Статья описывает процедуру для хранения пакетов оптических данных с произвольным модуляции, длины волны и скорости передачи данных. Эти пакеты являются основой современных телекоммуникаций.
Method Article
Статья описывает процедуру для хранения пакетов оптических данных с произвольным модуляции, длины волны и скорости передачи данных. Эти пакеты являются основой современных телекоммуникаций.
Сегодня телекоммуникационный основана на оптических пакетов, которые передают информацию в волоконно-оптических сетей по всему миру. В настоящее время обработка сигналов выполняется в электрической области. Прямая хранения в оптическом диапазоне позволит избежать передачи пакетов к электрической и обратно в оптическом диапазоне в каждом узле сети и, следовательно, увеличить скорость и, возможно, снизить энергопотребление телекоммуникаций. Тем не менее, свет состоит из фотонов, которые распространяются со скоростью света в вакууме. Таким образом, хранение света является большой проблемой. Там существует несколько методов, чтобы замедлить скорость света, или хранить его в возбуждений среды. Однако эти способы не могут быть использованы для хранения пакетов данных, используемых оптических телекоммуникационных сетей. Здесь мы показываем, как частотно-временной когерентности, которое выполняется для каждого сигнала и, следовательно, для оптических пакетов, а также, может быть использована для создания оптической памяти. Мы Вильл отзыв фон и шоу подробно и на примерах, как частотная гребенка может быть использован для копирования оптического пакета, который входит в памяти. Один из этих временных копий домена затем экстрагируют из памяти с помощью переключателя временной области. Покажем этот метод для интенсивности, а также для фазовых модулированных сигналов.
Транспортный данных в телекоммуникационных сетей оптически, так как только оптические волокна обеспечивают потенциал, необходимый для современной трафика данных, передаваемого во всем мире. Тем не менее, в каждом узле сети оптический сигнал должен быть передан в электрическую домена с целью его обработки. После обработки сигнал преобразуется обратно в оптическом диапазоне для дальнейшей передачи. Этот двойной передачи между доменами занимает очень много времени и энергоемким. Для того чтобы использовать все-оптического обработку данных, проблема промежуточного хранения должна быть решена. Таким образом, много методов для хранения или буферизации оптических сигналов были предложены. Самый простой способ, чтобы отправить сигналы в матрицу волноводов с различными длинами 2. Тем не менее, эти матрицы громоздки и время хранения не может быть настроена так как он предопределен длины волновода.
Метод "Замедленное Свет" опирается на tunabле изменение индекса группа рефракционной среды, чтобы замедлить скорость распространения оптического сигнала импульсов 2. Ряд физических явлений и материальные системы могут быть использованы для этой цели 3-6. Тем не менее, с помощью этих методов сигнал может быть замедлен несколько битовых длины, которая на сегодняшний день не достаточно для оптических сетевых узлов 7,8.
Другой подход использует преобразование длины волны и дисперсии для генерации перестраиваемых задержек. Таким образом, центральная длина волны входного сигнала сдвинуты по нелинейной оптической преобразования. После этого сигнал подается в очень дисперсионной волокна. Разница в групповой скорости в дисперсионной волокна приводит к задержке, которая пропорциональна произведению сдвига длины волны и дисперсии групповой скорости (дГС) в волокне. Со вторым преобразования длины волны смещается обратно в исходное значение. Для методов сдвига длины волны, как ЧВ или самостоятельно фазы моdulation могут быть использованы. С переходом и времени дисперсия способ хранения до 243 нсек перестраиваемого задержки, которые соответствуют 2400 бит, было зарегистрировано 10. Тем не менее, преобразования длины волны и дисперсионные методы в целом нуждаются в специальных компонентов и установок для производства большой сдвиг длины волны и / или большой ДГС. Кроме того, они являются одними из самых сложных и энергоемких методов задержки 2.
Другие методы хранения оптический сигнал в возбуждении материальной системы. Зонд луч затем используется для чтения информации. Как правило, эти системы не могут быть использованы в области телекоммуникаций, поскольку они требуют сверхвысоких или-низких температурах 11, не будет работать с телекоммуникационными полосы пропускания, или требуют довольно сложных установок и высокую мощность 12-14.
Здесь мы показываем, как основное свойство сигналов (частотно-временной когерентности) могут быть использованы для хранения пакетов оптических данных. Sincе не возбуждение материальной системы не используется, мы назвали метод Квази-свет хранения (QLS) 15-17. QLS не зависит от модуляции, формата данных и скорости передачи данных пакетов и может хранить оптические пакеты для нескольких тысяч бит длиной 18.
Основная идея видно на фиг.1, здесь прямоугольной формы импульсов показаны. Однако метод работает для каждого формы импульса и для пакетов импульсов. Единственное ограничение состоит в том, что сигналы должны быть ограничены во времени.

