Способ регенерации оптических солитонных импульсов

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СОЛИТОННЫХ ИМПУЛЬСОВ(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ регенерации оптических солитонных импульсов, заключающийся в формировании синхропоследовательности оптических солитонных импульсов , усилении входной информационной последовательности оптических солитонных импульсов , объединении синхропоследовательностии усиленной информационной последовательности , выводе регенерированных сигналов, отличающийся тем, что объединение синхропоследовательностии усиленной информационной последовательностиосуществляют в резонансно поглощающей среде, а параметры одиночных оптических солитонных импульсов из последовательностейивыбирают такими, чтобы только их суммарная энергия превышала пороговый уровень энергии просветления резонансно поглощающей среды, причем для получения регенерированных сигналов в виде солитонов длину участка резонансно поглощающей средывыбирают в соответствии с формулой,2 2 8(0) где- показатель преломления резонансно поглощающей среды, - постоянная Планка,с - скорость света в вакууме, - дипольный момент квантового перехода, - несущая частота оптического солитонного импульса, совпадающая с резонансной частотой дипольного перехода,(0) - обратная ширина линии поглощения,-концентрация резонансных примесей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в резонансно поглощающей среде оптические солитонные импульсы синхропоследовательностизадерживают по отношению к оптическим солитонным импульсам усиленной информационной последовательностина интервал времени , величина которого не превышает время релаксации резонансно поглощающей среды. 4752 1 Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано для регенерации солитонов в оптических системах передачи и хранении информации. Известен способ регенерации оптических солитонов 1, заключающийся в формировании синхропоследовательности солитонов 1 с длительностью 1 на длине волны 1, разделении ее на две одинаковые синхропоследовательности солитонов 2 и 3, встречно-направленном вводе синхропоследовательностей 2 и 3 в симметричный нелинейный петлевой интерферометр, синхронном вводе в этот же интерферометр информационной последовательности сигналовс длительностью 21 на длине волны 21 и распространении их в одном направлении с синхропоследовательностью солитонов 2, изменении фазы солитонов синхропоследовательности 2 в результате фазовой кросс-модуляции с солитонамиинформационной последовательности, интерференционном сложении синхропоследовательностей 2 и 3 на выходе интерферометра, выводе суммарного сигнала. Техническая задача, которую не решает данный способ, - не осуществляется регенерация солитонов на исходной длине волны, т.е. выходной сигнал формируется на длине волны, отличной от исходной, что связано с эффектами комбинационного саморассеяния солитонов. Известен способ регенерации оптических солитонов 2, заключающийся в формировании синхропоследовательности солитонов 1 на длине волны 1, объединении ее в нелинейной оптической среде с информационной последовательностью солитонов , распространяющейся на длине волны 2, кросс-модуляции информационной последовательностисинхропоследовательностью , изменении величины набега фазы отдельных сигналов в информационной последовательности солитоновв зависимости от времени их прихода (с опережением либо отставанием), спектральной фильтрации сигналов, выводе регенерированных сигналов. Техническая задача, которую не решает данный способ, - не осуществляется регенерация солитонов в реальном масштабе времени, что обусловлено большим оптическим путем в нелинейной оптической среде, необходимым для осуществления фазовой кросс-модуляции. Кроме того, необходимость спектральной фильтрации для выделения регенерированного сигнала усложняет реализацию данного способа. Наиболее близким по технической сущности является способ регенерации оптических солитонов 3, заключающийся в формировании синхропоследовательности солитонов 1, разделении их на две одинаковые синхропоследовательности солитонов 2, 3, усилении входной информационной последовательности , объединении синхропоследовательности 2 и усиленной информационной последовательности , вводе объединенной последовательности (2) в волоконно-оптический интерферометр Саньяка и вводе синхропоследовательности 3 в этот же интерферометр Саньяка навстречу объединенной последовательности (2),изменении фазы синхропоследовательности 2 в результате кросс-модуляции его синхросигналом , интерференционном сложении синхропоследовательности солитонов 2 и 3 на выходе интерферометра Саньяка,выводе суммарного сигнала. Описанный способ не решает техническую задачу регенерации оптических солитонов в реальном масштабе времени, т.