Optik Veri paketler için yarı-ışık Depolama
Summary
Makalede, keyfi bir modülasyon, dalga boyu ve veri hızı ile, optik veri paketleri depolamak için bir prosedür tarif eder. Bu paketler, modern telekomünikasyon temelidir.
Abstract
Bugünkü telekomünikasyon Dünyada fiber optik şebekelerde bilgi iletimi optik paketler dayanmaktadır. Şu anda, sinyallerin işlenmesi elektrik alanı içinde yapılır. Optik etki, doğrudan depolama nedenle, hızını artırmak ve muhtemelen telekomünikasyon, enerji tüketimini azaltmak, geri her ağ düğümü optik etki, elektrik ve paketlerin transferi önlemek ve olacaktır. Bununla birlikte, ışık vakumda ışık hızı ile yaymak foton oluşur. Böylece, ışığın depolama büyük bir sorundur. Işığın hızını yavaşlatmak için, ya da bir ortamın zorlamalara saklamak için bazı yöntemler var var. Ancak, bu yöntemler telekomünikasyon şebekelerinde kullanılan optik veri paketlerinin saklanması için kullanılamaz. İşte biz de optik paketler için bu nedenle her sinyal için tutan ve zaman-frekans-tutarlılık, bir optik bellek oluşturmak için istismar edilebilir göstermek. Biz bel İnceleme detaylı ve örnekler üzerinden plan ve gösteri, nasıl bir frekans tarak belleği girdiği bir optik paket kopyalama için kullanılabilir. Bu zaman alanı kopya biri, daha sonra bir zaman alanı anahtarı ile bellekten ekstre edilir. Bu yoğunluk için hem de faz modüle edilmiş sinyaller için bu yöntemi gösterir.
Introduction
Sadece optik fiberler dünyada iletilen bugünün veri trafiği için gerekli kapasite sunan bu yana telekomünikasyon ağlarında veri taşıma, optik olduğunu. Bununla birlikte, ağ bölgesinin her düğümünde optik sinyal işlemek için elektrik alanı içine aktarılacak sahiptir. Işlem sonra daha fazla sinyal iletim için optik etki alanına dönüştürülür. Etki alanları arasında bu iki transfer süresi ve güç tüketen hem de. Verilerin hepsi bir optik işlem kullanmak için, ara depolama problem çözülmesi gerekir. Bu nedenle, optik sinyallerin depolama ya da tamponlama için bir çok yöntem önerilmiştir. Basit yolu farklı uzunlukta 2 ile dalga kılavuzlarının bir matris içine sinyalleri göndermek için. Bununla birlikte, bu matrisler hantal ve bu dalga uzunluğu önceden bu yana depolama süresi ayarlanmış edilemez.
"Yavaş-Light" yöntemi tunab dayanıroptik sinyal bakliyat 2 yayılma hızını yavaşlatmak için bir orta grup kırılma indeksi le değişimi. Çeşitli fiziksel etkiler ve malzeme sistemleri, bu amaçla 3-6 için de kullanılabilir. Ancak, bu yöntemlerle sinyal kadar optik ağ düğümleri 7,8 için yeterli değildir sadece birkaç bit uzunlukları ile yavaşlamış olabilir.
Diğer bir yaklaşım ayarlanabilir gecikme jenerasyonu için dalga uzunluğu dönüşüm ve dağılımını kullanır. Bu şekilde, giriş sinyalinin orta dalga boyu olmayan optik dönüşümü ile kaydırılır. Daha sonra, sinyal bir çok dağıtıcı elyaf beslenir. Dispersiyon oluşturucu bir fiber içindeki grup hızı farkı lif dalga uzunluğu kayması ve grup hızı dispersiyonunun (GVD) 'nin ürünü ile orantılıdır gecikmesine neden olur. İkinci bir dönüşüm ile dalga boyu özgün değerine geri kaydırılır. Dört dalga karıştırma veya kendiliğinden faz mo gibi dalgaboyu kayması teknikleri içindulation kullanılabilir. 2,400 bit karşılık ayarlanabilir gecikme, 243 NSEC kadar dönüşüm ve dağılım yöntemi depolama süreleri ile, 10 bildirilmiştir. Ancak, genel olarak dalga boyu dönüşüm ve dağılma yöntemleri geniş bir dalga boyu kayması ve / veya büyük GVD üretmek için özel bileşenleri ve kurulumları gerekir. Ek olarak, en karmaşık ve güç aç gecikme yöntemler 2 arasındadır.
Diğer yöntemler, bir malzeme sisteminin uyarılması içine optik sinyalin saklayın. Bir prob ışını sonra bilgileri okumak için kullanılır. Onlar, düşük veya yüksek güçte sıcaklıkları 11 gerektiren telekomünikasyon bant genişlikleri ile çalışmaz, ya da oldukça karmaşık kurulumları ve yüksek güç gerektiren 12-14 beri genellikle bu sistemler telekomünikasyon alanında kullanılamaz.