Частотно-временной когерентности при интенсивности модулированного сигнала 23 Рисунок 1.. Один прямоугольный сигнал во временной области (а) представлена si-функции в частотной Domaв (б). Здесь нормированная интенсивность показано, так как это не возможно, чтобы измерить полей с оптического оборудования. Представление во временной области для последовательности прямоугольных сигналов показано в (с). Эта последовательность имеет все тот же спектральный форму. Но, он состоит из равноудаленных одиночных частот под синк-конверт (г). Ось времени нормализуются половине длительности одного сигнала и частотной оси на первые переходов через нуль, соответственно. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Прямоугольный импульс во временной области (рис. 1а) имеет "синусовый Cardinalis" или функции Sinc Sin (пикселей) / PX формы спектр (рис. 1b) где все частоты в соответствии с огибающей присутствуют. Поезд прямоугольных импульсов во временной области (рис. 1в) предстоит еще очень сиФункция пс форме спектра (рис. 1г) с пропускной способностью Δ ф. Но в связи с периодичностью, не все частоты присутствуют больше. Вместо этого, спектр состоит из эквидистантных частот и обратным шагом частоты определяет разделение времени между импульсами Δ T = 1 / Δ V.
Основная идея из QLS теперь просто извлечь эквидистантных частот из спектра входного пакета. В связи с частотно-временной когерентности это приводит к копированию пакета во временной области. Копия с требуемой задержки могут быть извлечены с помощью переключателя временной области.
Принцип нашей эксперимента приведена на рисунке 2. Ограничены во времени входной сигнал умножается на частотной гребенки в частотной области. Для умножения нелинейный эффект ВРМБ (SBS) используется. Результаты являются равноудаленными копии входного сигнала в гоэ временной области. Один из сигналов экстрагируют переключатель приводится в действие прямоугольной функции. Таким образом, на выходе памяти в принципе без искажений копия входного импульса можно ожидать.

Рисунок 2. Основная идея в квази-света хранения 15. Ограничена во времени входного сигнала (а) умножается с частотной гребенки (б) в частотной области, который обозначается с X. Это приводит к различным копий сигнал во временной области (с). От генерируемого импульсов один из экземпляров (г) экстрагируют переключателя временной области с помощью прямоугольного сигнала чтения (е). Переключатель может быть модулятор. Результатом является хранение оптического сигнала. УлOrage время определяется частотным интервалом между гребенок линий и сигнала считывания. Нажмите сюда, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Сам SBS является нелинейный эффект, что может произойти в стандартных одномодовых волокон (SSMF) при малых мощностях. Таким образом, сигнал взаимодействует с изменением оптической плотности, которая генерируется волны, распространяющейся счетчик насоса. Если волна сигнал понижающую передачу по частоте, усиление область образована в котором сигнал будет усилен. Если это до сдвинутый сигнал будет ослаблен в соответствующей области потерь. Частотный сдвиг между насосом и сигнала определяется акустической волны, которое зависит от свойств материала. Самое большое преимущество SBS для представленной заявки является узкая полоса пропускания Δ е СБС области усиления. Таким образом, практически SBS образует узкий оптический фильтр ширины линии. Узкая полоса пропускания тон приобретет область зависит от эффективной длины и площади волокна, а также от используемого мощности накачки 19. Естественный полной ширины на половине высоты (FWHM) пропускной способностью усиления SBS в SSMF составляет около 30 МГц. В специальных волноводов, таких как AllWave волокон, и с высокими мощностях накачки, пропускная способность может быть снижена до 10 МГц 20. В связи с пропускной способностью фильтра различные копии покрыты оболочкой. Таким образом, максимальное время хранения из QLS обратно зависит от пропускной способности SBS. Пропускная способность 10 МГц приведет к максимальным временем хранения 100 нс. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Для передачи очень высокой скорости информация должна быть закодирована в фазе несущей вместо его амплитуды, так как это предлагает много преимуществ. Таким образом, в отличие от импульсов, сигналы на этих оптических сетей имеют постоянную амплитуду. <сильный> 3 показана такая фаза модулированного сигнала во времени (слева) и частотной области (справа). Этот спектр может быть выбраны таким же образом, что и амплитудно-модулированного сигнала 21. На самом деле спектр прямоугольной функции для интенсивности и фазово-модулированных сигналов отфильтровывают из-за передачи, который ограничивает спектр.

