Armazenamento Quasi-luz para os pacotes de dados ópticos

O transporte de dados nas redes de telecomunicações é opticamente, uma vez que apenas as fibras ópticas oferecem a capacidade necessária para o tráfego de dados de hoje transmitido em todo o mundo. No entanto, em todos os nós da rede o sinal óptico tem que ser transferido para o domínio eléctrico, a fim de processar. Depois de processar o sinal é convertido de novo para o domínio óptico para transmissão posterior. Esta dupla de transferência entre os domínios é tanto tempo e poder consumir. A fim de usar um processamento de todas as ópticas dos dados, o problema da armazenagem intermédia tem de ser resolvido. Assim, foram sugeridos vários métodos para a armazenagem ou tamponamento dos sinais ópticos. A maneira mais simples é enviar os sinais em uma matriz de guias de ondas com diferentes comprimentos de ^2. No entanto, estas matrizes são volumosos e não o tempo de armazenamento pode ser ajustado uma vez que ele é pré-definido pelo comprimento do guia de ondas.

O método de "Slow-Light" se baseia em uma tunable mudança do índice de refracção de um grupo médio para abrandar a velocidade de propagação de impulsos de sinal óptico ^2. Vários efeitos físicos e sistemas de materiais pode ser usada para esta finalidade ^3-6. No entanto, com estes métodos, o sinal pode ser retardado por apenas alguns bits de comprimentos, o que é, de longe, não é suficiente para nós de rede óptica ^7,8.

Outra abordagem utiliza a conversão de comprimento de onda e de dispersão para a geração de atrasos ajustáveis. Deste modo, o comprimento de onda central do sinal de entrada é deslocado através da conversão óptica não linear. Em seguida, o sinal é transmitido em uma fibra altamente dispersivo. A diferença na velocidade de grupo na fibra dispersiva leva a um atraso, que é proporcional ao produto do deslocamento do comprimento de onda e a dispersão da velocidade de grupo (GVD) na fibra. Com uma segunda conversão do comprimento de onda é deslocado de volta para o valor original. Para as técnicas de mudança de comprimento de onda, como a mistura de quatro ondas ou mo fase de autodulation pode ser usado. Com o tempo de armazenamento e de conversão método dispersão até 243 nseg de atraso ajustável, o que corresponde a 2400 bits, foram relatados ^10. Entretanto, os métodos de conversão de comprimento de onda e de dispersão, em geral, precisam componentes especiais e configurações para a produção de uma grande mudança de comprimento de onda e / ou grande GVD. Além disso, eles estão entre os métodos mais complexos de atraso e sedentos de poder ^2.

Outros métodos de armazenar o sinal óptico para uma excitação de um sistema de material. Um feixe de sonda é então usado para a leitura da informação. Normalmente, estes sistemas não podem ser usados ​​na área de telecomunicações, uma vez que requerem temperaturas extremamente altas ou menor ^11, não vai trabalhar com larguras de banda de telecomunicações, ou exigir, em vez configurações complicadas e alta potência ^12-14.

Aqui, mostramos como uma propriedade básica de sinais (a coerência tempo-frequência) pode ser explorada para o armazenamento de pacotes de dados ópticos. Since não de excitação de um sistema material é utilizado, temos chamado de método de armazenamento Quasi-light (QLS) ^15-17. A QLS é independente da modulação, o formato de dados e os pacotes de taxa de dados e pode armazenar os pacotes ópticos por vários milhares de bits comprimentos ^18.

A ideia básica pode ser visto na Figura 1, em forma de impulsos rectangulares são mostradas aqui. No entanto, o método funciona para todas as formas de pulso e para pacotes de pulsos. A única restrição é que os sinais têm de ser limitado no tempo.

Coerência tempo-frequência Figura 1. Por um sinal de modulação de intensidade ^23. Um sinal rectangular única no domínio do tempo (a) é representada por uma função de sincronismo no-doma frequênciaem (b). Aqui a intensidade normalizada é mostrado, uma vez que não é possível medir os campos com equipamento óptico. A representação do domínio de tempo para uma sequência de sinais rectangulares é mostrado em (c). Esta sequência ainda tem o mesmo formato espectral. Mas, trata-se de freqüências individuais eqüidistantes sob o envelope sinc (d). O eixo do tempo são normalizados para metade a duração de um único sinal eo eixo de freqüência para os primeiros cruzamentos de zero, respectivamente. Clique aqui para ver imagem ampliada.

