光通信中的全光信号处理-绪论ppt课件

1、光通讯中的全光信号处置技术光通讯中的全光信号处置技术 第一章第一章 绪论绪论光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？为什么要为什么要“全光信号处置？全光信号处置？什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置的根本实际根底是什么？全光信号处置的根本实际根底是什么？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？些？一一 光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？ 光通讯网络的蓬勃开展依赖于两大中心技术的突破，一是光通讯网络的蓬勃开展依赖于两大中心技术的突破，一是光传输技术，另一个是光交换技术。在传输层，光时分复用光传输

2、技术，另一个是光交换技术。在传输层，光时分复用OTDM技术可望在密集波分复用技术可望在密集波分复用DWDM根底上进一步根底上进一步提高传输容量，再辅以高级调制码型技术提高单个码元的信息提高传输容量，再辅以高级调制码型技术提高单个码元的信息容量，光传输技术曾经获得突飞猛进的开展。目前曾经报道了容量，光传输技术曾经获得突飞猛进的开展。目前曾经报道了传输速率超越传输速率超越 10Tbit/s、传输间隔超、传输间隔超1000km 的处理方案。的处理方案。光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？图图1 波分复用波分复用WDM光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？图图2 时分复用时分复用OTDM光纤通讯研讨什么

3、？光纤通讯研讨什么？图图3 单波长信道传输速率的开展情况单波长信道传输速率的开展情况光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？图图4 跨洋通讯的单纤传输容量增长情况跨洋通讯的单纤传输容量增长情况光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？ 而在光网络的节点处需求相匹配的光交换技术来处置而在光网络的节点处需求相匹配的光交换技术来处置相应的数据信息，但是当前的全光交换技术开展相对滞后，相应的数据信息，但是当前的全光交换技术开展相对滞后，交换速率相对较低。这主要是由于光子虽然具有优越的传输交换速率相对较低。这主要是由于光子虽然具有优越的传输特性，但光控制光较难实现，存在一些根本问题需求突破。特性，但光控制光较难实

4、现，存在一些根本问题需求突破。光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？为什么要为什么要“全光信号处置？全光信号处置？什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置的根本实际根底是什么？全光信号处置的根本实际根底是什么？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？些？二二 为什么要为什么要“全光信号处置？全光信号处置？ 下一代网络关键技术是我国中长期科技开展规划中的优先开展主题。为满足日益增长的信息容量需求，光通讯网络无可争辩地依然是下一代网络的中心。光通讯网络要顺应其开放、交融和高 QOS 的特点，需求朝着

5、IP 化、宽带化和智能化的方向开展，这就对网络节点和传输中的信号处置技术提出了很高的要求。 在目前光通讯网络的信号处置中，微电子技术发扬着重要作用，在今后的一段时间内能够依然会发扬主导作用。然而依托缩尺效应来提高集成电路信号处置速度的方法渐渐趋向于实际上的极限，电子学处置速率不能够无限制提高。研讨阐明，集成电路的线度将趋于极限，进一步减小尺寸，晶体管就变成了电阻，量子尺寸效应将使电信号的处置速度到达极限。而在高速大容量光通讯网络中，有限的电信号处置速率必将带来网络节点交换和处置速度的瓶颈，限制通讯容量的提高。 开展超高速的全光信号处置技术，是处理光网络节点拥塞问题的必由之路。光子相对于电子具有

6、很多优点；光子相对于电子具有很多优点；可以抑制当前光通讯系统中电学器件的速率瓶颈；可以抑制当前光通讯系统中电学器件的速率瓶颈；v 光子具有极快的传播速度光子具有极快的传播速度 真空真空 30万万km/sec v 光子具有极高的信息容量和效率光子具有极高的信息容量和效率v 波长短、频带宽波长短、频带宽v 无线电波无线电波 1m (f 3 108 Hz)v 微微 波波 1m1mm (f=3 108 Hz f=3 1011 Hz)v 光光 波波 1mm5nm (f=3 1011 Hz f=6 1016 Hz)v 光子具有极快的呼应才干光子具有极快的呼应才干v 最窄电脉冲：最窄电脉冲：ns 10-9s

