一种实现信号光频谱整合的方法及系统的制作方法
一种实现信号光频谱整合的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤通信技术领域，特别是设及一种实现灵活光栅弹性光网络中信号 光频谱整合的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 相对于传统的WDM光网络，基于OFDM技术的弹性光网络有很多优势。OFDM技术将 高速串行数据流转换成低速并行子数据流进行传输，延长了符号周期，提高了抗干扰能力， 子信道间相互正交，提升了频谱利用率，而且其频谱具有弹性和可扩展性的固有特性。因 此，（FDM光网络最显著特点就是频谱网格较小且灵活，可依据用户需求分配所需频谱。但 是，该种光网络结构存在严重的频谱不连续，碎片化问题，需要频谱整合技术去解决该个问 题。
[0003] 频谱整合能够进行频谱的重新分配利用，达到提高频谱利用率、解决交叉连接过 程中波长竞争、进行有效路由选择和降低网络阻塞率问题。
[0004] 现有光-电-光波长转换结构的波长转换器，其需要用到电子器件部分，由于"电 子瓶颈"的限制，转换速率较低，对信号速率不透明；转换过程中对原有信号的相位和幅度 信息不能保留，对信号调制格式不透明。而单级全光波长转换器结构中，累浦光和波长光之 间有一个波长间隔，因此不能实现OFDM信号的任意搬移。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种实现信号频谱整合的方法及系统，目的在于消除现有 光-电-光转换结构中"电子瓶颈"效应影响W及解决单级全光波长转换器不能实现对信 号的任意搬移的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种实现信号光频谱整合的方法，包括：
[0007] 将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质光纤中；
[000引在所述第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为 第一波长；
[0009] 提取所述第一波长的信号作为闲频光；
[0010] 将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第二非线性介质光 纤中；
[0011] 在所述第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为 第二波长；
[0012] 提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0013] 可选地，所述第一非线性介质光纤为高非线性光纤。
[0014] 可选地，所述第二非线性介质光纤为高非线性光纤。
[0015] 可选地，所述第一信号光为相干光正交频分复用信号光。
[0016] 可选地，所述第一累浦光为连续光。
[0017]可选地，所述第一信号光的输入功率为9. 1地m，所述第一累浦光的输入功率为 27. 9地m。
[001引可选地，所述第二信号光的输入功率为7. 9地m，所述第二累浦光的输入功率为 22. 3地m。
[0019] 本发明还提供了一种实现信号光频谱整合的系统，包括：
[0020] 第一禪合器，用于将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质 光纤中；
[0021] 第一非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第 一波长；
[0022] 第一带通滤波器，用于提取所述中间波长的信号作为闲频光；
[0023] 第二禪合器，用于将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第 二非线性介质光纤中；
[0024] 第二非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第 二波长；
[0025]W及第二带通滤波器，用于提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0026] 可选地，还包括：
[0027] 放大器，用于对所述第一信号光、所述第一累浦光、所述第二累浦光、所述闲频光 W及所述输出光进行放大。
[0028] 可选地，所述第一非线性介质光纤的长度为150m、色散斜率为0.024ps.皿-2.虹1一1， 非线性系数为6. 9W-ikm-i，损耗为6. 2地.km-i，受激布里渊阔值为0. 65W;
[0029] 所述第二非线性介质光纤的长度为100m、色散斜率为0. 00化S.rniT2.knTi，非线性 系数为10. 8胖-1虹1-1，损耗为0. 8地.km-i，受激布里渊阔值为0.18W。
[0030] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法及系统，通过将第一信号光W及第一 累浦光禪合后，在第一非线性介质光纤中进行第一级波长转换，然后将提取出的闲频光与 第二累浦光禪合后，在第二非线性介质光纤中进行第二级波长转换。本发明所提供的实现 信号光频谱整合的方法及系统，采用两级转换结构全光波长转换器，不包含电子器件，消除 了 "电子瓶颈"效应的影响，提高了转换效率。且本发明采用两级转换结构，能够完成无间 隔波长转换W及消除四波混频效应带来的相位共辆问题。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的一种【具体实施方式】的流程 图；
