基于SOA的100G全光信號處理

清華大學電子工程系 陳 新 霍 力 趙之璽 婁采云

隨著社會的信息化，通信容量的需求呈指數增長，光傳輸系統的單信道速率從10Gb/s發展到目前的40Gb/s并開始商用，又向100Gb/s邁進。然而，信號在傳輸過程中會產生畸變，在40Gb/s以上長距離傳輸中，對光信號進行再生是十分必要的，當速率接近100Gb/s，電子器件速度漸趨向于其物理極限，所以普遍的觀點是需要采用全光再生技術。全光再生技術根據其實現的功能分為執行再放大和再整形的2R再生以及執行再放大、再整形和再定時功能的3R再生[1,2]。此外，在全光計算和全光路由中，高速率的全光邏輯門也成為研究熱點[3]。SOA由于其優異的性質，成為了實現以上全光信號處理的重要器件。本文主要圍繞SOA展開，研究其在全光信號處理上的應用。

1 基于SOA的全光再生研究

1.1 基于SOA的全光2R再生

為了實現基于SOA的全光2R再生，我們調研了研究波長的直流光共同注入到第一級SOA（SOA1）中，通過使用合理的偏移濾波提取SOA中的超快頻率分量，可以提高反碼質量，加強XGC的作用效果。我們采用兩個濾波器（OBPF1和OBPF2）進行信號的濾波和處理，將濾波器濾出的兩路信號進行時間同步和功率匹配后注入第二級SOA中，使用另一個濾波器（OBPF3）濾出再生信號，實現再生功能。為了對比試驗的結果，我們將惡化信號和再生信號分別進行誤碼率的測試，從誤碼率曲線上可以看到，在誤碼率為10-9處接收機靈敏度有2dB左右的提高，證明了該結構對于100G OTDM-OOK惡化信號的再生能力。

1.2 基于SOA的全光3R再生

圖1 100G全光2R再生結構示意圖及實驗誤碼率測試圖

基于改進的全光2R結構，我們提出了全光3R的方案，并進行了相關試驗研究。圖2中左圖為基于SOA的全光3R再生的結構示意圖，將2R再生中的直流光變成提取的時鐘信號，以實現全光3R再生的處理。與2R再生相類似，我們將使用噪聲處理的100G惡化的信號與提取的位于不同波長的100G時鐘共同注入到第一級SOA（SOA1）者們的相關報道和文獻，選取了基于SOA-XGC的方案，并進行了改進。圖1中左圖為基于SOA的全光2R再生的結構示意圖，通過該結構實現對于100G惡化的OTDM-OOK信號的全光2R再生功能。我們將100G惡化的信號與位于不同中，通過使用偏移濾波提取SOA中的超快恢復分量，可以獲得較好的反碼與正碼。經過濾波器1和濾波器2處理后，將得到的邏輯互補信號進行時間同步和功率匹配后注入第二級SOA（SOA2）中，使用濾波器3濾出位于時鐘波段的再生信號，可以實現再生功能，同時具備波長變換功能。實驗中采用的惡化信號如圖2中間圖所示，實驗獲得的100G再生信號如圖2中右圖所示，通過對比可以看出，信號的眼圖張開度得到了明顯的改善，信號質量得到了明顯的提升，證明了該結構對于100G OTDM-OOK惡化信號的再生能力。

圖2 100G全光3R再生結構示意圖及實驗結果眼圖

圖3 100G全光或非門實驗框圖及實驗結果示意圖

2 基于SOA的全光邏輯門

為了實現對于100G信號的邏輯運算功能，我們提出了基于SOA加偏移濾波的實驗結構，并進行了相關的實驗研究和分析。圖3中左圖所示是我們采用的基于SOA加偏移濾波的全光或非門的實驗框圖，在實驗過程中，我們將位于不同波長的信號光A和信號光B與直流光C共同注入到SOA中，在SOA輸出端采用一個濾波器濾出直流光所在的附近頻率分量，通過精確的控制信號光和直流光的相對功率以及濾波器的偏移參數，可以得到所需的邏輯或非輸出，其實驗結果如圖3右圖所示。通過圖案圖和眼圖結果可以看出，在實驗上，我們得到了眼圖張開度較高，具有較高質量的邏輯輸出，且從圖3可以看出，其對于不同輸入的邏輯計算輸出結果正確，證明我們實驗實現了基于SOA的100G OTDM-OOK全光邏輯或非門，且邏輯計算正確，信號消光比高，具有較好的性能。

3 總結

本文采用SOA對100G信號進行了全面的全光信號處理，實現了100G速率下的OTDM-OOK調制格式的全光或非邏輯門，全光2R再生以及全光3R再生，證明了SOA對于信號處理的能力及其在未來光通信中的重要作用。

[1]?hman F,Mork J.Modeling of bit error rate in cascaded 2R regenerators[J].Lightwave Technology,Journal of,2006,24(2):1057-1063.

[2]Boscolo S,Turitsyn S K,Mezentsev V K.Performance comparison of 2R and 3R optical regeneration schemes at 40 Gb/s for application to all-optical networks[J].Lightwave Technology,Journal of,2005,23(1):304-309.

[3]Yu C,Christen L,Luo T,et al.All-optical XOR gate using polarization rotation in single highly nonlinear fiber[J].IEEE photonics technology letters,2005,17(6):1232-1234.