Burada sinyalleri (zaman-frekans tutarlılık) temel bir özellik optik veri paketlerinin saklanması için istismar edilebilir göstermek. Basınçe bir malzeme sistemi hiçbir uyarılma kullanılır, biz yöntem Yarı-ışık Depolama (QLS) 15-17 çağırdı. QLS modülasyonu, veri formatı ve paketlerin veri hızından bağımsız olan ve birkaç bin bit optik paketlerin uzunlukları 18, depolayabilir.
Temel fikir, Şekil 1 'de görülebileceği gibi, burada dikdörtgen şekilli darbeler gösterilmiştir. Bununla birlikte, bu metod, darbe şekli ve bakliyat paketler için çalışır. Tek kısıtlama sinyalleri zaman sınırlı olmak zorunda olmasıdır.
Bir yoğunluk ayarlı sinyal 23 Şekil 1. Zaman-frekans tutarlılık. Zaman alanında tek bir dikdörtgen sinyali (a) frekans-doma bir basınç-fonksiyon tarafından temsil edilmektedir(b). Bu optik ekipman ile alanlarını ölçmek mümkün olmadığından burada normalize yoğunluğu gösterilmektedir. Dikdörtgen sinyal sırası için zaman etki alanı gösterimi (c) 'de gösterilmiştir. Bu dizi, yine aynı spektral şekle sahiptir. Ancak, bu basınç-zarf (d) altında eşit bir frekans oluşur. Zaman ekseni, sırasıyla, birinci sıfır geçişleri için yarım bir tek sinyalin süresi ve frekans eksenine normalize edilir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.
Zaman alanına (Şekil 1a) bir dikdörtgen darbe zarfın altındaki tüm frekanslar mevcut bir "sinüs Cardinalis" veya basınç fonksiyonu sin (px) / px şeklinde spektrumu (Şekil 1b), vardır. Zaman alanına (Şekil 1c) dikdörtgen darbeler bir tren hala si varnc fonksiyonu bant Δ f ile spektrum (Şekil 1d) şeklinde. Ama nedeniyle periyodikliğe, tüm frekanslar artık mevcut değil. Bunun yerine, tayf, eşit frekanslarda oluşur ve frekans aralığı ters darbelerin Δ T = 1 / Δ v arasındaki zaman mesafeyi tanımlar.
Yaşam kalitesindeki değişmeyle temel fikir basitçe giriş paketinin yelpazenin dışında eşit frekanslarını çıkarmak için şimdi. Nedeniyle, zaman-frekans tutarlılığı için bu zaman alanında paketin bir kopyalama sonuçlanır. Arzu edilen gecikme ile kopya bir zaman alanı anahtarı ile elde edilebilir.
Bizim Deneyin ilkesi, Şekil 2 'de gösterilmiştir. Bir zaman sınırlı giriş sinyali frekans alanında bir frekans tarağı ile çarpılır. Çarpma için uyarılmış Brillouin saçılması (SBS) doğrusal olmayan etkisi kullanılır. Sonuçlar th giriş sinyalinin eşit kopyalarıdıre zaman-etki. Sinyallerin bir dikdörtgen fonksiyonu ile tahrik edilen bir anahtar ile ekstre edilir. Bu nedenle, prensip olarak hafızanın çıkışında giriş palsının bir distorsiyonsuz kopya beklenebilir.
Şekil 2. Yarı-ışık Depolama 15 Temel fikir. Bir zaman sınırlı giriş sinyali (a) X ile gösterilir frekans alanında bir frekans tarak (b) ile çarpılır bu çeşitli kopyaları yol açar zaman alanında sinyal (c). Oluşturulan darbe dizisi kaynaktan kopya (d) bir dikdörtgen, okuma sinyalinin (e), bir zaman-alan anahtarı ile ekstre edilir. Anahtar bir modülatör olabilir. Sonuç optik sinyalin bir depodur. StOraj zaman tarak hatları ve okuma sinyali arasındaki frekans aralığı ile tanımlanır. resmi büyütmek için buraya tıklayın.
