光信號處理的關(guān)鍵技術(shù)研究

吳福全　蘇小桅

摘 要 隨著社會科學技術(shù)的快速發(fā)展、以及人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，光信號由于通信帶寬大、傳輸損耗低、以及抗電磁干擾等，在社會各方面的發(fā)展中都得到了及其快速的發(fā)展。光信號處理技術(shù)與傳統(tǒng)的電子處理技術(shù)相比擁有很大的優(yōu)勢，近年來光信號處理技術(shù)已經(jīng)成為了國際研究的熱點內(nèi)容之一。本文針對我國光網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特點與運行特征，提供了幾個對于光信號進行處理的關(guān)鍵技術(shù)，并進行了簡要的概述。

【關(guān)鍵詞】光信號 信號處理 技術(shù)研究

實現(xiàn)光處理技術(shù)的最重要的器件之一就是光開關(guān)，在光開關(guān)中，參與其工作的最常用的是波長不同的兩個光信號——控制信號、以及探測光信號。在光開關(guān)中，控制信號負責實現(xiàn)對探測光信號的強度以及相位的控制。要想實現(xiàn)光開關(guān)的正常工作，離不開對具有非線性效應的光學器件的依賴。目前最常用的具有非線性效應的器件有半導體、光纖、光波導器件、以及近年來得到快速發(fā)展和廣泛應用的硅基光波導等等。在基于以上每一種形成的光開關(guān)都具有很鮮明的優(yōu)點?；诠饫w的光開關(guān)主要應用光纖中的交叉相位調(diào)制以及四波混頻效應，根據(jù)光纖中三階極化系數(shù)產(chǎn)生非線性效應的主要特點，因此其非線性效應比較弱。另外，基于光纖的光開關(guān)的造價相對比較低、響應速度也比較快。在相關(guān)的研究中，比較常見應用的具有非線性效應特性的半導體器件多為電吸收調(diào)制器、以及半導體光放大器。就半導體材料的光開關(guān)來說，其非線性系數(shù)大于光纖的光開關(guān)的非線性系數(shù)，因此，基于半導體的光開關(guān)比較容易達到開關(guān)的要求。因此，基于半導體的光開關(guān)效率比較高、耗能比較低、穩(wěn)定性也相對比較好、更比較容易集成。

1 光信號處理的關(guān)鍵技術(shù)研究

光信號的處理技術(shù)有很多種，其中，最為常用的有效光信號的處理技術(shù)通常為波長轉(zhuǎn)換技術(shù)、格式轉(zhuǎn)換技術(shù)、以及光再生技術(shù)。

1.1 波長轉(zhuǎn)換技術(shù)

全波長轉(zhuǎn)換技術(shù)在消除網(wǎng)絡中產(chǎn)生的擁塞、降低波長連續(xù)性的限制、提高波長資源的利用效率等等方面都具有十分重要的積極作用，能夠在很大程度上使得網(wǎng)絡的靈活性、準確性、時效性、以及可拓展性得到很大的提高。波長轉(zhuǎn)換在增加光信號的交換網(wǎng)絡的靈活性，有效降低光信號網(wǎng)絡的阻塞情況等等方面都具有十分重要的作用。在相關(guān)的研究中，對于針對光網(wǎng)絡波長轉(zhuǎn)換節(jié)點的設計方案也有很多。其中，關(guān)于專注式的轉(zhuǎn)換節(jié)點的相關(guān)設計是最為簡便快捷的方法之一。也就是說，在信號復用之前，需要為每個光信號通道都各配置一個波長轉(zhuǎn)換器，用于對光信號做一定的轉(zhuǎn)換等等處理。這種方法比較常見，但是其具有一個最大的缺點，就是對于元件的利用率十分低。其他的一些波長轉(zhuǎn)換器的共享方案也有很多，相關(guān)科研工作者也正在不斷的提出更加高效、更加適合的方案。最常見的波長轉(zhuǎn)換技術(shù)方案有和鏈路共享式（SPL）兩種。在節(jié)點共享式（SPN）共享方案中，通常需要較大的光開關(guān)以便在單節(jié)點可以共享同一個波長轉(zhuǎn)換器。

在探測光和控制光功率對波長轉(zhuǎn)換信號的影響中，最為典型的是兩種光信號功率對其幅度抖動的影響。如圖1（a）所示，是不同控制光功率條件下，波長轉(zhuǎn)換信號的幅度抖動；圖1（b）所示，是不同探測光功率條件下波長轉(zhuǎn)換信號的幅度抖動。根據(jù)光信號的特性，當控制光的功率逐漸提高時，SOA（即面向服務的體系結(jié)構(gòu)，是一個基本的組件模型，它通過應用程序的不同功能單元（服務）之間事先定義好的接口和契約將這些服務進行相互的連接。）的增益飽和程度則隨之提高，載流子的恢復所需要的時間更長，從而使得碼型效應的變化越來越顯著。而增加探測光功率則可以降低SOA的增益水平、使得載流子的恢復所需要的時間縮短，使信號中不同位置的‘1碼分別所獲得的增益越來越靠近，最后幾乎達到一致，因此從而使得波長轉(zhuǎn)換信號的幅度抖動大大減小。因此，圖1中的（a）和（b）的圖形曲線也可以清楚地表明，控制光的功率越大，波長轉(zhuǎn)換信號的幅度抖動越大；而探測光的功率越大，波長轉(zhuǎn)換信號的幅度抖動越小。

