻率來穩(wěn)定脈沖的強(qiáng)度。
為了使濾波器更為有效，必須將脈沖的頻譜寬度限制的足夠窄，以便消除噪聲。然而，如果濾波器過窄，它必然遇到改變脈沖的最佳波形的危險(xiǎn)，以及使光纖中的傳播不穩(wěn)定和干擾光纖中的傳播的危險(xiǎn)。因此，選擇濾波器的頻譜寬度是一個(gè)折中的結(jié)果。
由于使用的濾波器不能過窄，因此，濾波器不能有效地消除放大的自發(fā)射噪聲。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的再生裝置不能有效消除這種噪聲，因而趨向于累積沿著光纖傳送的脈沖。這在波長(zhǎng)復(fù)用線路上尤為真實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供一種用于光學(xué)再生脈沖的裝置，所述脈沖能夠被容易和精確地調(diào)整，以便同時(shí)獲得時(shí)間上的同步；強(qiáng)度的穩(wěn)定；并消除傳送的脈沖噪聲。
為此，本發(fā)明提供了一種用于光學(xué)再生脈沖的裝置，該裝置包括光學(xué)帶通濾波器，該光學(xué)帶通濾波器適用于獲得色散管理孤子脈沖的時(shí)間同步和強(qiáng)度穩(wěn)定，該裝置還包括不同于帶通濾波器的噪聲抑制部件。
這樣，由于噪聲抑制部件不同于帶通濾波器，因此為了最優(yōu)化其脈沖的時(shí)間同步和強(qiáng)度穩(wěn)定的功能，可以獨(dú)立地調(diào)整噪聲抑制部件和濾波器。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，噪聲抑制部件包括可飽和吸收器，它用于抑制放大的自發(fā)射噪聲。
可飽和吸收器與光學(xué)濾波器的結(jié)合使用獲得一種完全無源的光學(xué)再生裝置成為可能。在越洋的應(yīng)用中由于提供電能非常困難，必須將電能的供應(yīng)限制為嚴(yán)格最小的程度，因此這種再生裝置對(duì)于越洋的應(yīng)用顯得特別有益。
也可以使用非線性光學(xué)回路反射鏡(NOLM)或高非線性光纖作為抑制放大的自發(fā)射噪聲的部件，假定它們呈現(xiàn)的轉(zhuǎn)移函數(shù)類似于可飽和吸收器的轉(zhuǎn)移函數(shù)。噪聲抑制部件的轉(zhuǎn)移函數(shù)優(yōu)選為階梯形狀轉(zhuǎn)移函數(shù)。
可選地，濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)呈現(xiàn)為基本高斯分布或正弦形分布。由于孤子脈沖是具有基本上高斯分布的脈沖，它們的頻譜具有高斯分布。因此，有利的是濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與脈沖的頻譜盡可能地接近，以避免使脈沖的頻譜不穩(wěn)定。正弦濾波器和高斯濾波器具有非常相似的分布。因此，同樣可以利用正弦濾波器或者高斯濾波器來再生DM孤子脈沖。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，濾波器的半高(half-height)頻寬基本上等于要再生的色散管理孤子脈沖的半高頻寬的兩倍。使用這種方式設(shè)置濾波器能夠使脈沖被充分過濾，而不會(huì)使它們的傳播不穩(wěn)定。
可選地，帶通濾波器適用于通過多個(gè)不同的頻率，這些頻率是通過由濾波器衰減的頻帶來預(yù)定的，并且被成對(duì)地進(jìn)行分離，以便同時(shí)過濾光學(xué)信號(hào)中的多個(gè)頻率復(fù)用的脈沖。
接著，可以過濾包含多個(gè)頻率復(fù)用信道的信號(hào)，而無需執(zhí)行去復(fù)用和再復(fù)用操作，這是因?yàn)樵撗b置同時(shí)再生信號(hào)的所有信道。
有利的，濾波器在頻率上是周期性的。
