Регенератор Мамышева 2Р
Регенератор Мамышева 2Р — полностью оптический регенератор, используемый в оптической связи . В 1998 году Павел Мамышев из Bell Labs предложил и запатентовал использование фазовой автомодуляции (СФМ) для изменение формы и повторное усиление одноканального оптического импульса. [ 1 ] [ 2 ] Более поздние приложения нацелены на область генерации сверхкоротких импульсов высокой пиковой мощности.
Конструкция регенератора 2R
[ редактировать ]Схема обычного регенератора Мамышева представлена ниже. Мощный оптоволоконный усилитель, легированный эрбием (HP-EDFA), усиливает входящий сигнал до мощности (Pm), необходимой для оптимального выравнивания пиковой мощности символов «единица». За этим усилителем может быть установлен оптический полосовой фильтр (не показан на рисунке), чтобы подавлять внеполосное усиленное спонтанное излучение . [ 3 ]
Спектральное уширение, вызванное автомодуляцией, создается в одномодовом оптическом волокне длиной . Хроматическая дисперсия этого волокна нормальная и ее значение равно D. Нелинейный коэффициент равен , а линейные потери равны . Было успешно протестировано несколько типов волокон: волокна с ненулевой дисперсией , [ 1 ] высоконелинейные кварцевые волокна (HNLF), микроструктурированные кварцевые волокна , [ 4 ] халькогенидные волокна [ 5 ] или теллуритные волокна. [ 6 ]
На выходе волокна установлен оптический полосовой фильтр (ОБПФ) со спектральной шириной на полувысоте. , (определяется так, что ширина импульса на выходе такая же, как и на входе системы), спектрально смещается на величину относительно длины волны несущей входного сигнала и используется для вырезания расширенного спектра, действуя тем самым как формирователь импульсов.
Это конфигурация установки, которую можно повторить для большей точности регенерации.
Было показано, что можно выгодно заменить нелинейное волокно высоконелинейным халькогенидным волноводом, тем самым открывая путь к полностью интегрированной регенерации фотонного чипа. [ 7 ]
Принцип работы и конструкция
[ редактировать ]Регенератор Мамышева может обрабатывать сигналы возврата в ноль со сверхвысокой скоростью передачи данных. Действительно, благодаря квазимгновенному отклику нелинейного эффекта Керра , этот регенератор не страдает от конечного времени восстановления, свойственного некоторым насыщающимся поглотителям .
Интерес регенератора Мамышева заключается в его способности регенерировать одновременно «единицы» и «нули» информации.
Ключевым эффектом, влияющим на эволюцию импульса в регенераторе, является автофазовая модуляция, уширяющая спектр пропорционально интенсивности исходного оптического импульса. В сочетании с OBPF смещения выходной частоты это представляет собой эффективный сверхбыстрый пороговый датчик. Более подробно, импульсы или шум низкой интенсивности существенно не расширяются и выходят за пределы смещенного от центра BPF, и, следовательно, выходные данные для зашумленных нулей в потоке данных уменьшаются до нулевого уровня. Напротив, для импульсов данных 1 интенсивность достаточно велика, чтобы расширить спектры с помощью СЗМ, и значительная часть спектра попадает в полосу пропускания OBPF, что приводит к генерации выходного импульса 1.
Для тщательной разработки регенератора и подходящей комбинации параметров фильтра (спектральное смещение и полоса пропускания)/параметров волокна (длина, значения дисперсии и нелинейности) [ 8 ] [ 9 ] также может быть достигнуто уменьшение амплитудных колебаний, приводящее к выравниванию мощности импульсного потока.
В статье приведены результаты моделирования регенератора 2Р. На рисунке 1 на верхней панели показан регенерированный импульс со входа (нижняя панель) регенератора Мамышева 2Р. Зашумленные импульсы 1 повышаются до тех же уровней мощности на выходе, а импульсы 0 уменьшаются до минимального уровня шума.
Важным свойством регенератора Мамышева является его передаточная функция, которая связывает пиковую выходную мощность с пиковой входной мощностью. Для эффективной работы и выравнивания мощности эта передаточная функция должна иметь заметное плато на уровне мощности 1. [ 9 ] Пример передаточной функции представлен на рисунке 2.