7、, 通讯速率被限定在通讯速率被限定在 Gb/s 109 b/sv 最窄光脉冲：最窄光脉冲：ps/fs 10-12/10-15s, 通讯速率可达通讯速率可达 及百及百 Gb/s 甚至几十甚至几十Tb/sv 带宽间隔积非常可观！带宽间隔积非常可观！ 光的优越性光的优越性v 光子具有极强的互联才干和并行处置才干光子具有极强的互联才干和并行处置才干v 电子与电子之间具有库仑力，电子线路无法交连电子与电子之间具有库仑力，电子线路无法交连， 互联受阻，互联受阻， 成为限制电子信息速率和容量的一个主成为限制电子信息速率和容量的一个主要要素，要要素，v 电子信号只能串行提取、传输和处置，将二维电子信号只能串行

8、提取、传输和处置，将二维转换为一维串行信号，转换为一维串行信号， 光子间不存在排斥和吸引力，光子间不存在排斥和吸引力，空间相容，空间相容， 可并行处置。可并行处置。v 光子具有极大的存储才干光子具有极大的存储才干v 光子除进展一维、二维存储外，还能进展三维存光子除进展一维、二维存储外，还能进展三维存储，加上频率、偏振等维，可用于存储的参量更多，储，加上频率、偏振等维，可用于存储的参量更多，具有极大的存储才干。具有极大的存储才干。v 一个存储器的容量极限是由单位信息量一个存储器的容量极限是由单位信息量bit所需最小存储介质的体积决议的，对于光而言，为波所需最小存储介质的体积决议的，对于光而言，为

9、波长量级长量级，因此，三维存储容量为，因此，三维存储容量为(1/)3量级。量级。v 三维存储除容量大外，还可并行存取，即信息三维存储除容量大外，还可并行存取，即信息写入和读出都是写入和读出都是“逐页进展的。逐页进展的。 光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？为什么要为什么要“全光信号处置？全光信号处置？什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置的根本实际根底是什么？全光信号处置的根本实际根底是什么？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？些？三三 什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？ 利用全光

10、的方法对光信号进展处置放利用全光的方法对光信号进展处置放大、大、 光束变换、信息提取、信息运算等；光束变换、信息提取、信息运算等； 用光来控制光，防止光电和电光转换；用光来控制光，防止光电和电光转换； 对光信号对光信号carrier上携带的信息进展上携带的信息进展处置；处置； 利用光信号对另一个光信号的振幅、相利用光信号对另一个光信号的振幅、相位、位、 频率或偏振信息进展变换和控制。频率或偏振信息进展变换和控制。澳大利亚悉尼大学澳大利亚悉尼大学 CUDOS 研讨中心开发的光子集成的全光信号处置器件研讨中心开发的光子集成的全光信号处置器件光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？为什么要为什么要“全光

11、信号处置？全光信号处置？什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置的根本实际根底是什么？全光信号处置的根本实际根底是什么？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？些？四四 全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？periodically poled LiNbO3 (PPLN) Waveguide Quasi phase match1全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？

12、全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？2硫化物波导硫化物波导全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？3硅波导硅波导全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？20 mm4硅基微环硅基微环全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？ 5光子晶体光纤光子晶体光纤全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？ 6色散位移光纤色散位移光纤全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？ 7半导体光放大器半导体光放大器SOASOA的特点：的特点： 体积小，便于集成大规模阵列，增益带宽宽，可适宜任务波长范围1200-1700nm，便于光信号处置； 存在问

13、题： 端面剩余反射引起的增益纹波， 噪声指数放大的自发辐射噪声，有限的饱和输出功率增益饱和，偏振相关性 ; SOA中的交叉增益调制、交叉相位调制、自相位调制、四波混频和交叉偏振效应等被广泛利用来实现各种全光信号处置功能。基于基于SOA的关键器件的关键器件 长有源区SOA； 量子点SOA； SOAMZI ； SOA-DI ； SOALOM ； SOA-UNI； SOA环形腔激光器；全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？ 9电吸收调制电吸收调制器器EAM全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？ 10堆积碳纳米管的堆积碳纳米管的D型光纤型光纤光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什

14、么？为什么要为什么要“全光信号处置？全光信号处置？什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置的实际根底是什么？全光信号处置的实际根底是什么？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？些？五五 全光信号处置的实际根底是什么？全光信号处置的实际根底是什么？以非线性光学根本实际为根底以非线性光学根本实际为根底 在高强电磁场中任何介质对光的呼应都会变成非线在高强电磁场中任何介质对光的呼应都会变成非线性，光纤也不例外。性，光纤也不例外。 虽然用于光纤的玻璃资料的非线性很弱，但由于纤虽然用于光纤的玻璃资料的非线

