光纤延迟线编解码器的设计

文章编号:1005-8788(2000)01-0060-03
光纤延迟线编解码器的设计
刘国驷1,　周浩强1,　蔡茂国1,　崔哲顺2
(1.深圳大学新技术中心,深圳　518060; 2.北京鹏开电讯科技有限公司,北京　100000)摘　要:　光纤延迟线编解码器作为光码分多址系统时域编解码的基本器件,它起的作用是对光脉冲进行延时编码,同时也会给系统带来别的问题。

例如:功率分离,延时损耗,温度抖动等。

本文介绍了编解码器的设计,同时对以上问题进行了分析,得出的结论包括:设计时必须考虑温度的影响,系统的损耗随着码重和用户数的增加而增加。

这些可以对系统的设计提供一个参考。

关键词:　光CDM A ;　光纤延迟线编解码器;　功率分离;　延时损耗;　温度抖动中图分类号:　TN762 文献标识码:　A
The design of optical fiber delay line encoder and decoder
LIU Guo
-si 1,　ZHOU Hao -qiang 1,　C AI Mao -guo 1,　CUI Zhe -shun 2(1.Adv anced Technolog y Reseach Center ,Shen Zhen Univ ersity ,Shen Zhen 518060,China ;
2.Pengkai Teleco munica tio n Techno logies Co.,Ltd.Beijing 100000,China)Abstract :　This paper reports our research on optical fiber delay line encoder and decoder for all -optical encoding and decoding in optical code
-division multiplexing (OCDM ).We f ind that the system 's wastage rises with the rise of code weight and user number .When design system ,you must consider the infection of the temperature and wastage .
Key words :　OCDM A;　fiber ta pped-delay line encoder /decoder (FTDLE /FTDLD);　po wer sepa ra te;　dela y w astag e ;　tem perature trem ble
光码分多址技术作为全光通信的基本手段之一,近来得到了极大的发展。

目前,编码方式主要有时域和频域两种,时域就是通过对光脉冲的不同延时来实现编码,而频域则是通过对光源的不同频谱分量来进行编码。

光纤延迟线作为时域编解码器的基本器件,有必要对它的设计和它对系统性能的影
响作定量分析。

我们假设:系统为波长λ= 1.55μm 的单模光纤系统,光源可以采用带光隔离的分布反馈激光器,这主要是考虑减小反射噪声和消除模分配噪声。

延迟线选用色散位移光纤,这样可以不考虑光纤延迟线编解码器所引起的色散。

收稿日期:1999-07-01
基金项目:国家自然科学基金资助,69672040
作者简介:刘国驷(1972-),男(汉族),云南省玉溪人,硕士在读研究生,从事光CDM A 的研究工作。

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2000年　第1期(总第97期)
光通信研究
S TUDY ON O PTICAL COM M UN IC ATION S
2000
(Sum.No.97)
DOI:10.13756/j.gtxyj .2000.01.015
1　光纤延迟线编解码器的设计
单模系统的传输只考虑HE 11模,设光纤纤芯的折射率n 1= 1.5,真空中的光速为C =2.998×108
m /s,光纤纤芯直径为2a =7.8μm ,引用弱导条件下的相对折射率差△=0.003。

这时的归一化传播常数V 为:
V ≈k 0 a n 1
2Δ(1)
其中k 0=2c /λ。

导波的径向归一化相位常数u (V )
为:
u (V )=
(1+2)V
1+(4+V 4)1/4
(2)
传播常数U 为:
U =
k 02
n 21
-[u (V )a
]
2
12
(3)
光纤中的传输群速度为:
g g =
-2 π C λ2
[d U (λ)d λ
]-1
(4)
构成编解码器的光纤延迟线的长度由光纤CDM A 系统的传输速率及系统选用的地址码的码长及具体的地址码共同决定。

假定系统的传输速率为R b ,选用的地址码长为l ,码重为w ,则有:
chip 宽度: f =
1
l ×R b
(5)
光纤延迟线长度:
len j =i j f g g ,j =1,2,…,w
(6)
n 1为光纤纤芯折射率,i j 为第j 个chip 在地址码字中所对应的位置。

当然,从工艺考虑,为使光纤长度易于处理,也可在所有延迟线长度的基础上同时加上一个固定的长度,这样并不影响编解码的效果。

解码时光纤延迟线长度为:
len j =(l -1-i j ) f g g ,j =1,2,…,w (7) 由于光纤受温度、应力、应变等影响会产生相位抖动[3]。