к. для регенерации любого солитона из последовательностинеобходимо прохождение его через достаточно длинный (5 км) интерферометр Саньяка, а для получения результата необходимо выполнить достаточно большое количество операций. Технической задачей, которую позволяет решить предлагаемое изобретение, является увеличение быстродействия. Поставленная техническая задача решается тем, что по известному способу регенерации солитонов, заключающемуся в формировании синхропоследовательности оптических солитонных импульсов , усилении входной информационной последовательности оптических солитонных импульсов , объединении синхропоследовательностии усиленной информационной последовательности , выводе регенерируемых сигналов, объединяют синхропоследовательностии усиленную информационную последовательностьв резонансно поглощающей среде, а параметры одиночных оптических солитонных импульсов из последовательностейивыбирают такими, чтобы только их суммарная энергия превышала пороговый уровень энергии просветления резонансной поглощающей среды, причем для получения регенерированных сигналов в виде солитонов длину участка резонансной поглощающей средывыбирают в соответствии с формулой, 2 2 8(0) где- показатель преломления резонансно-поглощающей среды,- постоянная Планка, - дипольный момент квантового перехода, - несущая частота оптического солитонного импульса, совпадающая с резонансной частотой дипольного перехода,(0) - обратная ширина линии поглощения,2- концентрация резонансных примесей. Для эффективного решения поставленной технической задачи в резонансно поглощающей среде оптические солитонные импульсы синхропоследовательностизадерживают по отношению к оптическим солитонным импульсам усиленной информационной последовательностина интервал времени , величина которого не превышает время релаксации резонансно поглощающей среды. Увеличение быстродействия в предлагаемом способе достигается за счет существенного, на несколько порядков, сокращения оптического пути, необходимого для реализации процесса регенерации солитонов,причем длина участка резонансной поглощающей среды , в которой происходит регенерация, может быть сокращена до единиц сантиметров. Сущность способа заключается в том, что формируют синхропоследовательности оптических солитонных импульсов , усиливают входную информационную последовательность оптических солитонных импульсов , объединяют синхропоследовательностии усиленную информационную последовательностьв резонансно поглощающей среде, а параметры одиночных оптических солитонных импульсов из последовательностейивыбирают такими, чтобы только их суммарная энергия превышала пороговый уровень энергии просветления резонансной поглощающей среды, причем для получения регенерированных сигналов в виде солитонов длину участка резонансной поглощающей средывыбирают в соответствии с формулой, 2 2 8(0) где- показатель преломления резонансно-поглощающей среды,- постоянная Планка,- дипольный момент квантового перехода, - несущая частота оптического солитонного импульса, совпадающая с резонансной частотой дипольного перехода,(0) - обратная ширина линии поглощения, - концентрация резонансных примесей. В этом случае, при временном джиттере информационной последовательности оптических солитонных импульсов , не превышающем времени релаксации резонансно поглощающей среды, а также отставании оптических солитонных импульсов синхропоследовательностиот информационных, просветление резонансно поглощающей среды происходит в момент прихода оптического солитонного импульса из синхропоследовательностии регенерированный солитон восстанавливает свое временное положение. В случае отсутствия текущего информационного оптического солитонного импульса из последовательностисоответствующий оптический солитонный импульс синхропоследовательности не просветляет резонансно поглощающую среду, а его энергия рассеивается в указанной среде до прихода следующегоимпульса из синхропоследовательности . Сущность изобретения поясняется на