專利名稱：：一種基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種全光信息處理器件的方法和系統(tǒng)，特別是一種利用半導(dǎo)體光放大器的偏振調(diào)制效應(yīng)實現(xiàn)全光2-電平光強度編碼調(diào)制到4-電平光強度編碼調(diào)制的轉(zhuǎn)換方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：全光網(wǎng)與全光信息處理是光通信乃至通信、信息處理的目標(biāo)所在。因此全光信息處理與光-光直接變換是目前光通信領(lǐng)域的研究熱點。通信系統(tǒng)中，為提高信息的傳輸效率，采用多電平調(diào)制的方法，可實現(xiàn)傳輸碼率的提高。兩電平調(diào)制時，高低電平分別代表"1"和"0"碼，而當(dāng)4電平調(diào)制時，則每個電平代表"00、01、10、11"，即兩位信息。同理對2-電平編碼調(diào)制信號，其每個電平攜帶的信息量為n個，因此通過多電平調(diào)制，可以實現(xiàn)在相同傳送頻帶內(nèi)傳送更多的信息量，即提高了傳輸碼率。在電通信領(lǐng)域主要有多電平調(diào)制、正交幅度調(diào)制等技術(shù)，來實現(xiàn)傳輸碼率的提高。在光纖傳輸媒質(zhì)上，由于光纖本身的巨大傳輸帶寬，因此一直以來兩光電平的光強度調(diào)制一直占據(jù)著主要地位。但長距離高碼率時，由于工作在1550nm的光纖具有較大的色散系數(shù)，因此系統(tǒng)需要色散補償。而如果采用多電平調(diào)制技術(shù)，同樣的傳輸碼率，可大大減少信號的調(diào)制帶寬，從而減小系統(tǒng)色散的影響。因此近年關(guān)于光多電平調(diào)制、光相移鍵控、光多偏振態(tài)調(diào)制等光調(diào)制技術(shù)正在成為研究熱點。實現(xiàn)多光電平調(diào)制、或?qū)?-電平信號轉(zhuǎn)換成4-電平的方法主要目前可通過電-光調(diào)制或光-電-光的方法實現(xiàn)，而光-光直接轉(zhuǎn)換的方式較少。未來的全光網(wǎng)、全光信息處理是光通信及信息處理的發(fā)展方向。本發(fā)明根據(jù)半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制特性，發(fā)現(xiàn)(1)信號光沿TE模偏振方向進(jìn)入SOA時，偏振態(tài)不受調(diào)制信號的影響，輸出光依然保持線偏振態(tài)。(2)兩路2-電平調(diào)制信號沿TE、TM模進(jìn)入SOA的調(diào)制光對TE模式的被調(diào)制信號光的互增益調(diào)制具有差異性。由這兩個特點實現(xiàn)了光-光2-4電平編碼調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換。光-光2-4電平編碼調(diào)制轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)方法主要有文獻(xiàn)(1)"All-optical2-to-4levelencoderbasedoncrosspolarizationmodulationinasemiconductoropticalamplifierutilizedtodevelopanall-optical2inputdigitalmultiplexer"，H.SotoandA.Gutierrez,OpticalExpress,Vol.14，No.20，pp9000_9005,2006利用了SOA的偏振調(diào)制效應(yīng)實現(xiàn)了2-4光多電平調(diào)制的轉(zhuǎn)換，其與本發(fā)明不同之處為(1)要求兩路2-電平輸入信號光同向偏振合波注入SOA;(2)輸入信號光信號功率之比需要滿足較大的比例關(guān)系，因此輸入端信號需要光放大；(3)輸出端需要加檢偏器；(4)由于檢偏輸出，由入射調(diào)制與被調(diào)制信號的光強改變而引起的SOA中TE、TM模之間干涉相位差的變化，會導(dǎo)致調(diào)制曲線的改變。文獻(xiàn)(2)"Reconfigurablemulti-levelphaseshiftkeyingencoder-decoderforall-opticalnetworks"，Mokhtar,M.R.,Ibsen,M.,Teh，P.C.andRichardson,D.J".IEEEPhotonicsTechnologyLetters,Vol.15,No.3,pp431-433.利用光纖光柵實現(xiàn)全光光相移鍵控編解碼。為多相位編解碼，而非多電平光強度調(diào)制編碼。