Name: Quasi-Lichtraum für optische Datenpakete (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 45 s
Description: Erfahren Sie die Methode zur Speicherung und Verzögerung optischer Datenpakete mittels Zeit-Frequenz-Kohärenz. Diese Technik ermöglicht die Speicherung mehrerer tausend Bits gleichzeitig.

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Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung der Deutschen Telekom Innovation Laboratories.

<html> 1. Vorbereiten des Systems (Abbildung 4) <ol><li> Legen Sie die Laserdioden LD1 und LD2 in der speziellen Halterung und verbinden Sie es mit dem aktuellen (LDC) und Temperaturregler (TEC). Drehen Sie die Geräte ein und überprüfen Sie die Funktionalität der Laserdioden mit dem optischen Spektrum-Analysator. Üblicherweise wird ein Telekom-Wellenlänge um 1550 nm verwendet. </li><li> Verbinden der Laserdiode an die Modulatoren (IM / PM und MZM1) gemäß dem Aufbau in 4. Die optischen Anschlüsse müssen vor Gebrauch gereinigt werden, um die saubere Oberfläche für die Kopplung zu gewährleisten. Die Stromversorgung (nicht gezeigt) und des Signals von dem Wellenformgenerator (AWG) mit einer weiteren elektrischen Verstärker an den Modulator. Sicherzustellen, dass die maximale optische und elektrische Eingangsleistung an dem Modulator nicht überschritten wird. Jeder Modulator ist mit einer Polarisationssteuerung ausgestattet. </li></ol>/ Files/ftp_upload/50468/50468fig4highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50468/50468fig4.jpg &quot;/&gt; Abbildung 4. Versuchsaufbau der QLS wodurch die Speicherung von Intensität und Phase modulierte Signale ist möglich. Die blau markierten Bereich ist nur für die Erkennung von phasenmodulierten Signale erforderlich. Die QLS Prozess findet in der optischen Faser. Die gelb markierte Abschnitt definiert die Lagerungserfassung des Frequenzkamms. TEC: Temperaturregler, LDC: Laserdiode Stromquelle, LD: Laserdiode, IM: Intensitätsmodulator PM: Phasenmodulator, PC: Polarisationsregler, AWG: Arbitrary Waveform Generator, MZM: Mach-Zehnder-Modulator, EDFA: Erbium-dotierte Faser Verstärker, C: Zirkulator Min: Lokaloszillator, Osci: Oszilloskop, OSA: optischen Spektrumanalysator, PD: Photodiode, ESA: elektrische Spektrum-Analysator. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50468/50468fig4highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> <olstart = &quot;3&quot;&gt; <li> Verbinden der Faser mit dem Modulator für das Datensignal. Für phasenmodulierte Signale, die er hat, um einen Phasenmodulator (PM) und der intensitätsmodulierten Signale für einen Intensitätsmodulator (IM). Üblicherweise wird die Datenrate für das Experiment im Gbps-Bereich. Die andere Seite der Faser ist mit Port 2 der Zirkulator (C) verbunden ist. Die verwendete Faser AllWave in unseren Experimenten hat die folgenden Spezifikationen: L = 20 km, Δ f = 10.2 MHz SBS, SBS f = 10,852 GHz, P th ≈ 9,1 dBm. </li><li> Verbinden Sie den Amplituden-Modulator für den Frequenzkamm-Erzeugung (MZM1) mit dem optischen Verstärker (EDFA). Der Kamm hat, um die Bandbreite des Datensignals umfassen. Der Ausgang des EDFA ist mit Tor 1 des Zirkulators verbunden. </li><li> Für den Nachweis von phasenmodulierten Signalen, wird ein Referenzquelle benötigt. Verbinden des lokalen Oszillators (LO) mit dem Ausgang 3 des Zirkulators zu einem 50/50 Kuppler. Für int<html> ensity modulierten Signalen ist dieser Teil nicht benötigt. LO ein Faserlaser (Koheras) verwendet. </li><li> Für phasenmodulierte Signale: Verbinden des dritten Modulator (MZM2) zum Extrahieren der verzögerten Kopien mit dem Ausgang des 50/50 Kuppler. Für intensitätsmodulierte Signale, schließen MZM2 direkt an Port 3 des Zirkulator. Versorgung des Modulators mit einer Vorspannung (nicht gezeigt) und ein Rechtecksignal aus dem Ausgangsanschluß CH1 Mkr1 des Wellenformgenerators zur Extraktion. Daher werden die ursprünglichen Datensignale sowie das Rechtecksignal zum Extrahieren synchronisiert. </li><li> Zur Erfassung und Analyse: