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1、(10)申请公布号 CN 103346854 A (43)申请公布日 2013.10.09 CN 103346854 A *CN103346854A* (21)申请号 201310287090.2 (22)申请日 2013.07.09 H04J 14/08(2006.01) G02F 2/00(2006.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 1 号 (72)发明人 霍力 姜向宇 邢燕飞 娄采云 (74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11201 代理人 廖元秋 (54) 发明名称 一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用 装置 。
2、(57) 摘要 本发明涉及一种基于孔径受限时间透镜的时 分解复用装置， 属于高速光通信技术领域， 该解复 用器包括偏振控制器， 相位调制器， 色散介质单 元， 强度调制器， 色散补偿单元， 帧时钟源， 功分 器， 两个移相器及两个功率放大器 ； 其中偏振控 制器、 相位调制器、 色散介质单元、 强度调制器和 色散补偿单元依次光学连接 ； 帧时钟源， 第一移 相器、 功分器、 第二移相器依次相连 ； 第一、 第二 放大器的输入端分别与功分器、 第二移相器的输 出端相连接 ； 第一、 第二放大器的输出端分别与 相位调制器和强度调制器相连。本装置具有结构 简单、 性能稳定、 功率代价低的优点。 (5。
3、1)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103346854 A CN 103346854 A *CN103346854A* 1/1 页 2 1. 一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置， 其特征在于， 该解复用器包括偏 振控制器， 相位调制器， 色散介质单元， 强度调制器， 色散补偿单元， 帧时钟源， 功分器， 两个 移相器及两个功率放大器 ； 其中偏振控制器、 相位调制器、 色散介质单元、 强度调制器和色 散补偿单元依次光学连接 ； 帧。
4、时钟源， 第一移相器、 功分器、 第二移相器依次相连 ； 第一、 第 二放大器的输入端分别与功分器、 第二移相器的输出端相连接 ； 第一、 第二放大器的输出端 分别与相位调制器和强度调制器相连。 2.如权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述偏振控制器采用Fiber Logix三个环的 机械偏振控制器， 通过改变缠绕光纤的弯曲程度改变光纤横截面的应力分布， 从而改变光 信号的偏振态， 使得光信号对准相位调制器的轴。 3. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述帧时钟源输出正弦微波信号。 4. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述相位调制器在帧时钟驱动下产生正弦 啁啾， 。
5、其中负啁啾部分可与色散介质单元中反常色散介质， 正啁啾部分可与色散介质单元 中正常色散介质构成发散时间透镜。 5. 如权利要求 4 所述的装置， 其特征在于， 所述发散时间透镜用作充分挤压解复用非 目标信号到帧时钟周期的边缘。 6. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述强度调制器采用铌酸锂强度调制器， 用 于产生时间孔径。 7. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述色散补偿单元用于补偿发散时间透镜 的啁啾， 压缩解复用信号的宽度。 权 利 要 求 书 CN 103346854 A 2 1/4 页 3 一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置 技术领域 0001 本发明。