按照慣例，所使用的復(fù)用頻率是通過公共的頻率間隔被成對(duì)地彼此分離的。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，使用的周期性濾波器的調(diào)制深度是在0.5分貝(dB)到4dB的范圍，優(yōu)選為自1dB到4dB的范圍，和/或具有在再生脈沖的頻率高度的10％到60％范圍的調(diào)制深度。這個(gè)調(diào)制深度值使得可能獲得滿意的脈沖的時(shí)間再同步，并且還可以有效地抑制幅度噪聲，而不會(huì)使DM孤子脈沖不穩(wěn)定。
法布里-泊羅(Fabry-Perot)型濾波器是適用于本發(fā)明裝置中的頻率周期帶通濾波器的實(shí)例。
本發(fā)明還提供了一種用于色散管理孤子脈沖的光學(xué)傳輸?shù)脑O(shè)備，它包括光學(xué)脈沖傳播部件，該設(shè)備還包括上述用于光學(xué)再生脈沖的裝置，該裝置被插入到傳播部件中。
有利地，在接近脈沖頻譜寬度到達(dá)最大值的點(diǎn)時(shí)，該再生裝置被插入到傳播部件中。
在脈沖傳播過程中，在非線性效應(yīng)的影響下，脈沖的頻譜趨向于變寬。因此，由于濾波器具有將這種脈沖返回到它們的初始頻譜寬度的功能，因而，在脈沖擴(kuò)展到最大值的點(diǎn)處對(duì)脈沖進(jìn)行濾波就很有利。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，光脈沖傳播部件包含具有異常色散的第一傳播部件，和具有正常色散的第二傳播部件，對(duì)光脈沖傳播部件進(jìn)行調(diào)整，以便在第一傳播部件的中點(diǎn)附近，脈沖達(dá)到最大頻譜寬度。
本發(fā)明還提供了一種用于再生色散管理孤子脈沖的本發(fā)明的裝置的用途。


在下文敘述的幫助下可以更好的理解本發(fā)明，下文的敘述完全是以舉例的方式給出，并參照附圖進(jìn)行說明，附圖中圖1是顯示本發(fā)明的光脈沖傳輸設(shè)備的一般結(jié)構(gòu)圖；圖2包含了顯示在圖1設(shè)備上傳輸脈沖的時(shí)間寬度和頻譜寬度如何變化的圖表。
圖3是顯示了本發(fā)明一個(gè)可能實(shí)施例中的光學(xué)再生脈沖裝置的周期帶通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)圖表。
圖4和5顯示了適于過濾包含九個(gè)復(fù)用信道的信號(hào)的高斯濾波器的頻率分布的曲線圖。
圖6顯示了適于過濾包含九個(gè)復(fù)用信道的信號(hào)的正弦濾波器的頻率分布的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中顯示的光學(xué)傳輸設(shè)備包括用來傳播光信號(hào)的線路光纖10形成部件。
上述的光信號(hào)是由多個(gè)頻率復(fù)用信道構(gòu)成。復(fù)用的頻率是頻率f0的倍數(shù)。
每個(gè)信道是由DM孤子類型的脈沖構(gòu)成。這些脈沖被用于超高速光學(xué)傳輸?shù)膽?yīng)用，例如用于以40千兆比特/秒(Gbit/s)或更高速的傳輸。術(shù)語“比特時(shí)間”被用于指脈沖的傳輸周期。DM孤子脈沖的半高度時(shí)間寬度通常等于半個(gè)比特時(shí)間的數(shù)量級(jí)(order)。
線路光纖10具有執(zhí)行帶有異常色散的傳播部件功能的第一部分10a，例如，該異常色散的色散系數(shù)D+等于2.55皮秒/毫微米/千米(ps/nm/km)。具有異常色散的光纖的第一部分10a通過具有正常色散的光纖的第二部分10b進(jìn)行擴(kuò)展，該正常色散的色散系數(shù)D-等于-2.45ps/nm/km。光纖的第一部分10a和第二部分10b各自可以具有100公里(km)的長(zhǎng)度。
圖1的示意圖可以被周期性再現(xiàn)，以便形成較大長(zhǎng)度的線路光纖10，尤其是適合于越洋傳輸?shù)木€路光纖。
光學(xué)傳輸設(shè)備還包含以規(guī)則的間隔插入到線路光纖10中的光學(xué)放大器12。這些放大器是放大的自發(fā)射噪聲的起源，這些噪聲對(duì)脈沖形成干擾。該噪聲以干擾頻率的方式出現(xiàn)，這些干擾頻率定期地分布在脈沖的頻譜中。