[0032] 图2为本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的另一种【具体实施方式】的流 程图；
[0033] 图3为本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的另一种【具体实施方式】的波 长转换过程示意图；
[0034] 图4为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的一种【具体实施方式】的结构 框图；
[0035] 图5为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的另一种【具体实施方式】的结 构框图；
[0036]图6为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的CO-OFDM信号波长转换仿真 实验图；
[0037]图7为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的C0-0FDM信号频谱整合仿真 实验图；
[003引图8为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的转换效率示意图；
[0039] 图9为第一级输入信号波长不变C0-0抑M信号经两级波长转换后邸R对比图；
[0040] 图10为第二级输出信号波长不变C0-0FDM信号经两级波长转换后B邸对比图；
[0041] 图11为频谱整合前频谱图（(FDM信号频谱在波长1550nm位置）：
[004引图12为频谱整合后频谱图（(FDM信号频谱被转换至1540皿波长位置）；
[004引图13为频谱整合前后C0-0FDM信号B邸及星座图对比。
【具体实施方式】
[0044] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的一种【具体实施方式】的流程图如图1 所示，该方法包括：
[0046] 步骤S101 ;将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质光纤 中；
[0047] 步骤S102 ;在所述第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第一信号光的 波长转换为第一波长；
[0048] 步骤S103 ;提取所述第一波长的信号作为闲频光；
[0049] 步骤S104;将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第二非 线性介质光纤中；
[0化0] 步骤S105 ;在所述第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的 波长转换为第二波长；
[0化1] 步骤S106 ;提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0化2] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法，通过将第一信号光W及第一累浦光 禪合后，在第一非线性介质光纤中进行第一级波长转换，然后将提取出的闲频光与第二累 浦光禪合后，在第二非线性介质光纤中进行第二级波长转换。本发明所提供的实现信号光 频谱整合的方法及系统，采用两级转换结构全光波长转换器，不包含电子器件，消除了 "电 子瓶颈"效应的影响，提高了转换效率。且本发明采用两级转换结构，能够完成无间隔波长 转换W及消除四波混频效应带来的相位共辆问题。
[0053]现有光-电-光波长转换结构的波长转换器，其需要用到电子器件部分，由于"电 子瓶颈"的限制，转换速率较低，对信号速率不透明。转换过程中对原有信号的相位和幅度 信息不能保留，对信号调制格式不透明（不能完成OFDM信号的波长转换），信号再生费用 高，可靠性低，设备升级有难度。
[0054] 而基于高非线性光纤（HNL巧四波混频效应（FWM)的全光波长转换技术，具有对信 号调制格式和比特率均透明、转换速率块、转换频带较宽、结构简单容易实现等特点。但是 单级全光波长转换器结构中，累浦光和波长光之间有一个波长间隔，因此不能实现OFDM信 号的任意搬移。鉴于此，在本发明所提供的另一种【具体实施方式】中，利用两级波长转换结构 的全光波长转换器对OFDM信号进行频谱整合。该方法结构简单、容易实现，可用于高速率 多调制信号。
[0化5]如图2本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的另一种【具体实施方式】的 流程图所示，与上一实施例相比，本实施例中第一非线性介质光纤具体为高非线性光纤 (HNLF1)，第二非线性介质光纤具体为高非线性光纤（HNLF2)，第一信号光具体为相干光正 交频分复用信号光（C0-0FDM)，第一累浦光为连续光。
[0化6] 该方法包括；
[0化7] 步骤S201 ;将C0-0抑M信号光和第一累浦光经第一禪合器禪合后，发送至第一高 非线性光纤HNLF1中；
[005引步骤S202 ;在第一高非线性光纤（HNLF1)中经四波混频（FWM)效应，将C0-0抑M信 号光转换至第一波长处；
[0化9] Am在转换波段带外，由带通滤波器将中间波长Am的闲频光滤出，至此，完成了第 一级波长转换。
[0060] 步骤S203;将第一波长的信号滤出作为闲频光；
