高速光通信中的全光数字信号处理技术

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1、高速光通信中的全光数字信号处理技术【摘要】全光信号处理技术是将某个光信号通过另外的光信号对其的振幅、相位等信息进行变动和控制。全光信号处理需要包括很多个环节,如放大、缓存、信号再生等等。将全光信号处理技术有效应用到通信网络上，可以促进网络传输速率、宽带利用率的提高。所以在以后的光通信?W络发展中，全光信号处理技术的作用和意义是非常重要的，必须予以重视。【关键词】高速光通信全光数字信号处理光子神经元一、全光逻辑与全光波长变换1、全光逻辑。当下使用率比较高的逻辑门技术有两种，第一种，逻辑运算是通过SOA自身的非线

2、性效应来进行的，比如交叉相位调制(XPM)和四波混频效应(FWM)等；第二种的逻辑预算则是配冇光纤结构或波导结构的干涉仪来完成的，如Sagnac干涉仪、超高速非线性干涉仪等。2、全光波长变换。全光波长变换技术能够顺利实现两个波长光信息之间的传递，完成对信息的切换，将波长再次利用起来，促进其利用率的提高，更好的为全光通信网络的建设做出贡献。SOA元件在集成性、使用性等方面的优势非常大，如输入功率小、集成性高等特点，所以它可以更好的适用于全光波长变换器件的构建。二、全光缓存技术1、基于光纤延迟线的全光缓存技术。F

3、DL型全光缓存器有两种结构形式的光线结构：第一种是由长度不等的光线延迟线构成的，当数据包通过延迟线时，会通过线的长短而实现延时缓冲作用；第二种结构是环形的光纤单元，通过对光开关进行有效的调控来实现数据包的延时通过。虽然前一种光缓存器的操作以及结构都非常简单，但是延迟单元仅能够为光数据包进行一次处理，需耍更多的光纤延迟线才能实现数据包的多次通过，集成性非常差；而第二种形式的的光缓存器就可以有效解决这一问题，它的集成性非常好，并且可以使光信号在缓存单元内重复通过，它是以后FDL型全光缓存器的主要研究方向。2、慢光

4、型全光缓存技术。即便当下的慢光型缓存技术还不够成熟，经常会出现缓存要求不达标、信号失真等情况，然而慢光缓存却具有可调分辨率高、实用性强以及延时时间便于调控等优点，所以它对于全光缓存技术的研究还是具有很大的贡献。根据作用原理的不同可以将慢光型缓存技术分为以下几种：第一种利用的是受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）现象；第二种利用是电磁诱导透明（EIT）的原理；第三种利用的是具有特殊结构的介质；第四种利用的是相干布居振荡的原理。3、滤波法实现PRBS和单脉冲信号的可调延时。以往所用的相干布居振荡会限制

5、入射信号的工作带宽，但是如果使用上转型相干布居振荡就可以有效解决这一问题，以确保高频正弦信号慢光的实现。然而这种方法也是有缺陷的，它产生的慢光需要新的调制频率与其对应，而且其需要更为先进和精确的设备，比如高带宽矢量网络分析仪，它可以用于对输入频率的管控和对固频信号的检测。综合考虑各种条件的影响，选择釆用优化后的光滤波法，该方法的实用性非常强，可以帮助改进以往布居振荡极限的SOA中高调制速率伪随机PRBS的快慢光。三、光子计算1、光子神经元。人之所以具备学习、思考和运动等能力，那是因为人的大脑中具有神经网络，而

6、神经元则是神经网络中最重要的组成部分。神经元是由树突、细胞体、轴突等结构组成的，它是构成神经网络的基础，它的功能有延迟、时空整合、阈值处理等等(图1)o现阶段将光学上用来模拟神经元功能的方法有两种，即分立器件模拟和激光器模拟，前者利用分立器件来代替神经元，后者利用激光器来代替神经元。2、学习机制。学习是神经网络实现强大计算能力的基础，学习实际上就是对神经元Z间权重的调整过程。STDP(spike-timing-dependentplasticity)是目前脉冲神经元使用较为普遍的学习机制。STDP学习函数如图

7、2(a)所示，tpre为突触前脉冲激发时间，tpost为突触后脉冲激发时间。当tpre

8、术研究[D].北京：北京交通大学物理系，2010：5-6.北京[1]冯震.基于光缓存器的全光时分交换技术研究[D].北京:交通大学物理系，2013：35-40.