15、性很弱，但由于纤芯小，纤芯内场强非常高，且作用间隔长，使得光芯小，纤芯内场强非常高，且作用间隔长，使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。号的严重干扰和对系统传输性能的限制。 反之，可以利用非线性景象产生有用的效应。比如反之，可以利用非线性景象产生有用的效应。比如开发放大器、调制器等新型器件。开发放大器、调制器等新型器件。 导致新的学科分支导致新的学科分支非线性光纤光学。非线性光纤光学。非线性效应的来源非线性效应的来源涉及的非线性效应涉及的非线性效应二阶：和频、差频、倍频、光参量放大、二阶：和频、差频、倍

16、频、光参量放大、 光参量振荡光参量振荡三阶：自相位调制、交叉相位调制、四波混频三阶：自相位调制、交叉相位调制、四波混频 孤子效应孤子效应受激非弹性散射：受激布里渊散射受激非弹性散射：受激布里渊散射(SBS) 受激喇曼散射受激喇曼散射(SRS)光纤通讯研讨什么？光纤通讯研讨什么？为什么要为什么要“全光信号处置？全光信号处置？什么是什么是“全光信号处置？全光信号处置？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置基于哪些器件？全光信号处置的实际根底是什么？全光信号处置的实际根底是什么？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？些？六六 全光信号处置涉及的关键技术包括哪些？全

17、光信号处置涉及的关键技术包括哪些？光调制技术光复用技术全光放大；全光3R再生全光整形、时钟恢复；全光波长转换；全光码型转换；全光逻辑与全光计算；全光缓存；全光标志全光互联全光模拟信号/数字信号转换；全光波长交换与路由全光分组交换与路由1 全光放大全光放大动机：处理电中继器设备复杂、维护难、本钱高的动机：处理电中继器设备复杂、维护难、本钱高的问题问题 影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术术 (WDM) 走向适用化、促进了光接入网的适用化走向适用化、促进了光接入网的适用化历史：以历史：以1989年诞生的掺铒年诞生的掺铒光纤放大器光纤放大器(ED

18、FA)代表的全代表的全光放大技术是光纤通讯技术光放大技术是光纤通讯技术上的一次革命。上的一次革命。类型类型:原理原理:光放大器与激光器的独一区别就是光放大器没有正反响机制(2) 受激辐射(1) 能量注入(1) 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFAEDFA性能稳定、增益高、噪声指数性能稳定、增益高、噪声指数34dB、高饱和输出功率、高饱和输出功率10w输出、便于多信道放大。输出、便于多信道放大。存在问题：增益平坦、增益瞬态、增益带宽拓宽存在问题：增益平坦、增益瞬态、增益带宽拓宽(2) 全光放大喇曼放大全光放大喇曼放大RARA噪声低，分布式放大，用普通传输噪声低，分布式放大，用普通传输光纤作为增益

19、介质，但增益较低光纤作为增益介质，但增益较低10dB左右，所需泵浦光功率较大，左右，所需泵浦光功率较大，容易损伤光纤。采用多个泵浦波长泵容易损伤光纤。采用多个泵浦波长泵浦，可实现浦，可实现80nm范围内增益平坦。范围内增益平坦。(3) 全光放大半导体光放大器全光放大半导体光放大器SOAA 1550 nm semiconductor optical amplifier using a InGaAsP chipSOA做线性运用：放大，与探测器集成做前置放大，做线性运用：放大，与探测器集成做前置放大，SOA与阵列波导光栅集成与阵列波导光栅集成构成光开关矩阵。最大优势：集成，可实现增益带宽构成光开关矩

20、阵。最大优势：集成，可实现增益带宽200nm，电光效率高。，电光效率高。SOA最大的问题：最大的问题：ASE噪声，交叉增益调制。噪声，交叉增益调制。全光放大还有全光参量放大，光纤布里渊放大器等。全光放大还有全光参量放大，光纤布里渊放大器等。 2 全光波长转换全光波长转换 WDM 全光网的一个重要特征是利用波长来进展路由。在全光网的一个重要特征是利用波长来进展路由。在 WDM 系统中，系统中，假设光交叉衔接假设光交叉衔接OXC设备不具备波长转换功能，光通道在各光纤段中必设备不具备波长转换功能，光通道在各光纤段中必需采用一样的波长。如以下图所示：需采用一样的波长。如以下图所示：假设终端假设终端 A

