不同信號光格式對非簡并相敏放大傳輸性.doc

精品論文不同信號光格式對非簡并相敏放大傳輸性能的影響謝文娟，余重秀5（北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信研究院，北京 100876）摘要：基于光通信模擬軟件 optisystem 7.0 ，本文成功的搭建了非簡并相位敏感放大 (nondegerate phase sensitive amplificaion) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)既能觀察到相位敏感放大(psa)，又 能觀察到相位不敏感放大(pia)。分析了相位敏感放大系統(tǒng)原理，介紹了非歸零碼（nrz）、 歸零碼(rz)以及載波抑制歸零碼(csrz)三種光強(qiáng)度調(diào)制格式，并對復(fù)用及解復(fù)用后的光信10號進(jìn)行仿真，通過分析其 osnr 和眼圖，發(fā)現(xiàn)這三種調(diào)制格式的 osnr 變化不大，而最大 q 因子卻變化很大，得出 rz 調(diào)制格式在非簡并相敏放大器中傳輸中的性能最好的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：光纖通信；非簡并相敏放大；調(diào)制格式；optisystem 7.0中圖分類號：tn29 光電子技術(shù)的應(yīng)用15the influence of different signal format on nondegerate phase sensitive amplification transmission systemxie wenjuan, yu chongxiu(institute of optical communication and optoelectronics, bupt, beijing 100876)abstract: in this paper, we successfully set up the transmission system of nondegenerate phase20sensitive amplification based on optisystem 7.0 software. we could observe the the phase sensitive amplification and the phase insensitive amplification at the same time. combing with the theory of ps-fopa, the signals which are multiplexed and demultiplexed are simulated. thenrz、rz and csrz are introduced. simulation results are obtained by analyzing the osnr andeye diagram. the variation of osnr is little while the change of the max.q factor is a lot among25the three mudulation format. the conclusion is obtained, which the performance of rz format in nondegerate phase sensitive amplification transmission system is the best.keywords: optical communication; nondegenerate phase sensitive amplification; modulationformat; optisyatem 7.0300引言40 gb/ s 光通信系統(tǒng)中,色度色散、偏振模色散1和非線性效應(yīng)對系統(tǒng)性能影響越來越嚴(yán) 重。目前高速傳輸系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)有:1) 低噪聲及寬帶寬的光放大器;2) 前向糾錯碼(fec) 技術(shù);3) 高效的信號復(fù)用及解復(fù)用技術(shù);4) 對光噪聲及光纖的非線性效應(yīng)有著更高容忍度和 更高光譜效率的碼型。其中針對 40 gb/ s 系統(tǒng)人們提出了很多碼型2,如歸零碼(rz) ,載波抑35制歸零碼(cs2rz) ,非歸零差分相移鍵控碼(nrz-dpsk) ,歸零差分相移鍵控碼(rz-dpsk) 3 ,載波抑制歸零差分相移鍵控碼(cs-rz-dpsk)等。 對系統(tǒng)性能而言，高速光通信系統(tǒng)中非線性效應(yīng)的影響越來越嚴(yán)重。目前對光噪聲及光纖的非線性效應(yīng)有著更高容忍度和更高光譜效率的碼型已經(jīng)成為高速傳輸系統(tǒng)中研究的熱 點(diǎn)。