Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות

Published: February 6, 2014 doi: 10.3791/50468
Automatic Translation
1, 1
1Institut für Hochfrequenztechnik, Hochschule für Telekommunikation, Leipzig

Summary

המאמר מתאר את הליך לאחסון מנות נתונים אופטיים עם אפנון שרירותי, אורך גל, וקצב הנתונים. מנות אלה הן הבסיס של תקשורת המודרנית.

Abstract

התקשורת של היום מבוססת על מנות אופטיות המעבירות את המידע ברשתות סיבים אופטיים ברחבי העולם. נכון לעכשיו, העיבוד של האותות נעשה בתחום החשמל. אחסון ישיר בתחום האופטי הייתי למנוע את העברת המנות לחשמלית וחזרתי לתחום האופטי בכל צומת רשת, ולכן, להגביר את המהירות ואולי להפחית את צריכת האנרגיה של תקשורת. עם זאת, אור מורכב מפוטונים אשר מתפשטים במהירות האור בריק. לפיכך, האחסון של אור הוא אתגר גדול. קיימים כמה שיטות להאט את מהירות האור, או לאחסן אותו בעירורים של מדיום. עם זאת, שיטות אלו אינן יכולות לשמש לאחסון של מנות נתונים אופטיות המשמשות ברשתות תקשורת. כאן אנו מראים כיצד בזמן תדירות קוהרנטיות, המחזיקה עבור כל אות, ולכן עבור מנות אופטיות, כמו גם, ניתן לנצל כדי לבנות זיכרון אופטי. אנו WILביקורת l הרקע ולהראות בפירוט ודרך דוגמאות, איך מסרק תדר יכולים לשמש להעתקה של מנות אופטיות אשר נכנסה לזיכרון. אחד מעותקי תחום הזמן אלה מכן שחולץ מהזיכרון על ידי מתג תחום זמן. אנו נראים בשיטה זו לעצמה, כמו גם עבור אותות מווסת שלב.

Introduction

תחבורת נתונים ברשתות התקשורת היא אופטית, שכן רק סיבים אופטיים מציעים הקיבולת הנדרשת לתעבורת נתונים של היום מועברת ברחבי העולם. עם זאת, בכל צומת של רשת האות האופטי צריך להיות מועבר לרשות החשמל על מנת לעבד אותו. לאחר עיבוד האות מומרת חזרה לתחום האופטי לשידור נוסף. כפולת העברה זו בין תחומים היא גם זמן וכוח רב. על מנת להשתמש בעיבוד כל אופטי של נתונים, הבעיה של אחסון ביניים יש לפתור. לכן, הרבה שיטות לאחסון או החציצה של האותות אופטיים כבר הציע. הדרך הפשוטה ביותר היא לשלוח אותות לתוך מטריצה ​​של מוליכי גלים עם אורכים שונים 2. עם זאת, מטריצות אלה הן מגושמות וזמן האחסון אינו יכול להיות מכוון שכן הוא מוגדר מראש על ידי אורך מוליך גל.

שיטת "איטי אור" מסתמכת על tunabשינוי le של שבירת מדד קבוצה בינונית עד להאט את מהירות ההתפשטות של פולסים אות אופטי 2. כמה השפעות פיזיות ומערכות חומר יכולים לשמש למטרה זו 3-6. עם זאת, עם שיטות אלה את האות יכול להיות האטה על ידי כמה פשוט קצת אורכים, שהוא ללא ספק אינו מספיק לצומת ברשת אופטיים 7,8.

גישה אחרת משתמשת בהמרת אורך גל ופיזור לדור של עיכובים מתכונן. וכך, אורך גל המרכז את אות הכניסה מוסט באמצעות המרה אופטית לא לינארית. לאחר מכן, את האות מוזנת לתוך סיבים נפיצה מאוד. ההבדל במהירות החבורה בסיבים נפיצה מוביל לעיכוב שהוא יחסית לתוצר של השינוי באורך הגל והפיזור קבוצתי מהירות (GVD) בסיבים. עם המרה שנייה אורך הגל מוסט חזרה לערך המקורי. לטכניקות שינוי באורך הגל כמו ערבוב ארבעה גלים או מו שלב עצמיניתן להשתמש dulation. עם ההמרה וזמני אחסון בשיטת פיזור עד 243 NSEC של עיכוב מתכונן, אשר תואם את 2,400 קצת, דווחו 10. עם זאת, שיטות המרת אורך גל והפיזור באופן כללי צריכים רכיבים מיוחדים ומערכים לייצור שינוי באורך גל גדול ו / או GVD הגדול. בנוסף, הם הם בין שיטות העיכוב המורכבת ויאבה כוח ביותר 2.