所以这些因素对光纤延迟线的影响也应加以讨论。

考虑到应力、应变等引起的相位抖动要远小于温度变化引起的相位抖动,故此,这里只对温度的影响作讨论。

长度为L 的光纤当温度变化ΔT (℃)时,相位抖动为:
ΔH =
2πnL ΔT λ1L d L
d T +
1n d n
d T
(8)
其中式中:n 为光纤纤芯折射率、λ为光波波长。

相位抖动等效为时间延迟:t d =λ/(2c c ) ΔH ,式中光速c = 2.998×108m /s ,从而可得温度变化引起的延迟为:
t dt =
ΔT c n L T +L n T ≈ΔT c L n
T
(9)
这里由于
L T 要远小于 n T
,故此可忽略不计。

由式(6)可知,光纤延迟线的长度L =i j f g g ,即为最小延迟长度单位u =f g g 的i j 整数倍。

取
n
T
=11.4×10-6K -1[3]
,则附加延迟与chip 宽度f 的比值:
t dt f =ΔT ×i j ×11.4×10
-6
n
(10)
由式(9)可见,当温度变化一定时,选用的地址码中
chip 的位置增大,由温度变化引起的附加延迟与chip
宽度f 的比值也将增大。

因此,当设计地址码长
较长的光编解码器时,温度变化对系统性能的影响也应考虑。

这时,我们可以应用带有温度控制的光纤延迟线编解码器。

2　附加损耗对系统功率的影响
假设系统采用图1所示的并行式编解码器,由
图1　编码器
于光纤分路器和耦合器将产生附加损耗,光地址码的码重为w ,光脉冲的功率P in 在分路器处均匀分离成w 个光脉冲,每个脉冲的功率P 01为输入的1/w 弱。

设附加损耗为a 1(dB ),则
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刘国驷等:　光纤延迟线编解码器的设计
图2　系统耦合传输方法
P 01=P in (w 10a
1
10
)
(11)
再经过耦合器时,又会引入a 2(dB)的附加损耗,所以耦合器的输出功率P 0为
P 0=P 0110a 2
10=P in w 10a 1+a
2
10(12)
一般a 1,a 2可为1(dB )以下。

如图2所示,系统中各个用户是通过耦合器连接在一起,不考虑各个用户的远近效应,假设有N 个用户,1×N 分路器的附加损耗为a 3,N ×1合路器的附加损耗为a 4(dB)。

如大家所知,解码器的结构和编码器的一样,它也要用到1×w 分路器和w ×1合路器各一,设它们的附加损耗分别为a 5,a 6(dB)。

则在光检测器输
入端得到的总功率为:
P all =P in w N 10a 1
+a 2
+a 3
+a 4+a 5+a
6
10
(13)
由于光纤延迟线相对较短,可以不考虑它引起的损
耗。

系统的总损耗为:
Loss =10lg P in
P all =10lg (w N )+(a 1+a 2+a 3+a 4+a 5+a 6)
(14)
由(14)式可见,总损耗随着地址码的码重,用户数以及合分路器数目的增加而增加。

3　结　论
本文对并行光纤延迟线光编解码器的编解码原理及设计方法进行了理论探讨,该分析方法对其他
光纤延迟线编解码器同样适用。

研究表明,光纤延迟线编解码器完全能实现光纤CDM 通信的编码及相关解码,并且其信号处理速度要远高于电编解码。

但
是,我们要考虑延迟线的温度抖动,由于合分路器引起的损耗等,目前的解决方法之一是在接收端加光放大器。

参考文献:
[1]　Div id D.Sam pso n,William T.Dov e and David A.Jackso n.High bandwidth ,o ptical fiber delay line
multichannel digital co rrela to r [J ].Applied Optics .1993,32(21):3905
～3916.[2]　殷洪玺.全光网络光码分复用通信关键技术的研究[D ].中山大学,博士学位论文,1997.
[3]　Hocker G B.Fiber-o ptic sensing of pressure and tem perature [J].Applied Optics.1979,18:1445～
1448.
[4]　Robert M.Gaglia rdi,Sherman Karp.Optica l Com munica tions.John Wiley &Sons,Inc..
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光通信研究2000年　第1期　总第97期。