[0061] 步骤S204;将该闲频光作为第二信号光，与第二累浦光经第二禪合器禪合后，发 送至第二高非线性光纤HNLF2中；
[0062] 步骤S205;在第二 高非线性光纤HNL巧中经四波混频（FWM)效应，完成将信号光 转换至最终输出的第二波长Ai处；
[0063] 步骤S206 ;提取该第二波长的信号作为输出光。
[0064]由图3两级HNLF-FWM转换结构的波长转换过程示意图所示，由于第一级转换的中 间闲频光在转换频带外，使得进行第二次转换时，可W将转换光转换到转换频带上的任一 位置，即无间隔转换。且经过两次FWM效应，转换光的相位共辆被还原。
[0065] 而在只有一级FWM转换的情况下，由于信号光和累浦光在非线性介质中进行FWM 时，必须留有足够的空隙，考虑累浦光在两侧都有相同的间隔，使得在信号光两侧存在一定 大小的频带不能被用于波长转换，即图中第一级信号光旁的虚线框部分，如此便限制了波 长转换的灵活性和实用性，同时，其转换光存在相位共辆问题。
[0066] 本实施例提供的实现C0-0FDM信号光频谱整合的方法，其无电子器件，消除"电子 瓶颈"效应影响。HNLF作为超快非线性介质，飞秒量级的响应时间可用于高速调制信号，因 此对转换信号速率透明。FWM过程能保留相位幅度信息，对调制格式透明（能够完成OFDM 信号的波长转换），转换频带宽，可达30nm。且本发明使用两级波长转换结构能够对光信 号进行无间隔转换，增加波长转换器在应用中的灵活性，同时第二级波长转换结构能够还 原由于FWM效应引起的相位共辆，使其更好地应用于相位调制格式光信号的波长转换，如 DP-QPSK信号和C0-0抑M信号等。
[0067] 同时，C0-0FDM技术结合了OFDM和光相干检测技术的优点，不仅提升了频谱利用 率和抗干扰能力，还提升了 0SNR容忍度和PMD敏感度，近乎线性完成射频到光调制和光到 射频解调。
[0068] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的一种【具体实施方式】的结构框图如 图4所示，该系统包括：
[0069] 第一禪合器，用于将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质 光纤中；
[0070] 第一非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第 一波长；
[0071] 第一带通滤波器，用于提取所述中间波长的信号作为闲频光；
[0072] 第二禪合器，用于将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第 二非线性介质光纤中；
[0073] 第二非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第 二波长；
[0074] W及第二带通滤波器，用于提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0075] 作为一种优选实施方式，本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统还可W进一 步包括：
[0076] 放大器，用于对所述第一信号光、所述第一累浦光、所述第二累浦光、所述闲频光 W及所述输出光进行放大。
[0077] 如图5本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的另一种【具体实施方式】的结 构框图所示，CO-OFDM信号的转换结构分为2个阶段。波长转换器第一级WCO-OFDM信号作 为信号光，连续光作为累浦光，产生四波混频效应的非线性介质选用了高非线性光纤，其优 点是减小转换器尺寸、降低能耗和减小时延等，转换完成后经带通滤波器输出所需波长光。 波长转换器第二级与第一级在结构上完全相同，最大不同点是输入信号光改为第一级的输 出光，完成两级转换后的转换光可直接进行解调。其中，中间闲频光的波长为1560nm。在第 一级，累浦光的输入功率为27. 9地m，信号光的输入功率为9. 1地m;第二级，累浦光输入功 率为22. 3地m，信号光输入功率为7. 9地m。同时，表1列出两段光纤的重要参数。
[007引表1HNLF的重要参数
[0079]
[0080] 图6示出了基于化tiSystem仿真软件与本申请对应的仿真图。其仿真过程和上面 叙述相同；转换结构分为2个阶段，其为两级波长转换结构。波长转换器第一级WCO-OFDM 信号作为信号光，连续光作为累浦光，产生四波混频效应的非线性介质选用了高非线性光 纤，转换完成后经带宽为0. 48nm的矩形带通滤波器输出所需中间闲频光。波长转换器第二 级与第一级在结构上完全相同，最大不同点是输入信号光改为放大后的第一级输出光，输 出最终目标转换光后，完成两级转换后的转换光可直接进行解调。
[0081] 在W上两级结构波长转换的实验基础上给出基于其的频谱整合实验图，如图7所 示。在进行频谱整合前，C0-0抑M被带宽为0. 48nm的带通滤波器滤出送入基于两级转换结 构的HNLF-FWM全光波长转换器内，转换器结构和前面的图6内容相同，经频谱整合，最后禪 合回信号内，完成频谱整合。
[00間两级转换效率如下图8所示，第一级转换效率高于-10地的波长范围超过30nm，从 1525nm-1555皿；第二级转换效率高于-16地的波长范围超过35皿，从1520nm-1555皿。该两 阶波长转换结构均有30nm较宽的转换频带。本实施例中实验的转换频带为1525nm-1555nm 之间30皿的范围。
