光信號處理的關鍵技術研究

吳福全　蘇小桅

摘 要 隨著社會科學技術的快速發展、以及人們對生活質量的要求越來越高，光信號由于通信帶寬大、傳輸損耗低、以及抗電磁干擾等，在社會各方面的發展中都得到了及其快速的發展。光信號處理技術與傳統的電子處理技術相比擁有很大的優勢，近年來光信號處理技術已經成為了國際研究的熱點內容之一。本文針對我國光網絡結構特點與運行特征，提供了幾個對于光信號進行處理的關鍵技術，并進行了簡要的概述。

【關鍵詞】光信號 信號處理 技術研究

實現光處理技術的最重要的器件之一就是光開關，在光開關中，參與其工作的最常用的是波長不同的兩個光信號——控制信號、以及探測光信號。在光開關中，控制信號負責實現對探測光信號的強度以及相位的控制。要想實現光開關的正常工作，離不開對具有非線性效應的光學器件的依賴。目前最常用的具有非線性效應的器件有半導體、光纖、光波導器件、以及近年來得到快速發展和廣泛應用的硅基光波導等等。在基于以上每一種形成的光開關都具有很鮮明的優點。基于光纖的光開關主要應用光纖中的交叉相位調制以及四波混頻效應，根據光纖中三階極化系數產生非線性效應的主要特點，因此其非線性效應比較弱。另外，基于光纖的光開關的造價相對比較低、響應速度也比較快。在相關的研究中，比較常見應用的具有非線性效應特性的半導體器件多為電吸收調制器、以及半導體光放大器。就半導體材料的光開關來說，其非線性系數大于光纖的光開關的非線性系數，因此，基于半導體的光開關比較容易達到開關的要求。因此，基于半導體的光開關效率比較高、耗能比較低、穩定性也相對比較好、更比較容易集成。

1 光信號處理的關鍵技術研究

光信號的處理技術有很多種，其中，最為常用的有效光信號的處理技術通常為波長轉換技術、格式轉換技術、以及光再生技術。

1.1 波長轉換技術

全波長轉換技術在消除網絡中產生的擁塞、降低波長連續性的限制、提高波長資源的利用效率等等方面都具有十分重要的積極作用，能夠在很大程度上使得網絡的靈活性、準確性、時效性、以及可拓展性得到很大的提高。波長轉換在增加光信號的交換網絡的靈活性，有效降低光信號網絡的阻塞情況等等方面都具有十分重要的作用。在相關的研究中，對于針對光網絡波長轉換節點的設計方案也有很多。其中，關于專注式的轉換節點的相關設計是最為簡便快捷的方法之一。也就是說，在信號復用之前，需要為每個光信號通道都各配置一個波長轉換器，用于對光信號做一定的轉換等等處理。這種方法比較常見，但是其具有一個最大的缺點，就是對于元件的利用率十分低。其他的一些波長轉換器的共享方案也有很多，相關科研工作者也正在不斷的提出更加高效、更加適合的方案。最常見的波長轉換技術方案有和鏈路共享式（SPL）兩種。在節點共享式（SPN）共享方案中，通常需要較大的光開關以便在單節點可以共享同一個波長轉換器。

在探測光和控制光功率對波長轉換信號的影響中，最為典型的是兩種光信號功率對其幅度抖動的影響。如圖1（a）所示，是不同控制光功率條件下，波長轉換信號的幅度抖動；圖1（b）所示，是不同探測光功率條件下波長轉換信號的幅度抖動。根據光信號的特性，當控制光的功率逐漸提高時，SOA（即面向服務的體系結構，是一個基本的組件模型，它通過應用程序的不同功能單元（服務）之間事先定義好的接口和契約將這些服務進行相互的連接。）的增益飽和程度則隨之提高，載流子的恢復所需要的時間更長，從而使得碼型效應的變化越來越顯著。而增加探測光功率則可以降低SOA的增益水平、使得載流子的恢復所需要的時間縮短，使信號中不同位置的‘1碼分別所獲得的增益越來越靠近，最后幾乎達到一致，因此從而使得波長轉換信號的幅度抖動大大減小。因此，圖1中的（a）和（b）的圖形曲線也可以清楚地表明，控制光的功率越大，波長轉換信號的幅度抖動越大；而探測光的功率越大，波長轉換信號的幅度抖動越小。