21、 要要与终端与终端 C 进展进展通讯，此时终通讯，此时终端端 E 又要与终又要与终端端B 进展通讯，进展通讯，这就产生了波这就产生了波长竞争关系，长竞争关系，A 与与 C 通讯时，通讯时，将占用通讯信将占用通讯信道，此时那么道，此时那么 E 与与B 无法进无法进展通讯。展通讯。因此为了防止网因此为了防止网络中出现大量终络中出现大量终端同时通讯时产端同时通讯时产生的波长竞争以生的波长竞争以及网络阻塞景象，及网络阻塞景象，该当引器具有波该当引器具有波长转换功能的光长转换功能的光交叉衔接设备，交叉衔接设备，使得光通道在不使得光通道在不同的光纤段中可同的光纤段中可以根据需求占用以根据需求占用不同的通讯

22、波长。不同的通讯波长。 2 全光波长转换全光波长转换 假设采器具有波长转换功能的光交叉衔接设备，那么如以假设采器具有波长转换功能的光交叉衔接设备，那么如以下图所示，下图所示，A 与与 C 通讯的同时，通讯的同时，E 与与 B 要进展通讯，要进展通讯，A 与与 C 的的通讯占用了通讯波长通讯占用了通讯波长1，当，当 E 与与 B 要进展通讯时发现波长要进展通讯时发现波长1已已被占用，那么利用被占用，那么利用 OXC 设备将其通讯波长变换到空闲波长设备将其通讯波长变换到空闲波长2，因此经过引进因此经过引进 OXC 可以使得光通讯网络同时进展多个链路的可以使得光通讯网络同时进展多个链路的通讯。这样提

23、高了波长利用率，降低了信号阻塞率，大大提高通讯。这样提高了波长利用率，降低了信号阻塞率，大大提高了光通讯效率。了光通讯效率。2 全光波长转换全光波长转换SOA交叉增益调制交叉增益调制SOAInput signalPump (CW)Output signal 100 Gbit/s conversion over 5 nm using specially optimized SOA A. D. Ellis et al, Electronics Letters, vol. 34, No. 20 SOAXGM型波长转换构造简单，容易实现，转型波长转换构造简单，容易实现，转换效率高，输入功率动态范围大，

24、可以偏振不敏感。换效率高，输入功率动态范围大，可以偏振不敏感。但输出消光比退化严重，高速波长转换时码型效应但输出消光比退化严重，高速波长转换时码型效应严重载流子恢复时间限制。高速与消光比之间严重载流子恢复时间限制。高速与消光比之间是个矛盾。长有源区、高的模场限制因子是个矛盾。长有源区、高的模场限制因子SOA有助有助于高速和高输出消光比。同时大的增益调制会伴随于高速和高输出消光比。同时大的增益调制会伴随大的啁啾。大的啁啾。 全光波长转换全光波长转换SOA四波混频型四波混频型FWMSOApumpsignalOutput signal泵浦光为延续光可同时实现多泵浦光为延续光可同时实现多波长转换，对速

25、率和格式完全波长转换，对速率和格式完全透明。无论透明。无论SOA能否偏振无能否偏振无关，都具有内在的偏振相关性；关，都具有内在的偏振相关性；转换效率较低，随转换间隔加转换效率较低，随转换间隔加大急剧降低，光信噪比较差。大急剧降低，光信噪比较差。上转换和下转换效率有差别。上转换和下转换效率有差别。采用采用2mm长长SOA可可实现实现100Gb/sFWM波长转换波长转换; 2019年采年采用双泵浦用双泵浦1480nm辅助光方案实现辅助光方案实现10G的的80nm范围内转换范围内转换效率大于效率大于10dB。交叉增益调制型可调谐全光波长转换器交叉增益调制型可调谐全光波长转换器基于可调谐激光器和单端S