Schließen Sie einen 90/10 Koppler nach MZM2. Das Oszilloskop mit dem 90%-Port des Kopplers angeschlossen ist und die 10% Teil mit dem optischen Spektrumanalysator verbunden. </li><li> Programmieren der Wellenformgenerator mit den erforderlichen Signale für das Datenpaket, das Frequenzkamm und dem Rechtecksignal. Der Frequenzkamm durch eine periodische sinc-Funktion erzeugt wird. </li></ol>e_title &quot;&gt; 2. Mess <ol><li> Schalten Sie den Ausgang für das Datensignal an den Wellenformgenerator (AWG). Ändern Sie den Bias für den Modulator (IM / PM) an der Stromversorgung und die Signalqualität zu steuern, mit dem Oszilloskop. Nach dem Einstellen der besten Qualität drehen Sie den Ausgang des Waveform-Generator aus. Die Modulatoren sollte um den linearen Betriebspunkt eingestellt werden. Beispielhafte Werte können im Ergebnisteil gefunden werden. </li><li> Passen Sie die Qualität des Frequenzkamms mit Heterodyndetektion. Ein Beispiel für eine relativ gute Qualität Frequenzkamm ist in Fig. 5 gezeigt. Der Frequenzkamm muss flach sein, z. B. alle Frequenzkomponenten haben die gleiche Intensität und sind über die Zeit stabil, wie auch breit genug, um das gesamte Spektrum abdecken. Zusätzlich sollten die Kanten der Kamm steil sein, z. B. gibt es keine ersichtlichen Frequenzkomponenten mit einer geringen Intensität auf den Seiten. </li><li> Heterodyn Kamm Erkennung I: Verbinden Sie den Ausgang MZM1 mit einem 50/50 Coupler. Der andere Anschluß des Kopplers ist mit einem Faserlaser (Koheras) als Lokaloszillator angeschlossen ist. </li><li> Heterodyn-Detektionskamm II: Aufgrund der begrenzten Bandbreite der Photodiode und dem elektrischen Spektrumanalysator, einen ersten Ausgang, der Koppler mit dem optischen Spektrum-Analysator, um den Abstand zwischen dem lokalen Oszillator und dem Signal um 8 verbunden werden GHz durch Ändern der Temperatur des Lasers. </li><li> Heterodyn Kamm Erkennung III: Nach der Einstellung ziehen Sie den optischen Spektrumanalysator und verbinden Sie die Fotodiode und die elektrische Spektrum-Analysator mit dem Ausgang des 50/50 Koppler. Stellen Sie die Vorspannung der Kamm-Modulator, einen flachen Frequenzkamm zu erreichen. Nach Beendigung den Ausgang des Modulators wieder zu dem optischen Verstärker (EDFA). </li><li> Stellen Sie den Abstand zwischen den beiden Laserdioden (IM / PM und MZM1) über die Brillouin-Verschiebung mit CW-Signale. Somit sicher, dass der Ausgang des Wellenformgenerators turned aus. </li><li> Einschalten des optischen Verstärkers. Werfen Sie einen Blick auf die optischen Spektrumanalysator und stellen Sie die Ausgangsleistung des EDFA auf einen Wert unterhalb der Schwelle der stimulierten Brillouin-Streuung. </li><li> Jetzt verschiebt die Wellenlänge der Laserdiode, die das Datensignal (IM / PM) in dem Verstärkungsbereich der Pumpe (MZM1) erzeugt. Das Signal wird verstärkt, wenn die Wellenlänge korrekt ist. </li><li> Optimierungs Ändern der Polarisation des Datensignals und daher die Intensität der maximalen. </li><li> Schalten beide Ausgänge (Datensignal und Kamm) der Wellenformgenerator. Erhöhung der Ausgangsleistung des EDFA. Jetzt ist der Frequenzkamm wird im gleichen Abstand Komponenten aus dem Spektrum zu extrahieren. Das Oszilloskop sollte die verschiedenen Kopien von den QLS erzeugt zu zeigen. Für Störungsreduktion leicht verschieben die Wellenlänge des Datensignals und ändern Sie die Polarisation. </li><li> Um eine der Kopien zu extrahieren verwenden Sie einen der Markierungssignale des Wave Generators oder einer externen Quelledass eine Rechteckimpuls produzieren kann. Einrichten eines Rechteckimpulses mit der Länge des Pakets. </li><li> Schalten Sie den Bias für MZM2 und ändern Sie es dem Betriebspunkt, wo das extrahierte Signal maximiert und alle anderen Kopien werden unterdrückt. Jetzt verschieben die Rechteckimpuls auf die gewünschte Version der gespeicherten Muster. </li><li> Die gespeicherte Datenmuster kann mit dem Oszilloskop gespeichert und mit Software, z. B. Herkunft ausgewertet