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法和系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換；輸出為線偏振光，無需檢偏，簡化系統(tǒng)的復(fù)雜程度，并且調(diào)制曲線不受干涉相位差變化的影響；控制信號光與被調(diào)制信號光可同向或反向輸入；通過調(diào)節(jié)兩調(diào)制信號光功率，實現(xiàn)4--電平輸出信號的等間距輸出；通過調(diào)節(jié)S0A的工作電流可實現(xiàn)輸出動態(tài)范圍的調(diào)節(jié)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，兩路2-電平光強度調(diào)制信號正交偏振合波后與被調(diào)制信號光反向或同向輸入S0A實現(xiàn)對信號光的4-電平強度調(diào)制的編碼轉(zhuǎn)換。在上述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，所述兩路2-電平光強度調(diào)制信號分別經(jīng)兩個偏振控制器后進(jìn)入光iH交偏振耦合器，實現(xiàn)正交偏振合波，再經(jīng)一個偏振控制器后，分別沿S0A的TE、TM模方向與被調(diào)制信號光反向或同向輸入S0A。在上述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，所述被調(diào)信號光經(jīng)一個偏振控制器后，以相對于S0A的TE模方向進(jìn)人S0A。在上述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，由SOA輸出的光經(jīng)中心波長為被調(diào)制信號光波長的光濾波器后，其特征在于信號光沿TE模方向注入SOA，調(diào)制后的輸出光偏振態(tài)不變，依然保持TE模方向線偏振狀態(tài)，無TM模分量，無需檢偏。輸出信號不受SOA調(diào)制相位的變化的影響。在上述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，可通過調(diào)節(jié)兩路2-電平調(diào)制光脈沖強度，實現(xiàn)輸出被調(diào)制信號的4-電平間隔相等。在上述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器的工作電流，可改變其飽和功率，從而實現(xiàn)4-電平之間光強間隔的調(diào)節(jié)。在上述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，兩路2-電平輸入信號光的正交偏振合波注入S0A，當(dāng)兩路光信號同時為高光電平或低光電平(即同時為"1"或"0")時，對被調(diào)制信號的調(diào)制曲線相同，但入射調(diào)制信號光強不同；兩路光信號分別為高低電平時(即"10"或"01")時，對被調(diào)制信號光的調(diào)制曲線不同。因此輸出的信號光具有4種不同的調(diào)制深度，輸出4-電平編碼調(diào)制信號。本發(fā)明的原理如下在S0A中，由于SOA的體結(jié)構(gòu)等因素導(dǎo)致的各向異性，使得分配于TE、TM模的載流子不同，因此導(dǎo)致被調(diào)制信號的TE、TM模的增益與傳輸相位隨被調(diào)制信號光的強度及偏振方向的不同而不同。TE、TM模的相位差為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(i)TE、TM模的相應(yīng)增益為:(2)其中:(3)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>輸出信號則可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>輸出TE、TM模式的光強分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>由式(1，2，3)可見，欲求出輸出光，最主要是求出不同輸入狀態(tài)下，分配到TE、TM的載流子數(shù)，即"花(,)、"rM(,)。wr￡(f)、"tmW的求取可利用S0A的傳輸方程(6)求得。(5)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中f由S0A的各向異性引起的固有雙折射決定，sp為S0A中載流子壽命，Se/m分別為S0A中TE、TM模的光子密度?？