通常，由于其時(shí)間寬度的原因，DM孤子脈沖具有多個(gè)不同的頻率分量。然而，光纖的折射率是作為頻率的函數(shù)而發(fā)生變化，脈沖沿著光纖的傳播速度取決于濾波器的折射率。因此，以不同的速率沿著線路光纖10來傳輸脈沖的各種分量，以及脈沖的時(shí)間寬度會(huì)隨著它沿著線路光纖10的傳播而改變。這些被稱為線性色散效應(yīng)。
除了受線性色散效應(yīng)的影響之外，脈沖還會(huì)受到非線性效應(yīng)的影響，諸如會(huì)受到相位自調(diào)制的影響。這些效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生脈沖頻譜寬度上的變化。
脈沖在線路光纖10的傳輸過程中會(huì)發(fā)生形變，因此需要以規(guī)則的間隔再生脈沖。
光學(xué)再生裝置16被插入到線路光纖10中。該光學(xué)再生裝置包括帶通濾波器18和可飽和吸收器20。帶通濾波器適用于通過抑制頻譜的極限頻率，以便將脈沖重新集中(re-center)到它的初始頻率上，從而執(zhí)行DM孤子脈沖的時(shí)間同步和強(qiáng)度穩(wěn)定。為了確保DM孤子脈沖的濾波不會(huì)使它們的傳輸不穩(wěn)定，該濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)基本是高斯分布或正弦分布?？娠柡臀掌鳂?gòu)成了噪聲抑制部件。
圖2a是顯示作為沿著線路光纖10傳播的函數(shù)的脈沖時(shí)間寬度的示意圖。依據(jù)線路光纖10的色散系數(shù)，脈沖的時(shí)間寬度或者增加或者減少，從而在脈沖上產(chǎn)生差拍。脈沖的時(shí)間寬度在第一光纖部分10a的中間和第二光纖部分10b的中間達(dá)到局部最小。
如圖2b中所顯示，非線性效應(yīng)導(dǎo)致了在脈沖頻譜寬度中的變化。在圖1的實(shí)例中，頻譜寬度基本上在第一光纖部分10a的中間達(dá)到最大值。
因此優(yōu)選地在第一光纖部分10a的中間附近插入光學(xué)再生裝置16，也就是說，當(dāng)頻譜寬度達(dá)到這個(gè)最大值時(shí)。
作為舉例，帶通濾波器18是法布里-泊羅(Fabry-Perot)周期光學(xué)濾波器，其頻率分布如圖3中所示。它是通過周期性地重復(fù)的預(yù)定模式(pattern)構(gòu)成的。每種模式用于過濾由線路光纖10傳輸?shù)男盘?hào)的信道之一。為此，每個(gè)模式被放置在一個(gè)頻率的中心，該頻率是信道的復(fù)用頻率f0的倍數(shù)。
通過調(diào)整周期模式的分布來調(diào)整濾波器，從而作用于濾波器的調(diào)制深度。調(diào)制深度表征濾波器的選擇性。深或高的調(diào)制深度意味著濾波器僅僅通過非常窄的頻帶，并且它會(huì)強(qiáng)烈地衰減中間頻帶。淺或低的調(diào)制深度意味著濾波器允許通過寬的頻帶，并且僅僅輕微地衰減中間頻率。
本發(fā)明的濾波器優(yōu)選為呈現(xiàn)適中的調(diào)制深度。濾波器的調(diào)制深度不能太淺，以保證能夠獲得期望的時(shí)間同步和幅度穩(wěn)定效果，濾波器的調(diào)制深度也不能太深，以避免改變脈沖的分布，從而干擾它們的傳播。
例如，應(yīng)當(dāng)以這種方式來調(diào)整周期濾波器的一種模式的半高頻寬，使得其半高頻寬等于在設(shè)置濾波器的點(diǎn)處的信號(hào)的半高頻寬的大約兩倍。更確切的說，周期濾波器應(yīng)當(dāng)用于提供位于0.5dB到4dB范圍的調(diào)制深度，和/或呈現(xiàn)位于再生的脈沖頻率高度的10％到60％范圍的調(diào)制深度。
由于調(diào)制深度不能過高，因此，周期濾波器在抑制由于放大的自發(fā)射噪聲產(chǎn)生的在復(fù)用頻率之間插入的干擾頻率方面不是十分有效。因此可飽和吸收器20的作用是抑制這種放大的自發(fā)射噪聲，這是通過僅允許那些信號(hào)幅度不低于某些預(yù)定的最低閾值的信號(hào)通過來實(shí)現(xiàn)的。
