Stockage quasi-lumière pour les paquets de données optiques

Le transport de données dans les réseaux de télécommunications est optiquement, puisque seules les fibres optiques offrent la capacité nécessaire pour le trafic de données d'aujourd'hui transmis à travers le monde. Cependant, dans chaque noeud du réseau le signal optique doit être transféré dans le domaine électrique en vue de le traiter. Après le traitement du signal est converti vers le domaine optique pour la transmission. Ce double transfert entre les domaines à la fois du temps et consomme de l'énergie. Afin d'utiliser un traitement tout-optique des données, le problème de la conservation intermédiaire doit être résolu. Ainsi, beaucoup de méthodes pour le stockage ou la mise en mémoire tampon des signaux optiques ont été proposées. Le plus simple est d'envoyer les signaux dans une matrice de guides d'ondes de différentes longueurs ^2. Toutefois, ces matrices sont encombrants et le temps de stockage ne peuvent pas être à l'écoute car il est prédéfinie par la longueur du guide d'onde.

La méthode "Slow-Light" repose sur un tunable changement de l'indice de groupe de réfraction d'un milieu de ralentir la vitesse de propagation des impulsions de signal optique ^2. Plusieurs effets physiques et des systèmes de matériaux peuvent être utilisés à cette fin ^6.3. Cependant, avec ces méthodes, le signal peut être ralentie par quelques longueurs en bits, ce qui est loin d'être suffisante pour que les noeuds de réseau optique ^7,8.

Une autre approche utilise une conversion de longueur d'onde et de dispersion pour la génération de retards accordables. De ce fait, la longueur d'onde centrale du signal d'entrée est décalé par l'intermédiaire de conversion optique non linéaire. Ensuite, le signal est injecté dans une fibre hautement dispersif. La différence dans la vitesse de groupe dans la fibre à dispersion conduit à un retard qui est proportionnel au produit du changement de longueur d'onde et la dispersion de vitesse de groupe (GVD) dans la fibre. Avec une seconde conversion la longueur d'onde est décalée à la valeur d'origine. Pour les techniques de changement de longueur d'onde comme mélange à quatre ondes ou en phase d'auto modulation peut être utilisé. Avec le procédé de conversion et les temps de dispersion de stockage jusqu'à 243 ns de retard accordable, qui correspondent à des bits 2400, ¹⁰ ont été rapportés. Toutefois, la conversion de longueur d'onde et de dispersion des méthodes en général ont besoin de composants spéciaux et des configurations pour produire un grand changement de longueur d'onde et / ou grand GVD. En outre, ils sont parmi les méthodes de retard les plus complexes et gourmands en énergie ^2.

D'autres procédés de stocker le signal optique en une excitation d'un système matériel. Un faisceau de sonde est ensuite utilisée pour lire l'information. Habituellement, ces systèmes ne peuvent pas être utilisés dans le domaine des télécommunications, car ils nécessitent des températures ultra-haute ou ^basse-11, ne fonctionnent pas avec des largeurs de bande de télécommunications, ou nécessitent plutôt des configurations complexes et de haute puissance ^12-14.

Ici, nous montrons comment une propriété de base de signaux (la cohérence temps-fréquence) peut être exploitée pour le stockage de paquets de données optiques. Since pas l'excitation d'un système matériel est utilisé, nous avons appelé la méthode de stockage quasi-lumière (QLS) ^15-17. La QLS est indépendant de la modulation, le format de données et du débit des paquets de données et peut stocker des paquets optiques à plusieurs milliers de bits longueurs ^18.

L'idée de base peut être vu dans la figure 1, les impulsions de forme rectangulaires sont présentés ici. Cependant, la méthode fonctionne pour toutes les formes d'impulsion et de paquets d'impulsions. La seule restriction est que les signaux doivent être limitées dans le temps.

Figure 1. Cohérence temps-fréquence d'un signal de modulation d'intensité ^23. Un signal rectangulaire unique dans le domaine temporel (a) est représenté par une fonction sinc dans-la-fréquence domadans (b). Ici, l'intensité normalisée est représentée, étant donné qu'il n'est pas possible de mesurer les champs avec un équipement optique. La représentation dans le domaine temporel pour une séquence de signaux rectangulaires est représenté en (c). Cette séquence a toujours la même forme spectrale. Mais, il se compose de fréquences simples équidistants en vertu de la sinc-enveloppe (d). L'axe de temps sont normalisées à la moitié de la durée d'un signal unique et l'axe des fréquences pour les premiers passages par zéro, respectivement. Cliquez ici pour agrandir l'image.