26、OA实现交叉增益调制型10Gb/s40nm范围内可调谐全光波长转换10Gb/s 223-1伪随机信号波长转换输出结果适宜条件下，40nm范围内输出消光比大于10dB，转换效率大于0dB. 3 全光全光3R再生再生根本概念根本概念 全光全光 3R 再生再生Re-amplification、Re-sharping、 Re-timing是光网络的一个关键功能。由于色散、是光网络的一个关键功能。由于色散、WDM 信道间的串扰、光纤中的信道间的串扰、光纤中的非线性效应、光源和光放大器的非线性效应、光源和光放大器的 ASE 噪声等要素都不可防止的引起网噪声等要素都不可防止的引起网络中信号的恶化，尤其在络中

27、信号的恶化，尤其在 40Gb/s及以上的高速光网络中，这种恶化对及以上的高速光网络中，这种恶化对信号的影响更是不可忽略。必需对信号进展信号的影响更是不可忽略。必需对信号进展 3R 再生。全光再生。全光 3R 再生系再生系统包括光放大、时钟提取和光判决三个部分。统包括光放大、时钟提取和光判决三个部分。 全光全光3R再生再生根本概念根本概念 光放大可以由光放大可以由 EDFA 实现，因此时钟提取和光判决技术实现，因此时钟提取和光判决技术是全光是全光 3R 再生的关键。全光判决技术通常由全光开关来实再生的关键。全光判决技术通常由全光开关来实现，时钟提取单元担任从恶化的数据信号中提取出低抖动、现，时钟

28、提取单元担任从恶化的数据信号中提取出低抖动、高消光比的时钟脉冲，时钟脉冲的外形和质量直接影响着再高消光比的时钟脉冲，时钟脉冲的外形和质量直接影响着再生信号的质量。常用的时钟提取方案根据提取的机制可分为生信号的质量。常用的时钟提取方案根据提取的机制可分为电时钟提取，光电混合时钟提取，和全光时钟提取三大类。电时钟提取，光电混合时钟提取，和全光时钟提取三大类。 全光全光3R再生再生根本概念根本概念3R：Re-amplification, Re-timing, Re-shaping 处理损耗、噪声、串音和抖动问题处理损耗、噪声、串音和抖动问题 2R： Re-amplification, Re-shap

29、ing 处理损耗、噪声和串音问题处理损耗、噪声和串音问题全光全光2R普通用干涉型波长转换器可以实现；普通用干涉型波长转换器可以实现；全光全光3R关键是全光时钟恢复和光判决门；关键是全光时钟恢复和光判决门；RZ信号再生包括时钟恢复和光判决。而信号再生包括时钟恢复和光判决。而NRZ信号再生还需求先进展码型转换，信号再生还需求先进展码型转换，将将NRZ信号转换成信号转换成RZ信号或信号或PRZ信号，进展时钟恢复，利用恢复出的时钟进信号，进展时钟恢复，利用恢复出的时钟进展光判决。展光判决。光通讯系统中常用的码型(幅度调制)4 全光码型转换全光码型转换DPSK星座图星座图QPSK星座图星座图光通讯系统中

30、常用的码型相位调制不同码型性能的比较调制码型优点缺陷应用场合NRZ产生简单，较高色散容产生简单，较高色散容忍度，较高频谱效率忍度，较高频谱效率低非线性容忍度，传输距离低非线性容忍度，传输距离短短城域或区域城域或区域DWDMRZ高非线性容忍度高非线性容忍度产生较复杂，低色散容忍度，产生较复杂，低色散容忍度，窄带滤波敏感窄带滤波敏感长距离长距离WDMCSRZ较高非线性容忍度，较较高非线性容忍度，较高色散容忍度，高谱效高色散容忍度，高谱效率率产生较复杂，窄带滤波敏感产生较复杂，窄带滤波敏感长距离长距离WDMDuobinary高色散容忍度，高频谱高色散容忍度，高频谱效率效率低非线性容忍度，发送信号低非

31、线性容忍度，发送信号需经过电上预编码需经过电上预编码城域或区域城域或区域DWDMDPSK高色散容忍度，高非线高色散容忍度，高非线性容忍度，高频谱效率性容忍度，高频谱效率产生和接收较复杂产生和接收较复杂长距离长距离WDMRZ-DPSK较高色散容忍度，高非较高色散容忍度，高非线性容忍度线性容忍度产生和接收较复杂产生和接收较复杂长距离长距离WDMDQPSK高色散容忍度，高非线高色散容忍度，高非线性容忍度，高频谱效率性容忍度，高频谱效率产生和接收复杂产生和接收复杂长距离长距离DWDM瞬态光学与光子技术国家重点实瞬态光学与光子技术国家重点实验室验室第一部分：引见全光信号处置的研讨现状第一部分：引见全光信

