光电子信息技术

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基于SOA啁啾管理的连续可调谐色度色散补偿的研究33张立台33,于晋龙,李　岩,胡　浩,王文睿,张爱旭,杨恩泽

(天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072)

摘要:提出了一种新型的可小范围连续调谐的色度色散(CD)补偿方案。该CD补偿方案包括一个半导体光放

大器(SOA)和一段固定长度的色散补偿光纤(DCF)。利用SOA的交叉相位调制(XPM)效应,通过调节SOA的

偏置电流和控制脉冲光的强度,可以对进入SOA的光信号引入不同大小的附加啁啾量,从而可以利用固定长

度的DCF得到补偿后的无啁啾光信号。实验中,实现了10G b/s可调谐CD补偿器,在无需替换DCF的情况

下,实现了补偿范围为-40ps/nm到60ps/nm的连续可调谐CD补偿。

关键词:色散补偿;啁啾控制;半导体光放大器;交叉相位调制;光纤通信

中图分类号:TN929.11 文献标识码:A 文章编号:100520086(2008)1121463204

T u nab le ch rom atic disp ersion compens ation using chirp control b ased on XPM in a S OA

ZHANG Li2tai33,YU Jin2long,LI Y an,HU Hao,W ANG Wen2rui,ZHANG Ai2xu,

Y ANG En2ze

(School of E lectronic&Information Engineering,Tianjin University,Tianjin300072,P.R.China;K ey Laboratory of

Opto2electronics Information and T echnical Science(Tianjin University)Ministry of Education,Tianjin300072,Chi2

na)

Abstract:We demonstrate a tunable chromatic dispersion(CD)compensation technique using a sem iconductor optical ampli2

fier(SOA)and a coil of dispersion compensation fiber(DCF).Based on cross2phase modulation(XPM)in the SOA,the tran2

sient chirp of the received signal can be adjusted by tuning the drive current of the SOA and the power of clock pulse.In this

way,a10G bit/s tunable CD compensation setup,ranging from-40ps/nm to60ps/nm,is realized without changing the

length of the DCF.

K ey w ords:chromatic dispersion(CD)compensationp;chirp control;semiconductor optical amplifier(SOA);cross2

phase modulation(XPM);optical communication

1　引　言

随着光纤通信系统传输速度的不断提高,色度色散(CD)已经成为制约高速光纤通信系统发展的一个重要因素。尤其是在高速光网络中,动态网络配置、周围环境温度、元件的老化、光源的频率漂移等都能引起光纤通信系统中色度色散值的动态变化,从而产生传统的固定CD补偿方案无法消除的冗余色散。因此,动态可调节CD补偿技术已经成为新一代光纤通信系统中的一项关键技术[1]。

为此,研究人员已经提出了多种可调谐CD补偿器的实现方案,包括:温度或应力调谐型啁啾光纤光栅(FBG)[2],虚像相位阵列(VIPA)[3],G ires2T ournois干涉仪标准具[4],平面光波导器件(PLC)[5],阵列波导光栅(AWG)[6],光开关阵列[7]等。上述各种CD补偿技术各有优势,基于VIPA的CD补偿器对正、负色散均有很大的补偿范围[3],基于FBG的CD补偿器可实现对多波长光信号的同时补偿[2]等。

本文提出了一种新型的可小范围连续调谐的色度色散(CD)补偿方案,采用半导体光放大器(SOA)和一段固定长度的色散补偿光纤(DCF)。利用SOA的交叉相位调制(XPM)效应引入附加啁啾,通过固定长度的DCF得到补偿后的无啁啾光信号。系统的CD补偿控制通过调节SOA的偏置电流和控制光的强度实现,因此具有调谐速度快、调谐精度高的优点。实验中,在无需替换DCF的情况下,实现了10G b/s、补偿范围为-40ps/nm到60ps/nm的连续可调谐CD补偿器。

光电子・激光

第19卷第11期　2008年11月 Journal of Optoelectronics・Laser Vol.19No.11　Nov.2008 3收稿日期:2008207211　修订日期:2008209204

　3　基金项目:国家自然科学基金资助项目(60572013);国家自然科学基金重点资助项目(60736035);国家“863”资助项目(2007AA01Z272);教育部新世纪人才计划资助项目