6、属于高速光通信技术领域， 特别涉及光时分解复用装置。 背景技术 0002 光时分解复用是光时分复用 （OTDM） 通信系统中的关键技术之一， 同时也是光时分 通信系统中的难点技术。目前采用的光时分解复用技术主要有两种 ： 全光解复用和电光解 复用。其中全光解复用是利用非线性材料的非线性效应实现的光控开关技术， 常用的非线 性器件有高非线性光纤 （HNLF） 、 半导体光放大器 （SOA） 、 硅波导 （Silicon Waveguide） 和周 期极化铌酸锂 （PPLN） 。利用高非线性光纤的解复用器典型结构是非线性光纤环镜 （NOLM） ， 目前 NOLM 环已经可以成功应用到单信道 1.2。
7、8Tb/s 复用信号的解复用中。由于环内需要放 置偏振控制器， 影响了系统的稳定性。 另外全光解复用还存在着明显的缺点， 需要与信号帧 时钟速率相同的高质量同步脉冲， 致使其结构复杂。 0003 相比之下， 电光解复用具有结构简单， 性能稳定的优点。目前存在的最大问题是， 如何将现有的电光解复用技术应用到更高的速率上。电吸收调制器 （EAM） 可以实现约 5ps 的时间窗， 这样的开关窗宽度很难应用于 160Gb/s 以上速率的解复用中。由于 EAM 是吸收 器件， 一方面是需要的输入功率较大， 另外插入损耗极大， 损耗大使得光信号的 OSNR 严重 恶化， 影响了解复用信号的质量， 也增加了。
8、解复用功率代价。而铌酸锂 （LiNbO3） 调制器可以 做到很低的插入损耗， 功率代价低， 但是单个 LiNbO3马赫 - 曾德尔调制器 （MZM） 的开关窗太 宽， 限制了其在解复用方面的应用。相继提出的改进方案有级联 MZM、 双平行 MZM 以及在光 纤环镜中插入双平行MZM或偏振控制器。 在2012年OFC会议文章 160Gbaud/s to40Gbaud/ s OTDM-DQPSK De-multiplex Based on a Dual Parallel Mach-Zehnder Modulator 中提 出利用双平行 MZM， 复用信号分为两支后分别经过马赫 - 曾德尔调制器， 。
9、然后进行干涉， 实 现了160Gb/s到40Gb/s的无误码解复用， 功率代价约为0.6dB， 但系统需要施加3个直流偏 置， 过多的直流偏置影响了其稳定性。 0004 日本 Fujitsu 公司 2006 年申请的一项名为 “时钟提取方法和装置”专利 （US2006/093375A1） 中利用相位调制器和色散介质改善装置性能， 其结构如图 1 所示， 包括 由依次相连的相位调制器 11A、 色散介质 11B、 电光开关门 12、 光电转换器 13、 电路 14， 以及 分别与相位调制器、 电光开关门输入端相连的两个移相器 16A、 16B， 分别与两个移相器相连 的功分器 15B， 和分别与。
10、功分器 15B 输入端和电路输出端相连的功分器 15A。复用信号依次 经过相位调制器、 色散介质和电光开关门， 之后进行光电转换， 再由电路中的窄带滤波器提 取出时钟信号， 其工作过程是复用信号经过相位调制器后位于上下啁啾的光的波长具有差 别 （极其微小） ， 不同波长的光信号因在色散介质中群延时不同， 输出信号的比特间距不再 均匀， 关注的支路信号与相邻信号间距变大， 经过电光开关门分离出来， 经过光电转换为电 信号， 电信号经过电路中的窄带滤波提取出电时钟信号。该发明专利中滤波器对时钟提取 起到重要作用。 说 明 书 CN 103346854 A 3 2/4 页 4 发明内容 0005 本。
11、发明的目的是为克服已有技术的不足之处， 提出一种基于孔径受限时间透镜的 光时分解复用装置。 本发明基于等价时间窗概念采用发散时间透镜对现有开关窗进行等效 的缩小， 使其能够应用于100Gb/s乃至更高速率的OTDM信号解复用中， 具有结构简单、 性能 稳定、 功率代价低的优点。 0006 本发明提出的一种基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置， 其特征在于， 该 解复用器包括偏振控制器， 相位调制器， 色散介质单元， 强度调制器， 色散补偿单元， 帧时钟 源， 两个移相器， 两个功率放大器及功分器 ； 其中偏振控制器、 相位调制器、 色散介质单元、 强度调制器和色散补偿单元依次光学连接 ； 帧。
12、时钟源， 第一移相器、 功分器、 第二移相器依 次相连 ； 第一、 第二放大器的输入端分别与功分器、 第二移相器的输出端相连接 ； 第一、 第 二放大器的输出端分别与相位调制器和强度调制器相连。 0007 所述偏振控制器可采用 Fiber Logix 三个环的机械偏振控制器， 通过改变缠绕光 纤的弯曲程度改变光纤横截面的应力分布， 从而改变光信号的偏振态， 使得光信号对准相 位调制器的轴。 0008 所述帧时钟源输出正弦微波信号。 0009 所述相位调制器在帧时钟驱动下产生正弦啁啾， 其中负啁啾部分可与色散介质单 元中反常色散介质， 正啁啾部分可与色散介质单元中正常色散介质构成发散时间透镜。 。