作為舉例，圖4、5、6中的連續(xù)線顯示了在光纖10中傳輸?shù)男盘?hào)的頻譜分布，所述信號(hào)包含9個(gè)頻率復(fù)用信道，這些信道以100千兆赫茲(GHz)的間隔被成對(duì)分隔開，也就是以0.8毫微米(nm)的間隔分隔開。使用以40Gbit/s操作的50％歸零(RZ)編碼格式(脈沖的占空比等于50％的一種RZ格式)對(duì)每個(gè)信道上傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼。脈沖的占空比等于由比特時(shí)間來劃分的脈沖的半高寬度。
由于40Gbit/s的比特時(shí)間等于25皮秒(ps)，占空比為50％，因此脈沖的半寬度為12.5ps。下面考慮在脈沖的l/exp(l)的寬度T0。在所述的實(shí)例中，T0＝7.5070ps。
于是，本發(fā)明的周期濾波器18的強(qiáng)度分布的數(shù)學(xué)公式對(duì)于具有高斯分布的濾波器如下Igauss(V)＝Igauss1(V)+Igauss2(V)+Igauss3(V)+Igauss4(V)+Igauss5(V)+Igauss6(V)+Igauss7(V)+Igauss8(V)+Igauss9(V)
其中Igauss1(V)＝exp2(-4*π2*V2*P2/2)Igauss2(V)＝exp2(-4*π2*(V-100)2*P2/2)Igauss3(V)＝exp2(-4*π2*(V-200)2*P2/2)Igauss4(V)＝exp2(-4*π2*(V-300)2*P2/2)Igauss5(V)＝exp2(-4*π2*(V-400)2*P2/2)Igauss6(V)＝exp2(-4*π2*(V+100)2*P2/2)Igauss7(V)＝exp2(-4*π2*(V+200)2*P2/2)Igauss8(V)＝exp2(-4*π2*(V+300)2*P2/2)Igauss9(V)＝exp2(-4*π2*(V+400)2*P2/2)其中V是以GHz為單位的頻率，exp是指數(shù)函數(shù)。
采用下述的方式來選擇高斯濾波器的參數(shù)(寫成p)，即高斯濾波器18的模式的半高寬度等于構(gòu)成信道的高斯脈沖的半高頻譜的兩倍。
在圖4和5中，虛線分別表示對(duì)于p值等于T0/2.20*le-3和p值等于T0/2.00*le-3的周期高斯濾波器18的強(qiáng)度響應(yīng)，各自對(duì)應(yīng)于2dB和3dB的調(diào)制深度。為了獲得4dB的調(diào)制深度，則p值應(yīng)當(dāng)?shù)扔赥0/1.86*le-3。
圖6中虛線顯示了具有等于4dB的調(diào)度深度的周期正弦濾波器18的強(qiáng)度響應(yīng)。
本發(fā)明的周期正弦濾波器18的強(qiáng)度分布的數(shù)學(xué)公式為如下Lsine(V)＝(1-M)+M*sin2(2*π*(V+50)/200)其中參數(shù)M用作調(diào)整正弦濾波器的調(diào)制深度。在上述實(shí)例中，濾波器的周期是100GHz，也就是，在傳輸信道之間的頻譜間隔。為了獲得分別等于2dB、3dB和4dB的調(diào)制深度，M的值應(yīng)當(dāng)?shù)扔?.365，0.5和0.6。
本發(fā)明并不局限于以上敘述的實(shí)施例?？梢允褂萌魏喂鈱W(xué)裝置作為噪聲抑制部件，只要該噪聲抑制部件提供基本為階梯形狀的轉(zhuǎn)移函數(shù)(類似可飽和吸收器的轉(zhuǎn)移函數(shù))，以抑制位于閾值強(qiáng)度以下的最大強(qiáng)度的所有信號(hào)，同時(shí)允許超過閾值強(qiáng)度的最大強(qiáng)度的信號(hào)通過。
例如，可以使用NOLM。
還可以使用一種高非線性光纖，它的諸如相位自調(diào)制或者相位交叉調(diào)制的物理效應(yīng)使得能夠獲得期望的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