werden. </li><li> Um zwischen der Messung der Intensitätsschalter und phasenmodulierte Signale, der Modulator für das Datensignal benötigt, um von IM für intensitätsmodulierte Signale zu PM für phasenmodulierte Signale verändert werden. Zusätzlich für die phasenmodulierten Signale einen lokalen Oszillator als Referenzquelle benötigt, um zu der Einrichtung gemß Fig. 4 hinzugefügt werden. </li></ol><img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50468/50468fig5highres.jpg" src=&quot;/ Files/ftp_upload/50468/50468fig5.jpg&quot; /&gt; Abbildung 5. Fast flachen Frequenzkamm mit 13 Filialen. Der Kamm wurde über Heterodyndetektion erkannt. Für die Detektion wurde ein lokaler Oszillator über einen 3 dB-Koppler mit dem optischen Signal kombiniert und mit einer Photodiode detektiert. Der Frequenzkamm wurde gemessen und mit einer elektrischen Spektrumanalysator erfasst. Die Ausgangsleistung des lokalen Oszillators 6 dBm betrug und die optische Leistung des Kamm 8 dBm. Der Abstand zwischen dem lokalen Oszillator und dem optischen Kamm 9,8 GHz. Für eine bessere Übersicht wird die Frequenzachse ist normiert auf die Mittenfrequenz des Kamm die um 193,5 THz (1550 nm). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50468/50468fig5highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a>

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Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren. Der Autor, Thomas Schneider, ist ein Mitarbeiter der Deutschen Telekom AG. Der Autor, Stefan Preußler, erhielt Mittel, die von der Deutsche Telekom Innovation Laboratories wurde.

Der wichtigste Schritt bei dem Versuch ist die Einstellung der Frequenzkamm, dh die Bandbreite, Ebenheit und Position in Bezug auf das Datensignal in der Frequenzdomäne. Gemäß dem Abtasttheorem in der Frequenzdomäne werden Signalverzerrungen vermieden wenn die gesamte Bandbreite des optischen Pakets mit einer ideal ebenen Kamm abgetastet. Somit kann die Bandbreite des optischen Pakets definiert die minimale Bandbreite des Frequenzkamms und in dieser Bandbreite hat der Kamm so flach wie möglich sein. Ein nicht i...

Der Datenverkehr in den Telekommunikationsnetzen optisch, da nur optische Fasern bieten die für die heutigen Datenverkehr auf der ganzen Welt übertragen erforderliche Kapazität. In jedem Knoten des Netzes das optische Signal jedoch in der elektrischen Domäne, um sie verarbeiten zu übertragen. Nach der Verarbeitung wird das Signal zurück in den optischen Bereich für eine weitere Übertragung umgewandelt. Diese Doppelübertragung zwischen den Domänen Zeit und Strom. Um eine vollständig optische Verarbeitung der Daten zu verwenden, ist das Problem der Zwischenspeicher gelöst werden. So viele Methoden für die Speicherung oder Pufferung der optischen Signale vorgeschlagen worden. Der einfachste Weg ist, um die Signale in eine Matrix von Wellenleitern mit unterschiedlichen Längen 2 senden. Jedoch sind diese Matrizen sperrig und die Speicherzeit nicht eingestellt, da es von der Wellenleiterlänge vorgegeben werden. Die &quot;Slow-Light&quot;-Methode beruht auf einer tunable Änderung der Gruppenbrechungsindex eines Mediums, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der optischen Signalimpulse 2 verlangsamen. Mehrere physikalische Effekte und Materialsysteme können für diesen Zweck verwendet werden 3-6. Doch mit diesen Methoden kann das Signal von unten nur ein paar Bit-Längen, die bei weitem nicht ausreicht, für optische Netzwerkknoten 7,8 verlangsamt werden. Ein anderer Ansatz verwendet Wellenlängenumwandlung und Dispersion für die Erzeugung der abstimmbaren Verzögerungen. Dadurch wird die Mittenwellenlänge des Eingangssignals über nichtlineare optische Umwandlungs verschoben. Danach wird das Signal zu einem hoch dispersiven Faser eingespeist. Der Unterschied in der Gruppengeschwindigkeit in der dispersiven Faser führt zu einer Verzögerung, die proportional zu dem Produkt der Wellenlängenverschiebung und der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) in