[008引图6所示C0-(FDM信号的波长转换实验结果如图9和图10所示，在转换频带内转 换信号的邸R与背靠背C0-0抑M信号的邸R作比较。图9的第一级信号光输入波长不变， 只改变第二级输出信号光波长，输出信号光的BER曲线几乎重合在一起，说明在整个可转 换带宽范围内，转换后的信号性能基本一致。图10中改变第一级信号光输入波长，而第二 级输出信号光波长不变，观察输出信号光BER，只有1525nm输入光有稍许差别，其它都基本 相同，与图8中第一级转换效率在1525nm处稍低，而其它波长基本不变有关。图9与图10 的在B邸为10-9处，转换信号功率代价都大致在-3地左右。
[0084] 图7所示的频谱整合实验结果由下面几幅图给出，其中图11、12给出频谱整合前 后的频谱图，图13给出了频谱整合前后BER曲线及对应的星座图。图13中，左侧为频谱整 合前CO-OFDM信号解调的星座图，右侧为频谱整合后CO-OFDM信号解调的星座图。
[0085] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它 实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
[0086] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对该些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的该些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，包括： 将第一信号光以及第一泵浦光耦合后，发送至第一非线性介质光纤中； 在所述第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第一 波长； 提取所述第一波长的信号作为闲频光； 将所述闲频光作为第二信号光，与第二泵浦光耦合后，发送至第二非线性介质光纤 中； 在所述第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第二 波长； 提取所述第二波长的信号作为输出光。2. 如权利要求1所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一非线性介 质光纤为高非线性光纤。3. 如权利要求2所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第二非线性介 质光纤为高非线性光纤。4. 如权利要求3所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一信号光为 相干光正交频分复用信号光。5. 如权利要求4所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一泵浦光为 连续光。6. 如权利要求5所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一信号光的 输入功率为9.ldBm，所述第一泵浦光的输入功率为27. 9dBm。7. 如权利要求6所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第二信号光的 输入功率为7. 9dBm，所述第二泵浦光的输入功率为22. 3dBm。8. -种实现信号光频谱整合的系统，其特征在于，包括： 第一耦合器，用于将第一信号光以及第一泵浦光耦合后，发送至第一非线性介质光纤 中； 第一非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第一波 长； 第一带通滤波器，用于提取所述中间波长的信号作为闲频光； 第二耦合器，用于将所述闲频光作为第二信号光，与第二泵浦光耦合后，发送至第二非 线性介质光纤中； 第二非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第二波 长； 以及第二带通滤波器，用于提取所述第二波长的信号作为输出光。9. 如权利要求8所述的实现信号光频谱整合的系统，其特征在于，还包括： 放大器，用于对所述第一信号光、所述第一泵浦光、所述第二泵浦光、所述闲频光以及 所述输出光进行放大。10. 如权利要求9所述的实现信号光频谱整合的系统，其特征在于，所述第一非线性 介质光纤的长度为150m、色散斜率为0. 024ps.nnT2.knT1，非线性系数为6. 损耗为 6. 2dB.knT1，受激布里渊阈值为0. 65W;
【专利摘要】本发明公开了一种实现信号光频谱整合的方法及系统，该方法包括：将第一信号光以及第一泵浦光耦合后，发送至第一非线性介质光纤中；在第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将第一信号光的波长转换为第一波长；提取第一波长的信号作为闲频光；将所述闲频光作为第二信号光，与第二泵浦光耦合后，发送至第二非线性介质光纤中；在第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第二波长；提取所述第二波长的信号作为输出光。本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法及系统，消除了“电子瓶颈”效应的影响，对信号速率及格式透明，具有高的转换效率，且能够完成无间隔波长转换以及消除四波混频效应带来的相位共轭问题。
【IPC分类】G02F1/35, H04B10/25
