Quasi-Lichtraum für optische Datenpakete

Der Datenverkehr in den Telekommunikationsnetzen optisch, da nur optische Fasern bieten die für die heutigen Datenverkehr auf der ganzen Welt übertragen erforderliche Kapazität. In jedem Knoten des Netzes das optische Signal jedoch in der elektrischen Domäne, um sie verarbeiten zu übertragen. Nach der Verarbeitung wird das Signal zurück in den optischen Bereich für eine weitere Übertragung umgewandelt. Diese Doppelübertragung zwischen den Domänen Zeit und Strom. Um eine vollständig optische Verarbeitung der Daten zu verwenden, ist das Problem der Zwischenspeicher gelöst werden. So viele Methoden für die Speicherung oder Pufferung der optischen Signale vorgeschlagen worden. Der einfachste Weg ist, um die Signale in eine Matrix von Wellenleitern mit unterschiedlichen Längen ² senden. Jedoch sind diese Matrizen sperrig und die Speicherzeit nicht eingestellt, da es von der Wellenleiterlänge vorgegeben werden.

Die "Slow-Light"-Methode beruht auf einer tunable Änderung der Gruppenbrechungsindex eines Mediums, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der optischen Signalimpulse ² verlangsamen. Mehrere physikalische Effekte und Materialsysteme können für diesen Zweck verwendet werden ^3-6. Doch mit diesen Methoden kann das Signal von unten nur ein paar Bit-Längen, die bei weitem nicht ausreicht, für optische Netzwerkknoten ^7,8 verlangsamt werden.

Ein anderer Ansatz verwendet Wellenlängenumwandlung und Dispersion für die Erzeugung der abstimmbaren Verzögerungen. Dadurch wird die Mittenwellenlänge des Eingangssignals über nichtlineare optische Umwandlungs verschoben. Danach wird das Signal zu einem hoch dispersiven Faser eingespeist. Der Unterschied in der Gruppengeschwindigkeit in der dispersiven Faser führt zu einer Verzögerung, die proportional zu dem Produkt der Wellenlängenverschiebung und der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) in der Faser ist. Mit einem zweiten Umwandlungs die Wellenlänge zurück zu dem ursprünglichen Wert verschoben. Für die Wellenlängenverschiebung Techniken wie Vierwellenmischung oder Selbst Phase modulation verwendet werden. Mit der Umwandlung und Dispersionsverfahren Lagerzeiten bis zu 243 nsec von abstimmbaren Verzögerung, die 2.400 Bit entsprechen, wurden ¹⁰ gemeldet. Jedoch Wellenlängenumwandlungs und Dispersionsverfahren im Allgemeinen benötigen spezielle Komponenten und Konfigurationen für die Herstellung einer großen Wellenlängenverschiebung und / oder große GVD. Außerdem gehören sie zu den komplexen und leistungshungrige meisten Verzögerung Methoden ^2.

Andere Verfahren zu speichern, das optische Signal in einen Anregungs eines Materialsystems. Ein Sondenstrahl wird dann zum Auslesen der Information. Normalerweise werden diese Systeme nicht in den Bereich der Telekommunikation verwendet werden, da sie erfordern oder ultratiefen Temperaturen ^11, wird nicht mit Telekommunikationsbandbreiten arbeiten, oder verlangen, ziemlich komplizierte Setups und hohe Leistungs ^12-14.

Hier zeigen wir, wie eine grundlegende Eigenschaft der Signale (das Zeit-Frequenz-Kohärenz) kann für die Speicherung von optischen Datenpaketen genutzt werden. Since keine Anregung einer Materialsystem verwendet wird, haben wir die Methode Quasi-Lichtspeicherung (QLS) ^15-17 bezeichnet. Die QLS ist unabhängig von der Modulation, Datenformat und Datenrate der Pakete und optische Pakete für mehrere tausend Bit speichern Längen ^18.

Die Grundidee kann in 1 gesehen werden kann, sind hier rechteckig geformter Pulse dargestellt. Allerdings funktioniert das Verfahren für jede Pulsform und für Pakete von Impulsen. Die einzige Einschränkung ist, daß die Signale müssen befristet sein.

Figur 1. Zeitfrequenzkohärenz eines intensitätsmodulierten Signals ^23. Ein einzelner Rechtecksignal im Zeitbereich (a) durch eine sinc-Funktion in der Frequenz doma vertretenin (b). Hier ist die normierte Intensität angezeigt wird, da es nicht möglich ist, die Felder mit optischen Geräten zu messen. Die Zeitbereichsdarstellung für eine Folge von Rechtecksignalen ist in (c) gezeigt. Diese Sequenz hat immer noch die gleiche spektrale Form. Aber, es besteht aus äquidistanten Einzelfrequenzen unter der si-Umschlag (d). Die Zeitachse auf die Hälfte der Dauer eines einzelnen Signals und der Frequenzachse zu den ersten Nulldurchgänge normiert sind. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.

Ein Rechteckimpuls im Zeitbereich (Abbildung 1a) hat eine "Sinus cardinalis" oder Sinusfunktion sin (px) / px förmige Spektrum (Abbildung 1b), in dem alle Frequenzen unter der Hülle vorhanden sind. Ein Zug von Rechteckimpulsen im Zeitbereich (1c) noch eine sinc Funktion förmige Spektrum (Abbildung 1d) mit der Bandbreite Δ f. Aber aufgrund der Periodizität, die nicht alle Frequenzen vorhanden sind, nicht mehr. Stattdessen besteht das Spektrum aus äquidistanten Frequenzen und die Umkehrung der Frequenzabstand bestimmt den Zeitabstand zwischen den Impulsen Δ T = 1 / Δ v.