der Faser ist. Mit einem zweiten Umwandlungs die Wellenlänge zurück zu dem ursprünglichen Wert verschoben. Für die Wellenlängenverschiebung Techniken wie Vierwellenmischung oder Selbst Phase modulation verwendet werden. Mit der Umwandlung und Dispersionsverfahren Lagerzeiten bis zu 243 nsec von abstimmbaren Verzögerung, die 2.400 Bit entsprechen, wurden 10 gemeldet. Jedoch Wellenlängenumwandlungs und Dispersionsverfahren im Allgemeinen benötigen spezielle Komponenten und Konfigurationen für die Herstellung einer großen Wellenlängenverschiebung und / oder große GVD. Außerdem gehören sie zu den komplexen und leistungshungrige meisten Verzögerung Methoden 2. Andere Verfahren zu speichern, das optische Signal in einen Anregungs eines Materialsystems. Ein Sondenstrahl wird dann zum Auslesen der Information. Normalerweise werden diese Systeme nicht in den Bereich der Telekommunikation verwendet werden, da sie erfordern oder ultratiefen Temperaturen 11, wird nicht mit Telekommunikationsbandbreiten arbeiten, oder verlangen, ziemlich komplizierte Setups und hohe Leistungs 12-14. Hier zeigen wir, wie eine grundlegende Eigenschaft der Signale (das Zeit-Frequenz-Kohärenz) kann für die Speicherung von optischen Datenpaketen genutzt werden. Since keine Anregung einer Materialsystem verwendet wird, haben wir die Methode Quasi-Lichtspeicherung (QLS) 15-17 bezeichnet. Die QLS ist unabhängig von der Modulation, Datenformat und Datenrate der Pakete und optische Pakete für mehrere tausend Bit speichern Längen 18. Die Grundidee kann in 1 gesehen werden kann, sind hier rechteckig geformter Pulse dargestellt. Allerdings funktioniert das Verfahren für jede Pulsform und für Pakete von Impulsen. Die einzige Einschränkung ist, daß die Signale müssen befristet sein. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50468/50468fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50468/50468fig1.jpg" /> Figur 1. Zeitfrequenzkohärenz eines intensitätsmodulierten Signals 23. Ein einzelner Rechtecksignal im Zeitbereich (a) durch eine sinc-Funktion in der Frequenz doma vertretenin (b). Hier ist die normierte Intensität angezeigt wird, da es nicht möglich ist, die Felder mit optischen Geräten zu messen. Die Zeitbereichsdarstellung für eine Folge von Rechtecksignalen ist in (c) gezeigt. Diese Sequenz hat immer noch die gleiche spektrale Form. Aber, es besteht aus äquidistanten Einzelfrequenzen unter der si-Umschlag (d). Die Zeitachse auf die Hälfte der Dauer eines einzelnen Signals und der Frequenzachse zu den ersten Nulldurchgänge normiert sind. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50468/50468fig1highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> Ein Rechteckimpuls im Zeitbereich (Abbildung 1a) hat eine &quot;Sinus cardinalis&quot; oder Sinusfunktion sin (px) / px förmige Spektrum (Abbildung 1b), in dem alle Frequenzen unter der Hülle vorhanden sind. Ein Zug von Rechteckimpulsen im Zeitbereich (1c) noch eine sinc Funktion förmige Spektrum (Abbildung 1d) mit der Bandbreite Δ f. Aber aufgrund der Periodizität, die nicht alle Frequenzen vorhanden sind, nicht mehr. Stattdessen besteht das Spektrum aus äquidistanten Frequenzen und die Umkehrung der Frequenzabstand bestimmt den Zeitabstand zwischen den Impulsen Δ T = 1 / Δ v. Die Grundidee der QLS ist jetzt einfach äquidistanten Frequenzen aus dem Spektrum des Eingangspakets zu extrahieren. Wegen Zeit-Frequenz-Kohärenz ergibt sich ein Kopieren des Pakets in dem Zeitbereich. Die Kopie mit der gewünschten Verzögerung kann durch einen Zeitschalter Domain extrahiert werden. Das Prinzip unseres Experiments ist in Abbildung 2 dargestellt. Eine zeitlich begrenzte Eingangssignal mit einem Frequenzkamm in der Frequenzdomäne multipliziert. Zur Multiplikation der nichtlineare Effekt der stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) verwendet. Die Ergebnisse sind in gleichem Abstand Kopien des Eingangssignals in the Zeit-Domäne. Eines der Signale wird mit einem Schalter mit einer Rechteckfunktion