Wavelength
1 WAVELENGTH CONVERTERS
In wavelength division multiplexed (WDM) systemen kunnen gegevens worden gecodeerd op verschillende golflengtekanalen en doorgegeven via het systeem. WDM-netwerken kunnen opschalen naar hogere snelheden en grotere aantallen gebruikers door golflengten in afzonderlijke delen van het netwerk te hergebruiken (Alexander et al, 1993). Of golflengteomvormers de capaciteit van een netwerk al dan niet verhogen, hangt af van de topologie en geografische omvang van het netwerk (Kaminow et al, 1996). Voor wide area networks en mesh topologieën voorspellen modellen bescheiden voordelen wanneer golflengteomvormers worden gebruikt (Barry en Humblet. 1996; Ramaswami and Sivarajan, 1996). Hoewel hun potentiële voordelen vanuit architectonisch oogpunt onduidelijk zijn, is de ontwikkeling van golflengteomvormers met hoge snelheid een actief onderzoeksgebied geweest.
De functie van een golflengteomvormer is het nemen van een optisch gegevenssignaal bij een golflengte en het vertalen naar een andere golflengte, met behoud van de integriteit van het oorspronkelijke signaal. Idealiter wordt deze functie uitgevoerd op een manier die transparant of ongevoelig is voor de bitsnelheid en modulatieformaat van het oorspronkelijke signaal. Opto-elektronische technieken waarbij het optische datasignaal elektronisch wordt gedetecteerd, gefilterd en versterkt en vervolgens wordt gebruikt om licht bij een andere golflengte te moduleren, worden in snelheid beperkt door de opto-elektronische omzetting. Alle-optische technieken op basis van cross-gain modulatie, cross-fase modulatie, en FWM in zo als zijn meer veelbelovend.
van deze drie technieken is cross-gain modulatie (XGM) de eenvoudigste. In deze techniek, een intensiteit gemoduleerd signaal, aangeduid als de pomp, verspreidt zich door een SOA en vermindert de winst. De geïnduceerde winstfluctuaties zijn onder de indruk op een tweede ingang van de SOA, een CW-straal op een andere golflengte die de sonde wordt genoemd (Koga et al, 1988; Glance et al, 1992; Joergensen et al, 1993). In dit geval zijn de golflengtegeconverteerde gegevens het complement van het originele gegevenssignaal. De aanvullende gegevens kunnen ook gelijktijdig op meerdere CW-sondebundels worden gecodeerd (Wiesenfeld en Glance, 1992). Hoewel golflengteconversie naar zowel kortere als langere golflengten is aangetoond (Wiesenfeld et al, 1993; Joergensen et al, 1993), is de extinctieverhouding van signalen omgezet naar kortere golflengten altijd beter omdat de versterking asymmetrisch comprimeert als gevolg van bandvullende effecten (Wiesenfeld, 1996). Omdat de techniek berust op versterking modulatie, als de optische datasnelheid toeneemt, moeten stappen worden genomen om de levensduur van de dragers in de bovenste toestand te verminderen, zodat de dragerdichtheidsmodulatie het pompsignaal kan volgen. Zoals eerder besproken, kan de levensduur van de bovenstaat worden verminderd in de aanwezigheid van een intense optische holding beam (Manning and Davies, 1994; Patrick and Manning, 1994). In veel XGM-demonstraties wordt de sondestraal zelf gebruikt als optische holding (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).
de noodzakelijke aanwezigheid van een intense optische holding beam vermindert de stationaire versterking van de SOA en vermindert de extinctieverhouding van het golflengtegeconverteerde signaal. Daarom, als de optische gegevenssnelheid toeneemt, wordt de golflengteomzetting door XGM gehinderd door een verminderde extinctieverhouding en door intersymbolinterferentie als gevolg van de eindige levensduur van de drager. Toch zijn Conversie bij datasnelheden tot 20 Gb/s aangetoond (Wiesenfeld et al, 1994a). Een bijkomend nadeel van deze techniek is dat bij hoge inputvermogens en grote versterkingsreducties, significante faseveranderingen de versterkingsveranderingen begeleiden. Deze faseveranderingen kunnen een chirp aan de optische gegevensstroom verlenen en de afstand van de signaaloverdracht beperken. Merk ook op dat deze techniek alleen van toepassing is op amplitude gemoduleerde signalen. Toch is golflengteconversie door XGM een nuttige techniek omdat het slechts matige invoerkrachten vereist en het kan een polarisatie-ongevoelige techniek zijn als de winst van de SOA polarisatie-ongevoelig is. Ook als de pomp en de sonde zich in tegengestelde richtingen verspreiden door de SOA, is er geen filter of polarisator nodig om de pomp en de sondebundels te scheiden bij de soa-uitgang. Ten slotte is deze techniek aangetoond met halfgeleiderlasers in plaats van met soa ‘ s (Ottolenghi et al, 1993; Braagaard et al, 1994). Het gebruik van lasers vereist hogere ingangsvermogen en levert minder flexibiliteit op in het bereik van geconverteerde golflengten.