梢栽O(shè)信號周期內(nèi)的載流子達(dá)到穩(wěn)態(tài)，由式(6)可以得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(8)根據(jù)得到的"，(f)、wre(0，可計算得出輸出端的TE、TM模的光功率以及總輸出光功率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點(1)利用SOA的互偏振調(diào)制效應(yīng)。正交偏振合波的兩路2-電平輸入信號光，沿SOA的TE、TM模方向進(jìn)入SOA后，兩者共同作用和分別單獨作用時，對沿TE模方向進(jìn)入SOA的被調(diào)制信號光的調(diào)制響應(yīng)曲線不同。當(dāng)兩路調(diào)制信號同時為高光電平或低光電平(即同時為"1"或"0")時，對被調(diào)信號的調(diào)制響應(yīng)相同，但調(diào)制深度不同；信號1和信號2分別為"10"、"01"時，對被調(diào)制信號光的調(diào)制曲線不同，因此實現(xiàn)了由兩路2-電平信號到4-電平輸出信號的編碼調(diào)制轉(zhuǎn)換。(2)輸入信號光為TE模方向的線偏振光，輸出時保持TE模方向的線偏振態(tài)不變，不需已報道文獻(xiàn)(1)的方法中的輸出偏振檢偏器，簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。(3)輸入信號光為TE方向的線偏振光，輸出時保持線TE模的線偏振態(tài)不變。不需已報道文獻(xiàn)(l)的方法中的偏振檢偏器，避免了由輸入信號強度變化導(dǎo)致TE、TM模間干涉相位差變化而引起的相位噪聲。(4)控制信號光與被調(diào)制信號光可同向或反向輸入。(5)SOA的非線性效應(yīng)不僅體現(xiàn)在光-光調(diào)制效應(yīng)，而且也有電光控制效應(yīng)。通過調(diào)節(jié)SOA的工作電流，可實現(xiàn)信號輸出動態(tài)范圍的調(diào)節(jié)。圖1是本發(fā)明的被調(diào)制光與2-電平調(diào)制信號光反向注入SOA的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的被調(diào)制光與2-電平調(diào)制信號光同向注入SOA的系統(tǒng)框圖。圖3系統(tǒng)輸入2-電平調(diào)制信號波形與輸出4-電平信號波形圖。圖4是兩路正交偏振信號分別或共同作用時的調(diào)制曲線圖。圖5是改變SOA的驅(qū)動電流時輸出4-電平信號曲線圖。具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合如下參見圖1和圖2，本基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法是將兩路2-電平光強度調(diào)制信號光A1、A2正交偏振合波后與被調(diào)信號光入s反向或同向輸入SOA3實現(xiàn)對信號光的4-電平光強度調(diào)制的編碼轉(zhuǎn)換。具體方法是將上述兩路2-電平光強度調(diào)制信號光入l、入2分別經(jīng)兩個偏振控制器7、8后進(jìn)入光偏振合波器6實現(xiàn)正交偏振合波，再經(jīng)偏振控制器5，調(diào)節(jié)兩信號光的偏振方向分別與S0A—3的TE、TM模方貞一致后，再經(jīng)光纖耦合器4與被調(diào)制信號光入s反向或同向輸入S0A3;被調(diào)信號光入s經(jīng)偏振控制器2后，以相對于S0A3的TE模方向進(jìn)入S0A3;由S0A3輸出的光經(jīng)中心波長為人s的光濾波器9后，輸出TE模偏振方向的線偏振4-電平光脈沖信號，實現(xiàn)兩光電平到四光電平的光-光調(diào)制的編碼轉(zhuǎn)換。參見圖1和圖2，本基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含有一個S0A3、4個偏振控制器2，5，7，8、一個光纖耦合器4和一個偏振合波器6。兩路2-電平光強度調(diào)制信號Al、A2分別各經(jīng)一個偏振控制器7、8后接入一個正交偏振耦合器6，然后再經(jīng)一個偏振控制器5后，與被調(diào)制信號光As反向或同向接入S0A3，被調(diào)制光信號入s經(jīng)一個偏振控制器2后接入S0A3，S0A3的輸出光經(jīng)一個中心波長為入s的光濾波器9后，輸出TE模偏振方向的線偏振4-光電平光脈沖信號。圖3示出本系統(tǒng)的輸出輸入特性，其中，(a)(b)為輸入信號、的兩路2-電平光脈沖信號。(c)為輸出信號波形。對應(yīng)的真值表為<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>圖4給出的是各向異性的S0A，調(diào)制信號分別沿TE或TM模方向輸入時，對沿TE模方向輸入的被調(diào)制信號的互增益調(diào)制效應(yīng)。