SBS kendisi düşük güçlerde standart tek modlu fiberler (SSMF) oluşabilir doğrusal olmayan bir etkidir. Bu şekilde, sinyal bir karşı yayılan dalga pompa tarafından oluşturulan bir optik yoğunluk değişikliği ile etkileşime girer. Sinyal dalga frekansında downshifted ise, bir kazanç bölgesi sinyalin amplifiye edilecektir oluşturulur. O kaymıştır yukarı ise sinyal gelen zararı bölgede zayıflatılmış olacaktır. Pompa ve sinyal arasındaki frekans kayması malzeme özelliklerine bağlıdır akustik dalga ile tanımlanır. Sunulan uygulama için SBS büyük avantajı kazanç bölgenin dar bant genişliği Δ f SBS olduğunu. Bu nedenle, pratikte SBS dar bir çizgi genişliği optik filtre oluşturur. T dar banto bölge fiberin uzunluğu ve etkin alanı yanı sıra kullanılan pompa gücü 19 bağlıdır kazanır. Bir SSMF yılında SBS kazanç yarı-maksimum (FWHM) bant genişliği doğal tam genişliği yaklaşık 30 MHz. Böyle AllWave lifler ve yüksek pompa güçleri ile özel dalga kılavuzları, olarak, bant genişliği 10 MHz 20 kadar azaltılabilir. Filtre bant genişliği nedeniyle, farklı kopyalar bir zarf ile kaplanmıştır. Bu nedenle, Yaşam kalitesindeki değişmeyle maksimum depolama süresi ters SBS bant genişliği bağlıdır. 10 MHz bant genişliği 100 nsaniye maksimum depolama süresi neden olur. resmi büyütmek için buraya tıklayın.
Bu bir çok avantajı sunmaktadır beri çok yüksek bit-rate iletimi için bilgi yerine kendi genlik taşıyıcı fazına kodlanmış gerekir. Bu nedenle, darbe aksine, bu optik ağlarında sinyalleri sabit genliğe sahiptir. <strong> Şekil 3 kez (sol) ve frekans (sağ) böyle bir faz modüle sinyalini gösterir. Bu spektrum, genliği modüle edilmiş sinyalin 21 olduğu gibi aynı şekilde örnek olabilir. Aslında, yoğunluk ve faz modülasyonlu sinyalleri için dikdörtgen fonksiyonunun spektrumu nedeniyle spektrumu sınırlar iletim için filtre edilir.
, Bir faz modülasyonu 21 Şekil 3. Zaman-frekans tutarlılık. Bir faz modülasyonlu bir sinyal olarak taşıyıcının faz aktarılacak olan sinyal ile değiştirilir. Her sembol, 1 bit oluşuyorsa, faz, örneğin 0 ve π arasında değiştirilir. Şeklin sol tarafında anahtarlı böyle bir ikili faz kayması için elde edilen zaman-etki temsilini göstermektedir(BPSK) sinyali. Elde edilen frekans etki alanı sinyali sağ tarafında gösterilir. Şekil 1 ile karşılaştırıldığında bu faz modülasyonlu sinyalin spektrumu kalitatif olarak yoğunluk ile modüle edilmiş sinyalin aynı olduğu görülebilir. Bu nedenle, QLS aynı şekilde uygulanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deney sırasında en önemli adımı, frekans alanında veri sinyaline ilgili olarak, bant genişliği, düzlük ve konum, yani, frekans tarağın ayarlanmasıdır. Optik paketin bütün bant genişliği bir ideal düz tarak ile örneklenmiş ise frekans etki örnekleme teoremine göre, sinyal bozulmaları önlenir. Bu nedenle, optik paketin bant genişliği frekans tarağın minimum bant genişliği tanımlar ve bu bant genişliği tarak mümkün olduğunca düz olması gerekir. Bir ideal olmayan frekans tarak…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz minnetle Deutsche Telekom İnovasyon Laboratuvarları mali destek kabul.
Materials
| Laser diode | 3S Photonics | A1905LMI | 2x |
| Laser Mount | Tektronix | LDH BFY-B2 | 2x |
| Temperature Controller | LightWave | LDT-5948 | 2x |
| Current Controller | LightWave | LDX-3220 | 2x |
| Optical amplifier | High-Wave | HWT-EDFA-B-30-1-FC/PC | |
| Circulator | OFR | OCT-3-IR2 | |
| Waveform Generator | Tektronix | AWG7102 | |
| Fiber 20km | OFS | AllWave-ZWP G652C-D | |
| Polarization Controller | Thorlabs | Fiber Pol. Contr. IPC030 | 2x |
| Modulator | Avanex | IM-10-P | Phase |
| Modulator | Avanex | SD20 | Amplitude, extract |
| Modulator | Avanex | PowerBit F-10 | Amplitude, data |
| Modulator | Covega | Mach10 | Amplitude, comb |
| Optical Spectrum Analyzer | Yokogawa | AQ6370C | |
| Oscilloscope | Agilent | DCA-J 86100C | |
| Measurement Modul | Agilent | 86106B | |
| Fiber Laser | Koheras | Adjustik | |
| Coupler | Newport | F-CPL-L22151-P | Ratio: 90/10 |
| Coupler | Newport | F-CPL-L12155-P | Ratio: 50/50 |
| Power supply | Zentro-elektrik | LD 2×15/1 GB | |
| Electrical amplifier | SHF | 826H | |
| Supply port | SHF | B826 | |
| Electrical amplifier | Amplifier Research | 10W1000 | |
| Photo diode | Newport | D-8ir | |
| Electrical spectrum analyzer | HP | 8563E |
Riferimenti
- Spring, J., Tucker, R. S. Photonic 2 x 2 packet switch with input buffers. Electron. Lett. 29 (3), 284-285 (1993).
