多信道动态色散补偿技术的研究进展

1、2004年11月多信道动态色散补偿技术的研究进展叶青刘峰李琳瞿荣辉方祖捷(中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室,上海201800提要概述了光纤通信网中多信道的动态色散补偿技术。对近几年发展起来的几种新型多信道动态色散补偿技术的机制、特点及其实现方法进行了分析比较。关键词动态色散补偿光纤光栅多信道、Pro驴ess of Multitone Dynamic Dispersion CompenSationYE Qing UU Feng U Lin QU Ron曲ui FJANG刎iecL曲omo聊Q厂坳mn玩。竹统cs,舰嗍t胁玩"招Q厂泐蚴d屁竹e胞c概tcsZ抛吼苞竹嚣e A

2、c础踟,可Q厂&葛mces,妣竹咖Z201800Abstract The techniques of mul缸一tone由m锄ic dispellsion compensation are discdssed.The mechanism,properties and perfbmances fbr seVeral new techrIiques ofmultitone由m删c disperSion compensation are an州yzed and compared.Key words dynaIic di鸯persion compensa越on fiber g劬g multit

3、onel引言近年来,超大容量密集波分复用系统的发展不仅开拓了海量光传输容量,推动了通信业务的飞速发展,且也成为光通信传输网灵活光节点的基础。实用化光通信网络的单波传输速率已达到10Gbi洮,甚至40Gb龇量级,色散已成为光信号传输质量劣化、误码率增加的不可忽视因素。实践证明,无论是主干网,还是城域网,光传输系统的色散补偿都是维护传输质量的必要技术措施。现行密集波分复用技术(DwDM将信道复用波长数不断提高,最多复用波长数达到320路。由此可以看到制约下一代高速光通信系统升级的色散补偿问题也将会从单纯的单信道色散补偿技术转向复杂的多信道色散补偿技术,由单纯的色度色散补偿转向色散和色散斜率的同时补

4、偿,由固定单一的色散补偿转向可调谐动态色散补偿。这是由于现今光纤通信网络系统中相关支撑器件的多样化和动态可配置功能使得普通点到点的主干网波分复用通信系统变得更加灵活,可实现高效、可配置灵活组网:与此同时,城域网通过不同拓扑结构将具有不同传输物理特性的子网络连接,通过光交换路由器、光分插复用器等关键节点技术.完成任意光纤端口之间的光信号交换及路由,这也必然增加了光网络传输路径的不确定性。众所周知.承载信息的光脉冲展宽与路径密切相关,而色散量则取决于路径的长短。这就要求光纤通信网络系统中的色散补偿器件必须具备动态可调谐功能才能适应当今或下一代光通信网发展需要。近年来有关多信道动态色散补偿技术的报道

5、比较多。常见的有虚位相阵列mPA、可变腔长FP型MEMS【2j、振幅取样啁啾光纤光栅【3】以及GiresToumoisfGT干涉仪【卅等等。最近两年又出现了几种新型多信道的动态色散补偿装置,以实现更大容量、更多信道数的动态色散补偿:同时也逐渐实现了由多信道的色度色散补偿转向多信道的色散和色散斜率的动态补偿。2多信道动态色散补偿技术动态色散补偿可简单看作色散补偿单元和动态调节单元的组合。目前,色散补偿单元可调谐功能主要有以下两种方法实现:一是在固定式色散补偿单元上附加一个调谐单元.通过控制调谐单元状收稿日期:20040701;收到修改稿日期:20040719基金项目:得到了“973”预研项目(2

6、001CCAD4600、中国科学院知识创新试点工程和上海市科委科技发展基金(02dil4001的支持。2004年11月80盖60蓦40接20O 0.25 0.20 O.15 O.10 O.05图1全光纤型GT干涉仪的谱结构(a时延谱;(b群时延幅度的包络;(c反射谱态实现动态色散补偿:另一种是调节色散补偿单元本身结构的物理参数,以改变色散补偿响应。常见动态色散补偿技术主要是利用啁啾光纤光栅应力/温度调谐技术.实现光栅反射谱的变化嗍,以达到动态调谐色散补偿量。2.1基于光纤光栅GiresTo砌mois干涉仪的多信道动态色散补偿传统的GiresToumois干涉仪是一个FabryPerot标准具,

7、它由一个部分反射镜和全反射镜组成,可以同时实现多信道的色散补偿。对于这种传统的FabryPerot 标准具来说,一旦确定了其反射镜的反射率,要改变是不容易的,因此无法实现可调谐的多信道色散与色散斜率的补偿。xue伦n Shu删等人提出了一种全光栅式的GiresToumois干涉仪,很容易实现多信道的色散与色散斜率动态调谐。它主要是通过两根波长匹配的啁啾光纤光栅的级联或重叠构成GiresTournois干涉仪的部分300:、200星100兰O鑫_100衄一200300反射镜和全反射镜,可以通过温度或应力来调谐第一根(部分反射率啁啾光纤光栅的反射率.以达到色散和色散斜率的动态调谐。其光纤光栅的群时

