[发明专利]基于差分群时延的可重构全光微分器

说明书

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其是一种基于差分群时延的可重构全光微分器。适用于根据不同需求而实现不同微分功能的网络节点中，同时可以实现时钟信号的倍频，可应用于超短脉冲产生领域。

背景技术

在过去十年中，骨干网中的光传输速率得到快速增涨，通过密集波分复用（DWDM）使得传输容量也大幅度提高，另外PSK、QAM、PDM和OFDM等先进的调制形式和复用技术的应用也使得超高速光信号的传输越来越容易。然而随着超高速光通信网络的发展，光处理节点中的光电光转换器件的电域速率瓶颈问题日益成为抑制光通信网络发展的关键因素。因此超高速、全光的节点处理器件一直是人们关注和研究的热点。其中光微分器作为全光处理功能中最基本的光学器件之一，可以直接在光域中实现实时的微分功能，同时也是光计算领域的关键器件。光微分器有着众多的应用，如模数转化、脉冲整形、暗电流检测、皮秒级的赫米特-高斯波形的产生、超短脉冲的产生等。具体来说，光子强度微分器可以分为三类：正微分、负微分以及绝对值微分。前两种微分器可以用作超宽带(UWB)微波信号的产生；而后一种则可以实现倍频脉冲信号的产生，应用于超短脉冲产生领域。因此，全光强度微分器的研究在国际上一直是热点问题。

最近几年来，国内外提出了许多光子微分器的设计方案：(1)加拿大的Y.Park等人利用两个臂的干涉结构，实现了任意阶的光子微分器；(2)R.Slavík小组则基于一个简单的长周期光纤光栅设计出一个全光微分器，并且成功实现了对太赫兹信号的微分功能；(3)加拿大的J.小组和以色列的N.K.Berger小组都利用一段相移光纤光栅(FBG)实现了复包络(幅度和相位)的微分功能；(4)此外加拿大的姚建平小组则基于倾斜的FBG实现了阶数可调的全光微分器；在国内方面，也有许多小组致力于全光微分器的研究。其中(5)上海交通大学的苏翼凯教授基于硅的微环谐振器设计并实验验证了直径只有40um的光微分器，实现了小尺寸光微分器件的集成；(6)华中科大的张新亮教授利用半导体光放大器中的交叉增益调制，(7)北京交通大学的吴重庆教授同样基于半导体光放大器，利用交叉偏振调制效应，都实现了全光微分器。

另一方面，差分群延时(DGD)，在光传输系统中又被称为一阶偏振模色散(PMD)，将会在两个不同的偏振态信道之间引起严重的串扰。因此许多研究人员致力于如何消除和补偿差分群延时引起的偏振串扰问题。但是到目前为止，尚没有看到利用一阶串扰效应来实现可调微分器的报道。在大多数方案中，全光微分器一旦固定，其可调或可重构性就被破坏，无法适应未来网络节点变化的需求，限制了通信网络的鲁棒性。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于差分群时延的可重构全光微分器，该器件使用一个正交偏振态信号产生器、一个可调差分群延时的器件，以及一个偏振滤波器，实现了正微分、负微分以及绝对值微分三种不同功能的微分器。本方案结构简单，成本较低，且易于实现。

本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：

基于差分群时延的可重构全光微分器，主要由光源101，耦合器102，马赫增德尔调制器103，电输入信号104，光延时单元105，四个偏振控制器(106₁～106₄)，光开关107，偏振合束器108，光放大器109，可调差分群时延设备110以及检偏器111构成;光信号由耦合器(102)分成两路，一路信号通过一个马赫增德尔调制器103将电信号加载到光上，构成信道1；另一路经过光延时单元105使两路光程相等，并由光开关107控制其通断，构成信道2;其中偏振控制器106₁和106₂控制两路光信号的偏振态,并通过偏振合束器108合成一路;合并后的光信号由一个光放大器109放大后进入可调差分群延时设备110，其偏振态由106₃控制;通过调节偏振控制器106₃的入射角度以及光开关107的通断实现正微分、负微分以及绝对值微分三种功能的重构。

采用本发明基于差分群时延的可重构全光微分器具有以下明显的优点：1)物理上使用一种结构，逻辑上实现了正微分、负微分和绝对值微分三种功能；2)结构简单，成本较低，没有任何电器件；3)多个一阶微分单元级联可以实现高阶微分器；4)可实现超短脉冲的产生等其他网络功能。

本发明基于差分群时延的可重构全光微分器通过如下的方式完成本发明任务：