Частотно-временной когерентности для фазовой модуляции 21. В фазы модулированного сигнала фазы несущей изменяется посредством сигнала, который должен быть передан Рисунок 3.. Если каждый символ состоит из 1 бита, фаза изменяется между 0 и π, например. Левая часть рисунка показывает полученное представление во временной области для такого фазового сдвига двоичного шпонкой(BPSK) сигнал. Результирующий сигнал частотной области показано на правой стороне. По сравнению с фиг.1 видно, что спектр фазы модулированного сигнала качественно такая же, как и интенсивности модулированного сигнала. Таким образом, QLS могут быть применены таким же образом.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Подготовка системы (рис. 4)
/ Files/ftp_upload/50468/50468fig4highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/50468/50468fig4.jpg "/>
Рисунок 4. Экспериментальная установка из QLS причем хранение интенсивности и фазы модулированных сигналов можно. Синий помечены раздел нужен только для обнаружения фазовых модулированных сигналов. Процесс QLS происходит в оптическом волокне. Желтый помечены раздел определяет гетеродинного детектирования в частотной гребенки. TEC: регулятор температуры, НРС: источник тока лазерного диода, Л. Д.: лазерный диод, И. М.: модулятор интенсивности, PM: фазовый модулятор, ПК: контроллер поляризации, AWG: генератор сигналов произвольной формы, MZM: Маха-Цандера модулятор, EDFA: эрбия легированных волокна усилитель, C: циркуляционный насос, Ло: гетеродин, Osci: осциллограф, OSA: анализатор оптического спектра, PD: фотодиод, ЕКА: электрический анализатор спектра. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Рисунок 5. Почти плоская частотная гребенка с 13 филиалов. Гребень был обнаружен с помощью гетеродинного детектирования. Для обнаружения гетеродин объединяли через ответвитель 3 дБ с оптического сигнала и детектировали с фотодиодом. Частотная гребенка измеряли и записывался с электрической анализатора спектра. Выходная мощность гетеродина было 6 дБм, а оптическая сила гребень 8 дБм. Расстояние между гетеродином и оптической гребенки был 9,8 ГГц. Для лучшего обзора в ось частоты нормирована на центральной частоте гребенки, которая была вокруг 193,5 ТГц (1550 нм). Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Для измерения был использован 10110101 модуляцией интенсивности шаблон данных со скоростью передачи данных 1 Гбит. Черная линия на рисунке 6 представляет собой исходный сигнал и цветные линии представляют различные сроки хранения, достигнутые с QLS. Ссылка измеряется без QLS и отключенной выключателем на выходе. Под раз идеальные условия хранения до 100 нс достижимы. Результаты для хранимой 11001101 комбинации данных сигнала фазы модулированного, снова скоростью передачи данных 1 Гбит можно увидеть на <...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Наиболее важным шагом в процессе эксперимента является регулировка частотной гребенки, т.е. полосы пропускания, плоскостности и позиции по отношению к сигналу данных в частотной области. Согласно теоремы отсчетов в частотной области, искажения сигнала можно избежать, если вся полоса пропускания оптического пакета дискретизируется с идеально плоским гребнем. Таким образом, ширина полосы частот оптического пакета определяет минимальную пропускную способность частотной гребенки и в этой полосе гребень должен быть ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторы заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы. Автор, Томас Шнайдер, является сотрудником Deutsche Telekom AG. Автор, Стефан Пройслер, получил финансирование, который был предоставлен Deutsche Telekom инновационных лабораторий.
Мы выражаем глубокую признательность за финансовую поддержку Deutsche Telekom инновационных лабораторий.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Лазерный диод | 3S Фотоника | A1905LMI | 2x |
| Крепление для лазера | Tektronix | LDH BFY-B2 | 2x |
| Регулятор температуры | LightWave | LDT-5948 | 2x |
| Контроллер тока | LightWave | LDX-3220 | 2x |
| Оптический усилитель | High-Wave | HWT-EDFA-B-30-1-FC/PC | |
| Циркуляционный насос | OFR | OCT-3-IR2 | |
| Генератор сигналов | Tektronix | AWG7102 | |
| волокно 20 км | OFS | AllWave-ZWP G652C-D | |
| Контроллер поляризации | Thorlabs | Fiber Pol. Contr. IPC030 | 2x |
| модулятор | Avanex | IM-10-P | Фазовый |
| модулятор | Avanex | SD20 | Амплитуда, экстракт |
| Модулятор | Avanex | PowerBit F-10 | Amplitude, |
| модулятор | данных Covega | Mach10 | Amplitude, гребенчатый |
| оптический анализатор спектра | Yokogawa | AQ6370C | |
| Осциллограф | Agilent | DCA-J 86100C | |
| Измерительный модуль | Agilent | 86106B | |
| Волоконный лазер | Koheras | Adjustik | |
| Соединитель | Newport | F-CPL-L22151-P | Передаточное число: 90/10 |
| Соединитель | Newport | F-CPL-L12155-P | Отношение: 50/50 |
| Источник питания | Zentro-Elektrik | LD 2x15/1 GB | |
| Электрический усилитель | SHF | 826H | |
| Порт питания | SHF | B826 | |
| Электрический усилитель | Усилитель | 10W1000 | |
| Фотодиод | Newport | D-8ir | |
| Электрический анализатор спектра | HP | 8563E |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission