Квази-свет для хранения оптических пакетов данных
February 6th, 2014
Статья описывает процедуру для хранения пакетов оптических данных с произвольным модуляции, длины волны и скорости передачи данных. Эти пакеты являются основой современных телекоммуникаций.
Общая цель этой процедуры заключается в хранении и задержке информации, закодированной в оптических пакетах данных, за счет использования временной и частотной когерентности. Это достигается путем первого внедрения оптического пакета данных в систему Quantum Light Storage QLS для одного пакета. Спектральное представление является непрерывным, что означает, что разница между двумя соседними частотами спектра равна нулю.
Второй шаг заключается в умножении спектра с помощью частотного гребня внутри системы QLS за счет вынужденного рассеяния на стенке Бриа. Это умножение в частотной области соответствует выделению одиночных удаленных частот EQU из пакетного спектра. Умножение в частотной области равно свертке с импульсом во временной области.
В результате получается цепочка копий оригинального сигнала. Последним шагом является извлечение одной из этих копий с помощью прямоугольного сигнала считывания. Сигнал запаздывающих данных появляется на выходе системы QLS.
В конечном счете, осциллограф используется для отображения и измерения задержки оптических сигналов данных. Основное преимущество этого метода по сравнению с другими методами, такими как медленный свет, где может быть сохранен только один бит, заключается в том, что при хранении квазисвета можно задержать и сохранить несколько тысяч бит. Как правило, люди, которые плохо знакомы с этим методом, будут испытывать трудности, потому что используется временная и частотная когерентность, которая не всем известна.
Метод VDI может дать представление о хранении амплитудно-модулированных сигналов. Он также может быть применен для хранения форматов модуляции более высокого порядка, в которых используется комбинация фазовой и амплитудной модуляции. Эксперимент проходит на оптическом стенде со вспомогательным оборудованием, смонтированным на стеллажах.
Конфигурация стенда показана на этой схеме. Свет в эксперименте идет двумя основными путями. Подключите модулятор к волокну и другой конец волокна со вторым портом циркуляционного насоса, подключите модулятор к второму порту циркуляционного насоса.
Второй путь предназначен для генерации частотных гребней. Опять же, монтируем лазерный диод, подключаем его к фазовому модулятору с регулятором поляризации. Оттуда выпейте волокно.
Подойдите к оптическому усилителю, выведите его на порт одного из циркуляционных насосов, подключите каждый из лазерных диодов к регуляторам температуры и тока. Также входите сигнал от генератора сигналов, который пропускается через электрический усилитель в каждый модулятор. Чтобы обнаруживать фазомодулированные сигналы, добавьте дополнительные компоненты за пределами циркуляционного насоса.
Подключите выход циркуляционного насоса к муфте 50 на 50. Затем подключите к ответвителю гетеродин. После этого подключите третий модулятор для извлечения отложенных копий к выходу ответвителя 50 на 50.
Далее подключите ответвитель 90 10 к выходу модулятора. Чтобы завершить настройку, подайте напряжение смещения на модулятор и синхронизируйте его с прямоугольным сигналом. Через выходной порт генератора сигналов подключите осциллограф к 90%-му порту ответвителя и анализатор оптического спектра к программе 10%-го порта.
Генератор осциллограмм для пакета данных, частотной гребенки и сигнала извлечения. С системой подготовлена и диодные лазеры работают. Начните измерения с включения выхода для сигнала данных.
На генераторе сигналов отрегулируйте смещение на модуляторе в источнике питания, чтобы добиться хорошего качества сигнала на осциллографе. Выключите генератор сигналов. Затем используйте гетеродинное детектирование для регулировки качества частотной гребенки, отключите выход гребенчатого модулятора от оптического усилителя и введите его в ответвитель 50 на 50.
Подключите волоконный лазер в качестве гетеродина к другому входу и установите разницу между сигналом и генератором на уровне около восьми гигагерц. Как только это будет сделано, подключите выход ответвителя к фотодиоду и анализатору электрического спектра. Вернитесь к гребенчатому модулятору для регулировки применяемого смещения.
Изменяйте смещение до тех пор, пока не будет получена плоская частотная гребенку. Когда есть гребень хорошего качества, снова подключите выход модулятора гребня к оптическому усилителю огня. Убедитесь, что генератор сигналов выключен, и отрегулируйте разность частот между двумя лазерными диодами в соответствии со сдвигом стенки Bria.
Включите оптический усилитель и с помощью анализатора оптического спектра установите его мощность на значение ниже порога вынужденного рассеяния на стенке бриа. Теперь сместите длину волны лазера DDE в область усиления комодулятора. Убедитесь, что сигнал усилен.
Отрегулируйте поляризацию модулятора данных, чтобы максимизировать интенсивность сигнала данных. Включите выходы данных и гребенчатые выходы генератора сигналов и увеличьте выходную мощность оптического усилителя. Осциллограф должен иметь различные копии, генерируемые квазисветовой накопительной системой.
