lungime de undă

1 convertoare de lungime de undă

în sistemele multiplexate de diviziune a lungimii de undă (WDM), datele pot fi codificate pe diferite canale de lungime de undă și propagate prin sistem. Rețelele WDM se pot scala la rate mai mari și un număr mai mare de utilizatori prin reutilizarea lungimilor de undă în părți separate ale rețelei (Alexander și colab., 1993). Dacă convertoarele de lungime de undă cresc sau nu capacitatea unei rețele depinde de topologia și întinderea geografică a rețelei (Kaminow și colab., 1996). Pentru rețele de arie largă și topologii de plasă, modelele prezic beneficii modeste atunci când sunt angajați convertoare de lungime de undă (Barry și Humblet. 1996; Ramaswami și Sivarajan, 1996). Chiar dacă beneficiile lor potențiale sunt neclare din punct de vedere arhitectural, dezvoltarea convertoarelor de lungime de undă de mare viteză a fost un domeniu activ de cercetare.

funcția unui convertor de lungime de undă este de a lua un semnal optic de date la o lungime de undă și de a-l traduce la o altă lungime de undă, menținând în același timp integritatea semnalului original. În mod ideal, această funcție este realizată într-un mod transparent sau insensibil la rata de biți și formatul de modulare al semnalului original. Tehnicile optoelectronice în care semnalul optic de date este detectat, filtrat și amplificat electronic și apoi utilizat pentru a modula lumina la o lungime de undă diferită, sunt limitate în viteză de conversia optoelectronică. Toate tehnicile optice bazate pe modulație cu câștig încrucișat, modulare în fază încrucișată și FWM în SO as sunt mai promițătoare.dintre aceste trei tehnici, modulația cu câștig încrucișat (XGM) este cea mai simplă. În această tehnică, un semnal modulat de intensitate, denumit pompă, se propagă printr-un SOA și reduce câștigul. Fluctuațiile de câștig induse sunt impresionate pe o a doua intrare la SOA, un fascicul cw la o lungime de undă diferită numită sondă (Koga și colab., 1988; Glance și colab., 1992; Joergensen și colab., 1993). În acest caz, datele convertite la lungimea de undă sunt complementul semnalului de date original. Datele complementare pot fi, de asemenea, codificate pe mai multe fascicule de sonde CW simultan (Wiesenfeld și Glance, 1992). În timp ce s-a demonstrat conversia lungimii de undă atât la lungimi de undă mai scurte, cât și la lungimi de undă mai lungi (Wiesenfeld și colab., 1993; Joergensen și colab., 1993), raportul de dispariție al semnalelor convertite în lungimi de undă mai scurte este întotdeauna mai bun, deoarece câștigul se comprimă asimetric ca urmare a efectelor de umplere a benzii (Wiesenfeld, 1996). Deoarece tehnica se bazează pe modulația câștigului, pe măsură ce rata optică a datelor crește, trebuie luate măsuri pentru a reduce durata de viață a stării superioare a purtătorilor din SOA, astfel încât modularea densității purtătorului să poată urma semnalul pompei. După cum s-a discutat anterior, durata de viață a statului superior poate fi redusă în prezența unui fascicul optic intens de susținere (Manning și Davies, 1994; Patrick și Manning, 1994). În multe demonstrații XGM, fasciculul sondei în sine este utilizat ca fascicul optic de susținere (Mikkelsen și colab., 1993; Wiesenfeld și colab., 1993; Wiesenfeld și colab., 1994a).

prezența necesară a unui fascicul optic intens de reținere scade câștigul la starea de echilibru al SOA și reduce raportul de dispariție al semnalului convertit la lungimea de undă. Prin urmare, pe măsură ce rata optică a datelor crește, conversia lungimii de undă cu XGM este împiedicată de un raport de dispariție redus și de interferența intersimbolului datorită duratei de viață finite a purtătorului. Cu toate acestea, s-a demonstrat conversia la rate de date de până la 20 Gb/s (Wiesenfeld și colab., 1994a). Un dezavantaj suplimentar al acestei tehnici este că, la puteri mari de intrare și reduceri mari de câștig, schimbările semnificative de fază însoțesc modificările de câștig. Aceste modificări de fază pot conferi un ciripit fluxului de date optice și pot limita distanța de transmisie a semnalului. De asemenea, rețineți că această tehnică este aplicabilă numai semnalelor modulate în amplitudine. Totuși, conversia lungimii de undă prin XGM este o tehnică utilă, deoarece necesită doar puteri de intrare moderate și poate fi o tehnică insensibilă la polarizare dacă câștigul SOA este insensibil la polarizare. De asemenea, dacă pompa și sonda se propagă în direcții opuse prin SOA, nu este necesar niciun filtru sau polarizator pentru a separa grinzile pompei și sondei la ieșirea SOA. În cele din urmă, această tehnică a fost demonstrată folosind lasere semiconductoare mai degrabă decât SOAs (Ottolenghi și colab., 1993; Braagaard și colab., 1994). Utilizarea laserelor necesită puteri de intrare mai mari și oferă o flexibilitate mai mică în gama de lungimi de undă convertite.

