[发明专利]一种基于相位敏感放大的多路MPSK信号再生方法

说明书

本发明公开一种基于相位敏感放大的多路MPSK信号再生方法，包括以下步骤：步骤1、将输入的多路信号两两分组，设置成对信号与泵浦间的频率间隔；步骤2、选取谐波阶次，利用公共泵浦对称作用，在不输入原始信号的前提下，同时通过二次四波混频产生多路信号共轭(M‑1)次谐波；步骤3、将所述共轭(M‑1)次谐波与第一次四波混频滤出的信号混频即可相干叠加实现相位再生。采用本发明的技术方案，解决原有再生过程中由于非线性介质中的多路信号影响带来的串扰、再生效果不好调节问题。

技术领域

本发明属于光纤通信中的全光信号处理领域，尤其涉及一种在波分复用(WDM)系统中的基于相位敏感放大的多路MPSK信号再生方法。

现有技术

随着目前互联网通信业务的指数增长，对信息传递的速度以及通信容量的需求大幅度上升。考虑到光纤通信系统高速、高带宽、长传输距离的特性，目前被广泛应用于通信网络中。传统的光纤通信系统存在“光-电-光”的转换，速度受限于“电子瓶颈”。而全光信号处理过程旨在利用全光的方法来对信号进行处理，避免“光-电-光”的转换过程，完全消除“电子瓶颈”的限制。但信号在光纤中传输时，会受到色散、损耗、非线性效应等因素的影响，使得信号质量变差，并且越高级的调制格式，由于信号在星座图中的欧氏距离更近，抗噪声能力变弱，就更容易受到链路中产生噪声的影响。因此，为了保证信号的传输质量，需要对信号进行再生，使劣化的信号得到恢复。考虑到目前广泛应用于光网络中的WDM系统，由于多路光波同时传输，加剧了信道间的非线性效应，使各路信号都更容易受到旁路信号的影响。因此，对于多路MPSK信号同时再生技术的研究显得尤为重要且十分必要。

四波混频属于非线性效应中的光学参量过程，它是光纤介质三阶极化作用产生的一种光波间耦合效应，是因多个光波相互作用而导致在某些波长上产生所谓混频产物，可以产生多种参量效应。利用四波混频，可以实现在信号频率处产生与之具有固定相位关系的谐波来相干叠加实现干涉相长，从而实现放大信号特定的相位点，同时压缩其他的相位点，即所谓的相位敏感放大。利用此种方法，可以实现MPSK信号的相位再生。而在WDM系统中，当信道间距与光纤色散足够小且满足相位匹配时，四波混频将成为非线性串扰的主要因素。

针对目前多波长再生技术中存在的各种问题，有研究者提出了解决方案：

2011年的Optics express，第19卷，26期，938-945页，Sygletos S等人利用传统相位敏感放大器(PSA)结构，实现了两路DPSK信号的同时再生；随后在2014年ECOC，他们又以同样的结构实现了两路QPSK信号的同时再生。当信号数量较少且再生信号的阶次较低时，如BPSK信号、QPSK信号，使用此种方案可以看到较为明显的再生效果。但当信号数量增多时，使用该方案不可避免的会带来较多的非线性串扰，严重影响再生效果。同时若是信号阶次继续增大，高次谐波的获得也会成为该方案的一个瓶颈。

2015年ECOC，P.Guan等人利用光学傅立叶变换(OFT)过程将WDM信号转换成OTDM信号，实现了四路BPSK信号的同时再生。使用此种方法非常巧妙的将频域中的多路信号转换为一路，会大大降低再生过程中多路信号的非线性串扰。但是，随着信号数量的增加，转换后频域上的一路信号会发生频谱展宽，恶化再生效果。同时，对于高级调制格式的信号，并没有验证此种方法的可行性。

2016年的IEEE Photonics Technology Letters，第28卷，8期，845-848页，Parmigiani F等人利用偏振辅助相位敏感放大(PA-PSA)结构实现了六路BPSK信号的同时再生。通过矢量PSA，在信号频率处产生与信号偏振态正交的共轭谐波，再利用偏振片将信号与其共轭谐波的偏振态调整一致，从而实现再生。由于偏振态相互正交的信号并不会发生非线性效应，故利用偏振可以有效降低光纤中的非线性串扰。但偏振并不易控制，且最后利用偏振片将信号与谐波的偏振态调整一致时会损失信号功率。