Спектральные операции расширения, фильтрации и регенерации центральной длины волны показаны на рисунке 3.
При разработке этого нелинейного регенератора следует уделить внимание тому, чтобы избежать последствий вредного обратного рассеяния Бриллюэна. [ 10 ] а также взаимодействие импульсов между импульсами, приводящее к эффектам формирования структуры в выходной последовательности. [ 9 ] [ 10 ]
Регенератор Мамышева - Варианты
[ редактировать ]Благодаря процессу спектральной фильтрации восстановленный импульс существенно смещается от исходной частоты. Это может быть полезно, если преобразование длины волны должно быть достигнуто одновременно с регенерацией и, следовательно, можно рассмотреть возможность переключения каналов. [ 11 ] Однако, если кто-то хочет восстановить выходной сигнал, имеющий начальную длину волны, вариант применения другой регенерации с центральной частотой BPF, помещенной на исходную центральную частоту канала, позволяет преодолеть эту проблему. Это можно сделать в одном волокне, используя двунаправленное распространение в нелинейном волокне. [ 12 ]
Многоканальная регенерация 2R
[ редактировать ]Регенератор Мамышева в стандартной конфигурации ограничен работой на одной длине волны, чтобы предотвратить эффекты перекрестной фазовой модуляции (XPM) от соседних каналов. Было предложено несколько схем расширения области его работы до многоканального режима.
В своей работе по компенсации четырехволнового смешивания (FWM) с использованием HLNF и его XPM Михаил Васильев и его коллеги предложили: [ 13 ] и продемонстрировал 12-канальную оптическую регенерацию в системах со скоростью 10 Гбит/с. [ 14 ]
В другой работе с использованием схемы встречного распространения была продемонстрирована регенерация двойной длины волны. [ 15 ] Количество обрабатываемых каналов было увеличено до четырех благодаря поляризационному мультиплексированию . [ 16 ]
Эффективная полностью оптическая регенерация на основе устройства Мамышева была продемонстрирована при различных скоростях повторения: 10 Гбит/с, 40 Гбит/с и до 160 Гбит/с. [ 11 ]
Регенератор Мамышева может иметь низкий выход: спектральная фильтрация расширенного спектра приводит к высоким собственным потерям энергии. Чтобы компенсировать эти потери, распределенное рамановское усиление . можно использовать [ 17 ]
3R регенерация
[ редактировать ]Регенерацию 2R можно комбинировать с дополнительной стадией регенерации для обеспечения регенерации 3R. [ 11 ] [ 18 ]
Метод Мамышева также использовался для передачи OCDMA. [ 19 ] и предложено использовать установку Мамышева в рамках контроля оптических характеристик . [ 20 ] Особенности изменения формы регенератора Мамышева также объединены с процессом притяжения поляризации, который позволяет одновременно восстанавливать состояние поляризации и профиль интенсивности ухудшенных потоков импульсов. [ 21 ]
Генерация ультракоротких импульсов высокой пиковой мощности
[ редактировать ]Потенциальные применения регенераторов Мамышева не ограничиваются областью оптической телекоммуникации. Этот метод также оказался полезным в области генерации ультракоротких импульсов с высокой пиковой мощностью. Действительно, улучшение фона и изменение формы регенераторов Мамышева открыли новые перспективы для использования лазеров с переключением усиления и позволили генерировать субпикосекундные импульсы с пиковой мощностью, превышающей уровень мегаватт, в так называемых генераторах Мамышева. [ 22 ] Другой пример был достигнут при усилении контраста на несколько порядков миллиджоульным фемтосекундным импульсом в полом волокне, наполненном аргоном. [ 23 ]
Объединение регенераторов Мамышева и использование в волоконном оптическом генераторе.
[ редактировать ]Объединение пар регенераторов Мамышева было изучено численно и показало, что четко определенные структуры могут спонтанно возникать из архитектуры генератора. [ 24 ] [ 25 ] что затем было подтверждено экспериментально. [ 26 ] Дополнительные исследования были сосредоточены на разработке ультракоротких волоконных лазеров с высокой пиковой мощностью. [ 27 ] [ 28 ] и другие конструкции полостей были рассмотрены. [ 29 ] [ 30 ] В 2017 году были достигнуты рекордные пиковые мощности, значительно превышающие уровень МВт.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Мамышев П.В. (1998). «Полностью оптическая регенерация данных на основе эффекта фазовой автомодуляции». 24-я Европейская конференция по оптической связи. ECOC '98 (№ по каталогу IEEE 98TH8398) . Том. 1. С. 475–476. дои : 10.1109/ECOC.1998.732666 . ISBN 84-89900-14-0 .
