2021.10科学技术创新多种散补偿方案下基于相位共轭的非线性补偿研究 申静任重月*
（沈阳工业大学信息科学与工程学院，
pubmed数据库
辽宁沈阳110870）1概述
在高速的光纤通信系统中，光纤的散及非线性一直是影响通信系统朝着大容量和长距离传输的主要限制因素。因此，迫切需要补偿传输系统中的散和非线性效应。1979年A. Yariv 首次提出了利用光学相位共轭（OPC ）补偿光纤中的散
金瓶梅第一部[1]，在之后的研究中人们发现光学相位共轭[2]不仅可以补偿光纤中的散[3-5]还对非线性效应有抑制作用。
实现光学相位共轭的方式很多，主要是利用不同非线性介
质来实现。文中研究利用高非线性光纤（HNLF ）中的四波混频效
应实现光学相位共轭的方法，针对多种散补偿方案，包括前置补偿、后置补偿与对称补偿方案。利用o
ptisystem 搭建整体链路进行实验仿真，比较不同散补偿方案对相位共轭器非线性补偿效果的影响。
2光学相位共轭(OPC)理论
相位共轭技术就是信号在链路中传输一段距离后，通过非线性介质得到信号光的共轭光，此共轭光为原信号光复振幅的
共轭，共轭光继续在链路的后半段传输，
可以补偿前半段的非线性损伤。
光学相位共轭技术在通信中的高阶散和非线性补偿的补
偿原理可以采用非线性薛定谔方程（NLSE ）来分析：
（1）其中，为包络振幅，z 为传输距离，
为衰减系数，为速度参量，为非线性系数。
利用OPC 得到信号的复共轭后，传输方程表示为：
（2）其中，为包络振幅的共轭，产生的共轭光携带着与
信号光相同的信息，并且在时间上完全反演，
可以补偿入射光在前半链路中的损伤。
图1（a ）为传输线路示意图，
入射光信号E1在前一段光纤L1中传输，经过OPC 频谱反转后得到与入射光振幅复共轭的
共轭光E1*，共轭光继续在后半段的光纤中传输，
继而补偿入射光在前半段光纤中产生的散及非线性损伤。图1（b ）为OPC
读者来信
结构框图，信号光与泵浦光经耦合器耦合后一同进入HNLF ，在
HNLF 中由于四波混频效应产生新的光波，
称为共轭光，经过放大器后，滤波器将共轭光滤出。
（a ）传输线路示意图
（b ）OPC 结构框图
图1光学相位共轭原理框图
3结合散补偿的OPC 非线性补偿技术
OPC 技术中光功率必须沿传输线对称分布，GVD 和非线性效应也应对称分布，对散和非线性效应才有良好的补偿作用。但因为在高传输功率下周期性EDFA 的放大作用和光纤产生的损耗，系统功率相对相位共轭器很难做到对称。为了解决这一问题，可以在OPC 非线性补偿中结合散补偿。根据光学相位共道教法术
轭的基本原理，在传输链路的后半部分，
不给力英文
可以抑制和补偿前半段传输过程中偶数阶散产生的影响。
但是三阶散的累积会导致脉冲峰值的前移和频率漂移，
从而影响传输信号。在相位共轭系统中引入散补偿后，改善了信号光脉冲的传输效果。结合散补偿的OPC 非线性补偿技术，有三种方案可以实现，分别为前补偿+OPC 、后补偿+OPC 与对称补偿+OPC 。系统中每一段光纤后级联一个EDFA 来弥补功率损耗，整个系统中点放置一个光相位共轭器件(OPC)。传输信号经过前一半N 段光纤的传输，产生了散以及非线性失真，经过OPC 之后得到一个频率反转的共轭信号，再经过相同距离的光纤传输，最终到达接收端。
4系统仿真及结果分析
本文采用光学软件optisystem 对单信道传输系统进行实验仿真，传输速率为40Gbit/s ，系统信号的调制格式均为NRZ 。发射端由分布反馈式激光器和马赫曾德尔调制器产生波长为C
波段的1549nm 的NRZ 信号，信号经过50km 的SMF 传输后，
经摘要：为了改善高速率下利用高非线性光纤中的四波混频效应构造光学相位共轭器来实现传输光纤中的非线性补偿效果，
提出在传统的相位共轭器中引入散补偿技术，比较三种散补偿方案对相位共轭器非线性补偿效果的影响。利用光学软件Optisystem 搭建40Gbit/s 传输系统针对不同传输距离下三种散补偿方案下OPC 非线性补偿效果进行仿真，仿真结果显示采用对称散补偿的OPC 非线性补偿方法有效的提高了传输系统的性能。
关键词：光学相位共轭；四波混频；
散补偿；非线性补偿中图分类号:TN913.7文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)10-0093-02232