另外，波長轉換技術也可以有效的實現多組廣播技術（通過電磁波或導線向受眾傳播聲音形態節目的技術），從而根據不同用戶所提出的不同要求，將指定的部分的數據進行復制，然后將復制好的數據同時發給多個用戶。在目前的技術發展中，在高速、高級調制格式信號的波長轉換、以及實現多組廣播等等操作的方面，波長轉換技術都具有十分重要的應用與貢獻。

1.2 格式轉換技術

光信號格式轉換技術是一種新型的、正在逐漸被大家認可的接口技術。通過對不同的各種復用技術、以及不同的各種調制格式的多個網絡之間進行無縫連接，可以有效的增強光信號的網絡靈活性和網絡可拓展性。光信號格式轉換技術會逐漸的在光信號網絡中發揮重要作用，越來越得到大家的認同。格式轉換器是光信號格式轉換技術中不可或缺的主要器件之一。格式轉換器主要由以下兩方面的作用及評價依據：第一，能否幫助光信號實現最基本的格式轉換功能；第二，能否保證轉換后的光信號具有良好的傳輸特性以及轉換后的光信號的傳輸性能；第三，光信號格式轉換是否具有可重塑性、再生能力、以及多波長操作能力。

1.3 光再生技術

圖2為全光3R再生原理示意圖.入射損傷信號進入全光再生器時被分為兩路，一路進入時鐘提取單元以提取時鐘光信號，提取出的時鐘信號具有穩定的幅度和時鐘信息；另一路信號經摻鉺光纖放大器（EDFA）放大后，與時鐘信號脈沖一同注入光判決門，經過光判決門后可得到全光再生信號。

以基于SOA-DI 光開關的全光2R 再生器為例，假設通過經3分貝的耦合器，向SOA-DI 光開關分別輸入波長為λ1 的連續光和波長為λ2 的惡化信號，SOA后側有一個光濾波器，其主要功能是用于對數據光、以及SOA產生的ASE噪聲進行濾除，另外，通過對DI的狀態進行調節也可以得到再生信號。利用的SOA-DI 數值模型對不同速率下SOA-DI 光開關的功率傳輸函數進行了數值仿真。計算方法為：當輸入SOA-DI光開關的控制光信號為單個脈沖時，在其它條件不變的前提下，可以針對SOA-DI 輸入控制光信號功率的峰值與波長轉換信號功率的峰值之間的關系進行相關分析與計算。由于當光再生器件的工作速率相對比較高時，SOA會產生一定程度上的碼型效應，而且單脈沖之前的各種不同的碼型會導致SOA-DI波長轉換信號功率的峰值不盡相同，因此，相關工作人員在進行此方面的科學研究時，必須要充分考慮到碼型效應對SOA-DI 光開關功率傳輸效率所產生的各種變化和影響。

2 總結

在當今快速發展的社會中，科學技術日新月異，光網絡正處于迅速擴大應用范圍與應用機會的過程中。未來的光網絡將會越發的安全高效、靈活多變，具有更高的集成性，逐步趨近于分組化交換，支持多樣性業務。光信號處理技術在未來的大容量光網絡中，正在并將會產生十分積極、十分重要的作用。只有光信號處理技術得到全面的成熟發展，才能夠為光網絡的革新與發展提供保障！為我們社會的持續、快速發展提供動力！

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作者簡介

吳福全（1976-），男，湖北省黃岡市人。現為西南電子設備研究所高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術研究及工程應用。

作者單位

1.西南電子設備研究所 四川省成都市 610036

2.成都廣播電視大學 四川省成都市 610051