- ^ П. В. Мамышев, «Способ и устройство для полностьюоптической регенерации данных», Патент США 6141129.
- ^ Нгуен, Теннесси; Гей, М.; Брамери, Л.; Шартье, Т.; Саймон, Джей Си; Жоиндо, Мишель (2006). «Подавление шума в методе 2R-регенерации с использованием автофазовой модуляции и фильтрации» . Оптика Экспресс . 14 (6): 1737–1747. Бибкод : 2006OExpr..14.1737N . дои : 10.1364/OE.14.001737 . ПМИД 19503502 .
- ^ Петропулос, П.; Монро, ТМ; Беларди, В.; Фурусава, Ф.; Ли, Дж. Х.; Ричардсон, диджей (2001). «2R-регенеративный полностью оптический переключатель на основе сильно нелинейного дырчатого волокна». Оптические письма . 26 (16): 1233–1235. Бибкод : 2001OptL...26.1233P . дои : 10.1364/OL.26.001233 . ПМИД 18049570 .
- ^ Фу, Л.Б.; Рошетт, М.; Таид, В.Г.; Мосс, диджей; Эгглтон, Би Джей (2005). «Исследование оптической регенерации на основе автофазовой модуляции в одномодовом халькогенидном стекловолокне As2Se3» . Оптика Экспресс . 13 (19): 7639–7646. Бибкод : 2005OExpr..13.7637F . дои : 10.1364/opex.13.007637 . ПМИД 19498791 .
- ^ Пармиджани, Ф.; Асимакис, С.; Сугимото, Н.; Коидзуми, Ф; Петропулос, П.; Ричардсон, диджей (2006). «Регенератор 2R на основе высоконелинейного волокна из оксида висмута длиной 2 м» . Оптика Экспресс . 14 (12): 5038–5044. Бибкод : 2006OExpr..14.5038P . дои : 10.1364/OE.14.005038 . ПМИД 19516664 .
- ^ Таид, В.Г.; Шокоох-Сареми, М.; Фу, Л.; Мосс, диджей; Рошетт, Би Джей; Литтлер, ICM; Эгглтон, Бенджамин Дж.; Руан, Ю.; Лютер-Дэвис, Б. (2005). «Интегрированный полностью оптический регенератор импульсов в халькогенидных волноводах». Оптические письма . 30 (21): 2900–2902. Бибкод : 2005OptL...30.2900T . дои : 10.1364/OL.30.002900 . hdl : 2440/34932 . ПМИД 16279463 .
- ^ Она, TH; Райбон, Г.; Хедли, Г. (2004). «Оптимизация регенерации импульсов на скорости 40 Гбит/с на основе спектральной фильтрации автофазовой модуляции в оптоволокне». Письма IEEE Photonics Technology . 16 (1): 200–202. Бибкод : 2004IPTL...16..200H . дои : 10.1109/LPT.2003.819367 . S2CID 20218283 .
- ^ Jump up to: а б с Провост, Л.; Фино, К.; Мукаса, К.; Петропулос, П.; Ричардсон, диджей (2007). «Правила проектирования масштабирования для 2R-регенераторов на основе оптической автофазовой модуляции. Регенерация 2R» . Оптика Экспресс . 15 (8): 5100–5113. дои : 10.1364/OE.15.005100 . ПМИД 19532760 .
- ^ Jump up to: а б Нгуен, Теннесси; Шартье, Т.; Брамери, Л.; Гей, М.; Ле, К.; Лобо, С.; Жоиндо, М.; Саймон, Джей Си; и др. (2009). «Регенератор 2R на основе фазовой автомодуляции, включая сжатие импульсов и фильтрацию смещения для систем передачи 42,6 Гбит / с RZ-33%» . Оптика Экспресс . 17 (20): 17747–17757. Бибкод : 2009OExpr..1717747N . дои : 10.1364/OE.17.017747 . ПМИД 19907561 .