angetrieben extrahiert. Somit wird am Ausgang des Speichers im Prinzip eine verzerrungsfreie Kopie des Eingangsimpulses zu erwarten. <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50468/50468fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50468/50468fig2.jpg" /> 2. Grundidee der Quasi-Lichtraum 15. Einen begrenzten Eingangssignals (a) mit einem Frequenzkamm (b) in der Frequenzdomäne, die mit einem X bezeichnet ist, multipliziert Dies führt zu verschiedenen Kopien des Signal im Zeitbereich (c). Aus dem erzeugten Impulsfolge eine der Kopien (d) mit einem Zeitbereich-Schalter durch einen rechteckigen Lesesignal (e) extrahiert. Der Schalter kann ein Modulator sein. Das Ergebnis ist eine Lagerung des optischen Signals. Die storage Zeit wird durch den Frequenzabstand zwischen den Kammlinien und das Lesesignal definiert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50468/50468fig2highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> SBS selbst ist ein nichtlinearer Effekt, die in Standard-Singlemode-Fasern (SSMF) bei niedrigen Kräfte auftreten können. Wodurch das Signal interagiert mit einer optischen Dichteänderung, die durch eine Gegenausbreitungspumpwelle erzeugt wird. Wenn die Signalwelle in der Frequenz nach unten verschoben, wird ein Verstärkungsbereich ausgebildet ist, in dem das Signal verstärkt werden. Wenn es bis verschoben wird das Signal in der entsprechenden Verlustbereich gedämpft werden. Die Frequenzverschiebung zwischen Pumpe und Signal von der akustischen Welle, die von den Materialeigenschaften abhängig definiert. Der größte Vorteil von SBS für das vorgestellte Anwendung ist die geringe Bandbreite Δ f SBS der Verstärkungsbereich. Somit bildet praktisch SBS eine schmale Linienbreite optischer Filter. Die schmale Bandbreite von ter Verstärkungsbereich hängt von der effektiven Länge und Fläche der Faser als auch von der verwendeten Pumpleistung 19. Die natürliche volle Breite bei halbem Maximum (Halbwertsbreite) Bandbreite des SBS Verstärkung in einem SSMF ist etwa 30 MHz. In besonderen Wellenleiter, wie AllWave Fasern und mit hohen Pumpleistungen, kann die Bandbreite bis zu 10 MHz 20 reduziert werden. Aufgrund der Filterbandbreite der verschiedenen Kopien mit einer Hülle überzogen. Daher ist die maximale Speicherzeit der QLS hängt umgekehrt auf dem SBS-Bandbreite. Eine Bandbreite von 10 MHz würde in einer maximalen Lagerzeit von 100 ns führen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50468/50468fig3highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> Bei sehr hohen Bit-Übertragungsrate der Informationen hat, um in der Phase des Trägers statt dessen Amplitude codiert werden, da dies bietet viele Vorteile. So, im Gegensatz zu Impulsen, die Signale in diesen optischen Netzen haben konstante Amplitude. &lt;strong&gt; Fig. 3 zeigt ein solches phasenmoduliertes Signal in der Zeit (links) und Frequenzbereich (rechts). Dieses Spektrum kann in der gleichen Weise wie die des amplitudenmodulierten Signals 21 abgetastet werden. In der Tat wird das Spektrum der Rechteckfunktion zur Intensität und Phase modulierten Signale wird durch die Übertragung, die das Spektrum begrenzt filtriert. <img alt="Fig. 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50468/50468fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50468/50468fig3.jpg" /> 3. Zeit-Frequenz für einen Kohärenzphasenmodulation 21. In einem phasenmodulierten Signal die Phase des Trägers von dem Signal, das zu übertragen ist geändert. Wenn jedes Symbol besteht aus 1 Bit, wird die Phase zwischen 0 und π geändert wird, zum Beispiel. Die linke Seite der Figur zeigt das resultierende Zeitbereichsdarstellung für eine derartige binäre Phasenumtastung(BPSK)-Signal. Die resultierenden Frequenzdomänensignal ist auf der rechten Seite gezeigt. Im Vergleich mit Fig. 1 ist ersichtlich, dass das Spektrum des phasenmodulierten Signals ist qualitativ der gleiche wie der des intensitätsmodulierten Signals. Somit kann der QLS in gleicher Weise angewendet werden.