שיטות אחרות לאחסן את האותות אופטיים לעירור של מערכת חומר. קרן בדיקה לאחר מכן נעשה שימוש כדי לקרוא את המידע. בדרך כלל מערכות אלה לא ניתן להשתמש בשטח של תקשורת שכן הם דורשים טמפרטורות ultrahigh או נמוכות 11, לא יעבדו עם פס תקשורת, או לדרוש ולא הגדרות מסובכות ומתח גבוה 12-14.

כאן אנו מראים כיצד מאפיין בסיסי של אותות (קוהרנטיות הזמן בתדר) ניתן לנצל לאחסון של מנות נתונים אופטיות. Sincדואר לא עירור של מערכת חומר משמש, יש לנו בשם חפצים מעין אור השיטה (QLS) 15-17. QLS אינו תלוי באפנון, נתונים בפורמט וקצב נתונים של המנות ויכול לאחסן מנות אופטיות עבור כמה אלף קצת אורכי 18.

הרעיון הבסיסי שניתן לראות באיור 1, קטניות בצורה מלבניות כאן מוצגות. עם זאת, השיטה עובדת לכל צורת דופק ועבור מנות של קטניות. ההגבלה היחידה היא שהאותות צריכים להיות מוגבל בזמן.

איור 1
איור 1. קוהרנטיות זמן בתדר עבור אות בעוצמה מווסתת 23. אות מלבנית בודדת במישור הזמן (א) מיוצגת על ידי sinc פונקציה בתדר domaב (ב). כאן העצמה המנורמלת מוצגת, שכן הוא לא ניתן למדוד את השדות עם ציוד אופטי. ייצוג תחום הזמן לרצף של אותות מלבניים מוצג ב( ג). רצף זה יש עדיין אותה הצורה של רוח רפאים. אבל, זה מורכב מתדרים אחת במרחק שווה תחת sinc-המעטפה (ד). ציר הזמן מנורמל למחצית את משך הזמן של אות אחת וציר התדר לאפס המעברים הראשונים, בהתאמה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

דופק מלבני במישור הזמן (איור 1 א) יש "cardinalis סינוס" או חטא פונקצית sinc (px) / ספקטרום px צורה (איור 1b), שבו כל התדרים מתחת למעטפת נוכחים. רכבת של פולסים מלבניים במישור הזמן (איור 1 ג) יש עדיין siפונקצית NC בצורת קשת (איור 1d) עם f Δ רוחב הפס. אך בשל המחזוריות, לא כל התדרים נוכחים יותר. במקום זאת, הקשת מורכבת מתדרים במרחק שווה וההפוכה של ריווח התדירות מגדירה את הפרדת הזמן בין פולסים Δ T = v 1 / Δ.

הרעיון הבסיסי של QLS הוא עכשיו פשוט לחלץ תדרים במרחק שווה מהספקטרום של מנות הקלט. בשל לכידות זמן בתדר זה תוצאות בהעתקה של המנות במישור הזמן. העותק עם העיכוב הרצוי יכול להיות מופק על ידי מתג תחום זמן.

העיקרון של הניסוי שלנו מוצג באיור 2. אות כניסה מוגבלת בזמן מוכפל עם מסרק תדר במישור התדר. לכפל משמשת השפעה לא לינארית של פיזור מגורה ברילואן (SBS). התוצאות הן עותקים במרחק שווה של אות הכניסה בהדואר תחום בזמן. אחד האותות מופק עם מתג מונע על ידי פונקציה מלבנית. לפיכך, במוצא של הזיכרון באופן עקרוני ניתן לצפות עותק ללא עיוות של דופק הקלט.

איור 2
אות כניסה מוגבלת איור 2. רעיון בסיסי של חפצים מעין האור 15. זמן (א) מוכפלת עם מסרק תדר (ב) במישור התדר, אשר כונה על עם X. זה מוביל לעותקים שונים של אות במישור הזמן (ג). מהרכבת הדופק שנוצרה אחד מהעותקים (ד) מופק באמצעות מתג תחום בזמן על ידי אות קריאה מלבנית (ה). המתג יכול להיות מאפנן. התוצאה היא אחסון של האותות אופטיים. Stזמן orage מוגדר על ידי ריווח התדירות בין שורות מסרק ואות הקריאה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

