마미셰프 2R 재생기

Mamyshev 2R regenerator

Mamyshev 2R 재생기는 광통신에 사용되는 전체 광학 재생기입니다.1998년, 파벨 5세.벨 연구소의 마미셰프(Mamyshev)는 단일 채널 광학 펄스 재형성 및 [1][2]재증폭을 위한 자기 위상 변조(SPM) 사용을 제안하고 특허를 취득했다.보다 최근의 어플리케이션에서는 초단계의 고피크 전력 펄스 발생 분야를 대상으로 하고 있습니다.

2R 재생기 설계

기존 Mamyshev 재생기의 개략도가 위에 나와 있습니다.High-Power Erbium 도프 파이버 앰프(HP-EDFA)는 입력 신호를 '1' 기호의 피크 전력 등화에 필요한 전력(Pm)으로 증가시킵니다.이 증폭기 뒤에 광학 밴드 패스 필터(그림에는 표시되지 않음)가 있으면 대역 외 증폭된 자연 방출을 [3]제거할 수 있습니다.

자기상변조에 의한 스펙트럼 확대는 길이(\ L의 단모드 광섬유에서 발생하며, 이 광섬유의 색분산은 정상이며 값은 D이다.는 { 이고 은α { \alpha이며, 비제로 분산시프트섬유,[1] 고비선형실리카섬유(HNLF), 미세구조실리카섬유,[4] 칼코게니드섬유[5], 텔루라이트섬유 [6]등 여러 종류의 섬유시험에 성공하였습니다.

파이버 출력에서는 FWHM 스펙트럼 { f출력에서의 펄스 폭이 시스템 입력시의 펄스 폭과 동일하도록 정의됨)의 광밴드 패스 필터(OBPF)를 입력 파장에 대해 {만큼 스펙트럼 오프셋한다. ( \ \ { 0 } )확대 스펙트럼을 분할하여 펄스 리셰이퍼 역할을 합니다.

Experimental setup used for the Mamyshev regenerator

이는 장치 구성이며, 재생 정확도를 높이기 위해 반복될 수 있습니다.

비선형 섬유를 고비선형 카르코게나이드 도파관에 의해 유리하게 치환할 수 있다는 것이 입증되었으며, 따라서 모든 통합형 포토닉 [7]칩 재생의 길을 열었다.

조작과 설계의 원리

그림 1: (하부 패널) 입력 및 (상부 패널) 출력/재생 펄스
그림 2:Mamyshev 2R 재생기의 입력 출력 전력과 관련된 전송 함수.

Mamyshev 재생기는 초고데이터 비트레이트로 제로 복귀 신호를 처리할 수 있습니다.실제로 비선형 Ker 효과의 준순간 응답 덕분에 이 재생기는 일부 포화 흡수기의 유한한 회복 시간을 겪지 않는다.

Mamyshev 재생기의 관심은 정보의 'one'과 'zeros' 비트를 동시에 재생하는 능력에 있습니다.

재생기의 펄스 진화에 영향을 미치는 주요 효과는 초기 광 펄스의 강도에 비례하여 스펙트럼을 넓히는 자기 위상 변조이다.출력 주파수 오프셋 OBPF와 조합하면 효율적인 초고속 임계값입니다.구체적으로는 저강도 펄스나 노이즈가 크게 확대되지 않고 오프센터 BPF를 벗어나기 때문에 데이터 스트림 내의 노이즈0의 출력이 제로 플로어로 감소한다.반대로 1의 데이터 펄스는 SPM에 의해 스펙트럼이 넓어질 정도로 강도가 높고 스펙트럼의 상당 부분이 OBPF 패스밴드에 들어가 출력 1의 펄스가 발생한다.

재생기의 신중한 설계와 필터 파라미터(스펙트럼 오프셋 및 대역폭)/섬유 파라미터(길이, 분산 및 비선형 값)[8][9]의 적절한 조합을 위해 진폭 변동을 줄여 펄스 스트림의 전력 균등화를 가져올 수도 있습니다.

2R 재생기의 모델링 결과는 기사와 함께 제시되어 있다.그림 1에서 상단 패널은 Mamyshev 2R 재생기의 입력(하부 패널)에서 재생된 펄스를 보여줍니다.노이즈 1의 펄스는 출력에서 동일한 전력 레벨로 상승되는 반면, 0의 펄스는 노이즈 바닥까지 감소합니다.

Mamyshev 재생기의 중요한 특성은 출력 피크 전력을 입력 피크 전력에 연결하는 전송 기능입니다.효율적인 작동과 전력 균등화를 위해 이 전송 함수는 1의 전력 [9]레벨에서 현저한 고원을 나타내야 합니다.전송 함수의 예를 그림 2에 나타냅니다.

중심 파장에 대한 확대, 필터링 및 재생의 스펙트럼 연산은 그림 3과 같다.