Извлеките копию с помощью одного из маркерных сигналов генератора осциллограмм для создания прямоугольного импульса с длиной пакета. Включите смещение для модулятора экстракции и изменяйте его до тех пор, пока извлекаемый сигнал не станет максимальным, а все остальные копии не будут подавлены. Сдвиньте прямоугольный импульс в нужную версию сохраненного шаблона.
Сохраненный шаблон можно сохранить с помощью осциллографа. Здесь черным цветом показан исходный фазомодулированный сигнал со скоростью передачи данных один гигабит в секунду. Цветные линии представляют извлеченные копии в разное время хранения с использованием стимулированных брио, основанных на рассеянии квазисветового хранения.
Версии хранения сигнала практически не имеют искажений. Качество и количество экземпляров зависит от мощности насоса, плоскостности гребня и поляризации, в этом случае из-за ограничений оборудования максимальное время хранения составило 60 наносекунд После этой процедуры. Другие форматы модуляции, такие как амплитудная модуляция или сдвиг лица, также могут сохраняться и задерживаться.
После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как работает метод хранения света на набережной и как его можно сделать в вашей лаборатории.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
В данной статье представлен метод хранения и задержки оптических пакетов данных с использованием временной частотной когерентности. Эта методика позволяет хранить несколько битов, превосходя традиционные методы медленного света.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Оптическое хранение данных
- Квантовая оптика
- Технологии телекоммуникаций
Фон
- Оптические пакеты данных являются фундаментальными в современных телекоммуникациях.
- Временная частотная когерентность является ключевым понятием в этом методе хранения.
- Предыдущие методы ограничивали хранение одним битом.
- Квази-световое хранение позволяет задерживать тысячи битов.
Цель исследования
- Разработать процедуру хранения оптических пакетов данных.
- Продемонстрировать преимущества квази-светового хранения по сравнению с традиционными методами.
- Предоставить представление о хранении с модуляцией амплитуды и фазы.
Используемые методы
- Введение оптических пакетов данных в систему квантового хранения света (QLS).
- Умножение спектра с частотной гребенкой с использованием стимулированного рассеяния Бриллюэна.
- Извлечение задержанных копий исходного сигнала с использованием прямоугольного сигнала считывания.
- Измерение задержки с помощью осциллографа.
Основные результаты
- Успешное хранение и извлечение оптических пакетов данных.
- Демонстрированная способность задерживать несколько битов одновременно.
- Качество хранимых сигналов сохранялось с минимальной дисторсией.
- Максимальное время хранения, достигнутое – 60 наносекунд.
Выводы
- Метод значительно улучшает возможности оптического хранения данных.
- Он открывает перспективы для более высоких порядков форматов модуляции.
- Дальнейшие исследования могут расширить применения этой методики.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Optical data packet storage addresses a critical bottleneck in telecommunications infrastructure by enabling in-network buffering without optical-to-electrical conversion. This capability supports predictive confidence in network performance modeling and reduces latency-sensitive operational risks in high-throughput data transmission systems. The method’s ability to delay thousands of bits simultaneously enhances mechanistic de-risking for next-generation optical routing architectures.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of temporal signaling dynamics in photonic biosensor systems through precise optical pulse delay.
- Operational Value: Supports standardization of time-resolved optical assays requiring synchronized multi-channel readouts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of synchronized optical signal arrays for high-throughput screening of photodynamic compounds.
- Operational Value: Provides reproducible temporal encoding for assay standardization across distributed screening platforms.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enables alignment of optical biomarker readouts with pharmacokinetic sampling windows in preclinical models.
- Operational Value: Supports continuous monitoring of phototherapeutic agents in vivo through delayed signal retrieval.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into optical biosensor workflows by enabling temporal separation of excitation and detection events, supporting assay readiness in time-gated fluorescence measurements.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of kinetic binding mechanisms through controlled optical pulse delay.
- Screening: Describes assay readiness via synchronized optical pulse trains for parallel compound evaluation.
- Analytics: Highlights quantitative delay measurements enabling comparison of signal propagation conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity through alignment of optical biomarker timing with physiological response windows.
- Enterprise Reuse: Frames the optical delay system as a reusable timing module across multiple photonic measurement platforms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in temporal resolution of photonic biological interactions.
- Operational Value: Standardization and reproducibility of time-delayed optical measurements.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions in photonic probe development through reduced timing artifacts.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of optical biosensor platforms based on temporal fidelity capabilities.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nonlinear optics and frequency comb stabilization.
- Depends on precision optical amplification and polarization control infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of optical signal timing protocols.
- Involves adaptation considerations for varying modulation formats and data rates.
- Practical limitations include equipment-dependent maximum storage time of 60 nanoseconds.
