våglängd

1 VÅGLÄNGDSOMVANDLARE

i WDM-system (wavelength division multiplexed) kan data kodas på olika våglängdskanaler och förökas genom systemet. WDM-nätverk kan skala till högre priser och större antal användare genom att återanvända våglängder i separata delar av nätverket (Alexander et al, 1993). Huruvida våglängdsomvandlare ökar kapaciteten hos ett nätverk beror på nätverkets topologi och geografiska omfattning (Kaminow et al, 1996). För breda nätverk och mesh-topologier förutsäger modeller blygsamma fördelar när våglängdsomvandlare används (Barry och Humblet. 1996; Ramaswami och Sivarajan, 1996). Även om deras potentiella fördelar är oklara ur arkitektonisk synvinkel har utveckling av höghastighetsvåglängdsomvandlare varit ett aktivt forskningsområde.

funktionen hos en våglängdsomvandlare är att ta en optisk datasignal vid en våglängd och översätta den till en annan våglängd, samtidigt som den ursprungliga signalens integritet upprätthålls. Helst utförs denna funktion på ett sätt som är transparent för eller okänsligt för bithastigheten och moduleringsformatet för den ursprungliga signalen. Optoelektroniska tekniker där den optiska datasignalen detekteras, filtreras och förstärks elektroniskt och sedan används för att modulera ljus vid en annan våglängd, begränsas i hastighet av den optoelektroniska omvandlingen. Alloptiska tekniker baserade på korsförstärkningsmodulering, korsfasmodulering och FWM i så är mer lovande.

av dessa tre tekniker är cross-gain modulation (XGM) den enklaste. I denna teknik sprids en intensitetsmodulerad signal, kallad pumpen, genom en SOA och minskar förstärkningen. De inducerade förstärkningsfluktuationerna är imponerade på en andra ingång till SOA, en cw-stråle vid en annan våglängd som kallas sonden (Koga et al, 1988; Glance et al, 1992; Joergensen et al, 1993). I detta fall är de våglängdskomvandlade data komplementet till den ursprungliga datasignalen. De kompletterande uppgifterna kan också kodas på flera CW-sondstrålar samtidigt (Wiesenfeld och Glance, 1992). Medan våglängdskonvertering till både kortare och längre våglängder har visats (Wiesenfeld et al, 1993; Joergensen et al, 1993) är utrotningsförhållandet mellan signaler som omvandlas till kortare våglängder alltid bättre eftersom förstärkningen komprimerar asymmetriskt som ett resultat av bandfyllningseffekter (Wiesenfeld, 1996). Eftersom tekniken bygger på förstärkningsmodulering, när den optiska datahastigheten ökar, måste åtgärder vidtas för att minska bärarnas övre livslängd i SOA så att bärardensitetsmoduleringen kan följa pumpsignalen. Som diskuterats tidigare kan livslängden i övre tillstånd minskas i närvaro av en intensiv optisk hållstråle (Manning och Davies, 1994; Patrick och Manning, 1994). I många XGM-demonstrationer används sondstrålen själv som den optiska hållstrålen (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).

den nödvändiga närvaron av en intensiv optisk hållstråle minskar soa: s steady state-förstärkning och minskar utrotningsförhållandet för den våglängdskomvandlade signalen. Därför, när den optiska datahastigheten ökar, hindras våglängdsomvandling med XGM av ett reducerat utrotningsförhållande och av intersymbol-störningar på grund av den ändliga bärarens livstid. Ändå har konvertering med datahastigheter så höga som 20 Gb/s visats (Wiesenfeld et al, 1994a). En ytterligare nackdel med denna teknik är att vid höga ingångskrafter och stora förstärkningsminskningar följer betydande fasförändringar förstärkningsförändringarna. Dessa fasförändringar kan ge en kvittra till den optiska dataströmmen och begränsa signalöverföringsavståndet. Observera också att denna teknik endast är tillämplig på amplitudmodulerade signaler. Ändå är våglängdskonvertering av XGM en användbar teknik eftersom den endast kräver måttliga ingångsförmågor och det kan vara en polarisationskänslig teknik om soa: s förstärkning är polarisationskänslig. Om pumpen och sonden sprids i motsatta riktningar genom SOA behövs Inget filter eller polarisator för att separera pumpen och sondbalkarna vid SOA-utgången. Slutligen har denna teknik demonstrerats med hjälp av halvledarlasrar snarare än SOAs (Ottolenghi et al, 1993; Braagaard et al, 1994). Användningen av lasrar kräver högre ingångsförmåga och ger mindre flexibilitet i intervallet av konverterade våglängder.

