陈红霞;曹文华;徐平
【摘 要】介绍了OPC补偿散及非线性的原理以及OPC在光纤传输系统中的发展历程;然后介绍了由OPC衍生的两种新的补偿技术:频域相位共轭(SPC)技术和中间非线性时间反转(MNTI)技术,最后对OPC在未来光纤通信系统中的应用进行了展望. 【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2010(034)006
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】光学相位共轭;散补偿;非线性效应;光纤传输系统
【作 者】陈红霞;曹文华;徐平
【作者单位】五邑大学信息科学研究所,广东,江门,529020;深圳大学电子科学与技术学院,广东,深圳,518060;深圳大学电子科学与技术学院,广东,深圳,518060
【正文语种】张叶帆中 文
【中图分类】商标法实施细则TN929.11
0 引言沈阳1949
在高速长距离光纤通信系统中，散和非线性效应是限制通信系统容量的两大主要因素。散导致脉冲展宽和波形畸变，非线性效应导致脉冲频谱的变化以及信道间的串扰等，它们都会使信号产生失真，并导致系统误码率的增大。因此在通信系统中需要对散和非线性效应加以适当的控制和补偿。1979年，Yariv等人[1]首次提出光学相位共轭（OPC）用于补偿光纤散，之后的研究表明OPC还可用于减小非线性效应。因此，OPC技术能同时补偿光纤的散和非线性效应，成为现代光纤传输系统中研究较多的技术之一。
图1 FWM实现OPC补偿示意图
1 基于OPC的散及非线性补偿原理
图1是基于四波混频（FWM）的OPC的补偿示意图[2,3]。实现FWM可由两束泵浦光及一束
信号光在非线性介质中混合，产生的闲频波即为相位共轭波。图中，光纤总长为L，输入信号Ein经过长为Lp的标准单模光纤(SSMF)后进入相位共轭器，相位共轭器由图中的虚框组成。进入相位共轭器前信号为E1，经过第1个掺铒光纤放大器（EDFA）和滤波器1后与由半导体激光器（LD）输出的泵浦波在耦合器中耦合，耦合光在散位移光纤（DSF）中实现FWM，泵浦波频率fp与信号波频率fs相差较小，产生频率为fpc=2fp-fs的相位共轭波。DSF的输出波通过第2个EDFA及滤波器2后，只剩下相位共轭波E2，E2经过长为L-Lp的标准单模光纤后，输出波Eout进入接收机。前端EDFA主要用于信号的放大，后端EDFA用于补偿由于相位共扼过程中引起的脉冲能量损耗。相位共轭器插入的位置由β2(fs)Lp=β2(fpc)(L-Lp)决定，一般在链路的中点。
2 OPC在光纤传输系统中的发展历程
表1综述了OPC在光纤传输系统实验的发展历史。1993年首次将OPC用于光纤传输实验，该实验是在DSF上实现FWM来产生OPC波，速率为2.5Gb/s[4]的信号在SSMF中传输距离超过了400km。1995年，Watanabe等人[5]演示了利用光时分复用技术，单信道上速率为20Gb/s的信号在DSF中传输距离超过3000km。DSF的优点是不受放大自发辐射引起的光
信噪比变化限制，也不需要精确的高温控制，但是，FWM在DSF中转换效率低，这会使得最终输出的相位共轭波的光信噪比下降。除此之外，当输入脉冲较窄时，需要很长的DSF才能实现FWM，这样将导致还未实现OPC波之前，信号已经严重失真了，因此DSF不是理想的实现OPC波的介质。1997年起用半导体光放大器（SOA）实现FWM，速率为40Gb/s的信号传输距离超过406km[6]。用SOA实现FWM的优点是信号功率得到放大，且FWM在SOA中转换效率高。但是，SOA的相位共轭过程受三阶非线性极化率影响，放大的自发辐射在SOA中也产生本征噪声。
