光データパケットのための準光ストレージ

専用の光ファイバが世界中に送信し、今日のデータ·トラフィックに必要な容量を提供するため、通信ネットワーク内のデータ·トランスポートは、光学的にある。しかし、ネットワークのすべてのノードでの光信号は、それを処理するために、電気ドメインに転送されなければならない。信号を処理した後、さらに伝送用光ドメインに変換されます。ドメイン間のこの二重の転送は、時間と電力消費の両方である。データの全光学的処理を使用するためには、中間貯蔵の問題を解決しなければならない。したがって、光信号の記憶またはバッファリングするための方法がたくさん提案されている。最も簡単な方法は、長さの異なる²と導波路のマトリックス内にシグナルを送信することです。しかしながら、これらのマトリックスは、嵩高であり、それは、導波路長さによってあらかじめ定義されているので、蓄積時間を調整することができません。

「スローライト」の方法は、tunabに依存しています光信号パルス²の伝播速度を遅くするための媒体の群屈折率の変化ル。いくつかの物理的効果および材料系は、この目的の^3-6を用いることができる。しかしながら、これらの方法の信号は、これまでの光ネットワーク·ノード^7,8には十分ではない、ほんの数ビットの長さ、によって遅くすることができる。

別のアプローチは、調整可能な遅延を生成するための波長変換および分散を使用する。これにより、入力信号の中心波長は、非線形光変換を介してシフトされる。その後、信号は、高分散ファイバに供給される。分散ファイバ内の群速度の差は、ファイバ内の波長シフトと群速度分散（GVD）の積に比例する遅延をもたらす。第二変換して波長が元の値に戻ってシフトしている。四光波混合又は自己位相カ月のような波長シフト技術のためのdulationを使用することができる。 2400ビットに対応して調整可能な遅延の243ナノ秒までの変換と分散方法の保存時間で^、10を報告した。しかし、一般に波長変換及び分散方法は、大きな波長シフトおよび/または大GVDを製造するための特別な構成要素及び設定を必要とする。さらに、彼らは最も複雑で電力を消費する遅延方法²つである。

他の方法は、材料系の励起に光信号を格納します。プローブビームは、情報の読み出しに用いられる。彼らは、低または超高温度^11を必要とする電気通信の帯域幅では動作しません、というより複雑な設定やハイパワー^{12月14日を}必要とするので、通常、これらのシステムは、電気通信の分野で使用することはできません。

ここでは、信号の基本的な特性（時間 – 周波数コヒーレンス）は光データパケットの記憶に利用することができる方法を示す。 SINCE材料系のない興奮を使用していない、我々は法準光ストレージ^{（QLS）15〜17}と呼ばれています。 QLSは、変調、データフォーマットおよびパケットのデータレートとは無関係であり、数千ビットに対して光パケットを格納することができる^18の長さ。

基本的な考え方は、矩形パルスが示され、ここで、 図1に見ることができる。しかし、この方法は、すべてのパルス形状およびパルスのパケットに対して動作します。唯一の制限は、信号が時間制限されなければならないことである。

強度変調信号²³については、図1。時間-周波数コヒーレンスは、時間領域における単一の矩形信号の（a）は 、周波数土間でのsinc関数で表される。（b）において。それは光学機器のフィールドを測定することは不可能であるので、ここでの正規化強度が、示されている。矩形信号のシーケンスのための時間領域表現は、（c）に示されている。この配列は同じスペクトル形状を有する。しかし、それはSINCエンベロープ（D）の下で等距離の単一周波数で構成されています。時間軸は、それぞれ、最初のゼロ交差の半分単一の信号の持続時間と周波数軸に正規化される。 拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。

