光信号处理的关键技术研究

吴福全　苏小桅

摘 要 随着社会科学技术的快速发展、以及人们对生活质量的要求越来越高，光信号由于通信带宽大、传输损耗低、以及抗电磁干扰等，在社会各方面的发展中都得到了及其快速的发展。光信号处理技术与传统的电子处理技术相比拥有很大的优势，近年来光信号处理技术已经成为了国际研究的热点内容之一。本文针对我国光网络结构特点与运行特征，提供了几个对于光信号进行处理的关键技术，并进行了简要的概述。

【关键词】光信号 信号处理 技术研究

实现光处理技术的最重要的器件之一就是光开关，在光开关中，参与其工作的最常用的是波长不同的两个光信号——控制信号、以及探测光信号。在光开关中，控制信号负责实现对探测光信号的强度以及相位的控制。要想实现光开关的正常工作，离不开对具有非线性效应的光学器件的依赖。目前最常用的具有非线性效应的器件有半导体、光纤、光波导器件、以及近年来得到快速发展和广泛应用的硅基光波导等等。在基于以上每一种形成的光开关都具有很鲜明的优点。基于光纤的光开关主要应用光纤中的交叉相位调制以及四波混频效应，根据光纤中三阶极化系数产生非线性效应的主要特点，因此其非线性效应比较弱。另外，基于光纤的光开关的造价相对比较低、响应速度也比较快。在相关的研究中，比较常见应用的具有非线性效应特性的半导体器件多为电吸收调制器、以及半导体光放大器。就半导体材料的光开关来说，其非线性系数大于光纤的光开关的非线性系数，因此，基于半导体的光开关比较容易达到开关的要求。因此，基于半导体的光开关效率比较高、耗能比较低、稳定性也相对比较好、更比较容易集成。

1 光信号处理的关键技术研究

光信号的处理技术有很多种，其中，最为常用的有效光信号的处理技术通常为波长转换技术、格式转换技术、以及光再生技术。

1.1 波长转换技术

全波长转换技术在消除网络中产生的拥塞、降低波长连续性的限制、提高波长资源的利用效率等等方面都具有十分重要的积极作用，能够在很大程度上使得网络的灵活性、准确性、时效性、以及可拓展性得到很大的提高。波长转换在增加光信号的交换网络的灵活性，有效降低光信号网络的阻塞情况等等方面都具有十分重要的作用。在相关的研究中，对于针对光网络波长转换节点的设计方案也有很多。其中，关于专注式的转换节点的相关设计是最为简便快捷的方法之一。也就是说，在信号复用之前，需要为每个光信号通道都各配置一个波长转换器，用于对光信号做一定的转换等等处理。这种方法比较常见，但是其具有一个最大的缺点，就是对于元件的利用率十分低。其他的一些波长转换器的共享方案也有很多，相关科研工作者也正在不断的提出更加高效、更加适合的方案。最常见的波长转换技术方案有和链路共享式（SPL）两种。在节点共享式（SPN）共享方案中，通常需要较大的光开关以便在单节点可以共享同一个波长转换器。

在探测光和控制光功率对波长转换信号的影响中，最为典型的是两种光信号功率对其幅度抖动的影响。如图1（a）所示，是不同控制光功率条件下，波长转换信号的幅度抖动；图1（b）所示，是不同探测光功率条件下波长转换信号的幅度抖动。根据光信号的特性，当控制光的功率逐渐提高时，SOA（即面向服务的体系结构，是一个基本的组件模型，它通过应用程序的不同功能单元（服务）之间事先定义好的接口和契约将这些服务进行相互的连接。）的增益饱和程度则随之提高，载流子的恢复所需要的时间更长，从而使得码型效应的变化越来越显著。而增加探测光功率则可以降低SOA的增益水平、使得载流子的恢复所需要的时间缩短，使信号中不同位置的‘1码分别所获得的增益越来越靠近，最后几乎达到一致，因此从而使得波长转换信号的幅度抖动大大减小。因此，图1中的（a）和（b）的图形曲线也可以清楚地表明，控制光的功率越大，波长转换信号的幅度抖动越大；而探测光的功率越大，波长转换信号的幅度抖动越小。

另外，波长转换技术也可以有效的实现多组广播技术（通过电磁波或导线向受众传播声音形态节目的技术），从而根据不同用户所提出的不同要求，将指定的部分的数据进行复制，然后将复制好的数据同时发给多个用户。在目前的技术发展中，在高速、高级调制格式信号的波长转换、以及实现多组广播等等操作的方面，波长转换技术都具有十分重要的应用与贡献。

1.2 格式转换技术

光信号格式转换技术是一种新型的、正在逐渐被大家认可的接口技术。通过对不同的各种复用技术、以及不同的各种调制格式的多个网络之间进行无缝连接，可以有效的增强光信号的网络灵活性和网络可拓展性。光信号格式转换技术会逐渐的在光信号网络中发挥重要作用，越来越得到大家的认同。格式转换器是光信号格式转换技术中不可或缺的主要器件之一。格式转换器主要由以下两方面的作用及评价依据：第一，能否帮助光信号实现最基本的格式转换功能；第二，能否保证转换后的光信号具有良好的传输特性以及转换后的光信号的传输性能；第三，光信号格式转换是否具有可重塑性、再生能力、以及多波长操作能力。

1.3 光再生技术

图2为全光3R再生原理示意图.入射损伤信号进入全光再生器时被分为两路，一路进入时钟提取单元以提取时钟光信号，提取出的时钟信号具有稳定的幅度和时钟信息；另一路信号经掺铒光纤放大器（EDFA）放大后，与时钟信号脉冲一同注入光判决门，经过光判决门后可得到全光再生信号。

以基于SOA-DI 光开关的全光2R 再生器为例，假设通过经3分贝的耦合器，向SOA-DI 光开关分别输入波长为λ1 的连续光和波长为λ2 的恶化信号，SOA后侧有一个光滤波器，其主要功能是用于对数据光、以及SOA产生的ASE噪声进行滤除，另外，通过对DI的状态进行调节也可以得到再生信号。利用的SOA-DI 数值模型对不同速率下SOA-DI 光开关的功率传输函数进行了数值仿真。计算方法为：当输入SOA-DI光开关的控制光信号为单个脉冲时，在其它条件不变的前提下，可以针对SOA-DI 输入控制光信号功率的峰值与波长转换信号功率的峰值之间的关系进行相关分析与计算。由于当光再生器件的工作速率相对比较高时，SOA会产生一定程度上的码型效应，而且单脉冲之前的各种不同的码型会导致SOA-DI波长转换信号功率的峰值不尽相同，因此，相关工作人员在进行此方面的科学研究时，必须要充分考虑到码型效应对SOA-DI 光开关功率传输效率所产生的各种变化和影响。

2 总结

在当今快速发展的社会中，科学技术日新月异，光网络正处于迅速扩大应用范围与应用机会的过程中。未来的光网络将会越发的安全高效、灵活多变，具有更高的集成性，逐步趋近于分组化交换，支持多样性业务。光信号处理技术在未来的大容量光网络中，正在并将会产生十分积极、十分重要的作用。只有光信号处理技术得到全面的成熟发展，才能够为光网络的革新与发展提供保障！为我们社会的持续、快速发展提供动力！

参考文献

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作者简介

吴福全（1976-），男，湖北省黄冈市人。现为西南电子设备研究所高级工程师。研究方向为电子对抗总体技术研究及工程应用。

作者单位

1.西南电子设备研究所 四川省成都市 610036

2.成都广播电视大学 四川省成都市 610051