表1 利用OPC进行的传输实验信道数/信道间距光纤类型OPC-介质参考文献速率(Gb/s)SSMFDSF1993[4]1 DSFDSF1995[5]1 SSMFSOA1997[6]5/200GHzSSMFHNLF2003[7]5/100GHzSSMFPPLN2003[8]7/25GHzSSMFPPLN2004[9]44/50GHzSSMF+DCFPPLN2006[10]1 TWRSF+DCFPPLN2007[11]1 SSMFHNLF2009[12]1 SSMFSOA2009[13]1 SSMFPPLN2009[14]1距离（km）2.5400 203000 40406 10320 10990 10800 21.410000 1603000 32.1160 107108 421600
2003年开始研究OPC在多信道波分复用（WDM）系统中的应用[7]，该实验是在高非线性
光纤（HNLF）中实现OPC波，信道间隔为200GHz，5信道上速率为10Gb/s的信号，在SSMF中传输距离超过320km。同年，R.Huang等人[8]在周期性极化铌酸锂（PPLN）波导中实现OPC波，将信道间距减小至100GHz，同速率信号传输距离超过990km。PPLN的优点是不受信号速率和调制形式的影响，转换效率高，基本无噪声加载到相位共轭波上，又有一个很宽的带宽让信号进行转换。虽然PPLN需要高温工作、受光电效应影响，但这些缺点可通过改变波导中的介质来消除。因此，目前在光纤传输中的实验基本上都是在PPLN波导中实现OPC波。2004年报道了将信道间距减小至25GHz的传输实验，该实验克服了交叉相位调制（XPM）的影响，7信道10Gb/s信号在SSMF上传输距离超过800km[9]。前面实验的传输介质基本都是SSMF，2006年Jansen S L等人做了信号在SSMF与散补偿光纤（DCF）链路中传输实验[10]，间隔为50GHz的44个信道，（单信道速率为21.4Gb/s）信号传输距离超过10000km。2007年，Li Jianqiang等人做了利用低三阶散光纤(TWRSF)与DCF结合使用的传输实验[11]，速率高达160Gb/s的信号传输距离超过3000km。近一年来，有研究用HNLF[12]、SOA[13]和PPLN波导[14]实现OPC波的光纤传输实验，传输距离分别为160km、108km和1600km。
3 基于SPC的散及非线性补偿技术
zmma
SPC是在光纤传输距离的中点对脉冲进行时域相位共轭同时进行时间反转。SPC能同时补偿速度散（GVD）、三阶散（TOD）、自相位调制（SPM）和自陡（SS），但不能补偿脉冲内拉曼散射（IRS）。当多脉冲入射时，SPC还能补偿多脉冲引起的XPM[15]。所以当OPC与SPC在光纤中结合进行补偿时，可以同时消除GVD、TOD、SPM、SS、IRS和XPM导致的脉冲失真。
商丘邹丽
图2是实现SPC补偿散和非线性的示意图[16]。其中图2(a)用时域成像系统的空间模拟来实现SPC，φ1″和φ2″是光纤的时延参量，它们分别与时间透镜1和时间透镜2的焦距f1和f2相等。时间透镜1利用简并FWM实现信号从时域变到频域，且产生相位共轭；时间透镜2利用非简并FWM实现信号从频域变回时域，但不实现相位共轭。时间透镜1和时间透镜2结合实现了SPC。Ein(ι)是输入时间透镜1前的信号，Eout(ι)是时间透镜2的输出信号。
图2 实现SPC补偿散和非线性的示意图
