吴国锋
（中国电子科技集团公司第34研究所 桂林541004）
摘要：目前光纤通信系统已解决了损耗、散补偿问题。在高速DWDM系统中，在面对解决动态偏振模散
（D-PMD）的同时也面临着非线性补偿难题。本文概述了近年来光纤非线性补偿的发展历程，指出了各
类非线性光纤环路镜（NOLM）在非线性补偿中的作用和光明前景。
关键词：光纤非线性补偿、非线性光纤环路镜、周期极化铌酸锂波导
1.前言
上世纪九十年代中期以来是以密集波分复用技术(DWDM)为主要技术特征的超高速率、超大容量、超长距离光纤通信发展时期。由于EDFA可以实现直接光放大，再加上DWDM应用所导致的单根光纤中多波长的光功率注入，光纤中光功率密度的迅速增高，光克尔效应所致非线性对光纤通信的影响也愈加严重，
刘彭芝而且这种非线性效应往往和散作用交织在一起，使人们不得不正视它对光纤中光脉冲传输的各种影响，以期能够正面利用这种效应抑或尽可能地消除它。
2.非线性补偿概况
1995年，英国皇家学院的K.Rottwitt等人，采用非线性光放大环路镜（NALM），将通过5km 标准单模光纤传输后的1.3ps基态孤子恢复，验证了NALM的补偿能力。 1998年，Bergano N.S.等提出采用大有效面积光纤减小光纤中的非线性效应，因为非线性系数与光纤的有效面积成反比，该方法可以有效抑制光纤中的各种非线性效应。韩国电信研究所采用10km 散位移光纤（DSF）构成的非线性光纤环路镜，利用其四波混频效应改善信噪比，采用掺饵ASE光源，调制速率2.5Gb/s的光信号通过80km DSF光纤传输，传输代价在误码率（BER）为1×10-10时为0.2dB。ASE光谱宽度可从0.92nm增加到1.62nm。在ECOC98会议上，普林斯顿大学报告了采用单光纤放大环路镜及可调谐滤波器，可分别实现8波长的信号恢复，噪声抑制达10dB。 2000年，Golovchenko E.A.等提出利用新的调制技术-啁啾归零码格式来压缩信道间的非线性相互作用。
气象局医院2001年的OFC会议，英国Bristol大学首次报道了10Gb/s数据流的非线性滤波器在散非平衡光纤环路
镜（DILM）中完成，工作频谱范围超过28nm，信号峰值对基座的消光比改善了10dB。所采用的DILM由250m的散平坦光纤（DFF）和20m的散补偿光纤（DCF）组成。
2002年，Dmitriy I.Kovsh等提出相邻信道正交偏振调制可以减小信道间的非线性相互作用。香港中文大学采用半导体光放大器（SOA）光纤环路镜，对失真波形进行了恢复，输入功率动态范围7dB，对27-1，215-1，223-1不同的伪随机序列具有波形和消光比改善。德国Erlangen大学，采用分光比可调光纤耦合器与250m保偏光纤构成的NOLM，使光信号噪声降低12dB，预计可用于160Gb/s速率光信号的再生。英国阿斯顿大学研究了在40Gb/s归零码数据散管理传输链路中在线级联NOLM的脉冲变形及幅度噪声的恢复，指出了输入脉冲参数的容限。丹麦技术大学采用由1030m SMF和1km高非线性DSF 构成的散非平衡光纤环路镜（DILM），成功的用于6×10Gb/sWDM信号传输40km SMF实现信号再生。信噪比改善16dB以上，接收机灵敏度改善3～4dB。
2004年，荷兰Eindhoven工业大学采用一个掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)波导作为中点频谱反转器，将16×40Gb/s波分复用信号在SMF上传输800km，全线分为8个放大跨距，不使用在线DCF。德国Erlangen大学，采用非对称NOLM，40Gb/s光信号的光信噪比（OSNR）提高了3.9dB。在OFC2004会议上，荷兰工业大学和德国西门子公司联合宣布，采用周期极化铌酸锂（PPLN）波导作为偏振敏
感相位共轭器，利用其交叉相位调制（XPM）效应，成功实现了波长间隔25GHz，7波长，单波长速率10Gb/s的无在线散补偿的总长800km（8个放大跨距：8×100km）的无误码传输。该实验系统避免了每个跨距必需的DCF模块，仅需一个PPLN就能完成其功能，可使整个系统的成本降低。ECOC2004会议上，香港中文大学采用基于4.4km DSF的自相位调制扩展频率滤波技术，在BER=10-9时，使10Gb/s RZ 信号的零差拍串音容限提高4dB。
2005年，I.Neokosmidis等提出了两种新方法：幅度频率混合调制和预啁啾。通过频率调制，产生的四波混频（FWM）新频率的位置发生改变，因此落入WDM信道的新频率减少。预啁啾通过使输入信号的相位改变，随机增加信道间的相位失配，降低FWM发生的概率。韩国ETRI基础研究实验室，采用周期极化铌酸锂（PPLN）波导实现中点频谱反转(MSSI)，利用1549nm波长的连续波泵浦实现了包括整个C带在内的59nm波长范围的光波长转换，仅在14dBm的低泵浦功率下就实现了10Gb/s传输波形已严重变形光信号的恢复。香港中文大学采用64m散平坦高非线性光子晶体光纤（DF-PCF）构成的散非平衡光纤环路镜（DILM），在串话高达10dB时，可得到较好的信号质量改善，其工作波长范围超过25nm(1545～1570nm)。德国Erlangen大学采用在NOLM中加入方向衰减器（DA）的DA-NOLM，研究了RZ-DPSK相位调制格式信号的再生。