이 비선형 재생기의 설계에서는 출력 [9][10]시퀀스에서 패턴닝 효과로 이어지는 펄스 대 펄스 상호 작용뿐만 아니라 유해한 Brilouin 후방[10] 산란의 결과를 피하기 위해 주의를 기울여야 한다.

그림 3: 스펙트럼 영역의 2R 재생기 개략 연산자.상단 그림은 입력 시 원래 펄스 스펙트럼을 나타내고, 중간 그림은 SPM에 의해 확장된 펄스를 나타내며, 필터 디튜닝 및 필터링 영역을 나타냅니다. 하단 그림은 필터링된 스펙트럼을 나타냅니다.통신 파장 1550 nm를 중심으로 한 나노미터 단위의 파장 수평 스케일

Mamyshev 재생기 - 변형

스펙트럼 필터링 프로세스에 의해 재생된 펄스는 본래의 주파수에서 본질적으로 시프트된다.이는 재생과 동시에 파장 변환이 이루어지기 때문에 채널 전환을 [11]고려할 수 있는 경우에 유리할 수 있습니다.다만, 초기 파장의 출력 신호를 회복하고 싶은 경우는, 원래의 채널 중심 주파수에 배치한 BPF 중심 주파수로 다른 재생을 실시하는 옵션을 사용하면, 이 문제를 극복할 수 있다.이것은 비선형 [12]파이버 내의 쌍방향 전파를 사용하여 단일 파이버로 실행할 수 있습니다.

멀티채널 2R 재생성

표준 구성의 Mamyshev 재생기는 인접 채널의 XPM(크로스 위상 변조) 효과를 방지하기 위해 단일 파장 작동으로 제한됩니다.운영 지역을 다채널 체제로 확장하기 위한 몇 가지 계획이 제안되었다.

HLNF와 그 XPM을 사용한 4파 혼합(FWM) 보상에 관한 연구에서 Michael Vasilyev와 동료들은 10Gbit/[14]s 시스템에서 최대 12채널 광 재생을 [13]제안하고 시연했습니다.

다른 작업에서는 역전파 방식을 이용하여 이중 파장 재생을 [15]시연했다.편파 멀티플렉싱 [16]덕분에 처리할 수 있는 채널 수가 최대 4개까지 늘어났다.

Mamyshev 장치를 기반으로 한 효율적인 전체 광학 재생은 10 Gbit/s, 40 Gbit/s 및 최대 160 Gbit/[11]s의 다양한 반복 속도로 입증되었습니다.

Mamyshev 재생기는 낮은 수율을 겪을 수 있다. 확장된 스펙트럼의 스펙트럼 필터링은 높은 고유 에너지 손실을 유발한다.이러한 손실을 보상하기 위해 분산 라만 증폭을 [17]수반할 수 있다.

3R 재생

2R 재생은 추가 재생 단계와 결합하여 3R [11][18]재생을 제공할 수 있습니다.

Mamyshev 기술은 OCDMA 전송에도[19] 사용되었으며 광학 성능 [20]모니터링 프레임워크에서 Mamyshev 설정을 사용하는 것이 제안되었습니다.또한 Mamyshev 재생기의 재형성 기능은 편광 상태와 저하된 [21]펄스 스트림의 강도 프로파일을 동시에 재생시킬 수 있는 편광 흡인 프로세스와 결합되었습니다.

고피크 전력 초단파 펄스 발생

마미셰프 재생기의 잠재적 응용 분야는 광통신 분야에만 국한되지 않습니다.이 기술은 초단파 및 고피크 전력 펄스 발생 분야에서도 유용한 것으로 밝혀졌다.실제로 Mamyshev 재생기의 배경 개선 및 재형성 기능은 게인 스위치드 레이저의 사용에 대한 새로운 관점을 열어주었으며, 이른바 Mamyshev [22]발진기에서 메가 와트 수준을 초과하는 피크 출력을 가진 서브피코초 펄스를 발생시킬 수 있었습니다.다른 예는 Argon 충전 중공 [23]코어 파이버에서 mJ 펨토초 펄스의 몇 배 크기로 콘트라스트 향상을 실현했습니다.

Mamyshev 재생기 연결 및 광섬유 기반 발진기 사용

Mamyshev 재생기 쌍의 연계는 수치적으로 연구되었으며, 잘 정의된 구조가 발진기 [24][25]아키텍처에서 자발적으로 나타날 수 있다는 것을 보여주었고, 이는 실험적으로 확인되었다.[26]초단파 고피크 전력 파이버 레이저의 개발에 초점을 맞춘 추가 조사 및 기타 캐비티 설계가 [29][30]검토되었습니다.2017년에는 MW 수준을 훨씬 웃도는 기록적인 피크 전력에 도달했다.

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