8、延与第一根啁啾光纤光栅的反射率的关系为删=M器2+l器r(1缸为群时延,瓦=2佗妣为光在腔中一个往返的时间,d为腔长,咒为纤芯的有效折射率,c为真空中的光速。这种全光纤型的GiresTournois干涉仪的谱线如图1所示:(其中I和III为自由光谱宽度(FSR为50GHz的两根啁啾光纤光栅的重叠结构.II是FSR为25G也的啁啾光纤光栅的级联结构。通过调谐第一根光纤光栅的反射率大小,可以实现色散和色散斜率的动态调谐,如图2(a所示。同时我们也可以通过多个这种全光纤型GT干涉仪的串联结构来200己100.0若一l(箍坦卜200300改善GT干涉仪的性能和达到色散斜率的动态调谐,如图2(b、(c所

9、示。这种全光纤型的GT干涉仪的特点是容易通过简单的应力或温度的调谐,达到色散和色散斜率的动态调谐。同时它由于是全光纤型结构.便于与光通信网络的连接,具有低插入损耗、小群时延抖动和优良的性价比,在将来的光通信系统中有着广阔的应用前景。2.2相位取样啁啾光纤光栅随着超大容量密集波分复用系统的发展,光纤通信系统的信道数也将逐渐增加,以振幅取样的啁啾光纤光栅将不能满足实际系统中多信道色散补偿的要求,而以相位取样的啁啾光纤光栅却能很好地解决这个问题【10。这是因为对于具有个信道的通信系统,在相同信道反射率的要求下,相位取样法制作的光栅所需折射率调制比振幅取样法制作的光栅所需折射率调制要低、/倍。图3显示

10、了一个4(3002002】o(e0蔷圳。一200300图2色散谱(a单个线性GT(图1中I;(b两个线性GT的级联;(c两个二次GT的级联(图1中II2004年11月图3相位取样啁啾光纤光栅的折射率分布图相位取样啁啾光纤光栅的折射率分布图。使用傅里叶变化分析,其纤芯处的有效折射率分布为竹(2=%+视1Reexp【i(帮。2+】e刈窖靛一770ps,nm.一76l ps,nmf。/过.入÷?。=+觚1Re乞%e印【2tm够。+竹够。2】(2视。为平均折射率,咒,为折射率的调制幅度。卢。=万止A。,卢。=兀止As,A为光纤光栅的平均周期,A为相位的。周期性取样函数。为了在进行多信图4相位

11、取样的啁啾光纤光栅的(a时延谱;(b色散谱随波长的变化输出图5PLC的动态调谐道色散补偿的同时,也实现色散斜率的补偿.可以对相位取样周期进行啁啾处理。其啁啾率为人。=(s/ D八僦挑,龇哦为信道的间隔。此种相位取样的啁啾光纤光栅的时延谱和色散谱线如图4所示。此相位取样的啁啾光纤光栅可以同时实现320kIn、间隔为100GHz的16个信道光纤传输链路的色散补偿。通过应力或温度的调谐,相位取样的啁啾很容易实现多信道的动态调谐功能。另外,它也可以通过改变光纤光栅的参数来实现更多信道、更大色散斜率的色散补偿。2.3平面光波回路(PLC相对于GiresToumois干涉仪和其它的动态色散补偿装置,平面光

12、波回路环形谐振腔以其体积小、价格便宜、易变性和便于集成等优点.倍受关注【II。2j。它可以通过图6(aPLC的结构简图;(b时延曲线和色散谱随波长的变化f 量d星￥耧脚譬蚓圈第兰纛嚣葛期激光与光电子学进展=1温控相移器的调节,实现色散量的温控相移器灵活地实现多信道的的热点将聚焦在如何实现自动、快动态补偿功能,如图5所示。近来Suzuld K f12等人通过8个平面光波回路谐振腔的串联,控制每个PLC的相移器.实现了16个信道WDM系统的动态色散补偿,其色散量调谐范围为±1000ps/ m,其结构如图6所示。这种波导型PLC的优点是尺寸小。且易于通过每个PLC回路的色散补偿。不足之处是

13、不易于与光速进行多信道色散和色散斜率补通信系统的连接,插人损耗大。但是随着制作工艺的逐渐发展,它仍然在光通信系统中有着很好的应用前景。3结束语通过对光纤通信系统发展趋势的关注,可以看到色散补偿研究参考文献偿技术。在概述光纤通信网络中多信道的动态色散补偿技术基础上,重点讨论了几种新型多信道的动态色散和色散斜率的补偿技术。这些动态色散补偿技术满足了光通信网络多节点灵活组网发展趋势的需求,为光网络向大容量、高速率和复杂结构的发展提供了保障。l ShiI祁ald M,Chromaticdispersion compensator us咄洫tuauy iInaged phased amLy.腰册P肋幻仡

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