【公开号】CN104901742
【申请号】CN201510341564
【发明人】高明义, 杨尚飞, 邹瑶, 沈纲祥
【申请人】苏州大学张家港工业技术研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤通信技术领域，特别是设及一种实现灵活光栅弹性光网络中信号 光频谱整合的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 相对于传统的WDM光网络，基于OFDM技术的弹性光网络有很多优势。OFDM技术将 高速串行数据流转换成低速并行子数据流进行传输，延长了符号周期，提高了抗干扰能力， 子信道间相互正交，提升了频谱利用率，而且其频谱具有弹性和可扩展性的固有特性。因 此，（FDM光网络最显著特点就是频谱网格较小且灵活，可依据用户需求分配所需频谱。但 是，该种光网络结构存在严重的频谱不连续，碎片化问题，需要频谱整合技术去解决该个问 题。
[0003] 频谱整合能够进行频谱的重新分配利用，达到提高频谱利用率、解决交叉连接过 程中波长竞争、进行有效路由选择和降低网络阻塞率问题。
[0004] 现有光-电-光波长转换结构的波长转换器，其需要用到电子器件部分，由于"电 子瓶颈"的限制，转换速率较低，对信号速率不透明；转换过程中对原有信号的相位和幅度 信息不能保留，对信号调制格式不透明。而单级全光波长转换器结构中，累浦光和波长光之 间有一个波长间隔，因此不能实现OFDM信号的任意搬移。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种实现信号频谱整合的方法及系统，目的在于消除现有 光-电-光转换结构中"电子瓶颈"效应影响W及解决单级全光波长转换器不能实现对信 号的任意搬移的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种实现信号光频谱整合的方法，包括：
[0007] 将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质光纤中；
[000引在所述第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为 第一波长；
[0009] 提取所述第一波长的信号作为闲频光；
[0010] 将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第二非线性介质光 纤中；
[0011] 在所述第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为 第二波长；
[0012] 提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0013] 可选地，所述第一非线性介质光纤为高非线性光纤。
[0014] 可选地，所述第二非线性介质光纤为高非线性光纤。
[0015] 可选地，所述第一信号光为相干光正交频分复用信号光。
[0016] 可选地，所述第一累浦光为连续光。
[0017]可选地，所述第一信号光的输入功率为9. 1地m，所述第一累浦光的输入功率为 27. 9地m。
[001引可选地，所述第二信号光的输入功率为7. 9地m，所述第二累浦光的输入功率为 22. 3地m。
[0019] 本发明还提供了一种实现信号光频谱整合的系统，包括：
[0020] 第一禪合器，用于将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质 光纤中；
[0021] 第一非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第 一波长；
[0022] 第一带通滤波器，用于提取所述中间波长的信号作为闲频光；
[0023] 第二禪合器，用于将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第 二非线性介质光纤中；
[0024] 第二非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第 二波长；
[0025]W及第二带通滤波器，用于提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0026] 可选地，还包括：
[0027] 放大器，用于对所述第一信号光、所述第一累浦光、所述第二累浦光、所述闲频光 W及所述输出光进行放大。
[0028] 可选地，所述第一非线性介质光纤的长度为150m、色散斜率为0.024ps.皿-2.虹1一1， 非线性系数为6. 9W-ikm-i，损耗为6. 2地.km-i，受激布里渊阔值为0. 65W;
[0029] 所述第二非线性介质光纤的长度为100m、色散斜率为0. 00化S.rniT2.knTi，非线性 系数为10. 8胖-1虹1-1，损耗为0. 8地.km-i，受激布里渊阔值为0.18W。
[0030] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法及系统，通过将第一信号光W及第一 累浦光禪合后，在第一非线性介质光纤中进行第一级波长转换，然后将提取出的闲频光与 第二累浦光禪合后，在第二非线性介质光纤中进行第二级波长转换。本发明所提供的实现 信号光频谱整合的方法及系统，采用两级转换结构全光波长转换器，不包含电子器件，消除 了 "电子瓶颈"效应的影响，提高了转换效率。且本发明采用两级转换结构，能够完成无间 隔波长转换W及消除四波混频效应带来的相位共辆问题。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的一种【具体实施方式】的流程 图；