SBS עצמו הוא השפעה קוי שיכול להתרחש בסיבי תקן אחד במצב (SSMF) בכוחות נמוכים. ובכך, את אות אינטראקציה עם שינוי צפיפות אופטי אשר מופק על ידי גל משאבה מתפשט דלפק. אם גל האות העביר הילוך בתדירות, אזור רווח נוצר בי האות תהיה מוגברת. אם זה עבר up-האות תהיה נחלשת באזור הירידה במקביל. שינוי התדר בין המשאבה והאות מוגדר על ידי הגל אקוסטי, אשר תלוי בתכונות החומר. היתרון הגדול ביותר של SBS ליישום שהוצג הוא SBS ו Δ רוחב הפס הצר של אזור הרווח. לפיכך, כמעט SBS מהווה מסנן אופטי linewidth צרה. רוחב הפס הצר של tהוא ירוויח אזור תלוי באורך ובשטח האפקטיבי של הסיבים, כמו גם על כוחה המשאבה משמש 19. הרוחב מלא הטבעי ברוחב פס חצי לכל היותר (FWHM) של רווח SBS בSSMF הוא בסביבות 30 MHz. בגלבו מיוחד, כגון סיבי AllWave, ועם כוחות משאבה גבוהים, רוחב הפס יכול להיות מופחת עד ל10 MHz 20. בשל רוחב הפס של מסנן העותקים השונים מכוסים במעטפה. לכן, זמן האחסון המרבי של QLS הפוך תלוי ברוחב הפס של SBS. רוחב פס של 10 MHz יביא זמן אחסון מרבי של 100 NSEC. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

לשידור קצב הסיבית גבוה מאוד המידע צריך להיות מקודד לשלב של המוביל במקום המשרעת שלה, שכן זה מציע הרבה יתרונות. לכן, בניגוד לקטניות, יש אותות ברשתות אופטיות אלה משרעת קבועה. <strong> איור 3 מראה אות כגון שלב מווסת בזמן (משמאל) ותחום תדר (מימין). הספקטרום הזה ניתן לדגום באותו אופן כמו זה של משרעת האות מווסתת 21. למעשה הספקטרום של הפונקציה מלבנית ולעוצמת אותות מאופנן שלב מסונן בשל השידור, אשר מגביל את הספקטרום.

איור 3
איור 3. קוהרנטיות זמן בתדר לאפנון שלב 21. באות מאופן שלב השלב של המוביל משתנה על ידי האות שבה יש להיות משודרים. אם כל סמל מורכב מ1 קצת, השלב משתנה בין 0 ל π, למשל. בצד השמאל של איור מציג את ייצוג תחום בזמן וכתוצאה מכך לפאזה בינאריות כגון רגשאות (BPSK). האות בתדר תחום וכתוצאה מכך מוצגת בצד ימין. לשם השוואה עם איור 1 ניתן לראות כי הספקטרום של האות מאופנן השלב הוא איכותי זהה לזה של האות מאופן האינטנסיבית. לכן, יכול להיות מיושם QLS באותה הדרך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת המערכת (איור 4)

  1. הכנס את LD1 דיודות הלייזר וLD2 בהר המסוים ולחבר אותו עם הנוכחי (LDC) ובקרי טמפרטורה (TEC). הפעל את המכשירים ולבדוק את הפונקציונליות של דיודות לייזר עם מנתח הספקטרום האופטי. בדרך כלל, משמש גל הטלקום סביב 1,550 ננומטר.
  2. חבר את דיודת הלייזר למאפננים (IM / PM וMZM1) בהתאם להתקנה באיור 4. המחברים אופטיים צריכים לנקות לפני השימוש, על מנת להבטיח המשטח הנקי לצימוד. חבר את ספק הכוח (לא מוצג) ואת האות ממחולל צורת הגל (AWG) עם מגבר חשמלי נוסף למאפנן. ודא כי ספק הכניסה האופטי וחשמלי המרבי במאפנן אין חריגה. כל מודולטור מצויד בבקר קיטוב.

/ Files/ftp_upload/50468/50468fig4highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50468/50468fig4.jpg "/>
איור 4. התקנה ניסיונית של QLS לפי האחסון של עוצמה ואותות שלב מווסתת אפשרי. הסעיף שכותרתו הכחול נחוץ רק לצורך זיהוי של אותות מווסת שלב. תהליך QLS מתרחש בסיבים אופטיים. הסעיף שכותרתו הצהוב מגדיר את זיהוי אבוכי של מסרק התדר. TEC: בקר טמפרטורה, LDC: מקור זרם דיודת לייזר, LD: דיודת לייזר, IM: מאפנן עוצמה, PM: מאפנן שלב, מחשב: בקר קיטוב, AWG: מחולל צורת גל שרירותי, MZM: מאפנן מאך-Zehnder, EDFA: ארביום מסומם סיבים מגבר, C: סירקולטור, Lo: מתנד המקומי, Osci: אוסצילוסקופ, OSA: מנתח ספקטרום אופטי, פ"ד: דיודת אור, סוכנות החלל האירופית: מנתח ספקטרום חשמלי. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