<table><tbody><tr><td>Laserdiode</td><td>3S Photonics</td><td>A1905LMI</td><td>2x</td></tr><tr><td>Laserhalterung</td><td>Tektronix</td><td>LDH BFY-B2</td><td>2x</td></tr><tr><td>Temperaturregler</td><td>LightWave</td><td>LDT-5948</td><td>2x</td></tr><tr><td>Stromregler</td><td>LightWave</td><td>LDX-3220</td><td>2x</td></tr><tr><td>Optischer Verstärker</td><td>High-Wave</td><td>HWT-EDFA-B-30-1-FC/PC</td><td></td></tr><tr><td>Zirkulator</td><td>OFR</td><td>OCT-3-IR2</td><td></td></tr><tr><td>Waveform Generator</td><td>Tektronix</td><td>AWG7102</td><td></td></tr><tr><td>Fiber 20 km</td><td>OFS</td><td>AllWave-ZWP G652C-D</td><td></td></tr><tr><td>Polarisationsregler</td><td>Thorlabs</td><td>Fiber Pol. Contr. IPC030</td><td>2x</td></tr><tr><td>Modulator</td><td>Avanex</td><td>IM-10-P</td><td>Phasenmodulator</td></tr><tr><td></td><td>Avanex</td><td>SD20</td><td>Amplitude, Extrakt</td></tr><tr><td>Modulator</td><td>Avanex</td><td>PowerBit F-10</td><td>Amplitude, Daten</td></tr><tr><td>Modulator</td><td>Covega</td><td>Mach10</td><td>Amplitude, Kamm</td></tr><tr><td>Optischer Spektrumanalysator</td><td>Yokogawa</td><td>AQ6370C</td><td></td></tr><tr><td>Oszilloskop</td><td>Agilent</td><td>DCA-J 86100C</td><td></td></tr><tr><td>Messmodul</td><td>Agilent</td><td>86106B</td><td></td></tr><tr><td>Faserlaser</td><td>Koheras</td><td>Adjustik</td><td></td></tr><tr><td>Koppler</td><td>Newport</td><td>F-CPL-L22151-P</td><td>Verhältnis: 90/10</td></tr><tr><td>Koppler</td><td>Newport</td><td>F-CPL-L12155-P</td><td>Verhältnis: 50/50</td></tr><tr><td>Netzteil</td><td>Zentro-Elektrik</td><td>LD 2x15/1 GB</td><td></td></tr><tr><td>Elektrischer Verstärker</td><td>SHF</td><td>826H</td><td></td></tr><tr><td>Versorgungsanschluss</td><td>SHF</td><td>B826</td><td></td></tr><tr><td>Elektrischer Verstärker</td><td>Verstärker Research</td><td>10W1000</td><td></td></tr><tr><td>Fotodiode</td><td>Newport</td><td>D-8ir</td><td></td></tr><tr><td>Elektrischer Spektrumanalysator</td><td>HP</td><td>8563E</td><td></td></tr></tbody></table>

quasi-lichtraum für optische datenpakete

Quasi-light Storage for Optical Data Packets

Heutige Telekommunikations auf optischen Paketen, die in optischen Fasernetzwerken auf der ganzen Welt die Information übertragen basiert. Derzeit ist die Verarbeitung der Signale im elektrischen Bereich vorgenommen. Direktspeicher im optischen Bereich würde die Übertragung der Pakete an den elektrischen und zurück zu dem optischen Bereich in jedem Netzwerkknoten zu vermeiden und damit die Geschwindigkeit zu erhöhen und gegebenenfalls den Energieverbrauch des Telekommunikations reduzieren. Allerdings Licht besteht aus Photonen, die mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ausbreiten. So ist die Speicherung von Licht eine große Herausforderung. Es gibt einige Verfahren, um die Geschwindigkeit des Lichts zu verlangsamen, oder um es in Erregungen eines Mediums speichern. Allerdings können diese Verfahren nicht für die Speicherung von optischen Datenpaketen in Telekommunikationsnetzen verwendet werden. Hier zeigen wir, wie die Zeit-Frequenz-Kohärenz, die für jedes Signal und hält und somit für optische Pakete, ausgenutzt, um einen optischen Speicher zu bauen. Wir will Überprüfung der Hintergrund und zeigen im Detail und anhand von Beispielen, wie kann ein Frequenzkamm für das Kopieren eines optischen Paket, das den Speicher gelangt verwendet werden. Eine dieser Zeitbereich kopiert wird dann aus dem Speicher durch einen Zeitdomänen-Schalter extrahiert. Wir werden diese Methode für die Intensität als auch für phasenmodulierte Signale zeigen.

