Wavelength

1 WAVELENGTH CONVERTERS

w systemach wavelength division multipleksed (WDM) dane mogą być kodowane na różnych kanałach długości fali i propagowane przez system. Sieci WDM mogą skalować się do wyższych częstotliwości i większej liczby użytkowników poprzez ponowne wykorzystanie długości fal w oddzielnych częściach sieci (Alexander et al, 1993). To, czy konwertery długości fal zwiększają pojemność sieci, zależy od topologii i zasięgu geograficznego sieci (Kaminow et al, 1996). W przypadku sieci rozległych i topologii siatki modele przewidują niewielkie korzyści, gdy stosowane są konwertery długości fal (Barry i Humblet. 1996; Ramaswami i Sivarajan, 1996). Chociaż ich potencjalne korzyści są niejasne z architektonicznego punktu widzenia, rozwój szybkich przetworników długości fali był aktywnym obszarem badań.

funkcja konwertera długości fali polega na pobraniu optycznego sygnału danych o jednej długości fali i przełożeniu go na inną długość fali, zachowując integralność oryginalnego sygnału. Idealnie, funkcja ta jest wykonywana w sposób, który jest przezroczysty lub niewrażliwy na przepływność i format modulacji oryginalnego sygnału. Optoelektroniczne techniki, w których optyczny sygnał danych jest wykrywany, filtrowany i wzmacniany elektronicznie, a następnie wykorzystywany do modulowania światła o innej długości fali, są ograniczone przez konwersję optoelektroniczną. Wszystkie techniki optyczne oparte na modulacji wzmocnienia krzyżowego, modulacji fazy krzyżowej i fwm są bardziej obiecujące.

z tych trzech technik, modulacja wzmocnienia krzyżowego (XGM) jest najprostsza. W tej technice sygnał modulowany intensywnością, zwany pompą, propaguje się przez SOA i zmniejsza wzmocnienie. Indukowane fluktuacje wzmocnienia są pod wrażeniem na drugim wejściu do SOA, wiązki cw o innej długości fali zwanej sondą (Koga i wsp., 1988; Glance i wsp., 1992; Joergensen i wsp., 1993). W tym przypadku dane przeliczone na długość fali są uzupełnieniem oryginalnego sygnału danych. Dane uzupełniające mogą być również kodowane na wielu wiązkach sondy cw jednocześnie (Wiesenfeld i Glance, 1992). Podczas gdy wykazano konwersję długości fali na krótsze i dłuższe długości fal (Wiesenfeld i wsp., 1993; Joergensen i wsp., 1993), współczynnik ekstynkcji sygnałów konwertowanych na krótsze długości fal jest zawsze lepszy, ponieważ wzmocnienie kompresuje się asymetrycznie w wyniku efektów wypełniania pasma (Wiesenfeld, 1996). Ponieważ technika ta opiera się na modulacji wzmocnienia, wraz ze wzrostem szybkości transmisji danych optycznych, należy podjąć kroki w celu zmniejszenia żywotności górnego stanu nośników w SOA, aby modulacja gęstości nośnika mogła podążać za sygnałem pompy. Jak wspomniano wcześniej, żywotność górnego stanu może zostać zmniejszona w obecności intensywnej optycznej wiązki trzymającej (Manning and Davies, 1994; Patrick and Manning, 1994). W wielu pokazach XGM, sama wiązka sondy jest używana jako optyczna wiązka trzymająca (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).

niezbędna obecność intensywnej optycznej wiązki podtrzymującej zmniejsza wzmocnienie SOA w stanie stacjonarnym i zmniejsza współczynnik ekstynkcji sygnału przekształconego w długość fali. W związku z tym, wraz ze wzrostem szybkości transmisji danych optycznych, konwersja długości fali przez XGM jest utrudniona przez zmniejszony współczynnik ekstynkcji i intersymbol interferencji ze względu na skończoną żywotność nośnika. Mimo to wykazano, że konwersja danych z szybkością do 20 Gb/s (Wiesenfeld i wsp., 1994a). Dodatkową wadą tej techniki jest to, że przy dużych mocach wejściowych i dużych redukcjach wzmocnienia, znacznym zmianom fazowym towarzyszą zmiany wzmocnienia. Te zmiany fazowe mogą nadawać chirp do optycznego strumienia danych i ograniczać odległość transmisji sygnału. Należy również zauważyć, że technika ta ma zastosowanie tylko do sygnałów modulowanych amplitudowo. Mimo to, konwersja długości fali przez XGM jest użyteczną techniką, ponieważ wymaga tylko umiarkowanych mocy wejściowych i może być techniką niewrażliwą na polaryzację, jeśli wzmocnienie SOA jest niewrażliwe na polaryzację. Ponadto, jeśli pompa i sonda propagują się w przeciwnych kierunkach przez SOA, nie jest potrzebny filtr ani polaryzator do oddzielenia belek pompy i sondy na wyjściu SOA. Wreszcie, technika ta została zademonstrowana przy użyciu laserów półprzewodnikowych, a nie SOAs (Ottolenghi et al, 1993; Braagaard et al, 1994). Zastosowanie laserów wymaga większych mocy wejściowych i daje mniejszą elastyczność w zakresie przekształconych długości fal.