在高速光纖通信系統(tǒng)中碼型的選擇是決定系統(tǒng)傳輸質(zhì)量和光譜效率的主要因素?？梢酝?0過控制兩個馬赫-曾德爾調(diào)制器產(chǎn)生本文需要研究的歸零碼、非歸零碼和載波抑制歸零碼三 種碼型。第一個馬赫-曾德爾調(diào)制器前者用于加載數(shù)據(jù)，第二個馬赫-曾德爾調(diào)制器用產(chǎn)生歸 零碼和載波抑制歸零碼的脈沖序列。若要產(chǎn)生非歸零碼，只需要使用第一個馬赫-曾德爾調(diào)作者簡介：謝文娟，（1989-），女，研究生，主要研究方向：光纖通信技術(shù)，光纖放大器。通信聯(lián)系人：余重秀，（1946-），女，教授，主要研究方向：光纖通信技術(shù)。 e-mail: - 5 -制器。連續(xù)光經(jīng)馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm）調(diào)制，輸出的是非歸零碼光信號；當(dāng)?shù)谝粋€馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出的非歸零碼光信號被第二個馬赫-曾德爾調(diào)制器調(diào)制時，輸出的是歸零45碼信號，但是要求驅(qū)動第二個馬赫-曾德爾調(diào)制器的振幅是第一個馬赫-曾德爾調(diào)制器的一 半；要產(chǎn)生載波抑制歸零碼時，也需要用到兩個馬赫-曾德爾調(diào)制器，但是對第二個馬赫-曾 德爾調(diào)制器的輸入時鐘及偏置電壓有要求。因此，本文借助 optisystem 7.0 仿真分析比較了非歸零碼（nrz）、歸零碼（rz）和載 波抑制歸零碼（csrz）三種調(diào)制格式在系統(tǒng)中的光譜圖、眼圖等性能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)50傳輸特性的評估，對仿真研究 ps-fopa 對調(diào)制格式的影響研究具有極其深遠(yuǎn)的意義。1參量放大理論參量過程的耦合模方程，頻率為1 和 2 的兩泵浦光以及頻率為3 的信號光發(fā)生頻率 耦合，產(chǎn)生頻率為 4 = 1 + 2 3 的閑頻光。泵浦光和信號光，閑頻光沿光纖長度變化的微分方程組為4：2255a1= a+ i a+ 2( a+ a+ a2 )a+ 2ia a a e iz22(2-1)z21123412 3 422a2= a+ i a+ 2( a+ a+ a2 )a+ 2ia a a eiz2(2-2)z22213421 3 422a3= a+ i a+ 2( a+ a+ a 2 )a+ 2ia a a e iz(2-3)2z23312434 1 22a4= a+ i a+ 2( a+ a+ a 2 )a+ 2ia a a eiz(2-4)2z24412343 1 2其中 a1 ， a2 ， a3 和 a4 分別為兩泵浦光，信號光和閑頻光的振幅， 為光纖損耗，60為 光 纖 的 非 線 性 系 數(shù) ， 為 波 矢 量 適 配 常 數(shù) 。 其 中 ： = (3 ) + (4 ) (1 ) (2 )。假設(shè)泵浦光功率遠(yuǎn)大于信號光功率，且忽略泵浦光的損耗，可得到小信號近似下，信號光增益的解析表達(dá)式5。p (z ) = p (0)1 + (p + p )sh(gl ) / g 2 (2-5)3312 265g 2 = (p + p )2 (2-6)12 2 = + (p1 + p2 )總之，相位匹配的實(shí)現(xiàn)是利用非線性項(xiàng)來補(bǔ)償波矢量的適配。2optisystem 仿真結(jié)果分析(2-7)本文為采用的是三段光纖 dsf+smf+dsf 級聯(lián)的直線結(jié)構(gòu)6。非簡并相敏放大器的系統(tǒng)70框圖如圖 1 所示：圖 1 非簡并相敏放大系統(tǒng)框圖fig. 1 the scheme of non-degenerate ps-fopa system75本文的系統(tǒng)參數(shù)如下：泵浦光和信號光波長分別設(shè)為 1540nm 和 1540.5nm，功率均為10dbm, 線寬為 0.1mhz, fwm 效應(yīng)后會在 1539.5nm 和 1541nm 處生成閑頻光。光纖部分， 兩段 dsf 的長度分別是 1.02km 和 0.5km，而 smf 只有 10m 長，具體光纖參數(shù)7如表一所 示。在光解調(diào)模塊，閑頻光通過一高斯光濾波器將 1541nm 處的閑頻光濾出，然后由 pin 探 測器探測，通過一低通濾波器后到 ber 分析儀。pin 二極管的分辨率和暗電流分別是 1a/w80和 10na，并使用了四階濾波。