由图2（a）中的Eout(ι)与Ein(ι)可看出，Eout(ι)不仅是Ein(ι)的时域共轭，而且其波形和相位都时间反转了。图2(b)则是时域成像系统的实物图，图2中对应的时间透镜由虚框标出。输入信号E(ι)经过长为L的光纤链路后变为Ein(ι)，进入时间透镜1，通过时延参量为φ1″的
光纤和EDFA后与泵浦波在波分复用器1（WDM1）结合，经过EDFA后进入硅波导1，实现简并FWM，使信号从时域变到频域并实现相位共轭：即Ein(ι)→E(ω)→E*(ω)。为了消除实现共轭波时的残余啁啾影响，频域共轭信号E*(ω)经过的光纤时延参量应为-φ1″，之后信号经过EDFA放大，进入时间透镜2。为保证时间的反转，时间透镜2与时间透镜1中的光纤的时延参量φ2″和φ1″符号应相反：即φ2″/φ1″=-1。信号经过时延参量为φ2″的光纤后与经过EDFA放大的探测波在WDM2中结合，再与强度调制（IM）好的连续（CW）激光器输出的泵浦波同时进入硅波导2中，这次信号只是从频域变回时域，即E*(ω)→E*in(-ι)，并不实现相位共轭，这是因为进入硅波导2中的不是单一的泵浦波，此处实现的是非简并FWM。硅波导2中的输出波经过带通滤波器（BPF）后只剩下E*in(-ι)，E*in(-ι)经过EDFA放大，再经时延参量为φ2″的光纤后输出Eout(ι)。Eout(ι)到达循环器，循环器的作用是使Ein(ι)和Eout(ι)经历相同的光纤，之后Eout(ι)经过长为L的光纤链路后输出。这样输出的波形和输入的波形基本保持一致。
4 基于MNTI的散及非线性补偿技术
OPC和SPC只有在系统的功率相对于相位共轭器是对称的情况下（光纤前半程与后半程的
功率基本相同），才能很好地补偿散和非线性效应。由于光纤的损耗和周期性EDFA的放大作用，使得相对相位共轭器来说系统功率很难做到对称，解决这个问题的一种方法是采用MNTI技术，它属于OPC的又一衍生技术，于2005年被首次提出[17]。MNTI的思想是：脉冲经过非线性区域导致的非线性效应强弱与光纤的累积GVD有关，产生累积的非线性效应。为了消除这样的累积非线性效应，必须对脉冲进行非线性补偿，这可以通过改变GVD的符号来实现。而改变累积GVD的符号可以看作是“时间的反演”，因此称其为MNTI。MNTI由OPC与散补偿模块（DCM）实现，其补偿原理与前面的OPC基本一致。不同的是在OPC模块中的放大器位置处加了DCM，即进行相位共轭前脉冲在前半程光纤中的GVD得到了补偿。DCM的作用是补偿脉冲在非线性区域传输时的累积GVD，这样就减小了累积非线性对脉冲的影响。
5 结束语
目前的散补偿技术多是使用一捆捆的DCF,DCF是一段具有和待补偿光纤相反散系数的光纤,与待补偿光纤混用可抵消散引起的时延差。但由于DCF技术成本较高,而且由于DCF的介入,带来了一定的附加损耗,必须用EDFA补偿，因此补偿效率较低，且DCF不能对
普鲁士蓝脉冲的非线性进行补偿，难以满足光纤通信系统向高速率、大容量、长距离的方向发展。从前面的讨论可知：OPC能同时补偿GVD、SPM和IRS；SPC能同时补偿所有阶散、SPM、SS和XPM；MNTI不受功率不对称的限制，在高非对称功率情况下优势较突出。因此光纤传输系统中基于OPC的散和非线性补偿技术具有很大的优势。但是设备比较复杂,而且对中间混频所用的激光器的频率单一性要求较高；另外,中间相位共轭器需要较准确地设置在总散值一半的地方,还要控制偏振波动,以免影响相位共轭波的时间反演特性。因此基于OPC技术的散和非线性补偿仍处于实验阶段，今后研究的重点方向将是克服这些缺点，把OPC用于实际的光纤通信系统中。它代表着未来高效非线性散补偿的发展方向,具有广阔的发展空间和应用前景。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议