[0032] 图2为本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的另一种【具体实施方式】的流 程图；
[0033] 图3为本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的另一种【具体实施方式】的波 长转换过程示意图；
[0034] 图4为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的一种【具体实施方式】的结构 框图；
[0035] 图5为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的另一种【具体实施方式】的结 构框图；
[0036]图6为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的CO-OFDM信号波长转换仿真 实验图；
[0037]图7为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的C0-0FDM信号频谱整合仿真 实验图；
[003引图8为本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的转换效率示意图；
[0039] 图9为第一级输入信号波长不变C0-0抑M信号经两级波长转换后邸R对比图；
[0040] 图10为第二级输出信号波长不变C0-0FDM信号经两级波长转换后B邸对比图；
[0041] 图11为频谱整合前频谱图（(FDM信号频谱在波长1550nm位置）：
[004引图12为频谱整合后频谱图（(FDM信号频谱被转换至1540皿波长位置）；
[004引图13为频谱整合前后C0-0FDM信号B邸及星座图对比。
【具体实施方式】
[0044] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的一种【具体实施方式】的流程图如图1 所示，该方法包括：
[0046] 步骤S101 ;将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质光纤 中；
[0047] 步骤S102 ;在所述第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第一信号光的 波长转换为第一波长；
[0048] 步骤S103 ;提取所述第一波长的信号作为闲频光；
[0049] 步骤S104;将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第二非 线性介质光纤中；
[0化0] 步骤S105 ;在所述第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的 波长转换为第二波长；
[0化1] 步骤S106 ;提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0化2] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法，通过将第一信号光W及第一累浦光 禪合后，在第一非线性介质光纤中进行第一级波长转换，然后将提取出的闲频光与第二累 浦光禪合后，在第二非线性介质光纤中进行第二级波长转换。本发明所提供的实现信号光 频谱整合的方法及系统，采用两级转换结构全光波长转换器，不包含电子器件，消除了 "电 子瓶颈"效应的影响，提高了转换效率。且本发明采用两级转换结构，能够完成无间隔波长 转换W及消除四波混频效应带来的相位共辆问题。
[0053]现有光-电-光波长转换结构的波长转换器，其需要用到电子器件部分，由于"电 子瓶颈"的限制，转换速率较低，对信号速率不透明。转换过程中对原有信号的相位和幅度 信息不能保留，对信号调制格式不透明（不能完成OFDM信号的波长转换），信号再生费用 高，可靠性低，设备升级有难度。
[0054] 而基于高非线性光纤（HNL巧四波混频效应（FWM)的全光波长转换技术，具有对信 号调制格式和比特率均透明、转换速率块、转换频带较宽、结构简单容易实现等特点。但是 单级全光波长转换器结构中，累浦光和波长光之间有一个波长间隔，因此不能实现OFDM信 号的任意搬移。鉴于此，在本发明所提供的另一种【具体实施方式】中，利用两级波长转换结构 的全光波长转换器对OFDM信号进行频谱整合。该方法结构简单、容易实现，可用于高速率 多调制信号。
[0化5]如图2本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法的另一种【具体实施方式】的 流程图所示，与上一实施例相比，本实施例中第一非线性介质光纤具体为高非线性光纤 (HNLF1)，第二非线性介质光纤具体为高非线性光纤（HNLF2)，第一信号光具体为相干光正 交频分复用信号光（C0-0FDM)，第一累浦光为连续光。
[0化6] 该方法包括；
[0化7] 步骤S201 ;将C0-0抑M信号光和第一累浦光经第一禪合器禪合后，发送至第一高 非线性光纤HNLF1中；
[005引步骤S202 ;在第一高非线性光纤（HNLF1)中经四波混频（FWM)效应，将C0-0抑M信 号光转换至第一波长处；
[0化9] Am在转换波段带外，由带通滤波器将中间波长Am的闲频光滤出，至此，完成了第 一级波长转换。