- ^ Jump up to: а б с Мурай, Х.; Канда, Ю.; Кагава, М.; Арахира, С. (2009). «Регенеративное преобразование длины волны на основе СЗМ и полевая демонстрация полностью оптического режима 3R со скоростью 160 Гбит / с». Журнал световых технологий . 28 (6): 910–921. дои : 10.1109/jlt.2009.2035061 . S2CID 20102016 .
- ^ Мацумото, М. (2006). «Эффективная полностью оптическая регенерация 2R с использованием автофазовой модуляции в конфигурации двунаправленного волокна» . Оптика Экспресс . 14 (23): 11018–11023. Бибкод : 2006OExpr..1411018M . дои : 10.1364/OE.14.011018 . ПМИД 19529517 .
- ^ Васильев, Михаил; Лакоба, Тарас И. (2005). «Полностью оптическая многоканальная регенерация 2R в волоконно-оптическом устройстве» . Оптические письма . 30 (12): 1458–1460. Бибкод : 2005OptL...30.1458V . дои : 10.1364/OL.30.001458 . ПМИД 16007773 .
- ^ Патки, Паллави Г.; Васильев, Михаил; Лакоба, Тарас И. (2009). «Полнооптическая регенерация многоволновых сигналов». Серия зимних тематических встреч IEEE/LEOS 2009 г. стр. 254–255. дои : 10.1109/LEOSWT.2009.4771754 . ISBN 978-1-4244-2610-2 . S2CID 42898363 .
- ^ Провост, Л.; Пармиджани, Ф.; Фино, К.; Мукаса, К; Петропулос, П.; Ричардсон, диджей (2008). «Анализ двухканального полностью оптического регенератора 2R на основе встречной конфигурации» . Оптика Экспресс . 16 (3): 2264–2275. Бибкод : 2008OExpr..16.2264P . дои : 10.1364/OE.16.002264 . ПМИД 18542306 .
- ^ Провост, Л.; Пармиджани, Ф.; Петропулос, П.; Ричардсон, диджей; Мукаса, К.; Такахаши, Х.; Хироиши, Дж.; Такакума, М. (2008). «Исследование четырехволнового регенератора с использованием поляризационного и направленного мультиплексирования» (PDF) . Письма IEEE Photonics Technology . 20 (20): 1676–1678. Бибкод : 2008IPTL...20.1676P . дои : 10.1109/LPT.2008.2003389 . S2CID 25244254 .
- ^ Фино, К.; Фатоме, Дж.; Питуа, С.; Милло, Г.; Пинсмин, Э. (2011). «Активный регенератор Мамышева» (PDF) . Оптический обзор . 18 (3): 257–263. Бибкод : 2011OptRv..18..257F . дои : 10.1007/s10043-011-0052-9 . S2CID 31401478 .
- ^ Дайкоку, М.; Ёсикане, Н.; Отани, Т.; Танака, Х (2006). «Оптический регенератор 3R 40 Гбит/с с комбинацией эффектов SPM и XAM для полностью оптических сетей». Журнал световых технологий . 24 (3): 1142–1148. Бибкод : 2006JLwT...24.1142D . дои : 10.1109/JLT.2005.863330 . S2CID 45589647 .
- ^ Ван, X.; Хаманака, Т.; Вада, Н.; Китаяма, К. (2005). «Оптический пороговый датчик на основе дисперсионно-сплющенного волокна для подавления помех множественного доступа в системе OCDMA» . Оптика Экспресс . 13 (14): 5499–5505. Бибкод : 2005OExpr..13.5499W . дои : 10.1364/OPEX.13.005499 . ПМИД 19498545 .
- ^ Уэстбрук, PS; Эгглтон, Би Джей; Хунше, С.; Райбон, Г.; Эгглтон, Би Джей (2002). «Измерение деградации импульса с использованием полностью оптического регенератора 2R». Электрон. Летт . 38 (20): 1193–1194. Бибкод : 2002ElL....38.1193W . дои : 10.1049/эл:20020837 .