　33E2m ail:zhanglitai@

2　理论分析

基于SOA 交叉相位调制效应的CD 补偿器的工作原理如

图1所示。由于CD 恶化的光信号(图12b1)以及与光信号同频率的控制光脉冲(图12b4)同时注入SOA ,视色散介质的不同,恶化光信号可能为正啁啾(图12b2)或负啁啾(图12b3)。此时,由于控制光的强度变化会导致SOA 的载流子密度变化(图12b5),引起传输相位的变化,从而在信号光上产生一个附加啁啾,即交叉相位调制效应。这样通过合理调节SOA 的偏置电流和控制光脉冲的强度,恶化光信号的动态变化的啁啾量可以被补偿为一固定的正啁啾(图12b6)。这样,在经过一段固定长度的DCF ,因色散展宽的光信号将被压窄(图12b7),得到无啁啾(图12b8)

的补偿后的光信号。

图1　基于S OA 啁啾管理的可调谐C D 补偿器工作原理示意图

Fig.1　P rinciple o f th e S OA 2b ased tu nab le C D comp ens ation by chirp control.Wh ere I ,n 0,f and t

are intensity,carrier d ensity o f th e S OA,instantaneous optical frequ ency,and tim e ,resp ectively

下面,我们定量分析由SOA 的XPM 效应引入的附加啁啾。当恶化光信号和控制脉冲同时注入SOA ,假设光脉冲在传播过程中偏振方向不变,则SOA 的传输特性可以由如下微分方程描述:

d h (t )d t =g 0L -h (t )τc

-∑i

P in i (t )

E sat [exp (h (t ))-1]

(1) 式中,i =1,2分别对应输入信号光脉冲和时钟光脉冲。放大函数h (t )表示光脉冲功率包络上每一点在整个SOA 上的积分增益;g 0为SOA 小信号增益系数;L 为SOA 的有源区长度;τc 为SOA 的载流子寿命;P in (t )为输入光信号的功率函数;E sat 为SOA 的饱和能量。 这样,只要由(1)式求得h (t ),即可得到经过SOA 后,输入信号光脉冲和时钟光脉冲的输出光强和相位:

P out i (t )=P in i (t )exp [h (t )]

(2) φout i (t )=φin i (t )-12

αh (t )

(3) 其中α是线宽增强因子,它反映由载流子浓度变化而引起折射率改变和增益改变的关系。 相应的,由XPM 效应引起的啁啾为:

Δv (t )=12πd φd t =α4

πd h

d t (4) 对于固定的一个SOA ,其线宽增强因子α是一定的。因此,调节XPM 效应引入的附加啁啾主要通过调节SOA 的增益函数h (t )实现。即通过调节SOA 注入电流I 以及时钟光功率P c 实现。 图2所示的是改变注入时钟光功率和SOA 的注入电流导致的另外一路连续光载波频率的变化曲线,可以看出,整个时钟脉冲引入的频率啁啾分为正啁啾和负啁啾。随着SOA 注入电流的增大,正啁啾和负啁啾均变大。而当时钟功率很大和很小时,由时钟光功率引入的载流子的浓度变化很小,导致相位调制效应的减弱,所以采用调节时钟光功

率调节输出信号脉冲啁啾的范围有一定限制。

图2　不同注入时钟光功率(a)和S OA 注入电流(b)情况下,

S OA 引入的光载波频率的变化情况

Fig.2　T h e instantaneous frequ ency o f signal pu lses w ith di fference clock pow ers (a),and d rive cu rrents (b )

3　系统实验及结果分析

我们提出的基于SOA 的连续可调节CD 补偿系统的整体

实验方案如图3所示。 由中心波长为1531nm 的直流窄带光源(CW )直接调制产生10GHz 光脉冲,伪随机码发生器输出的23阶10G bit/s 非归零(NRZ )伪随机码序列(PRBS )通过LiNbO 3调制器对该10GHz 光脉冲进行调制,输出10G bit/s 归零(RZ )伪随机码序列光信号。如图4(a )所示,该光信号半高全宽为30.67ps ,3dB 谱宽为0.42nm 。实验中,通过不同长度的单模光纤(SMF ,色散

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