32、号处置的研讨现状SOANRZ信号PRZ信号方案简单，输出信号质量较好，在上升沿提取光脉冲，需求较窄的光滤方案简单，输出信号质量较好，在上升沿提取光脉冲，需求较窄的光滤波器。假设做成与波器。假设做成与SOA集成的窄带滤波器，应该具有极大的研讨价值。集成的窄带滤波器，应该具有极大的研讨价值。 SOA中的自相位调制效应中的自相位调制效应 单片集成有源麦克尔逊干涉仪实现单片集成有源麦克尔逊干涉仪实现RZ-to-NRZRZ-to-NRZ转换转换 RZ信号从其中一个干涉信号从其中一个干涉臂注入，引起该干涉臂上臂注入，引起该干涉臂上SOA的折射率和位相变化，的折射率和位相变化，由于载流子浓度的调制带由于载流

33、子浓度的调制带宽有限，注入的宽有限，注入的RZ光脉光脉冲会展宽。这种脉冲展宽冲会展宽。这种脉冲展宽效应再结合干涉仪的正弦效应再结合干涉仪的正弦传输方程就可以实现传输方程就可以实现RZ-to-NRZ转换。转换。 半导体光放大器延迟干涉半导体光放大器延迟干涉SOA-DI安装实现安装实现RZ-to-NRZ转换转换 经过调理延迟干涉安装两臂的延时和位相差，使两路信号分量满经过调理延迟干涉安装两臂的延时和位相差，使两路信号分量满足相消干涉条件就可以实现足相消干涉条件就可以实现RZ-to-NRZRZ-to-NRZ的转换的转换 5 全光逻辑门全光逻辑门-根本概念根本概念 在未来的高速光通讯网络中，为了避开复

34、杂和高功在未来的高速光通讯网络中，为了避开复杂和高功耗的光一电一光变换过程，全光逻辑门模块将有重要的运耗的光一电一光变换过程，全光逻辑门模块将有重要的运用。用。Boolean逻辑门逻辑门(包括包括AND和和OR门门)是根本的逻辑器是根本的逻辑器件，它们是更复杂的全光功能模块或子系统的重要组成部件，它们是更复杂的全光功能模块或子系统的重要组成部分，例如半加器、全加器、计数器的实现等等。己有几种分，例如半加器、全加器、计数器的实现等等。己有几种基于基于SOA非线性的全光逻辑门，这些非线性包括交叉增非线性的全光逻辑门，这些非线性包括交叉增益调制、交叉相位调制和非线性偏振旋转。每个方案都有益调制、交叉

35、相位调制和非线性偏振旋转。每个方案都有它本身的优点和缺陷。它本身的优点和缺陷。 全光全光NOR门门SOA中的中的XGM作用作用 全光或非门的任务原理可描画为：当信号光全光或非门的任务原理可描画为：当信号光 A 或或 B 为为比特比特“1时，会耗费时，会耗费 SOA的载流子浓度，延续光经过的载流子浓度，延续光经过 SOA 被饱和吸收，泵浦光将半导体光放大器的增益抑制到被饱和吸收，泵浦光将半导体光放大器的增益抑制到一个很低的程度，输出为一个很低的程度，输出为“0；只需当信号光；只需当信号光 A 与与 B 都为都为比特比特“0时，延续光才干经过时，延续光才干经过 SOA 得到放大，输出为得到放大，输

36、出为“1。 全光全光XNOR门门SOA中的中的FWM和和XGM同时作用同时作用S1和和S2的四波混频，产生新的四波混频，产生新频率光信号上是频率光信号上是AND门；门； S1和和S2共同作用在另外一个光时共同作用在另外一个光时钟信号上，得到一个或非门的钟信号上，得到一个或非门的结果；分别滤出这两个结果，结果；分别滤出这两个结果，用耦合器耦合到一同，得到用耦合器耦合到一同，得到XNOR门。门。6 全光分插复用用于全光分插复用用于OTDM系统中的系统中的OADM基于基于SOALOM在在SLALOM的输入端口用环形器取出某一信道下载之后的数据，光时钟信号的输入端口用环形器取出某一信道下载之后的数据，

