光纤通信技术实验报告-波长转换

第第#页共9页得分：光纤通信技术实验(4)全光波长转换器的设计实验报告一、实验目的了解全光波长转换器(All-opticalwavelengthconverter,AOWC)在实际光纤通信网络中的作用；熟悉全光波长转换器的工作原理和分类；掌握增益钳制型波长转换器(Gain-clampedWavelengthConverter)的静态、动态特性测试与分析；掌握误码仪、光谱仪、光示波器等常见测试仪表的使用。二、实验原理与背景知识全光波长转换器的应用全光波长转换器是全光网络(AON)的核心技术之一，它能够缓解光交叉连接(OXC)中的波长阻塞，实现不同光网络见的波长匹配，增强网络管理的灵活性和可靠性。WDM光网络采用波长路由，波长路由网络有两个显著的特点：一是波长决定了光信号传输的路径，因此一个节点可以同时发出多路不同的波长信号，每路信号到达不同的目的地，目的地的数量与这个节点所能产生的波长数相同；二是每路信号被限制在特定通道中，因此只要这些通道不在同一条光纤中，在网络的其他部分就可以同时使用这些信号的波长，即实现波长重用。因此，波长是WDM光网络中非常重要的资源，如何有效的提高光网络中的波长利用率是WDM光网络中的重要问题。在不带波长转换的网络中，两个节点之间建立一个连接，在其通路上经过的所有链路段必须使用同一波长，如果有另外的连接需要使用其中某个链路段的这一波长，则会发生波长阻塞现象。通过波长转换则可将信号转换到其它空闲的波长上，避免发生波长阻塞，提高波长利用率。通信网络中采用波长转换器，能使参与波分复用的波长数目减少，大大降低网络中的波长阻塞率，使网络组建、子网管理更具灵活性与兼容性。OLT:光毁路目tfKOLT:光毁路目tfK局吻设軒〕OOH：光曲配网培光分丈黑OWU:光用培疑站£用户4*设备）光接收机增益钳制型全光波长转换器如图1所示，增益钳制波长转换器（GCWC）由三部分组成：输入端采用宽反射带宽的光纤布拉格光栅FBG1；输出端采用窄反射带宽的光纤布拉格光栅FBG2;增益介质为斜腔结构且端面镀有增透膜的SOA芯片。在增益钳制波长转换器（GC-WC）中，两个光纤光栅的反射谱的中心波长非常接近，SOA芯片与两端的光纤光栅通过光栅端部的光纤微透镜耦合。显然，GC-WC实质上是两端采用FBG作为增益钳制光对应选频元件的增益钳制半导体放大器（GC-SOA）。SOA芯片与两端的光纤光栅构成了增益钳制光产生机构。为保证增益钳制光输出呈单纵模工作特性，输出端FBG2的-3dB带宽应在0.3nm以下。GC-WC在偏置电流的作用下，有源区增益被钳制光（即转换光c）稳定在与损耗相等的水平上。当输入信号光s功率较小时（对应比特“0”，有源区载流子浓度基本不变，此时转换光c输出功率较大（对应比特“1”）；当输入信号光功率较大时（对应比特“1”），有源区载流子被信号光大量消耗，增益迅速变小，转换光输出功率下降，直到熄灭（对应比特“0”）。显然，利用GC-WC将转换光滤出后能够实现反相的波长转换。三、实验仪器和设备误码仪、光示波器、光衰减器、光功率计、光谱仪、掺铒光纤放大器、光滤波器、光隔离器、增益钳制波长转换器。实验内容和步骤1.GCWC的阈值电流与输出光谱测试(1)搭建如图3所示的实验系统；⑵调整GCWC的驱动电流(调整范围：0〜150mA),测量其输出功率Pout,得到GCWC的P-I特性曲线；⑶用光谱仪(CSA)观察GCWC驱动电流分别为80mA、100mA、150mA时的光谱。2.GCWC信号光功率vs转换光功率曲线测试(1)搭建如图4所示的实验系统；⑵调整输入到GCWC的信号光的光功率(-40〜+5dBm)，用光功率计测量GCWC输出的转换光的光功率，得到GCWC的Pinvs卩叶曲线。信号光和转换光的波形与眼图

