Quasi-licht opslag voor Optical gegevens pakketten

De transportgegevens in telecommunicatienetwerken optisch omdat alleen optische vezels bieden de benodigde capaciteit voor de hedendaagse dataverkeer verzonden wereldwijd. In elk knooppunt van het netwerk de optische signaal om het te verwerken in het elektrische domein over te dragen. Na verwerking van het signaal wordt omgezet naar het optische domein voor verdere overdracht. Deze dubbel-overdracht tussen de domeinen is zowel tijd als stroom verbruiken. Om een ​​volledig optische verwerking van de gegevens te gebruiken, het probleem van de tussenopslag moet worden opgelost. Zo zijn veel werkwijzen voor de opslag en buffering van de optische signalen gesuggereerd. De eenvoudigste manier is om de signalen in een matrix van golfgeleiders met verschillende lengtes ^2. Echter, deze matrices zijn omvangrijk en de bewaartijd kan niet worden afgestemd omdat het vooraf door de golfgeleider lengte.

De "Slow-Light"-methode berust op een tunable verandering van de groep brekingsindex van een medium te vertragen de voortplantingssnelheid van optisch signaal pulsen ^2. Verschillende fysische effecten en het materiaal kunnen worden gebruikt voor dit doel ^3-6. Echter, met deze methoden het signaal kan worden afgeremd door een paar bit-lengte, dat is bij lange na niet voldoende voor optisch netwerk nodes ^7,8.

Een andere benadering maakt gebruik golflengte conversie en dispersie voor het genereren van afstembare vertragingen. Daardoor wordt de centrale golflengte van het ingangssignaal verschoven via niet-lineaire optische conversie. Daarna wordt het signaal toegevoerd aan een sterk dispersieve vezel. Het verschil in de groep snelheid in de dispersieve vezel leidt tot een vertraging die evenredig is met het produkt van de golflengteverschuiving en de groep-velocity dispersie (GVD) in de vezel. Met een tweede conversiemiddelen de golflengte verschoven naar de oorspronkelijke waarde. Voor de golflengteverschuiving technieken zoals vier-wave mixing of zelf fase modulation worden gebruikt. Met de conversie en dispersiewerkwijze opslagtijden tot 243 nsec van afstembare vertraging die overeenkomen met 2400 bits, gemeld ^10. Echter, golflengte conversie en dispersie middel van algemeen vereisen speciale onderdelen en opstellingen produceert grote golflengteverschuiving en / of grote GVD. Bovendien, ze behoren tot de meest complexe en macht beluste vertraging methoden ^2.

Andere methoden wordt het optische signaal in een excitatie van een materiaalsysteem. Een testbundel wordt dan gebruikt voor het uitlezen van de gegevens. Meestal zijn deze systemen kunnen niet worden gebruikt op het gebied van telecommunicatie, omdat zij nodig ultrahoog of lage temperaturen ^11, zal niet werken met telecommunicatie bandbreedtes, of vereisen nogal ingewikkeld opstellingen en een hoog vermogen ^12-14.

Hier laten we zien hoe een basiseigenschap signalen (tijd-frequentie coherentie) kan worden benut voor de opslag van optische datapakketten. Since geen excitatie van een materiaal wordt gebruikt, hebben we de methode Quasi-licht Storage (QLS) ^15-17 genoemd. De QLS is onafhankelijk van de modulatie gegevensformaat en gegevenssnelheid van de pakketten en kan optische pakketten opslaan voor enkele duizenden bit lengtes ^18.

Het basisidee is te zien in figuur 1, zijn hier rechthoekige pulsen weergegeven. De methode werkt voor elke pulsvorm en pakketten pulsen. De enige beperking is dat de signalen moeten een beperkte looptijd hebben.

Figuur 1. Time-frequentie coherentie een intensiteit gemoduleerd signaal ^23. Een rechthoekig signaal in het tijddomein (a) wordt voorgesteld door een sinc-functie van de frequentie-domain (b). Hier de genormaliseerde intensiteit weergegeven, aangezien het niet mogelijk om de velden met optische apparatuur te meten. Het tijdsdomein voor een reeks rechthoekige signalen wordt weergegeven in (c). Deze sequentie heeft nog steeds dezelfde spectrale vorm. Maar, het bestaat uit gelijke afstand enkele frequenties onder de sinc-enveloppe (d). De tijdas worden genormaliseerd om de helft van de duur van een enkel signaal en de frequentie-as naar de eerste nuldoorgangen, respectievelijk. Klik hier voor grotere afbeelding.

Een rechthoekige puls in het tijdsdomein (figuur 1a) een "sinus cardinalis" of sinc functie sin (px) / px gevormde spectrum (figuur 1b), waarbij alle frequenties onder de omhulling aanwezig zijn. Een trein rechthoekige pulsen in het tijdsdomein (figuur 1c) nog een sinc functie vormige spectrum (figuur 1d) met de bandbreedte Δ f. Maar als gevolg van de periodiciteit, niet alle frequenties aanwezig zijn meer. Integendeel, het spectrum bestaat uit equidistante frequenties en het omgekeerde van de frequentie-afstand bepaalt de tijd scheiding tussen de pulsen Δ T = 1 / Δ v.

