hullámhossz

1 hullámhossz-átalakítók

a hullámhossz-osztású multiplexelt (WDM) rendszerekben az adatok különböző hullámhossz-csatornákon kódolhatók és a rendszeren keresztül továbbíthatók. A WDM hálózatok magasabb arányokra és nagyobb számú felhasználóra méretezhetők a hullámhossz újrafelhasználásával a hálózat külön részeiben (Alexander et al, 1993). Az, hogy a hullámhossz-átalakítók növelik-e a hálózat kapacitását, a hálózat topológiájától és földrajzi kiterjedésétől függ (Kaminow et al, 1996). A nagy kiterjedésű hálózatok és hálós topológiák esetében a modellek szerény előnyöket jósolnak hullámhossz-átalakítók alkalmazásakor (Barry és Humblet. 1996; Ramaswami és Sivarajan, 1996). Annak ellenére, hogy potenciális előnyeik építészeti szempontból nem egyértelműek, a nagysebességű hullámhossz-átalakítók fejlesztése aktív kutatási terület volt.

a hullámhossz-átalakító funkciója az, hogy egy optikai adatjelet egy hullámhosszon vegyen át egy másik hullámhosszra, miközben megőrzi az eredeti jel integritását. Ideális esetben ezt a funkciót olyan módon hajtják végre, amely átlátszó vagy érzéketlen az eredeti jel bitsebességi és modulációs formátumára. Az optoelektronikai technikák, amelyekben az optikai adatjelet elektronikusan detektálják, szűrik és erősítik, majd más hullámhosszú fény modulálására használják, az optoelektronikai átalakítás korlátozza a sebességet. Az összes optikai technika, amely a kereszterősítés moduláción, a keresztfázisú moduláción és az FWM in SO As-n alapul, ígéretesebb.

e három technika közül a kereszterősítés moduláció (XGM) a legegyszerűbb. Ebben a technikában egy intenzitás modulált jel, amelyet szivattyúnak neveznek, egy SOA-n keresztül terjed, és csökkenti az erősítést. Az indukált erősítési ingadozásokat a SOA második bemenete, a CW sugár más hullámhosszon, az úgynevezett szonda lenyűgözi (Koga et al, 1988; Glance et al, 1992; Joergensen et al, 1993). Ebben az esetben a hullámhossz-konvertált adatok az eredeti adatjel kiegészítői. A kiegészítő adatok egyidejűleg több CW szondasugáron is kódolhatók (Wiesenfeld and Glance, 1992). Míg a hullámhossz átalakítását mind rövidebb, mind hosszabb hullámhosszra kimutatták (Wiesenfeld et al, 1993; Joergensen et al, 1993), a rövidebb hullámhosszra konvertált jelek kihalási aránya mindig jobb, mert az erősítés aszimmetrikusan tömörül a sávtöltő hatások eredményeként (Wiesenfeld, 1996). Mivel a technika az erősítés modulációra támaszkodik, az optikai adatátviteli sebesség növekedésével lépéseket kell tenni a hordozók felső állapotú élettartamának csökkentésére a SOA-ban, hogy a hordozó-sűrűség moduláció követni tudja a szivattyú jelét. Amint azt korábban említettük, a felső állapot élettartama csökkenthető egy intenzív optikai tartónyaláb jelenlétében (Manning and Davies, 1994; Patrick and Manning, 1994). Sok XGM bemutatóban magát a szondanyalábot használják optikai tartógerendaként (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).

az intenzív optikai tartónyaláb szükséges jelenléte csökkenti a SOA állandósult állapotú nyereségét és csökkenti a hullámhossz-átalakított jel kihalási arányát. Ezért az optikai adatsebesség növekedésével az XGM-Mel történő hullámhossz-átalakítást akadályozza a csökkentett kihalási arány és a véges vivő élettartam miatt interszimbólum-interferencia. Ennek ellenére a konverziót 20 Gb/s adatátviteli sebességgel bizonyították (Wiesenfeld et al, 1994a). Ennek a technikának további hátránya, hogy nagy bemeneti teljesítmény és nagy nyereségcsökkentés esetén jelentős fázisváltozások kísérik az erősítés változásait. Ezek a fázisváltozások csipogást adhatnak az optikai adatfolyamnak, és korlátozhatják a jelátviteli távolságot. Vegye figyelembe azt is, hogy ez a technika csak amplitúdó modulált jelekre alkalmazható. Ennek ellenére az XGM-Mel történő hullámhossz-átalakítás hasznos technika, mivel csak mérsékelt bemeneti képességeket igényel, és polarizáció-érzéketlen technika lehet, ha a SOA nyeresége polarizáció-érzéketlen. Továbbá, ha a szivattyú és a szonda ellentétes irányban terjed a SOA-n keresztül, nincs szükség szűrőre vagy polarizátorra a szivattyú és a szonda gerendáinak elválasztásához a SOA kimeneten. Végül ezt a technikát a SOAs helyett félvezető lézerek (Ottolenghi et al, 1993; Braagaard et al, 1994). A lézerek használata nagyobb bemeneti teljesítményt igényel, és kevesebb rugalmasságot eredményez az átalakított hullámhosszak tartományában.

