超高速全光信息处理

　　3 偏振复用系统中的高速光信息处理

　　如前所述，鉴于偏振复用系统的广泛采用，研究在偏振复用系统中的光信息处理技术就变得非常热门。可以通过偏振解复用后对每个信道单独进行处理，然后再复用后传输。然而，这样的方式既复杂，又不可靠，因此，在偏振复用系统中，基于单一信息处理单元技术实现两个偏振态信号的同时处理就变得非常重要，也极具挑战性。

 　　3.1 全光波长再生

　　随着P比特级光通信网络的发展，在偏振复用系统中由于光纤及光器件的群速度色散(GVD)、偏振模色散(PMD)、放大器的自发辐射噪声、光纤非线性效应以及信道内和信道间串扰等各种因素影响，将导致光信号经传输后产生恶化，例如PMD效应对偏振复用系统的影响是单偏振态系统的5倍以上[18]。目前已经提出多种提高信号质量的方法：

　　(1)简单的电信号处理(均衡)。
　　(2)DSP辅助相干探测。
　　(3)新的调制编码方式，如正交频分复用。
　　(4)全光再生技术。自相位调制加偏移滤波实现全光再生的原理如图5(a)所示。

　　前4种是在电域中处理，不适合超高速光网络中的应用，后一种则是利用非线性效应的全光信号处理方式实现，成功克服了电域中速率"瓶颈"的限制。

　　全光信号再生实验装置如图5(b)所示[19]。恶化的PDM信号首先经过掺铒光放大器(EDFA)，再由低通滤波器滤除放大产生的自发辐射噪声。通过偏振控制器、环形器到达偏振分束器(PBS)，从而分为两个不同偏振态的光：垂直偏振态和水平偏振态。不同偏振态的光以相对的方向一段高非线性光纤(HNLF)和一个偏振旋转器(ILF)。由于光纤中的SPM效应分别使得不同偏振态的光频谱展宽，并在PBS处重新合成偏振复用信号，最后经过一个偏移滤波器后可以得到再生后的PDM信号。相互垂直的偏振态的光在HNLF中传输的相互作用时间短，相互影响较小，且可以忽略XPM效应、FWM效应和后向散射的SBS噪声等。

　　图6(a)、图6(b)给出了再生系统的工作性能。PDM信号经过SPM后频谱展宽基本一致，这样我们只需要一个偏移滤波器就可以实现两个信号的再生。

　　3.2 全光波长转换

　　波长变换也是光网络中的关键技术之一，可以实现信号质量的优化(类似于再生)，也可以实现信号的交换。在PDM系统中，基于类似再生技术的原理，我们也实现了波长转换功能。

　　图7(a)为PDM信号的波长转换原理图，波长为λ1的PDM信号经过EDFA放大后与波长为λ2的连续泵浦光共同注入到双偏振环中，由于泵浦光的注入使得不同偏振态的光在HNLF中各自发生XPM效应，波长为λ1的PDM信号对波长为λ2的泵浦光进行相位调制，使得其频谱展宽。展宽后的两个不同偏振态的光在PBS处复用、滤波，然后再经过一个中心波长为λ2+Δλ的低通滤波器可得到波长转换后的光信号。

 　　图7(b)为不同转换波长信号的信噪比提高情况以及两个不同偏振态的信号眼图。实验中转换器实现了从1 535 nm到1 565 nm的PDM信号波长转换[20]。

　　4 结束语

　　为了实现P比特级的超高速网络，必须实现单信道在T比特级容量以上的传输链路。在实现T比特级大容量传输系统中，复用技术是一套行之有效的方法，尤其是偏振复用技术；另一方面，调制方式也从传统的OOK方式向多电平、相位调制方式发展。在这些技术的共同推动下，全光信息处理技术得到了快速发展，不仅可以摆脱电域中的速率"瓶颈"问题，也使得T比特级大容量传输和P比特级网络成为可能。未来的超高速光信息处理技术必然朝着多维(多信道、偏振复用)、集成(功能与器件)的方向发展。

作者:闫连山，陈智宇，姜恒云

来源：中兴通讯技术