Het basisidee van de QLS nu gewoon equidistante frequenties halen uit het spectrum van het ingangssignaal pakket. Door tijd-frequentie samenhang resulteert in een kopieerapparaat van het pakket in het tijdsdomein. De kopie met de gewenste vertraging kan worden gewonnen door een tijdsdomein schakelaar.

Het principe van ons experiment wordt getoond in figuur 2. Een tijd beperkte ingangssignaal wordt vermenigvuldigd met een frequentie kam in het frequentiedomein. Voor de vermenigvuldiging de lineaire effect van gestimuleerde Brillouin-verstrooiing (SBS) gebruikt. De resultaten zijn equidistant kopieën van het ingangssignaal in the tijd-domein. Een van de signalen wordt met een schakelaar aangedreven door een rechthoekige functie. Aldus, bij de uitgang van het geheugen in beginsel een vervormingsvrije exemplaar van de ingangspuls te verwachten.

Figuur 2. Basisidee van de Quasi-licht opberg ^15. Het resultaat beperkt ingangssignaal (a) wordt vermenigvuldigd met een frequentie kam (b) in het frequentiedomein, die is aangegeven met een X. Dit leidt tot verschillende exemplaren van de signaal in het tijddomein (c). Uit de gegenereerde pulstrein een van de kopieën (d) wordt geëxtraheerd met een tijd-domein schakelaar door een rechthoekige leessignaal (e). De schakelaar kan een modulator zijn. Het resultaat is een opslag van het optische signaal. De stOrage tijd wordt bepaald door de frequentie-afstand tussen de kam lijnen en het leessignaal. Klik hier voor grotere afbeelding.

SBS zelf is een niet-lineaire effect dat kan optreden in standaard single mode vezels (SSMF) bij lage vermogens. Daardoor wordt het signaal samenwerkt met een optische dichtheid verandering die wordt gegenereerd door een teller voortplantende pompgolf. Als het signaal golf downshifted frequentie, wordt een winst gebied gevormd waarin het signaal wordt versterkt. Als het actuele verschoven signaal wordt verzwakt in de overeenkomstig verlies regio. De frequentieverschuiving tussen de pomp en het signaal wordt bepaald door de akoestische golven, die afhangt van de materiaaleigenschappen. Het grootste voordeel van SBS voor de gepresenteerde toepassing is de smalle bandbreedte Δ f _SBS van de winst regio. Aldus praktisch SBS vormt een smalle lijnbreedte optisch filter. De smalle bandbreedte van thij krijgen gebied afhankelijk van de effectieve lengte en de oppervlakte van de vezel en op de gebruikte pompvermogen ^19. De natuurlijke volle breedte op halve (FWHM) bandbreedte van de SBS-winst in een SSMF is ongeveer 30 MHz. In bijzondere golfgeleiders, zoals AllWave vezels, en met een hoge pump bevoegdheden, kan de bandbreedte naar beneden worden teruggebracht tot 10 MHz ^20. Door het filter bandbreedte van de verschillende kopieën zijn bedekt met een envelop. Daarom is de maximale bewaartijd van de QLS omgekeerd afhankelijk van de SBS bandbreedte. Een bandbreedte van 10 MHz zou resulteren in een maximale bewaartijd van 100 ns. Klik hier voor grotere afbeelding.

Voor zeer hoge bitsnelheid transmissie van de informatie moet worden gecodeerd in de fase van de vervoerder in plaats van de amplitude, want dit biedt veel voordelen. Anders dan pulsen, de signalen in deze optische netwerken constante amplitude. <strong> Figuur 3 toont deze fase gemoduleerd signaal in de tijd (links) en frequentiedomein (rechts). Dit spectrum kan worden bemonsterd op dezelfde wijze als die van de amplitude gemoduleerde signaal ^21. In feite is het spectrum van de rechthoekige functie intensiteit en fase gemoduleerde signalen gefilterd via de transmissie, die het spectrum beperkt.

Figuur 3. Tijd-frequentie coherentie voor fasemodulatie ^21. In een fase gemoduleerd signaal de fase van de drager gewijzigd door het signaal dat wordt verzonden heeft. Bij elk symbool bestaat uit 1 bit, wordt de fase verandert tussen 0 en π, bijvoorbeeld. De linkerkant van de figuur toont de resulterende tijd-domein vertegenwoordiging voor zo'n binair faseverschuiving ingetoetst(BPSK) signaal. De resulterende frequentie-domein signaal wordt weergegeven aan de rechterzijde. In vergelijking met figuur 1 blijkt dat het spectrum van de fase gemoduleerde signaal kwalitatief gelijk aan die van de intensiteit gemoduleerde signaal. Aldus kan de QLS worden toegepast op dezelfde wijze.