专利名称：基于半导体光放大器频移效应的在线色散监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域。特别涉及在线色散监测技术。
背景技术：
随着社会的信息化，对通信容量需求的日益增加，全球信息量呈级数增长，通信业务由传统单一的电话业务转向多种业务相互结合的混合宽带业务，在这种需求的推动下，作为现代信息传输主体的光纤通信系统一直在朝着高码率、多信道、长距离和全光网络化方向发展。光纤通信系统的单信道速率不断提升，现已发展到10千兆比特/秒(10Gbps)，正向40千兆比特/秒(40Gbps)甚至更高速率发展。和单信道速率为10Gbps的光纤通信技术相比，单信道速率为40Gbps的技术具有谱效率高、设备数量少、管理成本低等技术优势，已成为业界关注的焦点。从技术的角度来看，限制高速率信号长距离传输的因素主要包括光纤衰减、光纤非线性效应和光纤色度色散。在光放大器出现后，能够周期的对光信号进行放大，因此光纤衰减已经不成为影响系统性能的主要因素了。另外通过合理的控制入纤光功率以及光放大器的功率钳制，保证光信号峰值功率低于非线性阈值，能够有效减弱非线性效应的影响。然而在40Gbps系统中，其色散容限仅为10Gbps系统的1/16，并且信号啁啾、偏振模弥散(PMD)、光纤非线性等因素也会降低系统的色散容忍度。在实际铺设的长距离传输系统中，光纤铺设的出入很可能造成较严重的残余色散累积；当环境温度发生变化时，链路的色散值会随着环境的变化而变化，这些因素都有可能使系统的残余色散达到或超过系统色散容限，对系统性能带来严重影响。考虑以上这些因素，40Gbps系统的色散问题成为决定系统性能的重要问题，而且由于系统残余色散会随时间发生变化，40Gbps系统的色散补偿仅用静态的色散管理难以解决。因此，进行动态色散补偿已成为提高系统性能的一个重要措施，而动态色散补偿中的核心技术既是在线色散监测技术，因此在线色散监测技术近年来成为了研究热点。
现有的在线色散监测技术主要包括如下几种方法测量系统误码率、相位-幅度转化法、时钟提取法、残余边带/单边带较相法、副载波法、利用光纤频谱展宽效应法。其中时钟提取法、残余边带/单边带较相法、副载波法都是基于信号频谱的技术，具有监测精度高，不受PMD影响的优点，但是这些技术存在一些问题，如带来信号损伤、需要高速光/电(O/E)转换、成本较高，因此未能实用化。而利用光纤频谱展宽效应法需要大功率光放大器，也限制了其在动态色散补偿的应用。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于半导体光放大器(SOA)频移效应的在线色散监测装置，该装置具有结构简单、无需高速光/电转换和电信号处理、对传输信号无损伤的优点，在高速通信系统中具有良好的应用前景。
本发明提出的一种基于半导体光放大器频移效应的在线色散监测装置，其特征在于，包括使输入信号功率保持恒定不变的掺铒光纤光放大器及与其相连的衰减器，与该衰减器输出端相连的半导体光放大器，与该半导体光放大器输出端相连的隔离器，与该隔离器输出端相连的耦合器，与该耦合器的第一输出端相连的窄带光滤波器，与该窄带光滤波器相连的第一光功率计，与该耦合器的第二输出端直接相连的第二光功率计，所述的掺铒光纤光放大器通过普通单模光纤和色散补偿光纤组成的传输链路与被监测系统的发射端相连。
所述的窄带光滤波器的中心波长相对于被监测系统的载波波长的频移量为系统信号比特率对应波长间隔的1～3倍，该滤波器的带宽近似等于被监测系统信号比特率。