因此，可以清楚地看到上述的光學(xué)再生裝置(即把周期性高斯或者正弦濾波器與可飽和吸收器相結(jié)合)能夠以完全無源的方式光學(xué)再生DM孤子脈沖信號(hào)，也可以同時(shí)再生給定信號(hào)的所有復(fù)用信道。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)再生脈沖的裝置，該裝置包括光學(xué)帶通濾波器，該光學(xué)帶通濾波器適于提供色散管理孤子脈沖的時(shí)間同步和強(qiáng)度穩(wěn)定，該帶通濾波器適于通過多個(gè)不同的經(jīng)濾波器衰減的頻帶成對(duì)地分離的預(yù)定頻帶，以便同時(shí)過濾光學(xué)信號(hào)中的多個(gè)頻率復(fù)用脈沖，該裝置還包括不同于帶通濾波器的噪聲抑制部件，并且該帶通濾波器呈現(xiàn)低的調(diào)制深度。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中濾波器的調(diào)制深度在要被再生的脈沖的頻率高度的10％到60％的范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中濾波器的調(diào)制深度在0.5dB到4dB的范圍，并且優(yōu)選地在1dB到4dB的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中噪聲抑制部件包括可飽和吸收器，它用于抑制放大的自發(fā)射噪聲。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中噪聲抑制部件包括非線性光學(xué)回路反射鏡，它用于抑制放大的自發(fā)射噪聲。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中噪聲抑制部件包括高非線性光纖，它用于抑制放大的自發(fā)射噪聲。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)呈現(xiàn)基本高斯分布或正弦分布。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)再生裝置，其中濾波器的半高頻寬基本等于要被再生的脈沖的半高頻寬度的兩倍。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)再生裝置，其中濾波器在頻率上是周期性的。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)再生裝置，其中濾波器是法布里-泊羅型濾波器。
11.一種用于色散管理孤子脈沖的光學(xué)傳輸設(shè)備，該設(shè)備包括光脈沖傳播部件，還包括插入到該傳播部件中的根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)再生脈沖的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)傳輸設(shè)備，其中在脈沖的頻譜寬度到達(dá)最大值的點(diǎn)附近，將再生裝置插入到傳播部件中。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)傳輸設(shè)備，其中光脈沖傳播部件包括具有異常色散的第一傳播部件和具有正常色散的第二傳播部件，調(diào)整光脈沖傳播部件以使得脈沖在第一傳播部件的中間附近到達(dá)最大頻譜寬度。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置的用途，用于再生色散管理孤子脈沖。
全文摘要
本發(fā)明特別涉及一種用于光學(xué)再生脈沖的裝置，該裝置包括一個(gè)適用于提供色散管理孤子脈沖的時(shí)間同步和強(qiáng)度穩(wěn)定的光學(xué)帶通濾波器。該裝置還包括不同于帶通濾波器的噪聲抑制部件。
文檔編號(hào)H04B10/2507GK1838571SQ200610073948
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者E·潘斯明 申請(qǐng)人:法國電訊公司