- Krauss, T. F. Why do we need slow light. Nat. Photonics. 2, 448-450 (2008).
- Hau, L. V., Harris, S. E., Dutton, Z., Behroozi, C. H. Light speed reduction to 17 meters per second in an ultracold atomic gas. Nature. 397, 594-598 (1999).
- Chang-Hasnian, C. J., Ku, P. C., Kim, J., Chuang, S. L. Variable optical buffer using slow light in semiconductor nanostructures. Proc. IEEE. 91 (11), 1897-1810 (2003).
- Gersen, H., Karle, T. J., et al. Real-space observation of ultraslow light in Photonic Crystal Waveguides. Phys. Rev. Lett. 94 (7), 073903-073907 (2005).
- Thévenaz, L. Slow and fast light in optical fibres. Nature Photon. 2, 472-481 (2008).
- Uskov, A. V., Sedgwick, F. G., Chang-Hasnian, C. J. Delay Limit of Slow Light in Semiconductor Optical Amplifiers. IEEE Photon. Technol. Lett. 18 (6), 731-733 (2006).
- Schneider, T. Time Delay Limits of stimulated-Brillouin-scattering-based slow light systems. Opt. Lett. 33 (13), 1398-1400 (2008).
- Sharping, J., Okawachi, Y., van Howe, J., Xu, C., Wang, Y., Willner, A., Gaeta, A. All-optical, wavelength and bandwidth preserving, pulse delay based on parametric wavelength conversion and dispersion. Opt. Express. 13 (20), 7872-7877 (2005).
- Okawachi, Y., Foster, M., Chen, X., Turner-Foster, A., Salem, R., Lipson, M., Xu, C., Gaeta, A. Large tunable delays using parametric mixing and phase conjugation in Si nanowaveguides. Opt. Express. 16 (14), 10349-10357 (2008).
- Kash, M. M., et al. Ultraslow group velocity and enhanced nonlinear optical effects in a coherently driven hot atomic gas. Phys. Rev. Lett. 82 (26), 5229-5232 (1999).
- Turukhin, A. V., et al. Observation of ultraslow and stored light pulses in a solid. Phys. Rev. Lett. 88 (2), 023602-023605 (2001).
- Fleischhauer, M., Yelin, S. F., Lukin, M. D. How to trap photons? Storing single-photon quantum states in collective atomic excitations. Opt. Commun. 179 (1-6), 395-410 (2000).
- Zhu, Z., Gauthier, D. J., Boyd, R. W. Stored Light in an Optical Fiber via Stimulated Brillouin Scattering. Science. 318 (5857), 1748-1750 (2007).
- Preußler, S., Jamshidi, K., Wiatrek, A., Henker, R., Bunge, C. A., Schneider, T. Quasi-Light-Storage based on time-frequency coherence. Opt. Express. 17 (18), 15790-15798 (2009).
- Jamshidi, K., Preußler, S., Wiatrek, A., Schneider, T. A review to the all optical Quasi Light Storage. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. Special Issue: Nonlinear Optical Signal Processing. 18 (2), 884-890 (2012).
- Preußler, S., Jamshidi, K., Schneider, T. Quasi-Light-Storage Enhancement by Reducing the Brillouin Gain Bandwidth. Appl. Opt. 50 (22), 4252-4256 (2011).
- Schneider, T., Jamshidi, K., Preußler, S. Quasi-Light Storage: A Method for the Tunable Storage of Optical Packets With a Potential Delay-Bandwidth Product of Several Thousand. Bits, J. Lightwave Technol. 28 (17), 2586-2592 (2010).
- Boyd, R. . Nonlinear Optics. , (2003).
- Yeniay, A., Delavaux, J., Toulouse, J. Spontaneous and Stimulated Brillouin Scattering Gain Spectra in Optical Fibers. J. Lightwave Technol. 20 (8), 1425-1432 (2002).
- Preußler, S., Schneider, T. All optical storage of phase-shift-keyed data packets. Opt. Express. 20 (16), 18224-18229 (2012).
- Preußler, S., Schneider, T. Bandwidth reduction in a multistage Brillouin system. Opt. Lett. 37 (19), 4122-4124 (2012).
- Preußler, S., Jamshidi, K., Wiatrek, A., Schneider, T. Einfache variable, optische Datenspeicherung bis zu 800 ns. Proceedings Photonische Netze. (ITG-FB 228), P8. , (2011).