- ^ Морен П., Дж. Фатом Дж., Фино К., Питуа С., Клаво Р. и Милло Г. (2011). «Полностью оптическая нелинейная обработка состояния поляризации и профиля интенсивности для приложений регенерации со скоростью 40 Гбит / с» . Оптика Экспресс . 19 (18): 17158–17166. Бибкод : 2011OExpr..1917158M . дои : 10.1364/OE.19.017158 . ПМИД 21935078 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Фу, Уолтер; Райт, Логан Г.; Уайз, Фрэнк В. (20 июля 2017 г.). «Мощные фемтосекундные импульсы без синхронного лазера» . Оптика . 4 (7): 831–834. arXiv : 1705.03940 . Бибкод : 2017Оптика...4..831F . дои : 10.1364/optica.4.000831 . ISSN 2334-2536 . ПМК 5714286 . ПМИД 29214187 .
- ^ Бульдт, Иоахим; Мюллер, Майкл; Клас, Роберт; Эйдам, Тино; Лимперт, Йенс; Тюннерманн, Андреас (2017). «Временное усиление контраста энергичных лазерных импульсов за счет фильтрованных спектров, расширенных фазовой самомодуляцией» . Оптические письма . 42 (19): 3761–3764. arXiv : 2101.08602 . Бибкод : 2017OptL...42.3761B . дои : 10.1364/OL.42.003761 . ПМИД 28957121 . S2CID 46855262 .
- ^ Питуа, Стефан; Фино, Кристоф; Провост, Лайонел (15 ноября 2007 г.). «Асимптотические свойства некогерентных волн, распространяющихся в линии полностью оптических регенераторов» (PDF) . Оптические письма . 32 (22): 3263–3265. Бибкод : 2007OptL...32.3263P . дои : 10.1364/ол.32.003263 . ISSN 1539-4794 . ПМИД 18026274 . S2CID 37582154 .
- ^ Питуа, Стефан; Фино, Кристоф; Провост, Лайонел; Ричардсон, Дэвид Дж. (1 сентября 2008 г.). «Генерация локализованных импульсов некогерентной волны в волоконно-оптических линиях из составных регенераторов Мамышева» (PDF) . Журнал Оптического общества Америки Б. 25 (9): 1537–1547. Бибкод : 2008JOSAB..25.1537P . дои : 10.1364/josab.25.001537 . ISSN 1520-8540 . S2CID 30136640 .
- ^ Норт, Тибо; Рошетт, Мартин (1 января 2014 г.). «Регенеративные автопульсирующие источники большой полосы пропускания». Оптические письма . 39 (1): 174–177. Бибкод : 2014OptL...39..174N . дои : 10.1364/ол.39.000174 . ISSN 1539-4794 . ПМИД 24365851 .
- ^ Регельскис, Кястутис; Желудявичюс, Юлиан; Виконт Чарльз; Рачюкайтис, Гедиминас (15.11.2015). «Генератор ультракоротких импульсов из легированного иттербием волокна на основе автофазовой модуляции и поочередной спектральной фильтрации». Оптические письма . 40 (22): 5255–5258. Бибкод : 2015OptL...40.5255R . дои : 10.1364/ол.40.005255 . ISSN 1539-4794 . ПМИД 26565848 .
- ^ Лю, Чжанвэй; Зиглер, Закари М.; Райт, Логан Г.; Уайз, Фрэнк В. (20 июня 2017 г.). «Пиковая мощность в мегаваттах от генератора Мамышева» . Оптика . 4 (6): 649–654. arXiv : 1703.09166 . Бибкод : 2017Оптика...4..649L . дои : 10.1364/optica.4.000649 . ISSN 2334-2536 . ПМК 6181231 . ПМИД 30320157 .
- ^ Норт, Тибо; Бре, Камилла-Софи (01 мая 2016 г.). «Регенеративный симилитоновый лазер» . АПЛ Фотоника . 1 (2): 021302. Бибкод : 2016APLP....1b1302N . дои : 10.1063/1.4945352 .
- ^ Тарасов, Никита; Перего, Ауро М.; Чуркин Дмитрий В.; Сталиунас, Кястутис; Турицын, Сергей К. (9 августа 2016 г.). «Синхронизация мод посредством диссипативной неустойчивости Фарадея» . Природные коммуникации . 7 : нкоммс12441. Бибкод : 2016NatCo...712441T . дои : 10.1038/ncomms12441 . ПМЦ 4980481 . ПМИД 27503708 .