    להתחיל = "3">
  1. חבר את הסיבים עם המאפנן לאות נתונים. עבור אותות שלב מווסת זה חייב להיות מאפנן מופע (PM) ועבור אותות בעוצמה מווסתת מאפנן עוצמה (IM). בדרך כלל, קצב הנתונים עבור הניסוי הוא בטווח Gbps. הצד האחר של הסיבים קשורים ליציאה 2 של סירקולטור (C). סיבי AllWave משמשים בניסויים שלנו יש לו את המפרט הבא: L = 20 קילומטר, Δ ו SBS = 10.2 MHz, ו SBS = 10.852 GHz, P ה 9.1 ≈ dBm.
  2. חבר את המאפנן משרעת עבור דור מסרק תדר (MZM1) עם המגבר האופטי (EDFA). מסרק יש לכסות את רוחב הפס של אות המידע. הפלט של EDFA מחובר עם יציאת 1 של סירקולטור.
  3. לצורך זיהוי של אותות שלב מווסת, יש צורך במקור התייחסות. חבר את המתנד המקומי (LO) יחד עם התפוקה של 3 סירקולטור למצמד 50/50. עבור int ensity מווסת אותות, חלק זה אינו נדרש. כLO לייזר סיב (Koheras) משמש.
  4. עבור אותות שלב מווסת: לחבר את המאפנן השלישי (MZM2) לחילוץ העותקים המאוחר עם התפוקה של המצמד 50/50. עבור אותות בעוצמה מווסתת, להתחבר MZM2 ישירות ליציאת ה 3 של סירקולטור. לספק את המאפנן עם מתח הטיה (לא מוצג) ואות מלבנית מיציאת פלט CH1 Mkr1 של הגנרטור צורת הגל לחילוץ. לכן, את האותות המקוריים נתונים, כמו גם את האות מלבנית לחילוץ מסונכרנים.
  5. לזיהוי וניתוח: להתחבר 90/10 מצמד לאחר MZM2. אוסצילוסקופ מחובר עם יציאת 90% מהמצמד וחלק 10% קשור במנתח הספקטרום האופטי.
  6. לתכנת את מחולל צורת הגל עם האותות הנדרשים לנתוני מנות, מסרק התדר והאות מלבנית. מסרק התדר מופק על ידי sinc-פונקציה מחזורית.
e_title "> 2. מדידה