modularea în fază transversală (XPM) poate fi utilizată și pentru a realiza conversia lungimii de undă. În această tehnică, pompa comprimă câștigul și modifică indicele de refracție al amplificatorului semiconductor. Un fascicul de sondă care se propagă prin SOA dobândește o schimbare de fază variabilă, în funcție de prezența sau nu a pompei. Dacă SOA este plasat într-un braț al unui interferometru, schimbarea de fază indusă sau modularea de fază poate fi convertită într-o modulație de intensitate (Mikkelsen și colab., 1994; Durhuus și colab., 1994). Există mai multe avantaje ale realizării conversiei lungimii de undă prin XPM, mai degrabă decât prin XGM. Un avantaj este că interferometrul poate fi configurat pentru funcționarea „inversare” și „noninverting”, în funcție de părtinirea inițială a fazei. Operația de inversare, cum ar fi XGM, generează o copie complementară a semnalului de intrare la lungimea de undă convertită, în timp ce operația noninvertantă menține exact fluxul de date original. Un alt avantaj este că raporturile de extincție foarte mari pot fi realizate în interferometru (Wiesenfeld, 1996), iar pompa de contrapropagare și grinzile sondei pot fi utilizate pentru a elimina necesitatea unui filtru sau polarizator la ieșirea convertorului. De asemenea, dependența lungimii de undă a schimbării de fază este mai slabă decât cea a schimbării câștigului (Fig. 15), deci conversia la lungimi de undă mai scurte și mai lungi este mai uniformă. În plus, semnul ciripitului transmis semnalului convertit la lungimea de undă depinde de faptul dacă interferometrul este părtinitor ca un convertor de lungime de undă inversor sau neinvertor. Pentru funcționarea noninvertantă, ciripitul transmis semnalului convertit determină compresia pulsului în fibra optică standard, astfel încât nu se observă penalități de dispersie în experimentele de transmisie (Ratovelomanana și colab., 1995; Idler și colab., 1995). Dezavantajele asociate cu tehnica XPM sunt proiectarea interferometrică a dispozitivului, sensibilitatea ridicată a performanței dispozitivului la modificările parametrilor de intrare, cum ar fi nivelul de putere, polarizarea și lungimea de undă și faptul că numai semnalele modulate de amplitudine pot fi convertite. Totuși, conversia lungimii de undă la rate de până la 40 Gb/s a fost demonstrată în convertoarele interferometrice integrate care utilizează neliniarități ale indicelui de refracție în SOAs (Danielsen și colab., 1996).

FWM este singura tehnică de conversie a lungimii de undă optică care este independentă de formatul de modulare a datelor (Vahala și colab., 1996). Pe lângă semnalele modulate de amplitudine, convertește semnalele analogice și semnalele modulate de fază, dar modulația de fază este inversată, deoarece fluxul convertit de lungime de undă este conjugatul de fază al intrării. Reamintim că conjugarea de fază a fasciculului convertit de lungime de undă permite „desfacerea” distorsiunilor spectrale induse de transmisie în schemele de inversiune spectrală de anvergură medie (Tatham și colab., 1994). Cu toate acestea, în raport cu XGM și XPM, FWM a primit mai puțină considerație ca tehnică fezabilă de conversie a lungimii de undă pentru aplicațiile sistemelor. Un motiv este că este complicat să se facă tehnica polarizare-insensibilă (Jopson și Tench, 1993). De asemenea, este necesar un fel de filtrare la ieșirea dispozitivului FWM pentru a separa pompa, sonda și grinzile conjugate. Un alt dezavantaj este că eficiența conversiei este foarte dependentă de lungimea de undă (Fig. 30), precum și asimetric (Zhou și colab., 1993). Cu toate acestea, experimentele recente au arătat eficiență de conversie a lungimii de undă cu zgomot redus de 0 dB pentru deplasări ale lungimii de undă care depășesc 5 nm (Girardin și colab., 1997). În plus față de aceste rezultate, conversia lungimii de undă FWM a fluxurilor de date a fost demonstrată la o rată de 10 Gb/s (Ludwig și Raybon, 1994; Lee și colab., 1997).