Die Grundidee der QLS ist jetzt einfach äquidistanten Frequenzen aus dem Spektrum des Eingangspakets zu extrahieren. Wegen Zeit-Frequenz-Kohärenz ergibt sich ein Kopieren des Pakets in dem Zeitbereich. Die Kopie mit der gewünschten Verzögerung kann durch einen Zeitschalter Domain extrahiert werden.

Das Prinzip unseres Experiments ist in Abbildung 2 dargestellt. Eine zeitlich begrenzte Eingangssignal mit einem Frequenzkamm in der Frequenzdomäne multipliziert. Zur Multiplikation der nichtlineare Effekt der stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) verwendet. Die Ergebnisse sind in gleichem Abstand Kopien des Eingangssignals in the Zeit-Domäne. Eines der Signale wird mit einem Schalter mit einer Rechteckfunktion angetrieben extrahiert. Somit wird am Ausgang des Speichers im Prinzip eine verzerrungsfreie Kopie des Eingangsimpulses zu erwarten.

2. Grundidee der Quasi-Lichtraum ^15. Einen begrenzten Eingangssignals (a) mit einem Frequenzkamm (b) in der Frequenzdomäne, die mit einem X bezeichnet ist, multipliziert Dies führt zu verschiedenen Kopien des Signal im Zeitbereich (c). Aus dem erzeugten Impulsfolge eine der Kopien (d) mit einem Zeitbereich-Schalter durch einen rechteckigen Lesesignal (e) extrahiert. Der Schalter kann ein Modulator sein. Das Ergebnis ist eine Lagerung des optischen Signals. Die storage Zeit wird durch den Frequenzabstand zwischen den Kammlinien und das Lesesignal definiert. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.

SBS selbst ist ein nichtlinearer Effekt, die in Standard-Singlemode-Fasern (SSMF) bei niedrigen Kräfte auftreten können. Wodurch das Signal interagiert mit einer optischen Dichteänderung, die durch eine Gegenausbreitungspumpwelle erzeugt wird. Wenn die Signalwelle in der Frequenz nach unten verschoben, wird ein Verstärkungsbereich ausgebildet ist, in dem das Signal verstärkt werden. Wenn es bis verschoben wird das Signal in der entsprechenden Verlustbereich gedämpft werden. Die Frequenzverschiebung zwischen Pumpe und Signal von der akustischen Welle, die von den Materialeigenschaften abhängig definiert. Der größte Vorteil von SBS für das vorgestellte Anwendung ist die geringe Bandbreite Δ f _SBS der Verstärkungsbereich. Somit bildet praktisch SBS eine schmale Linienbreite optischer Filter. Die schmale Bandbreite von ter Verstärkungsbereich hängt von der effektiven Länge und Fläche der Faser als auch von der verwendeten Pumpleistung ^19. Die natürliche volle Breite bei halbem Maximum (Halbwertsbreite) Bandbreite des SBS Verstärkung in einem SSMF ist etwa 30 MHz. In besonderen Wellenleiter, wie AllWave Fasern und mit hohen Pumpleistungen, kann die Bandbreite bis zu 10 MHz ²⁰ reduziert werden. Aufgrund der Filterbandbreite der verschiedenen Kopien mit einer Hülle überzogen. Daher ist die maximale Speicherzeit der QLS hängt umgekehrt auf dem SBS-Bandbreite. Eine Bandbreite von 10 MHz würde in einer maximalen Lagerzeit von 100 ns führen. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.

Bei sehr hohen Bit-Übertragungsrate der Informationen hat, um in der Phase des Trägers statt dessen Amplitude codiert werden, da dies bietet viele Vorteile. So, im Gegensatz zu Impulsen, die Signale in diesen optischen Netzen haben konstante Amplitude. <strong> Fig. 3 zeigt ein solches phasenmoduliertes Signal in der Zeit (links) und Frequenzbereich (rechts). Dieses Spektrum kann in der gleichen Weise wie die des amplitudenmodulierten Signals ²¹ abgetastet werden. In der Tat wird das Spektrum der Rechteckfunktion zur Intensität und Phase modulierten Signale wird durch die Übertragung, die das Spektrum begrenzt filtriert.

3. Zeit-Frequenz für einen Kohärenzphasenmodulation ^21. In einem phasenmodulierten Signal die Phase des Trägers von dem Signal, das zu übertragen ist geändert. Wenn jedes Symbol besteht aus 1 Bit, wird die Phase zwischen 0 und π geändert wird, zum Beispiel. Die linke Seite der Figur zeigt das resultierende Zeitbereichsdarstellung für eine derartige binäre Phasenumtastung(BPSK)-Signal. Die resultierenden Frequenzdomänensignal ist auf der rechten Seite gezeigt. Im Vergleich mit Fig. 1 ist ersichtlich, dass das Spektrum des phasenmodulierten Signals ist qualitativ der gleiche wie der des intensitätsmodulierten Signals. Somit kann der QLS in gleicher Weise angewendet werden.