Stoccaggio Quasi-luce per ottiche pacchetti di dati

Il trasporto dei dati nelle reti di telecomunicazione è otticamente, poiché solo fibre ottiche offrono la capacità necessaria per il traffico dati di oggi trasmessi in tutto il mondo. Tuttavia, in ogni nodo della rete il segnale ottico deve essere trasferito nel dominio elettrico per elaborarlo. Dopo l'elaborazione del segnale viene riconvertito nel dominio ottico per l'ulteriore trasmissione. Questo doppio trasferimento tra i domini è tempo e consuma energia. Per utilizzare un trattamento completamente ottica dei dati, il problema dello stoccaggio intermedio deve essere risolto. Così, sono stati proposti molti metodi per lo stoccaggio o il buffering dei segnali ottici. Il modo più semplice è quello di inviare i segnali in una matrice di guide d'onda con diverse lunghezze ^2. Tuttavia, queste matrici sono ingombranti e il tempo di conservazione non possono essere sintonizzati in quanto è predefinito per la lunghezza della guida d'onda.

Il metodo "Slow-Light" si basa su un tunabLe cambiamento dell'indice di rifrazione di gruppo un mezzo per rallentare la velocità di propagazione di impulsi del segnale ottico ^2. Diversi effetti fisici e sistemi materiali possono essere utilizzati per questo scopo ^3-6. Tuttavia, con tali metodi segnale può essere rallentato da pochi bit-lunghezza, che è di gran lunga insufficienti per i nodi di rete ottica ^7,8.

Un altro approccio utilizza la conversione di lunghezza d'onda e la dispersione per la generazione di ritardi sintonizzabili. In tal modo, la lunghezza d'onda centrale del segnale di ingresso viene spostato tramite conversione ottica non lineare. Successivamente, il segnale viene inviato in una fibra altamente dispersivo. La differenza di velocità di gruppo nella fibra dispersivo porta ad un ritardo che è proporzionale al prodotto della lunghezza d'onda di spostamento e la dispersione gruppo-velocità (GVD) nella fibra. Con una seconda conversione della lunghezza d'onda si sposta indietro al valore originale. Per le tecniche di spostamento della lunghezza d'onda come la miscelazione a quattro onde o fase di auto modulation può essere utilizzato. Con la conversione ei tempi metodo dispersione stoccaggio fino a 243 nsec di ritardo sintonizzabile, che corrispondono a 2.400 bit, sono stati segnalati ^10. Tuttavia, la conversione di lunghezza d'onda e dispersione metodi in generale hanno bisogno di componenti speciali e messe a punto per la produzione di un grande cambiamento di lunghezza d'onda e / o grandi GVD. Inoltre, essi sono tra i più complessi e affamati di potere metodi di ritardo ^2.

Altri metodi memorizzano il segnale ottico in una eccitazione di un sistema materiale. Un fascio sonda viene quindi utilizzato per leggere le informazioni. Di solito questi sistemi non possono essere utilizzati nel settore delle telecomunicazioni in quanto richiedono temperature ultraalta o-basso ^11, non funzionano con larghezze di banda di telecomunicazione, o piuttosto richiedono configurazioni complicate e alta potenza ^12-14.

Qui mostriamo come una proprietà fondamentale dei segnali (la coerenza tempo-frequenza) può essere sfruttato per la memorizzazione di pacchetti di dati ottici. Since viene utilizzato alcun eccitazione di un sistema materiale, abbiamo chiamato il metodo bagagli Quasi-luce (QLS) ^15-17. Il QLS è indipendente dalla modulazione, formato dei dati e velocità di dati dei pacchetti e può memorizzare pacchetti ottici per diverse migliaia di bit lunghezze ^18.

L'idea di base può essere visto in Figura 1, sono mostrate impulsi rettangolari sagomati qui. Tuttavia, il metodo funziona per ogni forma d'impulso e per i pacchetti di impulsi. L'unica restrizione è che i segnali devono essere limitato nel tempo.

Figura 1. Coerenza tempo-frequenza per un segnale modulato di intensità ^23. Un singolo segnale rettangolare nel dominio del tempo (a) è rappresentato da una sinc funzione della frequenza-domain (b). Qui l'intensità normalizzata è mostrato, in quanto non è possibile misurare i campi con apparecchiature ottiche. La rappresentazione nel dominio del tempo per una sequenza di segnali rettangolari è mostrato in (c). Questa sequenza ha ancora la stessa forma spettrale. Ma, si compone di equidistanti frequenze unico alle sinc-busta (d). L'asse temporale vengono normalizzati alla metà della durata di un singolo segnale e l'asse delle frequenze ai primi passaggi per lo zero, rispettivamente. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.