Keresztfázisú moduláció (XPM) is lehet használni, hogy elérjék hullámhossz konverzió. Ebben a technikában a szivattyú összenyomja az erősítést és megváltoztatja a félvezető erősítő törésmutatóját. A SOA-n keresztül terjedő szondasugár változó fáziseltolódást kap, attól függően, hogy a szivattyú jelen van-e vagy sem. Ha a SOA-t egy interferométer egyik karjába helyezzük, az indukált fázisváltozás vagy fázismoduláció átalakítható intenzitás modulációvá (Mikkelsen et al, 1994; Durhuus et al, 1994). Számos előnye van annak, ha a hullámhossz-konverziót XPM-mel érjük el, nem pedig XGM-mel. Ennek egyik előnye, hogy az interferométer konfigurálható akár “invertáló”, akár “nem invertáló” működésre, a kezdeti fázis torzításától függően. Az invertálási művelet, mint például az XGM, a bemeneti jel kiegészítő másolatát generálja az átalakított hullámhosszon, míg a nem invertáló művelet pontosan fenntartja az eredeti adatfolyamot. További előny, hogy az interferométerben (Wiesenfeld, 1996) nagyon magas kihalási arányok valósíthatók meg, és az ellenpropagáló szivattyú és szonda gerendák felhasználhatók arra, hogy kiküszöböljék a szűrő vagy polarizátor szükségességét az átalakító kimenetén. Ezenkívül a fázisváltozás hullámhossz-függősége gyengébb, mint a nyereségváltozásé (ábra. 15), így a rövidebb és hosszabb hullámhosszra történő átalakítás egyenletesebb. Ezenkívül a hullámhossz-átalakított jelhez adott csipogás jele attól függ, hogy az interferométer invertáló vagy nem invertáló hullámhossz-átalakítóként elfogult-e. Nem invertáló művelet esetén az átalakított jelnek átadott csipogás impulzustömörítést okoz a standard optikai szálban, így az átviteli kísérletek során nem figyelhetők meg diszperziós büntetések (Ratovelomanana et al, 1995; Idler et al, 1995). Az XPM technikához kapcsolódó hátrányok az eszköz interferometrikus kialakítása, az eszköz teljesítményének nagy érzékenysége a bemeneti paraméterek, például a teljesítményszint, a polarizáció és a hullámhossz változásaira, valamint az a tény, hogy csak amplitúdó modulált jelek konvertálhatók. Ennek ellenére a hullámhossz-konverziót 40 Gb/s-ig terjedő sebességgel bizonyították integrált interferometrikus átalakítók törésmutató nemlinearitásokat alkalmazó soas-ban (Danielsen et al, 1996).

az FWM az egyetlen teljesen optikai hullámhossz-konverziós technika, amely független az adatmodulációs formátumtól (Vahala et al, 1996). Az amplitúdó modulált jelek mellett átalakítja az analóg jeleket és a fázismodulált jeleket, de a fázismoduláció fordított, mert a hullámhossz átalakított áram a bemenet fázis konjugátuma. Emlékezzünk arra, hogy a hullámhossz-átalakított sugár fáziskonjugációja lehetővé teszi az átvitel által kiváltott spektrális torzulások “visszavonását” a midspan spektrális inverziós sémákban (Tatham et al, 1994). Az XGM-hez és az XPM-hez képest azonban az FWM kevesebb figyelmet kapott, mint megvalósítható hullámhossz-konverziós technika a rendszeralkalmazásokhoz. Ennek egyik oka az, hogy bonyolult a technika polarizáció-érzéketlenné tétele (Jopson and Tench, 1993). Ezenkívül valamilyen szűrésre van szükség az FWM eszköz kimenetén a szivattyú, a szonda és a konjugált gerendák elválasztásához. További hátránya, hogy a konverziós hatékonyság erősen hullámhossz-függő (ábra. 30), valamint aszimmetrikus (Zhou et al, 1993). A legújabb kísérletek azonban alacsony zajszintű hullámhossz-konverziós hatékonyságot mutattak 0 dB az 5 nm-t meghaladó hullámhossz-eltolódások esetén (Girardin et al, 1997). Ezen eredmények mellett az adatfolyamok FWM hullámhossz-átalakítását 10 Gb/s sebességgel bizonyították (Ludwig and Raybon, 1994; Lee et al, 1997).