Um pulso retangular no domínio do tempo (Figura 1-A) tem um "Cardinalis seio" ou função sinc pecado (px) / em forma px espectro (Figura 1b), onde todas as freqüências sob o envelope estão presentes. Um trem de impulsos rectangulares, no domínio do tempo (Figura 1c) tem ainda um sinc função espectro (Figura 1d) em forma com a largura de banda Δ f. Mas, devido à periodicidade, nem todas as freqüências estão presentes mais. Em vez disso, o espectro de frequências consiste equidistantes e o inverso da frequência de espaçamento define a separação temporal entre os impulsos Δ T = 1 / Δ v.

A ideia básica das QLS é agora simplesmente para extrair frequências equidistantes fora do espectro do pacote de entrada. Devido à coerência tempo-frequência, isso resulta numa cópia do pacote no domínio do tempo. A cópia com o retardo desejado pode ser extraída por um interruptor no domínio do tempo.

O princípio da nossa experiência é apresentado na Figura 2. Um sinal de entrada por tempo limitado é multiplicado com um pente de freqüência no domínio da frequência. Para a multiplicação do efeito não-linear de dispersão de Brillouin estimulada (SBS) é usado. Os resultados são cópias equidistantes do sinal de entrada em the no domínio do tempo. Um dos sinais é extraída com um interruptor accionado por uma função rectangular. Assim, na saída da memória, em princípio, pode ser esperada uma cópia sem distorção do impulso de entrada.

Sinal de entrada limitado Figura 2. Idéia básica do armazenamento Quasi-luz ^15. Uma vez (a) é multiplicado com um pente de freqüência (b) no domínio da freqüência, que é indicado com um X. Isto leva a várias cópias do sinal no domínio do tempo (c). Do trem de impulsos gerado uma das cópias (d) é extraído com um interruptor de domínio de tempo de um sinal de leitura rectangular (e). O interruptor pode ser um modulador. O resultado é um dispositivo de armazenamento do sinal óptico. A ruatempo Orage é definida pelo espaçamento de frequência entre as linhas do pente e do sinal de leitura. Clique aqui para ver imagem ampliada.

Si SBS é um efeito não linear que pode ocorrer em fibras de modo único padrão (SSMF) a baixas potências. Desse modo, o sinal interage com uma alteração da densidade óptica, que é gerado por um contador de propagação da onda de bomba. Se a onda do sinal é downshifted em frequência, uma região de ganho é formado, em que o sinal será amplificada. Se cabe-mudou o sinal será atenuado na região correspondente perda. O desvio de frequência entre o sinal da bomba e é definido pela onda acústica, o que depende das propriedades do material. A maior vantagem do SBS para a aplicação apresentada é a largura de banda estreita Δ f _SBS da região de ganho. Assim, praticamente SBS forma uma largura de linha de filtro óptico estreito. A largura de banda estreita de tele ganhar região depende do comprimento e área eficaz da fibra, bem como sobre a potência da bomba usada ^19. A largura total natural na metade do máximo (FWHM) largura de banda do ganho SBS em um SSMF é de cerca de 30 MHz. Nas guias de ondas especiais, tais como fibras de AllWave, e com potências elevadas de bomba, a largura de banda pode ser reduzida até 10 MHz. ^20. Devido à largura de banda do filtro os diferentes exemplares são cobertas com um envelope. Portanto, o tempo máximo de armazenamento dos QLS depende inversamente da largura de banda de SBS. A largura de banda de 10 MHz que resultaria em um tempo máximo de armazenamento de 100 nanossegundos. Clique aqui para ver imagem ampliada.

Para a transmissão muito elevada taxa de bits a informação tem de ser codificado para a fase da portadora, em vez da sua amplitude, uma vez que esta oferece uma série de vantagens. Assim, contrariamente aos impulsos, os sinais nessas redes ópticas tem amplitude constante. <strong> A Figura 3 mostra um tal sinal modulado fase no tempo (esquerda) e no domínio da frequência (direita). Este espectro pode ser amostrado da mesma forma que a do sinal de amplitude modulada ^21. De facto, o espectro da função rectangular para-e intensidade de sinais modulados em fase é filtrada, devido à transmissão, o que limita o espectro.

Coerência Figura 3. Tempo-frequência para uma modulação de fase ^21. Em um sinal modulado de fase a fase da portadora é alterado através do sinal, que tem de ser transmitida. Se cada símbolo é constituído por um bit, a fase é alterado entre 0 e π, por exemplo. O lado esquerdo da figura mostra a representação no domínio do tempo resultante para tal mudança de fase binário digitadoSinal (BPSK). O sinal de domínio de frequência resultante é mostrada no lado direito. Em comparação com a Figura 1, pode ser visto que o espectro do sinal modulado fase é qualitativamente a mesma que a do sinal modulado de intensidade. Assim, os QLS pode ser aplicado da mesma maneira.