Abstract

We propose an innovative approach to implementing multiple arithmetic functions of quaternary numbers using optical nonlinearities and differential quadrature phase-shift keying (DQPSK) signals. By adopting 100Gbit/s DQPSK signals (A, B) and exploiting nondegenerate four-wave mixing (FWM) for addition/subtraction and degenerate FWM for complement and doubling in a single highly nonlinear fiber, we demonstrate 50Gbaud/s simultaneous quaternary addition (A+B), dual-directional subtraction (AB, BA), complement (A, B), and doubling (2B). Power penalties less than 4 dB (addition), 3 dB (dual-directional subtraction), 2 dB (complement), and 3.1 dB (doubling) are observed at a bit-error rate of 109.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
    [CrossRef]
  2. J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
    [CrossRef]
  3. S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
    [CrossRef]
  4. G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
    [CrossRef]
  5. S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
    [CrossRef]
  6. J. E. McGeehan, S. Kumar, and A. E. Willner, Opt. Express 15, 5543 (2007).
    [CrossRef]
  7. J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
    [CrossRef]
  8. J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
    [CrossRef]
  9. J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
    [CrossRef]
  10. J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
    [CrossRef]
  11. J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
    [CrossRef]
  12. P. J. Winzer and R.-J. Essiambre, J. Lightwave Technol. 24, 4711 (2006).
    [CrossRef]
  13. M. Daikoku, I. Morita, H. Taga, H. Tanaka, T. Kawanishi, T. Sakamoto, T. Miyazaki, and T. Fujita, J. Lightwave Technol. 25, 139 (2007).
    [CrossRef]
  14. G. W. Lu, K. S. Abedin, and T. Miyazaki, J. Lightwave Technol. 27, 409 (2009).
    [CrossRef]

2010 (1)

J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

2008 (3)

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

2007 (3)

2006 (3)

2005 (1)

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

2002 (1)

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

1999 (1)

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Abedin, K. S.

Berrettini, G.

G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
[CrossRef]

Blow, K. J.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Bogoni, A.

G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
[CrossRef]

Byun, Y. T.

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

Chen, L. R.

J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
[CrossRef]

Choi, J. W.

Cotter, D.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Daikoku, M.

Ellis, A. D.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Essiambre, R.-J.

Fejer, M. M.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Fujita, T.

Huang, D.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Jeon, Y. M.

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

Jhon, Y. M.

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

Kawanishi, T.

Kelly, A. E.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Kim, J. H.

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

Kim, S. H.

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

Kumar, S.

Lee, S.

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

Lu, G. W.

Malacarne, A.

G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
[CrossRef]

Manning, R. J.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

McGeehan, J. E.

Miyazaki, T.

Morita, I.

Nesset, D.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Phillips, I. D.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Poti, L.

G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
[CrossRef]

Poustie, A. J.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Qiu, J.

J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
[CrossRef]

Rochette, M.

J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
[CrossRef]

Rogers, D. C.

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Sakamoto, T.

Simi, A.

G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
[CrossRef]

Son, C. W.

Sun, J.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Sun, K.

J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
[CrossRef]

Sun, Q.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Taga, H.

Tanaka, H.

Wang, D.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Wang, J.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Willner, A. E.

Winzer, P. J.

Woo, D. H.

S. H. Kim, J. H. Kim, J. W. Choi, C. W. Son, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Opt. Express 14, 10693 (2006).
[CrossRef]

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

Yu, B. G.

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

Zhang, X.

J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Zhou, M.

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

Electron. Lett. (3)

S. H. Kim, J. H. Kim, B. G. Yu, Y. T. Byun, Y. M. Jeon, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, Electron. Lett. 41, 1027 (2005).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, Electron. Lett. 43, 940 (2007).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Electron. Lett. 44, 413 (2008).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (4)

J. Qiu, K. Sun, M. Rochette, and L. R. Chen, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1199 (2010).
[CrossRef]

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, D. Wang, M. Zhou, X. Zhang, D. Huang, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 211 (2008).
[CrossRef]

J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H. Woo, and S. H. Kim, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1436 (2002).
[CrossRef]

G. Berrettini, A. Simi, A. Malacarne, A. Bogoni, and L. Poti, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 917 (2006).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (3)

Opt. Commun. (1)

J. Wang, J. Sun, Q. Sun, X. Zhang, and D. Huang, Opt. Commun. 281, 788 (2008).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Science (1)

D. Cotter, R. J. Manning, K. J. Blow, A. D. Ellis, A. E. Kelly, D. Nesset, I. D. Phillips, A. J. Poustie, and D. C. Rogers, Science 286, 1523 (1999).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Concept and (b) principle of quaternary addition/subtraction/complement/doubling using a single nonlinear device and DQPSK signals.

Fig. 2.
Fig. 2.

Experimental setup for 50Gbaud/s quaternary addition/subtraction/complement/doubling. PC: polarization controller; OC: optical coupler; BPF: bandpass filter; ODL: optical delay line; EDFA: erbium-doped fiber amplifier; Rx: receiver.

Fig. 3.
Fig. 3.

Spectra for 50Gbaud/s quaternary addition/subtraction/complement/doubling (a) before and (b) after HNLF.

Fig. 4.
Fig. 4.

Demodulated waveforms and balanced eyes for 50Gbaud/s quaternary addition, dual-directional subtraction, complement, and doubling using 100Gbit/s DQPSK signals.

Fig. 5.
Fig. 5.

Bit-error rate (BER) curves for input/output signals (A, B), quaternary addition (A+B), dual-directional subtraction (AB, BA), complement (A, B), and doubling (2B).

Fig. 6.
Fig. 6.

Measured constellations for 50Gbaud/s quaternary addition, dual-directional subtraction, complement, and doubling using 100Gbit/s DQPSK signals.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Truth Table of Quarternary Addition, Dual-Directional Subtraction, Complement, and Doubling

Equations (6)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Ei1EA·EB·ECW*,Φi1=ΦA+ΦBΦCW,
Ei2EA·EB*·ECW,Φi2=ΦAΦB+ΦCW,
Ei3EA*·EB·ECW,Φi3=ΦBΦA+ΦCW,
Ei4ECW·ECW·EA*,Φi4=2ΦCWΦA,
Ei5ECW·ECW·EB*,Φi5=2ΦCWΦB,
Ei6EB·EB·ECW*,Φi6=2ΦBΦCW.

Metrics