當(dāng)輸入調(diào)制光由Ol變?yōu)?0時，輸出信號光由曲線(a)上的B點跳至曲線(b)上的C點；當(dāng)信號由10)變?yōu)?1時，輸出信號跳至曲線(c)上的D點；當(dāng)信號由11變?yōu)?0時，輸出信號沿曲線(c)跳至A點。圖5給出的是改變S0A的驅(qū)動電流時，4個電平間隔的變化。可見通過改變SOA的驅(qū)動電流可以實現(xiàn)輸出信號的動態(tài)范圍的調(diào)節(jié)。權(quán)利要求1.一種基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，其特征在于兩路2-電平光強度調(diào)制信號正交偏振合波后與被調(diào)制信號光反向或同向輸入SOA實現(xiàn)對信號光的4-電平強度調(diào)制的編碼轉(zhuǎn)換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述兩路2-電平光強度調(diào)制信號分別經(jīng)兩個偏振控制器后進(jìn)入光正交偏振耦合器實現(xiàn)正交偏振合波，再經(jīng)一個偏振控制器后，分別沿S0A的TE、TM模方向與被調(diào)制信號光反向或同向輸入SOA。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述被調(diào)信號光經(jīng)一個偏振控制器后，以相對于S0A的TE模方向進(jìn)入S0A。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，其特征在于由SOA輸出的光經(jīng)中心波長為被調(diào)制信號光波長的光濾波器后，其特征在于信號光沿TE模方向注入SOA，調(diào)制后的輸出光偏振態(tài)不變，依然保持TE模方向線偏振狀態(tài)，無TM模光分量，無需檢偏。輸出信號不受SOA調(diào)制相位的變化的影響。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，其特征在于可通過調(diào)節(jié)兩路2-電平調(diào)制光脈沖強度，實現(xiàn)輸出被調(diào)制信號的4-電平間隔相等。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法，其特征在于通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器的工作電流，可改變其飽和功率，從而實現(xiàn)4-電平之間光強間隔的調(diào)節(jié)。7.—種基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法中，包括一個S0A、一個偏振合波器、一個光纖耦合器和四個偏振控制器，其特征在于兩路2-電平光強度調(diào)制信號分別各經(jīng)一個偏振控制器后接入一個偏振合波器，然后再經(jīng)一個偏振控制器后，與被調(diào)制信號光反向或同向接入所述S0A;被調(diào)制光信號經(jīng)一個偏振控制器后接入S0A，同向注入時輸出端需加光濾波器。反向注入時可不必加此濾波器。S0A的輸出光即為4-電平調(diào)制線偏振輸出光。全文摘要本發(fā)明涉及一種基于半導(dǎo)體光放大器的正交偏振調(diào)制的光-光2-4電平編碼轉(zhuǎn)換方法和系統(tǒng)。本方法是兩路2-電平光強度調(diào)制信號正交偏振合波后與被調(diào)制信號光反向或同向輸入SOA實現(xiàn)對信號光的4-電平強度調(diào)制的編碼轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)是兩路2-電平光強度調(diào)制信號分別各經(jīng)一個偏振控制器后接入光正交偏振耦合器，然后再經(jīng)一個偏振控制器后，與被調(diào)制信號光反向或同向接入SOA，被調(diào)制光信號經(jīng)偏振控制器后接入SOA，SOA輸出光經(jīng)光濾波器后，輸出4-電平調(diào)制信號。本發(fā)明簡化了系統(tǒng)復(fù)雜程度，直接輸出線偏振光，通過調(diào)節(jié)調(diào)制信號功率之比實現(xiàn)功率等間距輸出，通過調(diào)節(jié)SOA的工作電流實現(xiàn)動態(tài)輸出范圍調(diào)節(jié)。文檔編號G02F2/00GK101308313SQ20081004005公開日2008年11月19日申請日期2008年7月1日優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日發(fā)明者張羽飛,王廷云,王春華,蔣志立,高長亮,黃肇明申請人:上海大學(xué)