[0060] 步骤S203;将第一波长的信号滤出作为闲频光；
[0061] 步骤S204;将该闲频光作为第二信号光，与第二累浦光经第二禪合器禪合后，发 送至第二高非线性光纤HNLF2中；
[0062] 步骤S205;在第二 高非线性光纤HNL巧中经四波混频（FWM)效应，完成将信号光 转换至最终输出的第二波长Ai处；
[0063] 步骤S206 ;提取该第二波长的信号作为输出光。
[0064]由图3两级HNLF-FWM转换结构的波长转换过程示意图所示，由于第一级转换的中 间闲频光在转换频带外，使得进行第二次转换时，可W将转换光转换到转换频带上的任一 位置，即无间隔转换。且经过两次FWM效应，转换光的相位共辆被还原。
[0065] 而在只有一级FWM转换的情况下，由于信号光和累浦光在非线性介质中进行FWM 时，必须留有足够的空隙，考虑累浦光在两侧都有相同的间隔，使得在信号光两侧存在一定 大小的频带不能被用于波长转换，即图中第一级信号光旁的虚线框部分，如此便限制了波 长转换的灵活性和实用性，同时，其转换光存在相位共辆问题。
[0066] 本实施例提供的实现C0-0FDM信号光频谱整合的方法，其无电子器件，消除"电子 瓶颈"效应影响。HNLF作为超快非线性介质，飞秒量级的响应时间可用于高速调制信号，因 此对转换信号速率透明。FWM过程能保留相位幅度信息，对调制格式透明（能够完成OFDM 信号的波长转换），转换频带宽，可达30nm。且本发明使用两级波长转换结构能够对光信 号进行无间隔转换，增加波长转换器在应用中的灵活性，同时第二级波长转换结构能够还 原由于FWM效应引起的相位共辆，使其更好地应用于相位调制格式光信号的波长转换，如 DP-QPSK信号和C0-0抑M信号等。
[0067] 同时，C0-0FDM技术结合了OFDM和光相干检测技术的优点，不仅提升了频谱利用 率和抗干扰能力，还提升了 0SNR容忍度和PMD敏感度，近乎线性完成射频到光调制和光到 射频解调。
[0068] 本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的一种【具体实施方式】的结构框图如 图4所示，该系统包括：
[0069] 第一禪合器，用于将第一信号光W及第一累浦光禪合后，发送至第一非线性介质 光纤中；
[0070] 第一非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第 一波长；
[0071] 第一带通滤波器，用于提取所述中间波长的信号作为闲频光；
[0072] 第二禪合器，用于将所述闲频光作为第二信号光，与第二累浦光禪合后，发送至第 二非线性介质光纤中；
[0073] 第二非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第 二波长；
[0074] W及第二带通滤波器，用于提取所述第二波长的信号作为输出光。
[0075] 作为一种优选实施方式，本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统还可W进一 步包括：
[0076] 放大器，用于对所述第一信号光、所述第一累浦光、所述第二累浦光、所述闲频光 W及所述输出光进行放大。
[0077] 如图5本发明所提供的实现信号光频谱整合的系统的另一种【具体实施方式】的结 构框图所示，CO-OFDM信号的转换结构分为2个阶段。波长转换器第一级WCO-OFDM信号作 为信号光，连续光作为累浦光，产生四波混频效应的非线性介质选用了高非线性光纤，其优 点是减小转换器尺寸、降低能耗和减小时延等，转换完成后经带通滤波器输出所需波长光。 波长转换器第二级与第一级在结构上完全相同，最大不同点是输入信号光改为第一级的输 出光，完成两级转换后的转换光可直接进行解调。其中，中间闲频光的波长为1560nm。在第 一级，累浦光的输入功率为27. 9地m，信号光的输入功率为9. 1地m;第二级，累浦光输入功 率为22. 3地m，信号光输入功率为7. 9地m。同时，表1列出两段光纤的重要参数。
[007引表1HNLF的重要参数
[0079]
[0080] 图6示出了基于化tiSystem仿真软件与本申请对应的仿真图。其仿真过程和上面 叙述相同；转换结构分为2个阶段，其为两级波长转换结构。波长转换器第一级WCO-OFDM 信号作为信号光，连续光作为累浦光，产生四波混频效应的非线性介质选用了高非线性光 纤，转换完成后经带宽为0. 48nm的矩形带通滤波器输出所需中间闲频光。波长转换器第二 级与第一级在结构上完全相同，最大不同点是输入信号光改为放大后的第一级输出光，输 出最终目标转换光后，完成两级转换后的转换光可直接进行解调。
[0081] 在W上两级结构波长转换的实验基础上给出基于其的频谱整合实验图，如图7所 示。在进行频谱整合前，C0-0抑M被带宽为0. 48nm的带通滤波器滤出送入基于两级转换结 构的HNLF-FWM全光波长转换器内，转换器结构和前面的图6内容相同，经频谱整合，最后禪 合回信号内，完成频谱整合。
[00間两级转换效率如下图8所示，第一级转换效率高于-10地的波长范围超过30nm，从 1525nm-1555皿；第二级转换效率高于-16地的波长范围超过35皿，从1520nm-1555皿。该两 阶波长转换结构均有30nm较宽的转换频带。本实施例中实验的转换频带为1525nm-1555nm 之间30皿的范围。