Modulacja Krzyżowa (XPM) może być również wykorzystana do uzyskania konwersji długości fali. W tej technice pompa kompresuje wzmocnienie i zmienia współczynnik załamania wzmacniacza półprzewodnikowego. Wiązka sondy rozchodząca się przez SOA uzyskuje zmienne przesunięcie fazowe, w zależności od tego, czy pompa jest obecna, czy nie. Jeśli SOA jest umieszczony w jednym ramieniu interferometru, indukowana zmiana fazy lub modulacja fazy może zostać przekształcona w modulację intensywności (Mikkelsen i wsp., 1994; Durhuus i wsp., 1994). Istnieje kilka zalet osiągnięcia konwersji długości fali przez XPM, a nie przez XGM. Jedną z zalet jest to, że interferometr może być skonfigurowany do pracy „odwracającej” i „nieinwertującej”, w zależności od odchylenia fazy początkowej. Operacja odwracania, podobnie jak XGM, generuje uzupełniającą kopię sygnału wejściowego przy przekształconej długości fali, podczas gdy operacja nieinwertująca utrzymuje dokładnie oryginalny strumień danych. Kolejną zaletą jest to, że w interferometrze można uzyskać bardzo wysokie współczynniki ekstynkcji (Wiesenfeld, 1996), a pompa przeciwpoślizgowa i wiązki sond mogą być stosowane w celu wyeliminowania potrzeby stosowania filtra lub polaryzatora na wyjściu konwertera. Ponadto zależność długości fali zmiany fazy jest słabsza niż zmiana wzmocnienia (rys. 15), więc konwersja na krótsze i dłuższe długości fal jest bardziej jednolita. Ponadto znak chirp przekazywany na sygnał konwersji długości fali zależy od tego, czy interferometr jest tendencyjny jako odwracający lub nieinwertujący konwerter długości fali. W przypadku operacji nieinwertujących, CHIRP przekazywany do przekształconego sygnału powoduje kompresję impulsów w standardowym światłowodzie, tak że nie obserwuje się Kar dyspersji w eksperymentach transmisyjnych (Ratovelomanana i wsp., 1995; Idler i wsp., 1995). Wadami związanymi z techniką XPM są interferometryczna konstrukcja urządzenia, Wysoka czułość działania urządzenia na zmiany parametrów wejściowych, takich jak poziom mocy, polaryzacja i długość fali oraz fakt, że tylko sygnały modulowane amplitudowo mogą być konwertowane. Mimo to, konwersja długości fali z szybkością do 40 Gb/s została wykazana w zintegrowanych przetwornikach interferometrycznych wykorzystujących Nieliniowość współczynnika załamania światła w SOAs (Danielsen i wsp., 1996).

FWM jest jedyną całkowicie optyczną techniką konwersji długości fali, która jest niezależna od formatu Modulacji danych (Vahala et al, 1996). Oprócz sygnałów modulowanych amplitudowo, konwertuje sygnały analogowe i sygnały modulowane fazowo, ale modulacja fazy jest odwrócona, ponieważ przekształcony strumień długości fali jest sprzężeniem fazowym wejścia. Przypomnijmy, że koniugacja fazowa wiązki przekształconej długością fali pozwala na „cofnięcie” zniekształceń spektralnych indukowanych transmisją w schematach inwersji spektralnej midspan (Tatham et al, 1994). Jednak w stosunku do XGM i XPM, FWM otrzymał mniej uwagi jako wykonalną technikę konwersji długości fali w zastosowaniach systemowych. Jednym z powodów jest to, że skomplikowanie techniki jest niewrażliwe na polaryzację (Jopson and Tench, 1993). Ponadto, na wyjściu urządzenia FWM wymagany jest jakiś rodzaj filtrowania, aby oddzielić pompę, sondę i wiązki sprzężone. Inną Wadą jest to, że wydajność konwersji jest wysoce zależna od długości fali (rys. 30), a także jest asymetryczny (Zhou et al, 1993). Jednak ostatnie eksperymenty wykazały, że efektywność konwersji długości fali o niskim poziomie szumów wynosi 0 dB dla przesunięć długości fali przekraczających 5 nm (Girardin et al, 1997). Oprócz tych wyników wykazano konwersję strumieni danych w długości fali FWM z szybkością 10 Gb / s (Ludwig and Raybon, 1994; Lee et al, 1997).