חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות

תחבורת נתונים ברשתות התקשורת היא אופטית, שכן רק סיבים אופטיים מציעים הקיבולת הנדרשת לתעבורת נתונים של היום מועברת ברחבי העולם. עם זאת, בכל צומת של רשת האות האופטי צריך להיות מועבר לרשות החשמל על מנת לעבד אותו. לאחר עיבוד האות מומרת חזרה לתחום האופטי לשידור נוסף. כפולת העברה זו בין תחומים היא גם זמן וכוח רב. על מנת להשתמש בעיבוד כל אופטי של נתונים, הבעיה של אחסון ביניים יש לפתור. לכן, הרבה שיטות לאחסון או החציצה של האותות אופטיים כבר הציע. הדרך הפשוטה ביותר היא לשלוח אותות לתוך מטריצה ​​של מוליכי גלים עם אורכים שונים ^2. עם זאת, מטריצות אלה הן מגושמות וזמן האחסון אינו יכול להיות מכוון שכן הוא מוגדר מראש על ידי אורך מוליך גל.

שיטת "איטי אור" מסתמכת על tunabשינוי le של שבירת מדד קבוצה בינונית עד להאט את מהירות ההתפשטות של פולסים אות אופטי ^2. כמה השפעות פיזיות ומערכות חומר יכולים לשמש למטרה זו ^3-6. עם זאת, עם שיטות אלה את האות יכול להיות האטה על ידי כמה פשוט קצת אורכים, שהוא ללא ספק אינו מספיק לצומת ברשת אופטיים ^7,8.

גישה אחרת משתמשת בהמרת אורך גל ופיזור לדור של עיכובים מתכונן. וכך, אורך גל המרכז את אות הכניסה מוסט באמצעות המרה אופטית לא לינארית. לאחר מכן, את האות מוזנת לתוך סיבים נפיצה מאוד. ההבדל במהירות החבורה בסיבים נפיצה מוביל לעיכוב שהוא יחסית לתוצר של השינוי באורך הגל והפיזור קבוצתי מהירות (GVD) בסיבים. עם המרה שנייה אורך הגל מוסט חזרה לערך המקורי. לטכניקות שינוי באורך הגל כמו ערבוב ארבעה גלים או מו שלב עצמיניתן להשתמש dulation. עם ההמרה וזמני אחסון בשיטת פיזור עד 243 NSEC של עיכוב מתכונן, אשר תואם את 2,400 קצת, דווחו ^10. עם זאת, שיטות המרת אורך גל והפיזור באופן כללי צריכים רכיבים מיוחדים ומערכים לייצור שינוי באורך גל גדול ו / או GVD הגדול. בנוסף, הם הם בין שיטות העיכוב המורכבת ויאבה כוח ביותר ^2.

שיטות אחרות לאחסן את האותות אופטיים לעירור של מערכת חומר. קרן בדיקה לאחר מכן נעשה שימוש כדי לקרוא את המידע. בדרך כלל מערכות אלה לא ניתן להשתמש בשטח של תקשורת שכן הם דורשים טמפרטורות ultrahigh או נמוכות ^11, לא יעבדו עם פס תקשורת, או לדרוש ולא הגדרות מסובכות ומתח גבוה ^12-14.

כאן אנו מראים כיצד מאפיין בסיסי של אותות (קוהרנטיות הזמן בתדר) ניתן לנצל לאחסון של מנות נתונים אופטיות. Sincדואר לא עירור של מערכת חומר משמש, יש לנו בשם חפצים מעין אור השיטה (QLS) ^15-17. QLS אינו תלוי באפנון, נתונים בפורמט וקצב נתונים של המנות ויכול לאחסן מנות אופטיות עבור כמה אלף קצת אורכי ^18.

הרעיון הבסיסי שניתן לראות באיור 1, קטניות בצורה מלבניות כאן מוצגות. עם זאת, השיטה עובדת לכל צורת דופק ועבור מנות של קטניות. ההגבלה היחידה היא שהאותות צריכים להיות מוגבל בזמן.

איור 1. קוהרנטיות זמן בתדר עבור אות בעוצמה מווסתת ^23. אות מלבנית בודדת במישור הזמן (א) מיוצגת על ידי sinc פונקציה בתדר domaב (ב). כאן העצמה המנורמלת מוצגת, שכן הוא לא ניתן למדוד את השדות עם ציוד אופטי. ייצוג תחום הזמן לרצף של אותות מלבניים מוצג ב( ג). רצף זה יש עדיין אותה הצורה של רוח רפאים. אבל, זה מורכב מתדרים אחת במרחק שווה תחת sinc-המעטפה (ד). ציר הזמן מנורמל למחצית את משך הזמן של אות אחת וציר התדר לאפס המעברים הראשונים, בהתאמה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

דופק מלבני במישור הזמן (איור 1 א) יש "cardinalis סינוס" או חטא פונקצית sinc (px) / ספקטרום px צורה (איור 1b), שבו כל התדרים מתחת למעטפת נוכחים. רכבת של פולסים מלבניים במישור הזמן (איור 1 ג) יש עדיין siפונקצית NC בצורת קשת (איור 1d) עם f Δ רוחב הפס. אך בשל המחזוריות, לא כל התדרים נוכחים יותר. במקום זאת, הקשת מורכבת מתדרים במרחק שווה וההפוכה של ריווח התדירות מגדירה את הפרדת הזמן בין פולסים Δ T = v 1 / Δ.