Für die Messung wird ein 10110101 intensitätsmodulierten Datenmuster mit einer Datenrate von 1 Gbps verwendet. Die schwarze Linie in Abbildung 6 stellt das Originalsignal und die farbigen Linien stellen die verschiedenen Speicherzeiten mit den QLS erreicht. Die Referenz wird ohne die QLS und der Schalter deaktiviert am Ausgang gemessen. Unter idealen Bedingungen Lagerzeiten bis zu 100 ns erreichbar. Die Ergebnisse für die gespeicherte Datenmuster 11001101 eines phasenmodulierten Signals, wiederum mit ei...

Der Artikel beschreibt ein Verfahren zur optischen Datenpakete mit beliebiger Modulations, Wellenlänge und Datenrate zu speichern. Diese Pakete sind die Grundlage der modernen Telekommunikation.

Quasi-Lichtraum für optische Datenpakete

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, Informationen, die in optischen Datenpaketen kodiert sind, durch Nutzung der Zeit-Frequenz-Kohärenz zu speichern und zu verzögern. Dies wird erreicht, indem zunächst ein optisches Datenpaket in das Quanten-Lichtspeicher-QLS-System für ein einzelnes Paket eingespeist wird. Die spektrale Darstellung ist kontinuierlich, was bedeutet, dass die Differenz zwischen zwei benachbarten Frequenzen des Spektrums null beträgt.Der zweite Schritt besteht darin, das Spektrum innerhalb des QLS-Systems durch stimulierte Bria-Wall-Streuung mit einem Frequenzkamm zu multiplizieren. Diese Multiplikation im Frequenzbereich entspricht einer Extraktion einzelner EQU entfernter Frequenzen aus dem Paketspektrum. Die Multiplikation im Frequenzbereich entspricht einer Faltung mit dem Puls im Zeitbereich.Dies führt zu einer Abfolge von Kopien des ursprünglichen Signals. Der letzte Schritt besteht darin, eine dieser Kopien durch ein rechteckförmiges Lese-Signal zu extrahieren. Das verzögerte Datensignal erscheint am Ausgang des QLS-Systems.Schließlich wird ein Oszilloskop verwendet, um die Verzögerung der optischen Datensignale darzustellen und zu messen. Der Hauptvorteil dieser Methode im Vergleich zu anderen Techniken wie langsames Licht, bei der nur ein Bit gespeichert werden kann, besteht darin, dass bei der quasi-optischen Speicherung mehrere tausend Bits verzögert und gespeichert werden können. Im Allgemeinen haben Personen, die mit dieser Methode neu sind, Schwierigkeiten, da Kohärenz in Zeit- und Frequenzdomäne verwendet wird, was nicht allgemein bekannt ist.Die VDI-Methode kann Einblicke in die Speicherung von amplitudenmodulierten Signalen liefern. Sie kann außerdem zur Speicherung von Modulationsformaten höherer Ordnung eingesetzt werden, die eine Kombination aus Phasen- und Amplitudenmodulation verwenden. Das Experiment findet auf einer optischen Bank statt, wobei Hilfsgeräte auf Gestellen montiert sind.Der Aufbau auf dem Labortisch ist in diesem Diagramm dargestellt. Das Licht im Experiment folgt zwei Hauptwegen. Verbinden Sie den Modulator mit der Faser und das andere Ende der Faser mit Port zwei des Zirkulators; verbinden Sie den Modulator mit Port zwei des Zirkulators.Der zweite Pfad dient der Frequenzkamm-Erzeugung. Befestigen Sie erneut eine Laserdiode und schließen Sie sie über einen Polarisationsregler an einen Phasenmodulator an. Führen Sie anschließend eine Faser ab. Gehen Sie zu einem optischen Verstärker, führen Sie dessen Ausgang zum Port eins des Zirkulators, schließen Sie jeden der Laserdioden an Temperatur- und Stromregler an. Geben Sie außerdem das Signal eines Wellenformgenerators, das durch einen elektrischen Verstärker geleitet wird, in jeden Modulator ein. Um phasenmodulierte Signale zu detektieren, fügen Sie zusätzliche Komponenten jenseits des Zirkulators hinzu.Verbinden Sie den Ausgang des Zirkulators mit einem 50-50-Koppler. Anschließend verbinden Sie einen lokalen Oszillator mit dem Koppler. Danach verbinden Sie einen dritten Modulator zur Gewinnung verzögerter Kopien mit dem Ausgang des 50-50-Kopplers.Als Nächstes schließen Sie einen 90/10-Koppler an den