表 1 dsf 和 smf 光纖的參數(shù)tab. 1 fiber parameters about dsf and smf光纖衰減（db/km）色散(ps/km-nm)色散斜率(ps/km-nm)有效面積（m）dsf0.2170.07570smf0.5-85-0.32285這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于 dsf1 后能夠觀察到相位不敏感現(xiàn)象，而在 dsf2 后能觀察到相位敏感現(xiàn)象。本文主要從非歸零碼（nrz）、歸零碼（rz）和載波抑制歸零碼（csrz）三種 調(diào)制格式出發(fā)，結(jié)合三段光纖級聯(lián)的相敏系統(tǒng)仿真不同調(diào)制格式對 ps-fopa 的影響8。對 fopa 閑頻光展開相關(guān)的研究有利于擴(kuò)展 fopa 在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍9，因此本文主 要考慮其對閑頻光的影響。90非歸零碼（nrz）一種二進(jìn)制信息的編碼，用兩種不同的電聯(lián)分別表示“1”和“0”，不使 用零電平。nrz 實(shí)現(xiàn)簡單，頻譜利用率高，且信號完整性好，適合于低速、短距離的光纖 傳輸。圖二是經(jīng) dsf2 傳輸和 nrz、rz 和 csrz 格式調(diào)制后的波分復(fù)用(wdm)分析儀圖， 從圖中可以看出 1541nm 處的閑頻光的 osnr 為 77.84。圖三為 nrz 調(diào)制信號光時的眼圖10， 最大的 q 因子為 23.9198。（紅線為 q 因子曲線，同理如下）95波長（nm）光信噪比(db)nrzrzcsrz15406.3079046.57226468.27252081540.5-71.714484-71.533797-69.72918154177.83939777.67292676.68938圖 2 nrz 格式調(diào)制后的波分復(fù)用(wdm)分析儀（經(jīng) 10m 長 dsf2 傳輸后)fig.2 wdm analyzer output for nrz、rz and csrz modulation (after transmission throughsmf)100105110圖 3nrz 格式調(diào)制后的眼圖fig.3 eye diagram of the nrz modulation歸零碼（rz）即是以高電平和零電平分別表示二進(jìn)制碼 1 和 0，而且在發(fā)送碼 1 時高 電平在整個碼元期間 t 只持續(xù)一段時間 ，其余時間返回零電平。在單極性歸零碼中，/t 稱 為占空比。圖四是占空比 100%的 rz 調(diào)制信號光時眼圖分析圖，閑頻光的 osnr 是 77.67, 最大的 q 因子為 34.0122。csrz 是占空比為 67%的 rz 碼，在兩個相鄰的比特位引入了 的相位差。而圖五是 csrz 調(diào)制信號光時眼圖，閑頻光的 osnr 是 76.69,最大的 q 因子為30.1318。圖 4 rz 格式調(diào)制后的眼圖fig. 4 eye diagram of the rz modulation精品論文115120125圖 5 csrz 格式調(diào)制后的眼圖fig. 5 eye diagram of the cs rz modulation3結(jié)論本文給出了 optisystem 7.0 仿真下非簡并參量放大系統(tǒng)的傳輸模型，單泵浦參量放大原 理,對于同樣速率的系統(tǒng)，這三種碼型的頻譜寬度不一樣，對應(yīng)的頻譜分布也不一樣。同一 波長中，改變了其色散分布，即改變了相位分布，便有了相位敏感與相位不敏感之分。通過 分析比較仿真結(jié)果看出，這三種調(diào)制格式的 osnr 變化不大，而最大 q 因子卻變化很大。 結(jié)果發(fā)現(xiàn) rz 碼型在非簡并相位敏感系統(tǒng)中傳輸中的性能最好。參考文獻(xiàn) (references)1301351401451 孫學(xué)明, 張慧劍, 左萌. 偏振模色散及非線性效應(yīng)對 40 gbit/ s 密集波分復(fù)用系統(tǒng)的影響j. 光學(xué)學(xué)報(bào),2004, 24(10): 1363-1369.2 kovsh d, golovchenko e a, pilipetskii a n. enhancement in performance of long-haul dwdm systems via optimization of the transmission formatj. optiical fiber communication, 2002: 361-362.3 michael o, torsten f. comparison of different dqpsk transmitters with nrz and rz impulse shapingj. ieee, 2004: 7-8.4 boggio j m c, myslivets s m, windmiller j r, alic n. raman-induced gain distortions in d