Korsfasmodulering (XPM) kan också användas för att uppnå våglängdsomvandling. I denna teknik komprimerar pumpen förstärkningen och ändrar brytningsindexet för halvledarförstärkaren. En sondstråle som förökar sig genom SOA förvärvar en variabel fasförskjutning, beroende på om pumpen är närvarande eller inte. Om SOA placeras i en arm av en interferometer kan den inducerade fasförändringen eller fasmoduleringen omvandlas till en intensitetsmodulering (Mikkelsen et al, 1994; Durhuus et al, 1994). Det finns flera fördelar med att uppnå våglängdskonvertering med XPM snarare än med XGM. En fördel är att interferometern kan konfigureras för antingen ”inverterande” och ”icke-inverterande” operation, beroende på den initiala fasförspänningen. Inverterande operation, som XGM, genererar en kompletterande kopia av ingångssignalen vid den konverterade våglängden, medan icke-inverterande operation upprätthåller den ursprungliga dataströmmen exakt. En annan fördel är att mycket höga utrotningsförhållanden kan realiseras i interferometern (Wiesenfeld, 1996) och motpropagerande pump-och sondbalkar kan användas för att eliminera behovet av ett filter eller polarisator vid omvandlarens utgång. Våglängdsberoendet för fasförändringen är också svagare än för förstärkningsförändringen (Fig. 15), så omvandling till kortare och längre våglängder är mer enhetlig. Dessutom beror tecknet på kvitten som ges till den våglängdskomvandlade signalen på om interferometern är förspänd som en inverterande eller icke-inverterande våglängdsomvandlare. För icke-inverterande operation orsakar kvitten som överförs till den konverterade signalen pulskompression i standard optisk fiber så att inga spridningsstraff observeras i överföringsexperiment (Ratovelomanana et al, 1995; Idler et al, 1995). Nackdelarna förknippade med XPM-tekniken är enhetens interferometriska design, enhetens höga känslighet för förändringar i ingångsparametrar såsom effektnivå, polarisering och våglängd och det faktum att endast amplitudmodulerade signaler kan konverteras. Ändå har våglängdsomvandling vid hastigheter upp till 40 Gb/s visats i integrerade interferometriska omvandlare som använder brytningsindexlinjäriteter i SOAs (Danielsen et al, 1996).

FWM är den enda alloptiska våglängdsomvandlingstekniken som är oberoende av datamoduleringsformatet (Vahala et al, 1996). Förutom amplitudmodulerade signaler omvandlar den analoga signaler och fasmodulerade signaler, men fasmoduleringen inverteras eftersom den våglängdsomvandlade strömmen är faskonjugatet för ingången. Kom ihåg att faskonjugeringen av den våglängdsomvandlade strålen möjliggör ”ångring” av överföringsinducerade spektralförvrängningar i midspan-spektralinversionsscheman (Tatham et al, 1994). I förhållande till XGM och XPM har FWM emellertid fått mindre övervägande som en genomförbar våglängdsomvandlingsteknik för systemapplikationer. En anledning är att det är komplicerat att göra tekniken polarisationskänslig (Jopson och Tench, 1993). Dessutom krävs någon form av filtrering vid utgången från FWM-enheten för att separera pumpen, sonden och konjugatstrålarna. En annan nackdel är att omvandlingseffektiviteten är mycket våglängdsberoende (Fig. 30), liksom att vara asymmetrisk (Zhou et al, 1993). Nya experiment har dock visat lågbrusvåglängdskonverteringseffektivitet på 0 dB för våglängdsskift som överstiger 5 nm (Girardin et al, 1997). Förutom dessa resultat har FWM-våglängdskonvertering av dataströmmar demonstrerats med en hastighet av 10 Gb/s (Ludwig och Raybon, 1994; Lee et al, 1997).