Cross-phase modulation (XPM) kan ook worden gebruikt om golflengteconversie te bereiken. In deze techniek comprimeert de pomp de versterking en verandert de brekingsindex van de halfgeleiderversterker. Een sondestraal die zich door de SOA verspreidt, krijgt een variabele faseverschuiving, afhankelijk van het al dan niet aanwezig zijn van de pomp. Als de SOA in één arm van een interferometer wordt geplaatst, kan de geïnduceerde faseverandering of fasemodulatie worden omgezet in een intensiteitsmodulatie (Mikkelsen et al, 1994; Durhuus et al, 1994). Er zijn verscheidene voordelen van het bereiken van golflengteomzetting door XPM eerder dan door XGM. Een voordeel is dat de interferometer kan worden geconfigureerd voor zowel “inverteren” als “niet-inverteren”, afhankelijk van de initiële fase bias. Het omkeren van verrichting, zoals XGM, genereert een complementair exemplaar van het inputsignaal bij de geconverteerde golflengte, terwijl de niet-omdraaiende verrichting de originele gegevensstroom precies handhaaft. Een ander voordeel is dat zeer hoge extinctieverhoudingen kunnen worden gerealiseerd in de interferometer (Wiesenfeld, 1996) en tegenpropaging pomp en sonde balken kunnen worden gebruikt om de noodzaak van een filter of polarisator aan de uitgang van de converter te elimineren. Ook is de golflengteafhankelijkheid van de faseverandering zwakker dan die van de winstverandering (Fig. 15), dus conversie naar kortere en langere golflengten is meer uniform. Bovendien hangt het teken van de chirp die aan het golflengteomgezette signaal wordt gegeven af van de vraag of de interferometer als een omdraaiende of niet-omdraaiende golflengteomvormer wordt bevooroordeeld. Voor niet-omkerende werking veroorzaakt de chirp die aan het geconverteerde signaal wordt doorgegeven pulscompressie in standaard optische vezel, zodat er geen dispersie-sancties worden waargenomen bij transmissieexperimenten (Ratovelomanana et al, 1995; Idler et al, 1995). De nadelen verbonden aan de XPM-techniek zijn het interferometrische ontwerp van het apparaat, de hoge gevoeligheid van de prestaties van het apparaat voor veranderingen in inputparameters zoals vermogensniveau, polarisatie en Golflengte, en het feit dat alleen amplitude gemoduleerde signalen kunnen worden omgezet. Toch is golflengteconversie met snelheden tot 40 Gb/s aangetoond in geïntegreerde interferometrische converters die gebruik maken van niet-lineariteit van de brekingsindex in soa ‘ s (Danielsen et al, 1996).
FWM is de enige volledig optische golflengteomzettingstechniek die onafhankelijk is van het datamodulatieformaat (Vahala et al, 1996). Naast amplitude gemoduleerde signalen, zet het analoge signalen en fase gemoduleerde signalen, maar de fasemodulatie wordt omgekeerd omdat de golflengte geconverteerde stroom de fase conjugaat van de ingang is. Bedenk dat de fase conjugatie van de golflengte geconverteerde bundel De “ongedaan maken” van transmissie geïnduceerde spectrale vervormingen in midspan spectrale inversieschema ‘ s mogelijk maakt (Tatham et al, 1994). Echter, ten opzichte van XGM en XPM, FWM heeft minder aandacht gekregen als een haalbare golflengteconversie techniek voor systeemtoepassingen. Een van de redenen is dat het ingewikkeld is om de techniek polarisatie-ongevoelig te maken (Jopson and Tench, 1993). Ook is een soort van filtering vereist aan de uitgang van het FWM-apparaat om de pomp, sonde en conjugate stralen te scheiden. Een ander nadeel is dat de omzettingsefficiëntie zeer golflengteafhankelijk is (Fig. 30), maar ook asymmetrisch (Zhou et al, 1993). Recente experimenten hebben echter aangetoond dat de omzettingsefficiëntie van golflengten met een laag geluidsniveau 0 dB bedraagt voor golflengteverschuivingen van meer dan 5 nm (Girardin et al, 1997). Naast deze resultaten is de conversie van de FWM-golflengte van gegevensstromen aangetoond met een snelheid van 10 Gb / s (Ludwig en Raybon, 1994; Lee et al, 1997).