[008引图6所示C0-(FDM信号的波长转换实验结果如图9和图10所示，在转换频带内转 换信号的邸R与背靠背C0-0抑M信号的邸R作比较。图9的第一级信号光输入波长不变， 只改变第二级输出信号光波长，输出信号光的BER曲线几乎重合在一起，说明在整个可转 换带宽范围内，转换后的信号性能基本一致。图10中改变第一级信号光输入波长，而第二 级输出信号光波长不变，观察输出信号光BER，只有1525nm输入光有稍许差别，其它都基本 相同，与图8中第一级转换效率在1525nm处稍低，而其它波长基本不变有关。图9与图10 的在B邸为10-9处，转换信号功率代价都大致在-3地左右。
[0084] 图7所示的频谱整合实验结果由下面几幅图给出，其中图11、12给出频谱整合前 后的频谱图，图13给出了频谱整合前后BER曲线及对应的星座图。图13中，左侧为频谱整 合前CO-OFDM信号解调的星座图，右侧为频谱整合后CO-OFDM信号解调的星座图。
[0085] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它 实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
[0086] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对该些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的该些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，包括： 将第一信号光以及第一泵浦光耦合后，发送至第一非线性介质光纤中； 在所述第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第一 波长； 提取所述第一波长的信号作为闲频光； 将所述闲频光作为第二信号光，与第二泵浦光耦合后，发送至第二非线性介质光纤 中； 在所述第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第二 波长； 提取所述第二波长的信号作为输出光。2. 如权利要求1所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一非线性介 质光纤为高非线性光纤。3. 如权利要求2所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第二非线性介 质光纤为高非线性光纤。4. 如权利要求3所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一信号光为 相干光正交频分复用信号光。5. 如权利要求4所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一泵浦光为 连续光。6. 如权利要求5所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第一信号光的 输入功率为9.ldBm，所述第一泵浦光的输入功率为27. 9dBm。7. 如权利要求6所述的实现信号光频谱整合的方法，其特征在于，所述第二信号光的 输入功率为7. 9dBm，所述第二泵浦光的输入功率为22. 3dBm。8. -种实现信号光频谱整合的系统，其特征在于，包括： 第一耦合器，用于将第一信号光以及第一泵浦光耦合后，发送至第一非线性介质光纤 中； 第一非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第一信号光的波长转换为第一波 长； 第一带通滤波器，用于提取所述中间波长的信号作为闲频光； 第二耦合器，用于将所述闲频光作为第二信号光，与第二泵浦光耦合后，发送至第二非 线性介质光纤中； 第二非线性介质光纤，用于经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第二波 长； 以及第二带通滤波器，用于提取所述第二波长的信号作为输出光。9. 如权利要求8所述的实现信号光频谱整合的系统，其特征在于，还包括： 放大器，用于对所述第一信号光、所述第一泵浦光、所述第二泵浦光、所述闲频光以及 所述输出光进行放大。10. 如权利要求9所述的实现信号光频谱整合的系统，其特征在于，所述第一非线性 介质光纤的长度为150m、色散斜率为0. 024ps.nnT2.knT1，非线性系数为6. 损耗为 6. 2dB.knT1，受激布里渊阈值为0. 65W;
【专利摘要】本发明公开了一种实现信号光频谱整合的方法及系统，该方法包括：将第一信号光以及第一泵浦光耦合后，发送至第一非线性介质光纤中；在第一非线性介质光纤中经四波混频效应，将第一信号光的波长转换为第一波长；提取第一波长的信号作为闲频光；将所述闲频光作为第二信号光，与第二泵浦光耦合后，发送至第二非线性介质光纤中；在第二非线性介质光纤中经四波混频效应，将所述第二信号光的波长转换为第二波长；提取所述第二波长的信号作为输出光。本发明所提供的实现信号光频谱整合的方法及系统，消除了“电子瓶颈”效应的影响，对信号速率及格式透明，具有高的转换效率，且能够完成无间隔波长转换以及消除四波混频效应带来的相位共轭问题。
【IPC分类】G02F1/35, H04B10/25
【公开号】CN104901742
【申请号】CN201510341564
【发明人】高明义, 杨尚飞, 邹瑶, 沈纲祥
【申请人】苏州大学张家港工业技术研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
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