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作者简介：申静（1984-），男，博士，现任沈阳工业大学讲师，硕士生导师，主要从事光纤通信中全光信号处理、
全光波长转换等方面的研究。
通讯作者：任重月（1996-），女，硕士，主要从事光纤通信方面的研究。
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科学技术创新2021.10
过功率放大器将传输信号进行放大，补偿在光纤传输中的损耗，进入10km的DCF中进行散补偿，这样就作为一个补偿单元。经环形器通过若干个补偿单元后进入到光学相位共轭器当中。相位共轭器如图1（b）所示，进入相位共轭器之前的信号光为E1与功率为10dbm的泵浦光在3db的耦合器中耦合，得到的耦合光进入长度为1.35km的高非线性光纤中，产生了波长为
1556.12nm的共轭光。带通滤波器只允许共轭光通过。共轭光经过与进入OPC之前相同数量的补偿单元后进入接收机。
针对不同传输链路结构进行仿真实验，得到的输出信号光波的眼图如图2所示。
（a）对称补偿+OPC
（b）后补偿+OPC
（c）前补偿+OPC
图2不同补偿链路的信号输出眼图
由图2可以看出，相同调制结构的输入信号在相同的传输距离下，由于散补偿方式的不同，输出信号光波的眼图存在差异。其中对称补偿方式下的眼图效果最佳，而前置补偿方式下的眼图效果最差。这是由于在前置补偿方案中，信号光脉冲在经过前置补偿单元后在整体上是被压缩的，经过多个补偿单元后就产生明显变形。在对称补偿方案中，信号光脉冲经过两个补偿模块后得到很好的补偿，减小了非线性效应的影响。通过眼图分析仪，可以看出采用对称补偿方案和OPC相结合链路结构眼图轮廓更加清晰，具有良好的效果，后补偿方案和OPC 相结合的链路次之，前补偿方案和OPC相结合的链路的眼图轮廓最不清晰，补偿效果最差。
结束语
首先介绍了光学相位共轭器的补偿原理，分析了三种不同的散补偿方案，前置补偿方案、后置补偿方案与对称补偿方案对OPC补偿效果的影响，并利用optisystem软件进行实验仿真。结果表明：采用对称补偿结合OPC方案补偿散及非线性效应的效果最好。
参考文献
[1]Yariv A,Fekete D,Pepper D M.Compensation for channel dispersion by nonlinear optical phase conjugation[J].Optics Letters,1979,4(2):52-54.
忧民哥
[2]Anchal A,Krishnamurthy P K,O”Duill S,et al.Compensation of nonlinearity in a fiber-optic transmission system using frequency-degeneratephase conjugation through counter-propagating dual pump FWM in a semiconductor optical amplifier[J].Journal of Optics,2018,20(4).
[3]毛昕蓉，张建华，赵谦.一种基于Optisystem的静态与动态散补偿相结合方案研究[J].应用光学,2015,36(06):888-892. [4]Bo-Ning H U,Jing W,Wei W,et al.Analysis on dispersion compensation with DCF based on Optisystem[J].IEEE,2010（2）: 40-43.
[5]Xie L N,Cao L,Zhang CH X,et al.Techniques for Kerr Nonlinearity Compensation in Fiber Communication Systems[J]. Laser&Optoelectronics
Progress,2019,56(6). 94
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