本发明的主要原理为当光信号经过SOA放大时，信号脉冲前沿会大量消耗SOA有源区载流子。由于SOA的载流子寿命一般为τ0＝200～300ps，远大于40G信号的脉冲周期τ＝25ps，因此SOA发生增益饱和。由于SOA的增益饱和效应，使其输出信号脉冲具有了频率啁啾，脉冲的前部频率红移，尾部频率蓝移，脉冲大部分功率向长波长方向转移。脉冲频移量的大小和SOA载流子寿命τ0、SOA饱和能量Esat、输入脉冲波形、输入脉冲能量Ein有关。对于一个固定的SOA(τ0、Esat不变)，输入脉冲越陡，能量Ein越高，SOA的增益饱和程度越严重，输出脉冲红移程度越大。
在光通信系统传输中，链路色散会导致信号脉冲展宽，脉冲前后沿变得平坦。在监测端，SOA输入脉冲的平坦导致了SOA的增益饱和效应减弱，从而输出脉冲的频率啁啾也下降，这就使得最后输出脉冲的红移减弱。即在有色散的情况下输出脉冲光谱的红端能量远低于零色散时的能量，能量更多的集中在靠近信号基带的频率分量，而不是转移到光谱的红端，色散的绝对值越大，输出脉冲光谱的红端能量越低。因此SOA输出信号的长波长(红端)分量的功率可以用于色散监测，将此部分频谱分量用窄带光滤波器滤出，则滤波器输出功率可以作为色散监测的监测信号。
本发明的良好效果本发明对系统残余色散的监测范围为±60ps/nm，监测精度高于5ps/nm，完全能够满足40Gbps系统动态色散补偿的需求。同时本发明为全光信号处理，结构简单、无需电信号处理，因此成本较低，在高速通信系统中具有良好的应用前景。
图1为本发明的在线色散监测装置实施例结构示意图。
图2为本发明的SOA输出光谱图。
图3为利用本发明装置的色散监测实验结果P1/P2～链路色散(D)关系图。
具体实施例方式
本发明提出的基于半导体光放大器频移效应的在线色散监测装置，结合附图及实施例详细说明如下本发明的基于半导体光放大器频移效应的在线色散监测装置实施例结构如图1所示包括依次相连的掺铒光纤光放大器EDFA、自发辐射噪声光滤波器ASE OBF(也可省略)、衰减器Att、半导体光放大器SOA、隔离器ISO，耦合器Tap，与该耦合器的第一输出端相连的窄带光滤波器OBF，与该窄带光滤波器相连的第一光功率计PIN，与该耦合器的第二输出端直接相连的第二光功率计，所述的掺铒光纤光放大器通过普通单模光纤SMF和色散补偿光纤DCF组成的传输链路与被监测系统的发射端TX相连。
在本实施例中，光发射机为Mintera公司的MI4000光测试端机；掺铒光纤光放大器为KAIFA公司的Ald-D02掺铒光纤光放大器；自发辐射噪声光滤波器为Dicon公司的TF-1565-0.8可调光滤波器；衰减器为ANDO公司的AQ-3140衰减器；半导体光放大器为Alcatel公司的A1901半导体光放大器；光功率计为ANDO公司的AQ2140光功率计；窄带光滤波器为光纤光栅滤波器，其3dB带宽为0.3nm，6dB带宽为0.6nm，隔离度为20dB，中心波长在1558nm附近1nm内可调。发射端发送中心波长为λ0＝1557.36nm，码率为40G的伪随机序列(PRBS)的载波压缩归零码。信号码流经过普通单模光纤和色散补偿光纤组成的传输链路之后送到监测端。在监测端，使用掺铒光纤光放大器和衰减器调节光功率，保持SOA输入信号功率为0dBm且恒定不变，SOA饱和功率为8.9dBm。在掺铒光纤光放大器之后使用一个自发辐射噪声光滤波器滤除掺铒光纤光放大器的自发辐射噪声。SOA输出经过隔离器，用3dB耦合器分为功率相等的两路光。一路经光纤光栅滤波器后用光功率计测量其光功率P1，另一路光直接用光功率计测量其光功率P2，则光滤波器输出功率P1和耦合器另一端输出功率P2之比即为色散监测结果。当传输链路的残余色散发生改变时，该比值也相应变化，可以作为动态色散补偿系统中的监测反馈信号。