BERT:BitErrorRateTesterATT:AttenLiatcrCSAEDFA:E由ium-DopedFiberAmplrfierCSAGCWC:Gain-ClampedWavelengthConversionOBF:OpticalBandpassFilterCSA:CommunicationSignalAnalyzerOSA:OpticalSpectrumAnalyzerEDFAf^5.信号光和转换光的波形与眼图实验框图EDFA(1)搭建如图5所示的实验系统；(2)将误码仪(BERT)输出设为十六字长的编码(Wordl6):1110110010001111,用光示波器(CSA)分别观察并对比GCWC的输入信号和输出的转换信号的波形；⑶将误码仪输出设为伪随机序列(PRBS22歹1),用光示波器分别观察GCWC的输入信号和输出的转换信号的眼图，根据眼图测量信号的平均光功率、消光比、周期等参数。五、实验结果1.GCWC的输入信号转换信号的波形^kippedAcjq$01Jan0202:31:21ReNpQsrlionO.MiuW.OpWuIWl30-QjiWr1.25n5/£Trtf20.0GS/&rr2.5^1B3IH1$3&叩WFiteEdt!VerlicalHcriz/AcqTrigDisplayCursorsMeasureMasksMalhAppUtllili^s：HelpButtonsGCWC的输出信号转换信号的波形AnAI'iATekSlopped01Jan0202:28:07画10-DpWiiFilsEditVerticalHcrlz/AcqTrigDuplayCursorsMeasureMasksMathAppUtilitiesHelpBullensl.25ns/div20.0GS/SIT05阻fpt阳画ziS.SpiWFileEditVerticalHortz/AcqTrigDisplayCursorsMeasureMasksMathAppUtilitiesHelpButtons|画13.4MW□62.5ps/div800GS/SET125ps/ptHM1Comm19.6pW输入为26.5dbm时FileEditVerticalHoriz/AcqTngDisplayCursorsMeasureMasksMathAppUtilitiesHelpButtonsIMASK:!OC46/STM16(k486SGb/s)FitterOnRef：Ftec：Active'21114Acqs01Jan0202:35:30Ref1PositionO.OdivReflScale10.0pW■■Ml13.4|1Wn62.5ps/div800GS/SET125ps/ptMRMComm15.5pW3.衰减系数与误码率记录表a衰减系数/db3735.535.335.83636.537.337.6383538.438.839.239.640.040.240.5误码率6.6E-61.6E-92.6E-101.2E-184.2E-86.2E-71.6E-154.7E-51.8E-405.2E-41.7E-36.2E-31.6E-23.3E-24.0E-22.9E-2六、讨论与分析由前两幅图可以发现经过转换的码型和输入的码型很相似，但也存在较多的起伏，这必然会造成误码率的下降。如果转换后的误码率仍然可以达到系统误码率的要求，则该组波长间的转换就能利用到实际工程中。而从不同的输入功率得到的输出眼图可以发现，较大发送功率得到的眼图明显较好，“眼睛”睁得较开，与中间方形蓝色区域重叠较少，表示此时的误码率较小，比较适合于传输型号。由此可以得出结论，较大的发送功率有利于降低误码率，提高系统的色散损耗容限。对表格数据进行分析得到如下折线图：可见，随着损耗的增加，误码率在一定范围内逐渐增大，到大于某一值后，有随之减小。在小于35db时候，可以认为零误码。七、思考题查阅文献，列举全光波长转换(AOWC)的实现方案。基于SOA的AOWCA）基于交叉增益调制（XGM）的半导体光放大器（SOA）的AOWC.B）基于交叉相位调制（XPM）的半导体光放大器（SOA）的AOWC.C）基于四波混频（FWM）的半导体光放大器（SOA）的AOWC.基于光纤的AOWC：A）基于光纤的四波混频（FWM）的AOWCB）基于非线性光纤环路径的AOWC（NOLM-AOWC）基于激光器的AOWC：A）基于激光器的交叉增益调制（XGM）的AOWC.B）基于激光器的四波混频（FWM）的AOWC.此外，还有基于差频（DFG）的AOWC，基于光的交叉吸收调制效应的XAM-AOWC，以及饱和吸收双稳态激光器和光调制DBR激光器AOWC.与光电光（OEO）