Un impulso rettangolare nel dominio del tempo (Figura 1a) ha un "seno cardinalis" o funzione sinc sin (px) / spettro a forma px (figura 1b), dove sono presenti tutte le frequenze sotto la busta. Un treno di impulsi rettangolari nel dominio del tempo (figura 1c) ha ancora un SIfunzione nc a forma di spettro (figura 1d) con la larghezza di banda Δ p. Ma a causa della periodicità, non tutte le frequenze sono più presenti. Invece, lo spettro di frequenze consiste equidistanti e l'inverso della spaziatura frequenza definisce la separazione di tempo tra gli impulsi Δ T = 1 / Δ v.

L'idea di base dei QLS adesso è semplicemente estrarre frequenze equidistanti fuori dello spettro del pacchetto ingresso. A causa di coerenza tempo-frequenza risulta una copia del pacchetto nel dominio del tempo. La copia con il ritardo desiderato può essere estratta da un interruttore dominio del tempo.

Il principio del nostro esperimento è mostrato in Figura 2. Un segnale di ingresso limitata nel tempo viene moltiplicato con un pettine frequenza nel dominio della frequenza. Per la moltiplicazione viene utilizzato l'effetto non lineare dello scattering Brillouin stimolata (SBS). I risultati sono copie equidistanti del segnale di ingresso in the nel dominio del tempo. Uno dei segnali viene estratto con un interruttore azionato da una funzione rettangolare. Pertanto, all'uscita della memoria in linea di principio si può attendere una copia senza distorsioni dell'impulso d'ingresso.

Segnale di Figura 2. Idea di base della bagagli Quasi-luce ^15. Un tempo limitato apporto (a) viene moltiplicato con (b) pettine di frequenze nel dominio della frequenza, che viene indicato con una X. Questo porta a varie copie della segnale nel dominio del tempo (c). Dalla stazione impulso generato una delle copie (d) viene estratto con un interruttore dominio del tempo da un segnale di lettura rettangolare (e). L'interruttore può essere un modulatore. Il risultato è una memorizzazione del segnale ottico. La sttempo orage è definita dalla distanza di frequenza tra le linee pettine e il segnale di lettura. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.

SBS sé è un effetto non lineare che può verificarsi in normali fibre monomodali (SSMF) a basse potenze. In tal modo, il segnale interagisce con una variazione di densità ottica che è generato da un'onda pompa contatore di moltiplicazione. Se l'onda di segnale è downshifted in frequenza, una regione di guadagno è formato in cui sarà amplificato il segnale. Se è up-spostato il segnale sarà attenuato nella regione perdita corrispondente. Lo spostamento di frequenza tra la pompa e il segnale è definito dalla onda acustica, che dipende dalle proprietà del materiale. Il più grande vantaggio di SBS per l'applicazione presentata è la larghezza di banda stretta Δ f _SBS della regione di guadagno. Così, praticamente SBS forma un filtro ottico linewidth stretta. La larghezza di banda stretta di tguadagnerà regione dipende dalla lunghezza effettiva e superficie della fibra e della potenza della pompa utilizzata ^19. Il full-width naturale a metà massimo (FWHM) di larghezza di banda del guadagno SBS in una SSMF è di circa 30 MHz. In guide speciali, quali fibre Allwave, e con potenze elevate pompa, la larghezza di banda può essere ridotta fino a 10 MHz ^20. A causa della larghezza di banda del filtro diverse copie sono coperti con una busta. Pertanto, il tempo massimo di conservazione dei QLS dipende inversamente dalla larghezza di banda SBS. Una larghezza di banda di 10 MHz si tradurrebbe in un tempo massimo di conservazione di 100 nsec. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.

Per la trasmissione molto alta bit-rate le informazioni devono essere codificate nella fase della portante invece della sua ampiezza, poiché offre molti vantaggi. Così, contrariamente a impulsi, i segnali in queste reti ottiche hanno ampiezza costante. <strong> Figura 3 mostra un tale segnale modulato di fase nel tempo (a sinistra) e nel dominio della frequenza (a destra). Questo spettro può essere campionato nello stesso modo di quella del segnale modulato in ampiezza ^21. Infatti lo spettro della funzione rettangolare-e l'intensità dei segnali con modulazione di fase viene filtrato per effetto della trasmissione, che limita lo spettro.

Figura 3. Coerenza tempo-frequenza di modulazione di fase ^21. In un segnale modulato fase la fase della portante viene modificata dal segnale che deve essere trasmesso. Se ogni simbolo è composto da 1 bit, la fase è compreso tra 0 e π, per esempio. Il lato sinistro della figura mostra il risultante rappresentazione nel dominio del tempo per un tale spostamento di fase binaria calettataSegnale (BPSK). Il segnale nel dominio della frequenza risultante è mostrato sul lato destro. In confronto con la Figura 1 si può notare che lo spettro del segnale modulato fase è qualitativamente uguale a quella del segnale modulato di intensità. Così, i QLS possono essere applicati allo stesso modo.