時間領域（ 図1a）での矩形パルスは、「洞cardinalis」や封筒の下のすべての周波数が存在しているsinc関数の罪（ピクセル）/ PX形スペクトル（ 図1b）を有する。時間領域（ 図1c）が矩形パルス列は、まだシリコンがあるNC機能は、帯域幅Δfにスペクトル（ 図1d）を形。しかし、周期性のために、すべての周波数は、もはや存在していない。その代わりに、スペクトルが等間隔の周波数で構成され、周波数間隔の逆数はパルスΔT = 1 /ΔVの間の時間間隔を定義します。

QLSの基本的な考え方は、単純に、入力パケットのスペクトルから等距離の周波数を抽出することになりました。による時間 – 周波数コヒーレンスに、これは時間領域でのパケットのコピーをもたらす。所望の遅延を有するコピーは、時間領域スイッチによって抽出することができる。

我々の実験の原理は、 図2に示されている。期間限定の入力信号は、周波数領域における周波数コムと乗算される。乗算誘導ブリルアン散乱（SBS）の非線形効果を用いる。結果が目に入力信号の等距離コピーでE時間領域。信号の一つは、矩形関数によって駆動されるスイッチで抽出する。従って、原理的にメモリの出力において入力パルスの歪みのないコピーが期待できる。

図2準光ストレージ¹⁵の基本的な考え方。時間制限された入力信号（a）の Xで示される周波数領域における周波数コムの（b）で乗算されるこれは、種々のコピーをもたらす時間領域の信号（c）の生成されたパルス列からコピー（d）の一つは、矩形の読み出し信号（e）で時間ドメインスイッチで抽出する。スイッチは、変調することができます。その結果、光信号のストレージである。 STオラージ時間は、コム·ラインとリード信号間の周波数間隔によって定義されます。 拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。

SBS自体は、低電力で、標準的なシングルモードファイバ（SSMF）で発生する可能性の非線形効果である。これにより、信号はポンプ波を伝播するカウンタによって生成された光学濃度の変化と相互に作用する。信号波周波数にシフトダウンされる場合、利得領域は、信号が増幅されるが形成されている。シフトアップがあれば、対応する信号が損失領域で減衰される。ポンプと信号との間の周波数シフトは、材料特性に依存する音響波によって定義される。提示されたアプリケーションのための、SBSの最大の利点は、ゲイン領域の狭帯域Δfが_SBSである。このように、実用的にSBSは、狭線幅光学フィルタを形成している。 Tの狭い帯域幅彼は地域を獲得ファイバの有効長さと面積にだけでなく、使用されるポンプパワー¹⁹に依存します。 SSMF中のSBSゲインの半値（FWHM）帯域幅で自然全幅は約30 MHzです。例えばAllWaveファイバ、および高いポンプパワーでのような特別の導波路では、帯域幅が10MHzの²⁰にまで低減することができる。フィルタの帯域幅により異なるコピーは、エンベロープで覆われている。したがって、QLSの最大蓄積時間は反比例SBS帯域幅に依存する。 10MHzの帯域幅は100ナノ秒の最大蓄積時間をもたらすであろう。 拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。

これは多くの利点を提供していますので、非常に高いビットレート伝送のための情報は、代わりにその振幅の搬送波の位相にエンコードする必要があります。このように、パルスとは逆に、これらの光ネットワークの信号が一定の振幅を持っている。 <時間（左）と、周波数領域における強い>図3は、このような位相変調信号（右）。このスペクトルは、振幅変調信号²¹と同様の方法でサンプリングすることができる。実際には、強度と位相変調信号の矩形関数のスペクトルはによるスペクトルを制限し、伝送に濾過される。

位相変調²¹については、図3の時間-周波数コヒーレンス。位相変調信号で搬送波の位相を送信しなければならない信号によって変更される。各シンボルは1ビットで構成されている場合、位相は、例えば、0とπの間で変更されている。図の左側はキーバイナリ位相シフトのために得られた時間領域表現を示している（BPSK）信号。得られた周波数領域の信号は右側に示されている。 図1と比較することによって、位相変調信号のスペクトルは定性的に強度変調された信号と同じであることが分かる。これにより、QLSを同様に適用することができる。