  1. הפעל את הפלט עבור אותות הנתונים במחולל צורת הגל (AWG). לשנות את הנטייה למאפנן (IM / PM) באספקת החשמל ולשלוט על איכות האות באוסצילוסקופ. לאחר התאמת האיכות הטובה ביותר להפוך את הפלט של צורת גל גנרטור כבויה. צריכים להיות מוגדרים מאפננים סביב נקודת ההפעלה ליניארי. ניתן למצוא ערכים למופת בסעיף התוצאות.
  2. להתאים את האיכות של מסרק התדר עם זיהוי אבוכי. דוגמא למסרק תדר באיכות טובה יחסית, מוצגת באיור 5. מסרק התדר צריך להיות שטוח, למשל יש את כל רכיבי התדר באותה עוצמה ויציבות לאורך זמן, כמו גם רחבים מספיק כדי לכסות את כל הספקטרום. בנוסף, את הקצוות של המסרק צריכים להיות תלולים, למשל אין רכיבי תדר לכאורה בעוצמה נמוכה בצדדים.
  3. אני זיהוי מסרק אבוכי: חברו את היציאה של MZM1 עם שיתוף 50/50upler. הנמל האחר של המצמד מחובר עם לייזר סיב (Koheras) כמו מתנד מקומי.
  4. איתור מסרק אבוכי השני: בשל רוחב הפס המוגבל של צילום דיודה ומנתח הספקטרום החשמלי, ראשון מצמד הפלט צריך להיות מחובר למנתח הספקטרום האופטי על מנת לקבוע את המרחק בין מתנד המקומי ואת האות לסביבות 8 GHz על ידי שינוי הטמפרטורה של הלייזר.
  5. איתור מסרק אבוכי III: לאחר ההתאמה להסיר את מנתח הספקטרום האופטי ולחבר את דיודת האור ומנתח ספקטרום החשמל לתפוקה של המצמד 50/50. התאם את מתח ההטיה של מאפנן מסרק להשיג מסרק תדר שטוח. לאחר השלמת לחבר את הפלט של המאפנן שוב למגבר האופטי (EDFA).
  6. התאם את המרחק בין שני דיודות הלייזר (IM / PM וMZM1) לגבי שינוי ברילואן עם אותות גל רציפים. לכן, כדי להיות בטוח שהפלט של מחולל צורת הגל הוא turned כבוי.
  7. הפעל את המגבר האופטי. יש להסתכל על נתח הספקטרום האופטי ולהגדיר את תפוקת החשמל של EDFA לערך מתחת לסף של פיזור ברילואן מגורה.
  8. עכשיו להעביר את אורך הגל של לייזר דיודה אשר מייצר את אות נתונים (IM / PM) לאזור הרווח של המשאבה (MZM1). האות תהיה מוגברת אם אורך הגל הוא נכון.
  9. לאופטימיזציה לשנות את הקיטוב של אות הנתונים ולכן העצמה למקסימום.
  10. הפעל את שני הפלטים (אות הנתונים ומסרק) של הגנרטור צורת הגל. להגדיל את תפוקת החשמל של EDFA. עכשיו מסרק התדר יהיה לחלץ רכיבים במרחק שווה מהספקטרום. אוסצילוסקופ צריך להראות העותקים השונים שנוצרו על ידי QLS. להפחתת עיוות מעט להעביר את אורך הגל של אות הנתונים ולשנות את הקיטוב.
  11. כדי לחלץ את אחד העותקים להשתמש באחד מאותות הסמן של מחולל צורת הגל או מקור חיצונישיכול לייצר דופק מלבני. הגדר את דופק מלבני עם האורך של המנות.
  12. הפעל את ההטיה לMZM2 ולשנות אותו עד לנקודה שבה ההפעלה אות חילוץ מוגדלת ואת כל העותקים האחרים מודחקים. עכשיו להעביר את הדופק המלבני לגרסה הרצויה של הדפוס המאוחסן.
  13. דפוס נתונים המאוחסן ניתן לשמור עם אוסצילוסקופ ומוערך עם תוכנה, למשל מקור.
  14. על מנת לעבור בין המדידה של עוצמת ולשלב אותות מווסת, המאפנן לאות הנתונים צריך להיות שונה ממסרים מיידיים לאותות בעוצמה מווסת לPM עבור אותות מווסת שלב. בנוסף, לאותות השלב מווסת מתנד מקומי כמקור התייחסות צריך להוסיף להגדרה לפי איור 4.

איור 5 איור 5. כמעט שטוח מסרק תדר עם 13 סניפים. מסרק זוהה באמצעות זיהוי אבוכי. לגילוי מתנד מקומי בשילוב באמצעות מצמד 3 dB עם האות האופטי וזוהה עם דיודת אור. מסרק התדר נמדד ונרשם עם מנתח ספקטרום חשמלי. תפוקת החשמל של מתנד המקומי היה dBm 6 ואת הכוח האופטי של dBm מסרק 8. המרחק בין מתנד המקומי והמסרק האופטי היה 9.8 GHz. לסקירה כללית טובה יותר על ציר התדר הוא מנורמל לתדר המרכזי של המסרק שהיה סביב 193.5 THz (1,550 ננומטר). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

למדידה דפוס נתונים מווסת 10110101 עוצמה עם קצב נתונים של 1 Gbps היה בשימוש. הקו השחור באיור 6 מייצג את האות המקורי והקווים הצבעוניים מייצגים את זמני אחסון השונים שהושגו עם QLS. ההתייחסות נמדדה ללא QLS והמתג המנוטרל במוצא. תחת פעמים אחסון תנאים אידיאליים עד 100 NSEC הם ברי השגה. התוצאות עבור הדפוס מאוחסן 11001101 נתונים של אות בשלב מווסת, שוב עם קצב נתונים של 1 Gbps ניתן לראות באיור 7, עם אות הייחוס בצד השמאל (השחור) ועותקי חילוץ השונים של SBS מבוססים QLS . הגרסאות המאוחסנות של האות המקורי הן כמעט עיוות בחינם. משמעות הדבר היא שיש רק שינויים קטנים במשרעת של הביטים במנה, כמו גם פשוט הרחבת דופק קלה. מדידת העיוותים מתבצעת איכותית עבור כל מנה על ידימדידת הערכים הספציפיים עם אוסצילוסקופ.