2006年英国阿斯顿大学研究了基于拉曼放大非线性光环路镜(RA-NOLM)的相敏调制信号再生。证实在高速差分相移键控传输系统中，采用RA-NOLM及频谱滤波器可同时实现幅度形状再生和减少相位噪
声。
2007年，阿尔卡特采用QPSK调制格式使40Gb/s信号传输3060km，证实采用差分探测方式可改善系统的非线性容限。韩国先进科技研究所采用高非线性光纤（HNLF）和泵浦源构成的四波混频补偿器，可将四波长的信噪比提高11.5dB。在OFC2007会议上，朗讯采用延迟干涉计作为光学均衡器，实现了42.7G波特率(85.4Gb/s)的NRZ-DQPSK信号传输实验，证实系统具有高频谱效率。同次会议上，伦敦大学使42.8Gbit/s偏振复用NRZ-QPSK信号在80km光纤环中循环传输超过6400km而不用任何光学散补偿，其107424ps/nm的总散量采用数字信号处理的方式得到补偿，信噪比代价1.2dB。这是目前单波长40Gbit/s信号不采用光学散补偿的最远传输距离。也在同年的OFC会议上，德国Erlangen大学研究表明对DPSK信号，采用NALM可获得1.5dB负的功率代价。
国际教育信息化大会
2008年，南安普敦大学L.Provost等人将间隔为5nm的两个40Gb/s波分复用光信号在单根HNLF 中利用自相位调制和偏置滤波同时实现两波长信号的波形恢复，由于采用双向结构，有效的缓解了通道间串话。在OFC2008会议上，荷兰Eindhoven工业大学在接收端采用半比特延迟的短马泽延迟干涉器(S-MZDI)，使10.7Gb/s的NRZ-DPSK信号传输具有4000ps/nm的散容限。硬质合金丝锥
2009年的OFC会议上，香港中文大学和普林斯顿大学联合发表报告，采用偏振不敏感延迟非对称非线性环路镜（PID-ANOLM），该环路镜采用正交双泵浦，利用其FWM效应实现了10Gb/s和12.5Gb/s D
PSK信号的解调。在任意偏振态输入信号的情况下，其输出光功率的变化被抑制到0.35dB以下。它们的另一篇论文宣布，利用在64m高非线性散平坦光子晶体光纤中采用泵浦调制四波混频，可增加10Gb/s两个不同波长信号的消光比。在10-9BER水平，两波长接收机灵敏度分别改善3dB和2.5dB。在同次会议上，德国赫兹研究所采用107Gb/s交替偏振RZ-DQPSK调制信号经过光时分复用变为单信道1.07Tb/s光信号，成功通过480km散管理光纤传输；在接收端采用HNLF构成的NOLM和53.5GHz 重频单晶集成锁模激光器泵源组成的OTDM解复用器，恢复出107Gb/s信号。
3.结语
目前的DWDM光纤通信系统中，已解决了损耗、散补偿问题，同时也面临着非线性补偿和各类噪声抑制两大难题。目前，已经有多家研究机构正致力于开发光非线性补偿模块和关键器件。研究重点已从高速系统单波长的非线性补偿转向多波长的非线性同时补偿。在各种非线性补偿手段中，改进的NOLM（如散非平衡光环路镜（DILM）、非线性放大光环路镜（NALM）、方向衰减光环路镜（DALM）、拉曼放大非线性光环路镜(RA-NOLM)等）作为非线性光开关器件，由于其具有高速的响应
能力，许多实验和研究都已证实了NOLM极好的光非线性补偿能力，并且由于多种高非线性光纤的出现，为大幅度缩短NOLM的长度并增加NOLM性能的稳定性带来了希望。NOLM必将在未来高速光纤通信系统和网络中扮演十分重要的角。
参考文献
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Development of Nonlinear Compensation in High Speed Optical Fiber Communications
Wu guofeng
(Guilin Institute of Optical Communications, Guilin 541004)
Abstract: The present loss and dispersion compensation had been resolved. To need face to dynamic PMD and need to resolve nonlinear compensation in high speed DWDM systems. This paper introduce the development of fiber nonlinear compensation, recently. To point out role and foreground of NOLM in nonlinear compensation.
Keywords: fiber nonlinear compensation, NOLM, PPLN
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