另外，波長轉(zhuǎn)換技術(shù)也可以有效的實現(xiàn)多組廣播技術(shù)（通過電磁波或?qū)Ь€向受眾傳播聲音形態(tài)節(jié)目的技術(shù)），從而根據(jù)不同用戶所提出的不同要求，將指定的部分的數(shù)據(jù)進行復制，然后將復制好的數(shù)據(jù)同時發(fā)給多個用戶。在目前的技術(shù)發(fā)展中，在高速、高級調(diào)制格式信號的波長轉(zhuǎn)換、以及實現(xiàn)多組廣播等等操作的方面，波長轉(zhuǎn)換技術(shù)都具有十分重要的應用與貢獻。

1.2 格式轉(zhuǎn)換技術(shù)

光信號格式轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種新型的、正在逐漸被大家認可的接口技術(shù)。通過對不同的各種復用技術(shù)、以及不同的各種調(diào)制格式的多個網(wǎng)絡之間進行無縫連接，可以有效的增強光信號的網(wǎng)絡靈活性和網(wǎng)絡可拓展性。光信號格式轉(zhuǎn)換技術(shù)會逐漸的在光信號網(wǎng)絡中發(fā)揮重要作用，越來越得到大家的認同。格式轉(zhuǎn)換器是光信號格式轉(zhuǎn)換技術(shù)中不可或缺的主要器件之一。格式轉(zhuǎn)換器主要由以下兩方面的作用及評價依據(jù)：第一，能否幫助光信號實現(xiàn)最基本的格式轉(zhuǎn)換功能；第二，能否保證轉(zhuǎn)換后的光信號具有良好的傳輸特性以及轉(zhuǎn)換后的光信號的傳輸性能；第三，光信號格式轉(zhuǎn)換是否具有可重塑性、再生能力、以及多波長操作能力。

1.3 光再生技術(shù)

圖2為全光3R再生原理示意圖.入射損傷信號進入全光再生器時被分為兩路，一路進入時鐘提取單元以提取時鐘光信號，提取出的時鐘信號具有穩(wěn)定的幅度和時鐘信息；另一路信號經(jīng)摻鉺光纖放大器（EDFA）放大后，與時鐘信號脈沖一同注入光判決門，經(jīng)過光判決門后可得到全光再生信號。

以基于SOA-DI 光開關(guān)的全光2R 再生器為例，假設通過經(jīng)3分貝的耦合器，向SOA-DI 光開關(guān)分別輸入波長為λ1 的連續(xù)光和波長為λ2 的惡化信號，SOA后側(cè)有一個光濾波器，其主要功能是用于對數(shù)據(jù)光、以及SOA產(chǎn)生的ASE噪聲進行濾除，另外，通過對DI的狀態(tài)進行調(diào)節(jié)也可以得到再生信號。利用的SOA-DI 數(shù)值模型對不同速率下SOA-DI 光開關(guān)的功率傳輸函數(shù)進行了數(shù)值仿真。計算方法為：當輸入SOA-DI光開關(guān)的控制光信號為單個脈沖時，在其它條件不變的前提下，可以針對SOA-DI 輸入控制光信號功率的峰值與波長轉(zhuǎn)換信號功率的峰值之間的關(guān)系進行相關(guān)分析與計算。由于當光再生器件的工作速率相對比較高時，SOA會產(chǎn)生一定程度上的碼型效應，而且單脈沖之前的各種不同的碼型會導致SOA-DI波長轉(zhuǎn)換信號功率的峰值不盡相同，因此，相關(guān)工作人員在進行此方面的科學研究時，必須要充分考慮到碼型效應對SOA-DI 光開關(guān)功率傳輸效率所產(chǎn)生的各種變化和影響。

2 總結(jié)

在當今快速發(fā)展的社會中，科學技術(shù)日新月異，光網(wǎng)絡正處于迅速擴大應用范圍與應用機會的過程中。未來的光網(wǎng)絡將會越發(fā)的安全高效、靈活多變，具有更高的集成性，逐步趨近于分組化交換，支持多樣性業(yè)務。光信號處理技術(shù)在未來的大容量光網(wǎng)絡中，正在并將會產(chǎn)生十分積極、十分重要的作用。只有光信號處理技術(shù)得到全面的成熟發(fā)展，才能夠為光網(wǎng)絡的革新與發(fā)展提供保障！為我們社會的持續(xù)、快速發(fā)展提供動力！

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作者簡介

吳福全（1976-），男，湖北省黃岡市人?，F(xiàn)為西南電子設備研究所高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術(shù)研究及工程應用。

作者單位

1.西南電子設備研究所 四川省成都市 610036

2.成都廣播電視大學 四川省成都市 610051