הרעיון הבסיסי של QLS הוא עכשיו פשוט לחלץ תדרים במרחק שווה מהספקטרום של מנות הקלט. בשל לכידות זמן בתדר זה תוצאות בהעתקה של המנות במישור הזמן. העותק עם העיכוב הרצוי יכול להיות מופק על ידי מתג תחום זמן.

העיקרון של הניסוי שלנו מוצג באיור 2. אות כניסה מוגבלת בזמן מוכפל עם מסרק תדר במישור התדר. לכפל משמשת השפעה לא לינארית של פיזור מגורה ברילואן (SBS). התוצאות הן עותקים במרחק שווה של אות הכניסה בהדואר תחום בזמן. אחד האותות מופק עם מתג מונע על ידי פונקציה מלבנית. לפיכך, במוצא של הזיכרון באופן עקרוני ניתן לצפות עותק ללא עיוות של דופק הקלט.

אות כניסה מוגבלת איור 2. רעיון בסיסי של חפצים מעין האור ^15. זמן (א) מוכפלת עם מסרק תדר (ב) במישור התדר, אשר כונה על עם X. זה מוביל לעותקים שונים של אות במישור הזמן (ג). מהרכבת הדופק שנוצרה אחד מהעותקים (ד) מופק באמצעות מתג תחום בזמן על ידי אות קריאה מלבנית (ה). המתג יכול להיות מאפנן. התוצאה היא אחסון של האותות אופטיים. Stזמן orage מוגדר על ידי ריווח התדירות בין שורות מסרק ואות הקריאה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

SBS עצמו הוא השפעה קוי שיכול להתרחש בסיבי תקן אחד במצב (SSMF) בכוחות נמוכים. ובכך, את אות אינטראקציה עם שינוי צפיפות אופטי אשר מופק על ידי גל משאבה מתפשט דלפק. אם גל האות העביר הילוך בתדירות, אזור רווח נוצר בי האות תהיה מוגברת. אם זה עבר up-האות תהיה נחלשת באזור הירידה במקביל. שינוי התדר בין המשאבה והאות מוגדר על ידי הגל אקוסטי, אשר תלוי בתכונות החומר. היתרון הגדול ביותר של SBS ליישום שהוצג הוא _SBS ו Δ רוחב הפס הצר של אזור הרווח. לפיכך, כמעט SBS מהווה מסנן אופטי linewidth צרה. רוחב הפס הצר של tהוא ירוויח אזור תלוי באורך ובשטח האפקטיבי של הסיבים, כמו גם על כוחה המשאבה משמש ^19. הרוחב מלא הטבעי ברוחב פס חצי לכל היותר (FWHM) של רווח SBS בSSMF הוא בסביבות 30 MHz. בגלבו מיוחד, כגון סיבי AllWave, ועם כוחות משאבה גבוהים, רוחב הפס יכול להיות מופחת עד ל10 MHz ^20. בשל רוחב הפס של מסנן העותקים השונים מכוסים במעטפה. לכן, זמן האחסון המרבי של QLS הפוך תלוי ברוחב הפס של SBS. רוחב פס של 10 MHz יביא זמן אחסון מרבי של 100 NSEC. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

לשידור קצב הסיבית גבוה מאוד המידע צריך להיות מקודד לשלב של המוביל במקום המשרעת שלה, שכן זה מציע הרבה יתרונות. לכן, בניגוד לקטניות, יש אותות ברשתות אופטיות אלה משרעת קבועה. <strong> איור 3 מראה אות כגון שלב מווסת בזמן (משמאל) ותחום תדר (מימין). הספקטרום הזה ניתן לדגום באותו אופן כמו זה של משרעת האות מווסתת ^21. למעשה הספקטרום של הפונקציה מלבנית ולעוצמת אותות מאופנן שלב מסונן בשל השידור, אשר מגביל את הספקטרום.

איור 3. קוהרנטיות זמן בתדר לאפנון שלב ^21. באות מאופן שלב השלב של המוביל משתנה על ידי האות שבה יש להיות משודרים. אם כל סמל מורכב מ1 קצת, השלב משתנה בין 0 ל π, למשל. בצד השמאל של איור מציג את ייצוג תחום בזמן וכתוצאה מכך לפאזה בינאריות כגון רגשאות (BPSK). האות בתדר תחום וכתוצאה מכך מוצגת בצד ימין. לשם השוואה עם איור 1 ניתן לראות כי הספקטרום של האות מאופנן השלב הוא איכותי זהה לזה של האות מאופן האינטנסיבית. לכן, יכול להיות מיושם QLS באותה הדרך.