经过仿真和实验优化确定，本实施例用于40G载波压缩归零码系统中所需窄带光滤波器的中心波长及带宽。即滤波器3dB带宽为信号比特率wfilter＝B，滤波器中心波长相对信号载波波长红移量为信号比特率对应波长间隔的两倍λfilter-λ0＝Δλ＝2Bλ02/c，B为信号比特率，λ0为载波波长，c为光速。
利用本实施例实现色散监测的步骤如下1.连接实验系统；2.打开并调节发射机，使入纤功率为-5dBm，避免光纤链路中的非线性效应；3.打开EDFA，调节衰减器使SOA的输入光功率Pin为0dBm，并保持不变；4.调节窄带光滤波器的中心波长λfilter＝1558nm，使其3dB带宽落在波长分别为λ0+60G和λ0+100G的两个协波峰之间，如图2中所示b区域；5.打开SOA，记录光功率P1、P2；6.关闭SOA，改变传输链路的SMF的长度，从而改变链路色散，然后转到步骤5，可得到不同链路色散时的P1，P2，其比值P1/P2即为色散监测结果。
图3是用本方法得到的色散监测结果，即P1/P2～链路色散(D)关系图，
图3中横轴为光传输链路的残余色散值，纵轴为滤波器输出功率和SOA输出总功率之比P1/P2。图中曲线为数值仿真结果，圆点代表实验结果。实验结果和仿真结果基本上相符，在残余色散为0时，监测结果达到极大值，在色散的绝对值增加时，监测结果逐渐减小，直到色散增加到±60ps/nm时，监测结果渐趋平坦，因此监测范围为±60ps/nm。同时可以看到，监测精度小于5ps/nm，完全能够满足40Gbps系统动态色散补偿的需求。由于本发明为全光信号处理，监测结构简单、无需电信号处理，因此成本较低，在高速通信系统中具有良好的应用前景。
权利要求
1.一种基于半导体光放大器频移效应的在线色散监测装置，其特征在于，该装置包括使输入信号功率保持恒定不变的掺铒光纤光放大器及与其相连的衰减器，与该衰减器输出端相连的半导体光放大器，与该半导体光放大器输出端相连的隔离器，与该隔离器输出端相连的耦合器，与该耦合器的第一输出端相连的窄带光滤波器，与该窄带光滤波器相连的第一光功率计，与该耦合器的第二输出端直接相连的第二光功率计，所述的掺铒光纤光放大器通过普通单模光纤和色散补偿光纤组成的传输链路与被监测系统的发射端相连。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的窄带光滤波器的中心波长相对于被监测系统的载波波长的频移量为系统信号比特率对应波长间隔的1～3倍，该滤波器的带宽等于被监测系统信号比特率。
全文摘要
本发明涉及基于半导体光放大器频移效应的在线色散监测装置，属于光电子技术和光纤通信技术领域。该装置包括使输入信号功率保持恒定不变的掺铒光纤光放大器及与其相连的衰减器，与该衰减器输出端相连的半导体光放大器，与该半导体光放大器输出端相连的隔离器，与该隔离器输出端相连的耦合器，与该耦合器的第一输出端相连的窄带光滤波器，与该窄带光滤波器相连的第一光功率计，与该耦合器的第二输出端直接相连的第二光功率计，所述的掺铒光纤光放大器通过普通单模光纤和色散补偿光纤组成的传输链路与被监测系统的发射端相连。本发明具有结构简单、无需高速光/电转换和电信号处理、对传输信号无损伤的优点，在高速通信系统中具有良好的应用前景。
文档编号H04B10/08GK1614908SQ20041008397
公开日2005年5月11日 申请日期2004年10月15日 优先权日2004年10月15日
发明者石颖, 陈明华, 谢世钟 申请人:清华大学