13、0010 所述发散时间透镜用作充分挤压解复用非目标信号到帧时钟周期的边缘。 0011 所述强度调制器可采用铌酸锂强度调制器， 用于产生时间孔径 （解复用开关窗） 。 0012 所述色散补偿单元用于补偿发散时间透镜的啁啾， 压缩解复用信号的宽度。 0013 本发明的特点及有益效果 ： 0014 a) 开关窗窄， 便于实现高速率解复用 ； 0015 基于等价时间窗变换， 在利用发散时间透镜时， 等效的时间窗口会变窄， 减小了 LiNbO3调制器的开关窗宽度。另外， 这种等价的时间窗变换时分解复用器在一个帧时钟周 期内， 当 N 路中的一路光信号与发散时间透镜中心对准时， 色散介质引入的群速度色散会。
14、 导致信号脉冲串以发散时间透镜的中心为中心向两侧拉伸。 结果其它非目标路信号则被充 分挤压到帧时钟周期的边缘， 等价地减小了对开关窗宽度的要求。模拟计算得到在相位调 制器调制系数为 8 时可以实现 8 路信号的解复用。 0016 b) 控制简单， 性能稳定 ； 0017 与其它的 LiNbO3调制器改进方案相比， 相位调制器不需要加直流偏置 ； 色散光纤 的长度仅由相位调制器的调制系数确定， 不需要调节其它参数 ； 相位调制器和强度调制器 由稳定的电移相器控制同步， 系统工作稳定。 0018 c) 插入损耗小， 接收灵敏度高 ； 0019 目前商用的 LiNbO3强度和相位调制器的插入损耗可以。
15、做到 3dB， 色散介质的损耗 在 1dB 以内。在进行的 100-25Gb/s 信号解复用实验中， 误码率为 10-9时， 最差信道的接收 灵敏度约为 -28dBm。 0020 d) 需要的输入信号功率低。 0021 解复用器是将相位调制器、 色散介质和强度调制器级联而成， 相比高非线性光纤 和 EAM 解复用器， 需要的信号功率低。 说 明 书 CN 103346854 A 4 3/4 页 5 0022 本发明利用等价时间窗变换， 利用发散时间透镜实现对开关窗的等效缩小， 同时 使非目标信号会聚并远离目标信号， 减小了对开关窗的要求， 从而可以实现更高速率的 OTDM 解复用。 附图说明 。
16、0023 图 1 为 Fujitsu 专利时钟提取结构装置图。 0024 图 2 为本发明的基于孔径受限时间透镜的光时分解复用装置的总体结构图。 0025 图 3(a) 为实施例中复用前 25Gb/s 信号眼图。 0026 图 3(b) 为实施例中复用后 100Gb/s 信号眼图。 0027 图 3(c) 为实施例中 100Gb/s 信号经过相位调制器和标准单模光纤后信号眼图。 0028 图 3(d) 为实施例中强度调制器后透过的信号眼图。 0029 图 3(e) 为实施例中色散补偿光纤后解复用信号眼图。 0030 图 4 为实施例测得误码率数据。 具体实施方式 0031 本发明提出的一种基于。
17、孔径受限时间透镜的光时分解复用装置， 结合附图及实施 例详细说明如下 ： 0032 本发明的基于孔径受限时间透镜的时分解复用装置如图 2 所示， 该解复用器包括 偏振控制器 1， 相位调制器 2， 色散介质单元 3， 强度调制器 4， 色散补偿单元 5， 帧时钟源 6， 移相器 7 和 8， 功率放大器 9 和 10， 功分器 11 ； 其中偏振控制器 1、 相位调制器 2、 色散介质 单元 3、 强度调制器 4 和色散补偿单元 5 依次光学连接 ； 帧时钟源 6， 第一移相器 7、 功分器 11 和第二移相器 8 依次相连 ； 第一、 第二放大器 9 和 10 的输入端分别与功分器 11、 。
18、第二移 相器 8 的输出端相连接 ； 第一、 第二放大器 9 和 10 的输出端分别与相位调制器 2 和强度调 制器 4 相连。 0033 本发明的工作过程为 ： 复用光脉冲信号经过偏振控制器 1 调节入射到相位调制器 信号的偏振态。相位调制器 2 与色散介质单元 3 构成发散时间透镜， 为复用光信号引入啁 啾。移相器 8 用于调节时间透镜中相位调制器 2 和强度调制器 4 的相对关系， 使强度调制 器开关窗中心与相位调制器引入的负啁啾 （正啁啾） 中心对准。调节移相器 7 使得选择的一 路目标信号处于发散时间透镜的中心， 色散介质单元 3 引入群速度色散使得其它 N-1 路非 目标光信号被充。