Une impulsion rectangulaire dans le domaine du temps (figure 1a) a une "cardinalis de sinus" ou à la fonction sinc sin (px) / forme px spectre (figure 1b), où toutes les fréquences inférieures de l'enveloppe sont présentes. Un train d'impulsions rectangulaires dans le domaine du temps (figure 1c) présente encore un SIfonction nc forme spectre (figure 1d) avec la bande passante Δ f. Mais en raison de la périodicité, pas toutes les fréquences sont plus présentes. Au lieu de cela, le spectre de fréquences est constituée équidistants et l'inverse de l'écart de fréquence définit la séparation dans le temps entre les impulsions Δ T = 1 / Δ v.

L'idée de base de la QLS est maintenant tout simplement pour extraire des fréquences équidistantes sur le spectre du paquet d'entrée. En raison de la cohérence temps-fréquence cela se traduit par une copie du paquet dans le domaine temporel. La copie avec le retard souhaité peut être extraite par un commutateur dans le domaine temporel.

Le principe de notre expérience est présenté sur la figure 2. Un signal d'entrée limité dans le temps est multipliée par un peigne de fréquence dans le domaine fréquentiel. Pour la multiplication de l'effet non-linéaire de diffusion Brillouin stimulée (SBS) est utilisé. Les résultats sont équidistants de copies du signal d'entrée dans les ee dans le domaine temporel. L'un des signaux est extrait avec un interrupteur piloté par une fonction rectangulaire. Ainsi, à la sortie de la mémoire, en principe, une copie exempte de distorsion de l'impulsion d'entrée peut être prévu.

Figure 2. Idée de base du stockage quasi-lumière ^15. Un temps signal d'entrée limité (un) est multipliée par un peigne de fréquence (b) dans le domaine fréquentiel, qui est notée avec un X. Cela conduit à différentes copies de la signal dans le domaine temporel (c). De l'train d'impulsions généré l'une des copies (d) est extrait avec un commutateur dans le domaine temporel en un signal de lecture rectangulaire (e). Le commutateur peut être un modulateur. Il en résulte une mémorisation du signal optique. La sttemps orage est définie par l'écart de fréquence entre les lignes de peigne et le signal de lecture. Cliquez ici pour agrandir l'image.

SBS elle-même est un effet non linéaire qui peut se produire dans les fibres monomodes standard (SSMF) à de faibles puissances. De ce fait, le signal interagit avec un changement de densité optique qui est générée par une onde de pompe à l'encontre de multiplication. Si l'onde de signal est rétrogradé en fréquence, une région de gain est formée dans laquelle le signal sera amplifié. Si elle est déplacée vers le haut, le signal est atténué dans la région de la diminution correspondante. Le décalage de fréquence entre la pompe et le signal est définie par l'onde acoustique, qui dépend des propriétés du matériau. Le plus grand avantage de l'ABS pour l'application présentée est l'étroite bande passante Δ f _SBS de la région de gain. Ainsi, pratiquement SBS forme un filtre optique de largeur de ligne étroite. La largeur de bande étroite de til acquérir région dépend de la durée et de surface effective de la fibre ainsi que sur la puissance de pompage utilisé ^19. La pleine largeur naturelle à mi-hauteur (FWHM) de la bande passante du gain SBS dans un SSMF est d'environ 30 MHz. Dans les guides d'ondes particulières, telles que des fibres AllWave, et avec de fortes puissances de pompage, la largeur de bande peut être réduite à ²⁰ 10 MHz. En raison de la largeur de bande de filtre différents exemplaires sont recouverts d'une enveloppe. Par conséquent, la durée maximale de stockage des QLS est inversement proportionnelle à la largeur de bande SBS. Une bande passante de 10 MHz entraînerait un temps de stockage maximum de 100 ns. Cliquez ici pour agrandir l'image.

Pour la transmission à débit binaire très élevé l'information doit être codé dans la phase de la porteuse à la place de son amplitude, étant donné que ceci offre beaucoup d'avantages. Ainsi, contrairement à impulsions, les signaux de ces réseaux optiques ont une amplitude constante. <strong> La figure 3 illustre un tel signal modulé en phase dans le temps (à gauche) et dans le domaine fréquentiel (à droite). Ce spectre peut être échantillonné de la même manière que celle du signal modulé en amplitude ^21. En fait, le spectre de la fonction-rectangulaire pour l'intensité et les signaux modulés en phase est filtré en raison de la transmission, ce qui limite le spectre.

Figure 3. Cohérence temps-fréquence pour une modulation de phase ^21. En un signal modulé en phase, la phase de la porteuse est changée par le signal qui doit être transmis. Si chaque symbole se compose de 1 bit, la phase est modifié entre 0 et π, par exemple. Le côté gauche de la figure montre la représentation dans le domaine temporel résulte d'un tel déplacement de phase binaire clavetéSignal (BPSK). Le signal dans le domaine fréquentiel résultant est représenté sur le côté droit. Par comparaison avec la figure 1, on peut voir que le spectre du signal modulé en phase est qualitativement la même que celle du signal à modulation d'intensité. Ainsi, les QLS peuvent être appliquées de la même façon.