Modulatorausgang an. Um den Aufbau abzuschließen, legen Sie eine Vorspannung am Modulator an und synchronisieren Sie diese mit einem Rechtecksignal. Verbinden Sie vom Ausgangsport des Funktionsgenerators ein Oszilloskop mit dem 90-%-Port des Kopplers und ein optisches Spektrumanalysator mit dem 10-%-Port-Programm.Der Wellenformgenerator für das Datenpaket, der Frequenzkamm und das Abrufsignal. Bei vorbereitetem System und betriebsbereiten Diodenlasern Messungen beginnen, indem die Ausgabe für das Datensignal eingeschaltet wird.Stellen Sie am Wellenformgenerator die Vorspannung am Modulator an der Stromversorgung so ein, dass ein Signal guter Qualität auf dem Oszilloskop erscheint. Schalten Sie den Wellenformgenerator aus. Verwenden Sie anschließend eine Heterodyn-Detektion, um die Qualität des Frequenzkamms anzupassen, trennen Sie die Ausgangsleitung des Kamm-Modulators vom optischen Verstärker und leiten Sie sie in einen 50-50-Koppler ein.Schließen Sie einen Faserlaser als lokalen Oszillator an den anderen Eingang an und stellen Sie die Differenz zwischen Signal und Oszillator auf etwa acht Gigahertz ein. Schließen Sie danach den Ausgang des Kopplers an eine Photodiode und einen elektrischen Spektrumanalysator an. Kehren Sie zum Kammmodulator zurück, um die angelegte Vorspannung anzupassen.Ändern Sie die Vorspannung, bis ein flacher Frequenzkamm erreicht ist. Wenn ein Frequenzkamm von guter Qualität vorliegt, schließen Sie den Ausgang des Kammmodulators erneut an die optische Verstärkerfaser an. Stellen Sie sicher, dass der Wellenformgenerator ausgeschaltet ist, und stellen Sie die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Laserdioden auf die Bria-Wall-Verschiebung ein.Schalten Sie den optischen Verstärker ein und verwenden Sie das optische Spektrumanalysator, um seine Leistung auf einen Wert unterhalb der Schwelle der stimulierte Brillouin-Streuung einzustellen. Verschieben Sie nun die Wellenlänge des Datenlasers DDE in den Gewinnbereich des Ko-Modulators. Überprüfen Sie, ob das Signal verstärkt wird.Stellen Sie die Polarisation am Datenmodulator so ein, dass die Intensität des Datensignals maximiert wird. Schalten Sie die Daten- und Kamm-Ausgänge des Wellenformgenerators ein und erhöhen Sie die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers. Auf dem Oszilloskop sollten die verschiedenen Kopien erscheinen, die vom quasi-optischen Speichersystem erzeugt wurden.Extrahieren Sie eine Kopie, indem Sie eines der Markersignale des Wellenformgenerators verwenden, um einen rechteckförmigen Puls mit der Länge des Pakets einzustellen. Schalten Sie die Vorspannung für den Extraktionsmodulator ein und verändern Sie sie, bis das extrahierte Signal maximiert und alle anderen Kopien unterdrückt sind. Verschieben Sie den rechteckförmigen Puls zu der gewünschten Version des gespeicherten Musters.Das gespeicherte Muster kann mit dem Oszilloskop gespeichert werden. Hier in Schwarz dargestellt ist das ursprüngliche phasenmodulierte Signal mit einer Datenrate von einem Gigabit pro Sekunde. Die farbigen Linien stellen die extrahierten Kopien zu verschiedenen Speicherzeiten dar, die mithilfe der stimulierten Brillouin-Streuung basierenden quasi-optischen Speicherung gewonnen wurden.Die Speicherversionen des Signals sind nahezu verzerrungsfrei. Die Qualität und Anzahl der Kopien hängt in diesem Fall von der Pump-Leistung, der Flachheit des Kammes und der Polarisation ab, aufgrund von Gerätebeschränkungen betrug die maximale Speicherzeit 60 Nanosekunden nach diesem Verfahren. Andere Modulationsformate wie echte Amplitudenmodulation oder Phasensprung können ebenfalls gespeichert und verzögert werden.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie die Quai Light Storage-Methode funktioniert und wie Sie sie ebenfalls in Ihrem Labor durchführen können.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

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