19、分挤压到帧时钟周期的边缘。强度调制器 4 产生一个时间开关窗， 提取出 目标信号。色散补偿单元 5 补偿发散时间透镜 （相位调制器和色散介质单元） 引入的啁啾， 使解复用的一路目标信号恢复原始宽度， 提高误码测试曲线的灵敏度。帧时钟源 6 为相位 调制器 2 和强度调制器 4 提供时钟源信号。功分器 11 将微波时钟信号分配加载至相位调 制器2和强度调制器4， 功率放大器9和10对时钟源输出的信号进行放大， 分别为相位调制 器 2 和强度调制器 4 提供驱动， 相位调制器 2 的驱动电压不同可以改变相位调制器的相位 调制系数， 色散介质的色散量需随相位调制器的调制指数作相应的变更， 以保证对解。
20、复用 非目标信号实现最大挤压。 0034 下面结合附图及实施例对本发明解复用装置的各部件进一步说明 ： 0035 本发明的偏振控制器 1 采用 Fiber Logix 三个环的机械偏振控制器， 通过改变缠 说 明 书 CN 103346854 A 5 4/4 页 6 绕光纤的弯曲程度改变光纤横截面的应力分布， 从而改变光信号的偏振态， 使得光信号对 准相位调制器 2 的轴。以此解决相位调制器的调制系数对光偏振态敏感的问题。 0036 本发明的相位调制器2采用EOSPACE PM-DV5-40-PFU-PFU-LV铌酸锂相位调制器， 在 25GHz 的半波电压约为 3.6V ； 0037 色散介。
21、质单元 3 采用 350m 标准单模光纤 SSMF ； 0038 强度调制器 4 采用 SUMITOMO T.MXH1.5DP-40PD-ADC-LV-S-C 铌酸锂强度调制器 ； 色散补偿单元 5 采用长度约 80m 色散补偿光纤 DCF ； 0039 帧时钟源 6 采用 Agilent N5183A 信号发生器， 输出 25GHz 正弦微波信号 ； 0040 第一、 第二移相器 7 和 8 采用 ATM 公司微波移相器， 加载射频时钟信号， 用于改变 时钟信号的相位。 0041 第一功率放大器9采用饱和功率输出为27dBm放大器， 为相位调制器提供约为2 的相位调制系数。第二功率放大器 1。
22、0 为微波放大器， 用于放大移相器输出的射频时钟信 号， 加载至强度调制器 4 上。 0042 功分器 11 采用 25GHz 功分器。 0043 实施例 0044 本实施例可实现 100Gb/s-25Gb/s 信号解复用。由 4 路脉冲宽度约为 4ps 的 25G 信号， 如图 3(a) 所示， 复用至 100G， 如图 3(b) 所示。 0045 本实施例的结构如图 2 所示， 各部件采用上述实现方式。 0046 本实施例的工作过程为 ： 复用信号经过偏振控制器 1 后连接至相位调制器 2， 本实 施例中相位调制器 2 的调制系数约为 2。经过相位调制器 2 与 350m 单模光纤 （色散。
23、介质 单元 3） 组成的发散时间透镜， 非目标信号会聚并充分挤压至帧时钟周期边缘， 与目标信号 分离， 如图 3(c) 所示。经过强度调制器 4 （光开关窗） 后提取出一路目标信号， 如图 3(d) 所 示。解复用信号再经过约 80m 色散补偿光纤 （色散补偿单元 5） 后恢复出窄脉冲形状， 如图 3(e) 所示。 0047 利用Agilent N4901B误码仪对四路解复用信号分别测量误码率， 图4所示即为本 实施例解复用器的误码率数据， 其中实心方块表示背靠背信号误码率， 实心圆表示没有采 用时间透镜直接使用强度调制器解复用误码率， 空心三角表示使用本发明解复用器时解复 用误码曲线。 误码。
24、测量结果给出直接使用强度调制器解复用误码率在10-4量级即有误码平 台， 而本专利得到的该解复用器接收灵敏度约为 -29dBm， 功率代价约为 1.1dB。调节移相器 7， 可以实施对其它路信号的解复用。 0048 以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通 技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 说 明 书 CN 103346854 A 6 1/4 页 7 图 1 图 2 图 3(a) 说 明 书 附 图 CN 103346854 A 7 2/4 页 8 图 3(b) 图 3(c) 说 明 书 附 图 CN 103346854 A 8 3/4 页 9 图 3(d) 图 3(e) 说 明 书 附 图 CN 103346854 A 9 4/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103346854 A 10 。