האיכות וכמות העותקים תלויה בכוח המשאבה, השטיחות של המסרק והקיטוב. אם מסרק התדר אינו שטוח מספיק, עיוותים בדפוס והעותקים השונים להתרחש. אם כוח המשאבה נמוך מדי יהיה פחות כמות העותקים, שכן הכוח לכל שורה במסרק יקטן. במקרה של כוח המשאבה נמוך רוחב פס רווח SBS יהיה רחב יותר ולכן זמן האחסון המרבי פוחת. בנוסף, אם כוח המשאבה נמוך מדי, אין רווח SBS וללא סינון. כפי שניתן לראות, זמן האחסון המרבי באיור 7 הוא 60 NSEC. בשל המגבלות של הציוד, כוח המשאבה במהלך המדידה היה נמוך מדי. לכן רוחב פס רווח ברילואן לא יכול להיות מופחת למינימום שלה ואת זמן האחסון המרבי מוגבל ל 60 NSEC.

אחסון אור איור 6. קווזי של אות בעוצמה מווסתת 17. בתוך הדמות את תוצאות המדידה לאות מאופן עוצמה עם הרצף קצת 10,110,101 ניתן לראות. העותקים שנוצרו על ידי QLS מוצגים בנוסף לאות הייחוס בצד השמאל (השחור). מסרק התדר המשמש נוצר עם AWG וMZM. כוח קלט RF של MZM היה 20 dBm וV. 3.76 מתח הטיה בתוך ניסוי תפוקת החשמל של EDFA למסרק היה 26 dBm. אות הנתונים שנוצרה על ידי AWG ומאפנן אחר, גם כן. כוח RF קלט נתונים למאפנן היה 24 dBm ומתח ההטיה 1.54 V. הכוח האופטי של אות הנתונים היה 6 dBm. כמדיום ברילואן שימשו סיבי AllWave 20 קילומטר. QLS ליצור עותקים שונים של האות המקורי. Evעותק ery הופק בנפרד עם MZM מונע על ידי אות מלבנית. כוח קלט RF היה 4 dBm ומתח ההטיה היה 2.57 V. המדידה של אות הנתונים, כמו גם העותקים שנעשו עם אוסצילוסקופ עם קלט אופטי. נתוני XY של העותקים שחולצו נשמר ונותחו. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 7
איור 7. אחסון אור קווזי של אות בשלב מווסת 21. הקו השחור בצד השמאל מציג את דפוס הנתונים המקורי 11,001,101. הקווים הצבעוניים להראות עותקי חילוץ השונים אשר נוצרים באמצעות QLS. מסרק התדר המשמש נוצר עם פונקצית sinc מתוך AWG וMZמ 'MZM היה מונע ב20 כוח קלט dBm RF ומתח הטיה של 3.76 V. אות הנתונים שנוצר מAWG, כמו גם, והועבר לרשות האופטית עם מאפנן שלב מונע עם כוח RF של 19 dBm. כמדיום ברילואן שימשו סיבי AllWave 20 קילומטר. תפוקת החשמל של EDFA למסרק היה 23 dBm. הכוח האופטי של אות הנתונים לפני הסיבים היה 10 dBm. העותקים שנוצרו באמצעות QLS מחולצים עם MZM ואות מתוך AWG מלבני. כוח קלט RF היה 4 dBm ומתח ההטיה היה 3.5 V. כדי לזהות עותקים עם אוסצילוסקופ האות היא בשילוב עם מתנד מקומי כדי לקבל שלב התייחסות, כפי שהוסברה בחלק ההליך. האות נמדדה ונרשמה עם אוסצילוסקופ ומוערך עם המקור. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

השלב הקריטי ביותר במהלך הניסוי הוא ההתאמה של מסרק התדר, כלומר רוחב הפס, השטיחות והעמדה ביחס לנתוני האות בתחום התדר. על פי משפט הדגימה בתחום תדר, עיוותי אות נמנעות אם כל רוחב הפס של החבילה האופטית ידגם עם מסרק באופן אידיאלי שטוח. כך, רוחב הפס של החבילה האופטית מגדיר את רוחב הפס המינימאלי של מסרק התדר וברוחב הפס הזה המסרק צריך להיות שטוח ככל האפשר. מסרק תדר nonideal יוביל לכפל לא סדיר עם ספקטרום נתונים ולכן לספקטרום שנדגמו לא אחיד. זה יגדיל את העיוותים באופן משמעותי. את אותו האפקט מתרחש כאשר עמדתו של מסרק הרווח וקשת נתונים לא מתאימים בצורה נכונה. אם רק מחצית ממסרק הרווח היא בתוך ספקטרום נתונים, למשל, התוצאה תהיה ספקטרום שנדגמו לא אחיד והעיוותים יהיו מוגברות.