фиг., на которой приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где 1 - генератор синхропоследовательности оптических солитонных импульсов, 2 волоконно-оптический объединитель, 3 - оптический усилитель, 4 - волокно с резонансно поглощающей средой, 5 - волоконный вход накачки, 6 - выход устройства. В конкретном исполнении генератор синхропоследовательности оптических солитонных импульсов 1 волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод, как например в 4, волоконно-оптический объединитель 2 - два оптических волокна, имеющих оптический контакт как в 5, оптический усилитель 3 - эрбиевый волоконный усилитель в стандартном исполнении, например 6. Волокно с резонансно поглощающей средой 4 - эрбиевый усилитель, в котором длина активного участка, легированного ионами эрбия, выбирается в соответствии с выражением (1) и для типичного эрбиевого усилителя с 1000 составляет 4,5 см волоконный вход накачки 5 - в описываемом варианте исполнения - вход накачки эрбиевого усилителя,представляющего конкретное исполнение волокна 4 с резонанснопоглощающей средой. Работает устройство следующим образом полученный в генераторе синхропоследовательности оптических солитонных импульсов 1 оптический сигналприходит на вход волоконно-оптического объединителя 2 одновременно или с задержкой на интервал временипо отношению к информационному оптических солитонному импульсу , поступившему на информационный вход волоконно-оптического объединителя 2 через оптический усилитель 3. Интервал времениопределяется величиной джиттера в используемой системе обработки информации. При , меньшем времени релаксации используемой резонансно поглощающей среды, т.е. при 0,1 пс для эрбиевого волокна при нормальной температуре окружающей среды, резонансно поглощающая среда волокна 4 просветляется при достижении входной энергии порогового уровня. Этот пороговый уровень достигается при появлении оптического солитонного импульсасинхропоследовательности при условии, что энергия оптического солитонного импульсаинформационной последовательности обеспечивает предварительную накачку резонанснопоглощающей среды. В результате просветления в резонансно поглощающей 3 4752 1 среде формируется выходной оптический солитон. Восстановивший свое временное положение, энергетические характеристики и форму солитон информационной последовательности поступает на выход 6 устройства. Длина активного участка волокна с резонансно поглощающей средой 4 выбирается в соответствии с выражением (1), что обеспечивает такой режим работы. При отсутствии оптического солитонного импульсав информационной последовательностиоптический солитонный импульссинхропоследовательности только предварительно накачивает резонансно поглощающую среду в волокне 4, не просветляя ее из-за недостатка энергии. Поскольку тактовая частота следования солитонов в последовательности больше времени релаксации резонансно поглощающей среды, до прихода следующего информационного оптического солитонного импульса , запасенная в среде энергия рассеивается за счет релаксационных процессов, и выходной оптический солитон не формируется. Для согласования энергетических характеристик солитонов,получающихся на выходе волокна, с резонансно поглощающей средой 4, и солитонов, распространяющихся далее в пассивном волокне, расположенном после выхода устройства 6, на волоконный вход накачки 5 все время подается излучение с уровнем мощности, реализующим указанное выше согласование,как в 7, при этом коэффициент усиления активной поглощающей среды существенно меньше 1. Источники информации 1. Щербаков А.С., Андреева Е.И., Тарасов И.С., Королева Ю.В. Особенности распространения последовательностей пикосекундных солитонов в одномодовом волокне // Известия Академии наук. Сер. физическая, 1995. Т. 59. -12. - С. 108-113. 2.Т.,,,.,-// . ., 1994. . 30. -12. - Р. 990-991. 3.М.,М. -// . .,1992. . 28. -14. - Р. 1350-1352. 4.,.,---/// . ., 1998. - . 23. -2. - Р. 123-125. 5. Булышев А.Г., Кузнецов А.К., Охотников О.Г., Царев В.А. // Волоконная оптика. Труды ИОФАН. Т. 23/ Под ред. Е.М. Дианова. - М. Наука, 1990. - С. 159. 6.,,// .. 1991. . . -1. - Р. 45-52. 7. Маймистов А.И., Башаров А.М. Самоиндуцированная прозрачность в волоконном световоде, содержащем резонансные примеси // Известия Академии наук, сер. физическая, 1998. - Т. 62. -2. - С. 354-361. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.