基于SOA的100G全光信号处理

清华大学电子工程系 陈 新 霍 力 赵之玺 娄采云

随着社会的信息化，通信容量的需求呈指数增长，光传输系统的单信道速率从10Gb/s发展到目前的40Gb/s并开始商用，又向100Gb/s迈进。然而，信号在传输过程中会产生畸变，在40Gb/s以上长距离传输中，对光信号进行再生是十分必要的，当速率接近100Gb/s，电子器件速度渐趋向于其物理极限，所以普遍的观点是需要采用全光再生技术。全光再生技术根据其实现的功能分为执行再放大和再整形的2R再生以及执行再放大、再整形和再定时功能的3R再生[1,2]。此外，在全光计算和全光路由中，高速率的全光逻辑门也成为研究热点[3]。SOA由于其优异的性质，成为了实现以上全光信号处理的重要器件。本文主要围绕SOA展开，研究其在全光信号处理上的应用。

1 基于SOA的全光再生研究

1.1 基于SOA的全光2R再生

为了实现基于SOA的全光2R再生，我们调研了研究波长的直流光共同注入到第一级SOA（SOA1）中，通过使用合理的偏移滤波提取SOA中的超快频率分量，可以提高反码质量，加强XGC的作用效果。我们采用两个滤波器（OBPF1和OBPF2）进行信号的滤波和处理，将滤波器滤出的两路信号进行时间同步和功率匹配后注入第二级SOA中，使用另一个滤波器（OBPF3）滤出再生信号，实现再生功能。为了对比试验的结果，我们将恶化信号和再生信号分别进行误码率的测试，从误码率曲线上可以看到，在误码率为10-9处接收机灵敏度有2dB左右的提高，证明了该结构对于100G OTDM-OOK恶化信号的再生能力。

1.2 基于SOA的全光3R再生

图1 100G全光2R再生结构示意图及实验误码率测试图

基于改进的全光2R结构，我们提出了全光3R的方案，并进行了相关试验研究。图2中左图为基于SOA的全光3R再生的结构示意图，将2R再生中的直流光变成提取的时钟信号，以实现全光3R再生的处理。与2R再生相类似，我们将使用噪声处理的100G恶化的信号与提取的位于不同波长的100G时钟共同注入到第一级SOA（SOA1）者们的相关报道和文献，选取了基于SOA-XGC的方案，并进行了改进。图1中左图为基于SOA的全光2R再生的结构示意图，通过该结构实现对于100G恶化的OTDM-OOK信号的全光2R再生功能。我们将100G恶化的信号与位于不同中，通过使用偏移滤波提取SOA中的超快恢复分量，可以获得较好的反码与正码。经过滤波器1和滤波器2处理后，将得到的逻辑互补信号进行时间同步和功率匹配后注入第二级SOA（SOA2）中，使用滤波器3滤出位于时钟波段的再生信号，可以实现再生功能，同时具备波长变换功能。实验中采用的恶化信号如图2中间图所示，实验获得的100G再生信号如图2中右图所示，通过对比可以看出，信号的眼图张开度得到了明显的改善，信号质量得到了明显的提升，证明了该结构对于100G OTDM-OOK恶化信号的再生能力。

图2 100G全光3R再生结构示意图及实验结果眼图

图3 100G全光或非门实验框图及实验结果示意图

2 基于SOA的全光逻辑门

为了实现对于100G信号的逻辑运算功能，我们提出了基于SOA加偏移滤波的实验结构，并进行了相关的实验研究和分析。图3中左图所示是我们采用的基于SOA加偏移滤波的全光或非门的实验框图，在实验过程中，我们将位于不同波长的信号光A和信号光B与直流光C共同注入到SOA中，在SOA输出端采用一个滤波器滤出直流光所在的附近频率分量，通过精确的控制信号光和直流光的相对功率以及滤波器的偏移参数，可以得到所需的逻辑或非输出，其实验结果如图3右图所示。通过图案图和眼图结果可以看出，在实验上，我们得到了眼图张开度较高，具有较高质量的逻辑输出，且从图3可以看出，其对于不同输入的逻辑计算输出结果正确，证明我们实验实现了基于SOA的100G OTDM-OOK全光逻辑或非门，且逻辑计算正确，信号消光比高，具有较好的性能。

3 总结

本文采用SOA对100G信号进行了全面的全光信号处理，实现了100G速率下的OTDM-OOK调制格式的全光或非逻辑门，全光2R再生以及全光3R再生，证明了SOA对于信号处理的能力及其在未来光通信中的重要作用。

[1]Öhman 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.