37、光时钟信号作为控制光，调整延时，可使反射和透射的曲线互补。关键：在高速信号中，作为控制光，调整延时，可使反射和透射的曲线互补。关键：在高速信号中，载流子恢复速度不够，较难得到载流子恢复速度不够，较难得到的位相差，需求选择适宜控制光和数据光的位相差，需求选择适宜控制光和数据光功率。功率。40GHz光时钟的系统可任务。光时钟的系统可任务。7 全光解复用全光解复用 SOAUNI留意：采用的是留意：采用的是1310nm的控制光脉冲，运用的的控制光脉冲，运用的SOA增益峰增益峰值波长在值波长在1310nm。从。从1550nm 160Gb/s的的OTDM信号中分信号中分别出别出10Gb/s的信号。的信号。

38、 SOA中的四波混频中的四波混频 利用利用SOA阵列与集成的平面光波回路实现阵列与集成的平面光波回路实现 160G到到20G的解复用；的解复用； 利用时间抖动小于利用时间抖动小于100fs、脉宽小于、脉宽小于1ps 的超延续光脉冲作为的超延续光脉冲作为 500Gb/s 的信号和的信号和10GHz的泵浦光脉冲，从的泵浦光脉冲，从500Gb/s的光信号中成的光信号中成 功解复用出了功解复用出了10Gb/s的信号脉冲，并可以实现无误码操作；的信号脉冲，并可以实现无误码操作； 利用利用SOA已能实现已能实现200Gb/s信号的偏振无关的解复用。信号的偏振无关的解复用。 8 全光串并转换技术全光串并转换

39、技术 全光串并转换全光串并转换AOSPC技术相当于在光域内实现多技术相当于在光域内实现多路同时进展的解复用，以路同时进展的解复用，以 1:N 的的 AOSPC 为例，一路高速为例，一路高速串行光信号速率为串行光信号速率为 M Gb/s经过全光串并转换后，同时经过全光串并转换后，同时输出输出 N 路低速并行光信号每路速率为路低速并行光信号每路速率为 M/N Gb/s。 AOSPC 的主要运用在于未来的光子分组交换网络。光的主要运用在于未来的光子分组交换网络。光分组交换经过分组级的光信号处置，实现光分组数据的路由分组交换经过分组级的光信号处置，实现光分组数据的路由和交换，最大利用网络资源并减少数据

40、流量对网络带宽的需和交换，最大利用网络资源并减少数据流量对网络带宽的需求。求。AOSPC具有大容量、灵敏、可配置、带宽利用率高等具有大容量、灵敏、可配置、带宽利用率高等特点，但所面临的最大问题是：一方面需求实现存储转发功特点，但所面临的最大问题是：一方面需求实现存储转发功能，另一方面在光域内实现信号的缓存和逻辑运算难度较大。能，另一方面在光域内实现信号的缓存和逻辑运算难度较大。9 全光组播技术全光组播技术 在多波长路由的光网络中，一条由一个光发射机和一个光在多波长路由的光网络中，一条由一个光发射机和一个光接纳机构成的光传输通道被称为光路，光路可以实现点到点的接纳机构成的光传输通道被称为光路，光

41、路可以实现点到点的通讯。光树是对光路扩展后一种新的衔接关系，一棵光树是包通讯。光树是对光路扩展后一种新的衔接关系，一棵光树是包含一个光发射机和多个光接纳机的传输通道。光树实现点到多含一个光发射机和多个光接纳机的传输通道。光树实现点到多点的通讯，即光层组播点的通讯，即光层组播Multicast技术，如以下图所示。技术，如以下图所示。MCOXS 是具有是具有 Multicast 才干的光交换节点，才干的光交换节点，OXS 是普通是普通的光交换节点。的光交换节点。10 全光模拟数字转换技术全光模拟数字转换技术 模拟和数字是两种最主要的信号方式，前者是指信息参数模拟和数字是两种最主要的信号方式，前者是指信息参数在给定范围内表现为延续的信号，而后者是人为笼统出来的在在给定范围内表现为延续的信号，而后者是人为笼统出来的在幅度取值上不延续的信号。幅度取值上不延续的信号。 模拟信号广泛分布于自然界的各个角落，但数字系统在稳定模