ass = "jove_content"> השיטה עצמה היא מוגבלת על ידי שני גורמים: אורך המנה ורוחב הפס של פיזור ברילואן מגורה. הרוחב המלא הטבעי במחצית מקסימום רוחב פס (FWHM) של SBS הוא בסביבות 30 MHz. בגלבו מיוחד, כגון סיבי AllWave, ועם כוחות משאבה גבוהים, רוחב הפס יכול להיות מופחת עד ל10 MHz. התוצאה היא זמן אחסון מרבי של 100 NSEC. בנוסף, האורך של מנה אחת הוא מוגבל למרחק בין העותקים. אם זה הייתי עולה על מרחק זה, העותקים יהיו מעוותים. כדי להתגבר על מגבלה זו המרחק של הסניפים במסרק התדר יכול להיות מופחת ולכן המרחק של העותקים בתחום הזמן יהיה משופר.

זמן האחסון הכולל ישירות תלוי ברוחב פס רווח ברילואן. לכן, על ידי צמצום רוחב פס זמן האחסון ניתן להגדיל באופן משמעותי. זה יכול להיעשות על ידי סופרפוזיציה של הרווח עם שני הפסדים 17 כמו גם uלשיר מערכת ברילואן שלב רב 22. שינויים אלה הם קלים ליישום, אבל לשפר את המורכבות של המערכת, בהתאמה. בנוסף, זמן האחסון ניתן לשפר על ידי שימוש בלולאה סביב המערכת. לכן המנות שחולצו מוזנת חזרה למערכת לאחר נסיעה הלוך ושוב כל אחד.

היתרונות הבולטים של שיטה זו הם מתכונן, זמן אחסון גבוה, כמו גם את עצמאותו של פורמט האפנון וההתקנה פשוטה למדי. שיטות כל האחסון האופטי דומות אחרות מוגבלות לזמני אחסון של רק כמה חתיכות, כמו הגישה הקלה האיטי 8, או שיש לי זמן אחסון קבוע, למשל במטריצת לולאה.

הרכיבים הדרושים לQLS זמינים מסחרי וניתן לשלב בקלות. כמדיום אור איטי ניתן להשתמש בסיבי ההולכה עצמו. לכן צמתים ברשת יכולים להיות מצוידים בקלות עם טכניקת QLS. המרכיב היחיד שיש צורך בתוספתהוא היגיון בקרה מרכזי אשר שולט על זמני אחסון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים. המחבר, תומס שניידר, הוא עובד של דויטשה טלקום AG. המחבר, סטפן Preußler, זכה למימון שהועמד על ידי דויטשה מעבדות חדשנות טלקום.

Acknowledgments

אנו בתודה להכיר תמיכה הכספית של דויטשה מעבדות חדשנות טלקום.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Laser diode 3S Photonics A1905LMI 2x
Laser Mount Tektronix LDH BFY-B2 2x
Temperature Controller LightWave LDT-5948 2x
Current Controller LightWave LDX-3220 2x
Optical amplifier High-Wave HWT-EDFA-B-30-1-FC/PC
Circulator OFR OCT-3-IR2
Waveform Generator Tektronix AWG7102
Fiber 20 km OFS AllWave-ZWP G652C-D
Polarization Controller Thorlabs Fiber Pol. Contr. IPC030 2x
Modulator Avanex IM-10-P Phase
Modulator Avanex SD20 Amplitude, extract
Modulator Avanex PowerBit F-10 Amplitude, data
Modulator Covega Mach10 Amplitude, comb
Optical Spectrum Analyzer Yokogawa AQ6370C
Oscilloscope Agilent DCA-J 86100C
Measurement Module Agilent 86106B
Fiber Laser Koheras Adjustik
Coupler Newport F-CPL-L22151-P Ratio: 90/10
Coupler Newport F-CPL-L12155-P Ratio: 50/50
Power supply Zentro-Elektrik LD 2x15/1 GB
Electrical amplifier SHF 826H
Supply port SHF B826
Electrical amplifier Amplifier Research 10W1000
Photodiode Newport D-8ir
Electrical spectrum analyzer HP 8563E

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Spring, J., Tucker, R. S. Photonic 2 x 2 packet switch with input buffers. Electron. Lett. 29 (3), 284-285 (1993).
  2. Krauss, T. F. Why do we need slow light. Nat. Photonics. 2, 448-450 (2008).
  3. Hau, L. V., Harris, S. E., Dutton, Z., Behroozi, C. H. Light speed reduction to 17 meters per second in an ultracold atomic gas. Nature. 397, 594-598 (1999).
  4. Chang-Hasnian, C. J., Ku, P. C., Kim, J., Chuang, S. L. Variable optical buffer using slow light in semiconductor nanostructures. Proc. IEEE. 91 (11), 1897-1810 (2003).
  5. Gersen, H., Karle, T. J., et al. Real-space observation of ultraslow light in Photonic Crystal Waveguides. Phys. Rev. Lett. 94 (7), 073903-073907 (2005).
  6. Thévenaz, L. Slow and fast light in optical fibres. Nature Photon. 2, 472-481 (2008).
  7. Uskov, A. V., Sedgwick, F. G., Chang-Hasnian, C. J. Delay Limit of Slow Light in Semiconductor Optical Amplifiers. IEEE Photon. Technol. Lett. 18 (6), 731-733 (2006).
  8. Schneider, T. Time Delay Limits of stimulated-Brillouin-scattering-based slow light systems. Opt. Lett. 33 (13), 1398-1400 (2008).
  9. Sharping, J., Okawachi, Y., van Howe, J., Xu, C., Wang, Y., Willner, A., Gaeta, A. All-optical, wavelength and bandwidth preserving, pulse delay based on parametric wavelength conversion and dispersion. Opt. Express. 13 (20), 7872-7877 (2005).
  10. Okawachi, Y., Foster, M., Chen, X., Turner-Foster, A., Salem, R., Lipson, M., Xu, C., Gaeta, A. Large tunable delays using parametric mixing and phase conjugation in Si nanowaveguides. Opt. Express. 16 (14), 10349-10357 (2008).
  11. Kash, M. M., et al. Ultraslow group velocity and enhanced nonlinear optical effects in a coherently driven hot atomic gas. Phys. Rev. Lett. 82 (26), 5229-5232 (1999).
  12. Turukhin, A. V., et al. Observation of ultraslow and stored light pulses in a solid. Phys. Rev. Lett. 88 (2), 023602-023605 (2001).
  13. Fleischhauer, M., Yelin, S. F., Lukin, M. D. How to trap photons? Storing single-photon quantum states in collective atomic excitations. Opt. Commun. 179 (1-6), 395-410 (2000).
  14. Zhu, Z., Gauthier, D. J., Boyd, R. W. Stored Light in an Optical Fiber via Stimulated Brillouin Scattering. Science. 318 (5857), 1748-1750 (2007).
  15. Preußler, S., Jamshidi, K., Wiatrek, A., Henker, R., Bunge, C. A., Schneider, T. Quasi-Light-Storage based on time-frequency coherence. Opt. Express. 17 (18), 15790-15798 (2009).
  16. Jamshidi, K., Preußler, S., Wiatrek, A., Schneider, T. A review to the all optical Quasi Light Storage. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. Special Issue: Nonlinear Optical Signal Processing. 18 (2), 884-890 (2012).
  17. Preußler, S., Jamshidi, K., Schneider, T. Quasi-Light-Storage Enhancement by Reducing the Brillouin Gain Bandwidth. Appl. Opt. 50 (22), 4252-4256 (2011).
  18. Schneider, T., Jamshidi, K., Preußler, S. Quasi-Light Storage: A Method for the Tunable Storage of Optical Packets With a Potential Delay-Bandwidth Product of Several Thousand. Bits, J. Lightwave Technol. 28 (17), 2586-2592 (2010).
  19. Boyd, R. Nonlinear Optics. , Academic Press. (2003).
  20. Yeniay, A., Delavaux, J., Toulouse, J. Spontaneous and Stimulated Brillouin Scattering Gain Spectra in Optical Fibers. J. Lightwave Technol. 20 (8), 1425-1432 (2002).
  21. Preußler, S., Schneider, T. All optical storage of phase-shift-keyed data packets. Opt. Express. 20 (16), 18224-18229 (2012).
  22. Preußler, S., Schneider, T. Bandwidth reduction in a multistage Brillouin system. Opt. Lett. 37 (19), 4122-4124 (2012).
  23. Preußler, S., Jamshidi, K., Wiatrek, A., Schneider, T. Einfache variable, optische Datenspeicherung bis zu 800 ns. Proceedings Photonische Netze. (ITG-FB 228), P8. , (2011).

Tags

פיסיקה גיליון 84 תקשורת אופטית אופטי אור חפצים מגורה פיזור ברילואן עיבוד אותות אופטי מנות נתונים אופטיות תקשורת
חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schneider, T., Preußler, S.… More

Schneider, T., Preußler, S. Quasi-light Storage for Optical Data Packets. J. Vis. Exp. (84), e50468, doi:10.3791/50468 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter