惠戰(zhàn)強(qiáng) 張建國

1)(西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院,西安 710121)

2)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所,瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710119)

(2012年6月1日收到;2012年12月21日收到修改稿)

1 引言

高清電視、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)日益融合,不斷刺激著網(wǎng)絡(luò)帶寬持續(xù)增長,將各種新型調(diào)制格式與復(fù)用方式相結(jié)合,構(gòu)建超高速、大容量光子網(wǎng)絡(luò),是當(dāng)前光纖通信的發(fā)展趨勢.在實(shí)際應(yīng)用中,非歸零碼(NRZ)具有較高的光譜效率和時(shí)間抖動(dòng)容忍性,主要用于波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中;而歸零碼(RZ)的占空比相對較小,具有良好的抗鏈路非線性損傷能力,主要用于光時(shí)分復(fù)用(OTDM)系統(tǒng)中.未來的超高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)將采用WDM與OTDM相結(jié)合的方式,以充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢.在這樣的混合系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)的不同部分具有不同的調(diào)制格式.因此,如何將光子網(wǎng)絡(luò)中的不同部分有機(jī)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)接口和確保不同調(diào)制格式網(wǎng)絡(luò)間的無縫連接,已成為實(shí)現(xiàn)全光通信網(wǎng)的研究熱點(diǎn)[1-4].全光NRZ-RZ的碼型轉(zhuǎn)換技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)接口的關(guān)鍵技術(shù)之一,它能在光域內(nèi)將NRZ碼轉(zhuǎn)換為RZ碼,完成從WDM到OTDM的轉(zhuǎn)換,從而增加網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)性和擴(kuò)展性[4,5],對透明光子網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有重要的價(jià)值.

一般來講,光學(xué)NRZ到RZ的碼型轉(zhuǎn)換技術(shù)可以通過光電結(jié)合和全光結(jié)構(gòu)兩種方案加以實(shí)現(xiàn).前者主要依靠相位調(diào)制器[6,7]、光電振蕩器[8]、Fabry-Perot激光器[9]等光電器件及相關(guān)高頻電子器件,雖然工作原理簡單,但具有設(shè)備昂貴且受電子“速率瓶頸”限制等弊端.后者主要是基于各種光子器件中的非線性光學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn),例如,可利用交叉相位調(diào)制效應(yīng)、交叉偏振調(diào)制效應(yīng)、四波混頻效應(yīng)、主要存在于半導(dǎo)體光放大器中的交叉增益調(diào)制效應(yīng)[10]、基于電吸收調(diào)制器的交叉吸收調(diào)制效應(yīng)[11]、主要存在于周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中的二階和頻/差頻產(chǎn)生效應(yīng)[12-14]、基于硅基微環(huán)諧振器的窄帶濾波效應(yīng)[15,16]、含有耦合環(huán)形硅波導(dǎo)共振器的非平衡干涉效應(yīng)[17]、光克爾開關(guān)聯(lián)合脈沖預(yù)啁啾效應(yīng)[18]和基于太赫茲光學(xué)非對稱解復(fù)用器結(jié)構(gòu)中的瞬時(shí)相位調(diào)制效應(yīng)[19]等.其中,交叉相位調(diào)制效應(yīng)可以在半導(dǎo)體光放大器[20,21]、高非線性光纖[3]、硅納米線[22]、光子晶體光纖[23]等器件中產(chǎn)生;而交叉偏振調(diào)制效應(yīng)可借助于半導(dǎo)體光放大器[24]和高非線性光纖[25]等加以實(shí)現(xiàn).在上述這些效應(yīng)中,由于四波混頻效應(yīng)是一個(gè)滿足能量動(dòng)量守恒的超快非線性過程,因此基于此原理的碼型轉(zhuǎn)換器具有對信號調(diào)制格式和比特率完全透明的優(yōu)點(diǎn),非常適合于在未來透明光子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.目前,四波混頻效應(yīng)的產(chǎn)生主要是通過使用半導(dǎo)體光放大器[26]、色散位移高非線性光纖[27,28]、硅納米線[22]、光子晶體光纖[29]、三五族化合物波導(dǎo)[30]等光子器件.基于四波混頻效應(yīng)的全光NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換方案可以分為兩類,第一類是采用單個(gè)信號光和單個(gè)抽運(yùn)光,同時(shí)提高其輸入功率,利用級聯(lián)四波混頻效應(yīng)連同光纖中的各種非線性效應(yīng),產(chǎn)生多個(gè)新頻率分量,實(shí)現(xiàn)單到多的NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換[28];另一種為利用多個(gè)信號光與單個(gè)抽運(yùn)光相互作用,僅基于一階四波混頻效應(yīng),產(chǎn)生多個(gè)四波混頻邊帶,完成單到多的NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換[20].可是,傳統(tǒng)色散位移光纖需要將信號光與抽運(yùn)光設(shè)置在光纖零色散點(diǎn)附近,因此限制了該技術(shù)的靈活性.而半導(dǎo)體光放大器又存在著四波混頻效率低的問題.新出現(xiàn)的光子晶體光纖具有可控的非線性和色散特性[31,32],因此非常適于用作全光信號處理器[33,34].我們曾利用色散平坦光子晶體光纖中的單抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了速率為10 Gbit/s的NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換[29].但是在此結(jié)構(gòu)中,由于受到四波混頻能量守恒原理限制,兩路組播信號的波長相互制約,不能獨(dú)立調(diào)諧,在一定程度上限制了光網(wǎng)絡(luò)的靈活性.為了解決這一問題,本文提出采用雙抽運(yùn)結(jié)構(gòu)的四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單到雙NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換的新方案.該方案的最大優(yōu)點(diǎn)在于充分利用了光子晶體光纖的色散平坦特性,通過獨(dú)立設(shè)置兩路抽運(yùn)光波長,實(shí)現(xiàn)了兩路組播信號波長可靈活調(diào)節(jié)的目的.這可充分滿足光子網(wǎng)絡(luò)對波長設(shè)置靈活性的需求,且具有單抽運(yùn)結(jié)構(gòu)中對調(diào)制格式和比特率完全透明、易于與現(xiàn)有的超高速光纖通信系統(tǒng)連接等優(yōu)點(diǎn).因此,該研究工作對于WDM/OTDM混合光子網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有一定的借鑒作用.

2 工作原理

圖1為基于雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單到雙全光碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖.待轉(zhuǎn)換的NRZ碼為加載數(shù)據(jù)的信號光,由一束波長為λs的連續(xù)光波經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制后產(chǎn)生.兩束抽運(yùn)光為波長分別是λp1,λp2的周期窄脈沖序列,其重復(fù)率與信號光比特率相同,可看作是占空比相對較低的比特全“1”RZ碼,將兩束抽運(yùn)光與信號光耦合后注入高線性光子晶體光纖,由于光子晶體光纖在較寬波長范圍內(nèi)色散平坦,均可滿足相位匹配條件,因此,兩束抽運(yùn)光分別與信號光發(fā)生四波混頻效應(yīng),導(dǎo)致在相應(yīng)波長位置有閑頻光產(chǎn)生.若適當(dāng)控制信號光功率較大,則在抽運(yùn)光旁側(cè)(與信號光對應(yīng)的地方)就會(huì)產(chǎn)生出兩束具有相對較大光學(xué)信噪比(OSNR)的閑頻光,并且它們所含原始信號光的信息較強(qiáng).根據(jù)能量動(dòng)量守恒,此兩束閑頻光的波長分別為

圖1 利用雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單到雙全光NRZ-RZ碼型轉(zhuǎn)換的原理 (a)輸入光譜;(b)輸出光譜;(c)NRZ信號波形;(d)抽運(yùn)光1波形;(e)抽運(yùn)光2波形;(f)閑頻光1(轉(zhuǎn)換后的)RZ波形;(g)閑頻光2(轉(zhuǎn)換后的)RZ波形

由于抽運(yùn)光為比特全“1”的周期性短脈沖序列,只有信號光才攜帶了數(shù)據(jù)信息,而四波混頻又相當(dāng)于一個(gè)“與”門,對二者進(jìn)行運(yùn)算,產(chǎn)生閑頻光波,且閑頻光波所含數(shù)據(jù)信息與信號光完全相同,只是前者的脈寬遠(yuǎn)小于信號光脈沖寬度,因此這就實(shí)現(xiàn)了由NRZ碼到RZ碼的轉(zhuǎn)換.圖1(a)和(b)分別代表發(fā)生四波混頻前后的光譜,圖1(c)—(g)分別為對應(yīng)時(shí)域信號光、抽運(yùn)光1、抽運(yùn)光2、閑頻光1和閑頻光2的波形.

雖然兩束抽運(yùn)光的相互作用也能產(chǎn)生四波混頻邊帶項(xiàng),但是它們不含數(shù)據(jù)信息,因此這些無用四波混頻邊帶項(xiàng)的出現(xiàn)將會(huì)導(dǎo)致信道串?dāng)_,無益于碼型轉(zhuǎn)換.在實(shí)際應(yīng)用中,可以調(diào)節(jié)雙抽運(yùn)光的偏振方向,使其互相垂直,但均與信號光的偏振方向成45°夾角,這就使得兩束抽運(yùn)光可分別與信號光實(shí)現(xiàn)四波混頻,同時(shí)又能抑制由雙抽運(yùn)光所產(chǎn)生的四波混頻邊帶項(xiàng).因此,在圖1中可忽略這些微弱的無用邊帶項(xiàng).

3 實(shí)驗(yàn)裝置與結(jié)果

圖2是利用色散平坦高非線性光子晶體光纖中雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)裝置圖.首先使用波長可調(diào)諧激光器(Santec)產(chǎn)生一束波長為1548 nm的連續(xù)光波,經(jīng)偏振控制器(PC1)后注入鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器.射頻(RF)信號源輸出10 GHz的信號,同時(shí)驅(qū)動(dòng)誤碼儀和主動(dòng)鎖模半導(dǎo)體激光器(AML-SL).誤碼儀中的偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器(PPG)提供字節(jié)長度為231-1,速率為10 Gbit/s偽隨機(jī)比特序列(PRBS),用于驅(qū)動(dòng)鈮酸鋰調(diào)制器,產(chǎn)生速率為10Gbit/s,具有NRZ調(diào)制格式的數(shù)據(jù)光信號.AML-SL輸出頻率為10 GHz,波長為1550 nm的超短光脈沖序列.該序列經(jīng)過高功率摻鉺光纖放大器(HP-EDFA)后注入一根700 m的高非線性光纖(HNLF),在光纖內(nèi)發(fā)生超連續(xù)譜效應(yīng).使用兩個(gè)光學(xué)濾波器(OBPF2和OBPF3)分別在不同波長處濾出光信號,用于充當(dāng)兩路具有不同中心波長的短脈沖抽運(yùn)光.這兩束抽運(yùn)光經(jīng)過光耦合器(OC)后,再進(jìn)一步與NRZ光信號耦合,然后一起注入另一個(gè)高功率摻鉺光纖放大器,最后輸入50 m光子晶體光纖中(PCF,POS-1550).信號光與兩束抽運(yùn)光在PCF內(nèi)分別獨(dú)立發(fā)生四波混頻效應(yīng),在信號光旁側(cè)產(chǎn)生兩個(gè)邊帶,完成全光碼型轉(zhuǎn)換功能.在實(shí)驗(yàn)中,使用光譜儀(橫河AQ6370)來測量A點(diǎn)至H點(diǎn)處的光譜,使用70 GHz帶寬的光電探測器(PD：XPDV 3120R)和示波器(OSO：Agilent 86100C)對光信號進(jìn)行測量.

圖2 利用光子晶體光纖中雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)碼型轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置主要由時(shí)鐘信號產(chǎn)生模塊和碼型轉(zhuǎn)換模塊組成,兩個(gè)模塊的核心器件分別為700 m傳統(tǒng)高非線性光纖和50 m色散平坦高非線性光子晶體光纖.在第一個(gè)模塊中,超短光脈沖經(jīng)功率放大后注入高非線性光纖,在光纖內(nèi)發(fā)生超連續(xù)譜效應(yīng),光譜展寬達(dá)30 nm.在高非線性光纖輸出端分束后,使用兩個(gè)波長可調(diào)諧光濾波器OBPF2(OTF950)和OBPF3(OTF300)同時(shí)濾出兩路時(shí)鐘信號,濾波器中心波長分別為1555.50和1558.52 nm,使用光譜儀在高非線性光纖輸入、輸出以及濾波器輸出端(相應(yīng)于圖2中A,B,C和D點(diǎn))監(jiān)測光譜,記錄結(jié)果如圖3.將濾出的兩路信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后進(jìn)一步在示波器上監(jiān)測,得到圖4.結(jié)果表明,得到的時(shí)鐘信號消光比(extinction ration,ER)高,Q因子大,可以滿足后續(xù)碼型轉(zhuǎn)換需求.

圖3 利用高非線性光纖中超連續(xù)譜效應(yīng)產(chǎn)生時(shí)鐘信號光譜

實(shí)驗(yàn)中,兩路時(shí)鐘控制光和NRZ信號經(jīng)光耦合器(OC2)后進(jìn)入碼型轉(zhuǎn)換模塊,功率放大后注入50 m光子晶體光纖.實(shí)驗(yàn)中,調(diào)節(jié)HP-EDFA2的輸出功率,同時(shí)調(diào)節(jié)PC2,PC3和PC4,以改善各束光偏振態(tài),使雙抽運(yùn)四波混頻效果最佳.當(dāng)HP-EDFA2輸出功率為26 dBm時(shí),光譜監(jiān)測顯示在光子晶體光纖內(nèi)發(fā)生明顯的雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng),在光子晶體光纖輸入、輸出端、濾波器輸出端(圖2中E,F,G和H點(diǎn))測量光譜得到圖5.結(jié)果表明,輸入光纖前只有待轉(zhuǎn)換的NRZ信號光和兩路時(shí)鐘抽運(yùn)光,而經(jīng)過光子晶體光纖后,輸出光譜表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：第一,待轉(zhuǎn)換的NRZ信號光光譜明顯加寬,這是由于抽運(yùn)光調(diào)制了信號光相位所致;第二,兩路時(shí)鐘抽運(yùn)光分別獨(dú)立地與NRZ信號光發(fā)生四波混頻效應(yīng),在其兩側(cè)產(chǎn)生兩組邊帶;第三,由于光子晶體光纖非線性系數(shù)較大,且色散平坦,導(dǎo)致有高階四波混頻效應(yīng)發(fā)生,但高階閑頻光OSNR相對較低,無法從中提取出信號光信息.圖5中兩條較窄的譜線(淺綠線和淺紅線)分別代表從濾波器濾出的兩組閑頻波光,此二分量即對應(yīng)于轉(zhuǎn)換后得到的兩路RZ信號.

圖4 利用高非線性光纖中超連續(xù)譜效應(yīng)得到時(shí)鐘信號眼圖每格40 ps (a)抽運(yùn)時(shí)鐘信號(λp1=1555.50 nm);(b)抽運(yùn)時(shí)鐘信號 (λp2=1558.52 nm)的眼圖

圖5 利用光子晶體光纖中雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)碼型轉(zhuǎn)換的光譜

圖6 碼型轉(zhuǎn)換前后不同信號的眼圖,每格40ps(a)原始NRZ信號(λs=1548 nm);(b)碼型轉(zhuǎn)換后閑頻光2(λI2=1537.48 nm);(c)閑頻光1(λI1=1540.50 nm)對應(yīng)的RZ信號眼圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)碼型轉(zhuǎn)換器是否完成了碼型轉(zhuǎn)換功能,用示波器監(jiān)測轉(zhuǎn)換光的時(shí)域特性.首先使用可調(diào)諧光濾波器(對應(yīng)圖2中的OBPF4和OBPF5)將左側(cè)的兩個(gè)一階邊帶依次濾出,濾波器的3 dB帶寬為0.36 nm,中心波長在1530—1570 nm連續(xù)可調(diào),將濾出的信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后在示波器上監(jiān)測,得到結(jié)果如圖6.圖6(a)為原始待變換的NRZ信號眼圖,圖6(b)和(c)分別為將左側(cè)兩個(gè)一階閑頻光波分量(波長λI2=1537.48 nm,對應(yīng)抽運(yùn)光λp2=1558.52 nm)和(波長λI1=1540.50 nm,對應(yīng)抽運(yùn)光λp1=1555.50 nm)濾出,得到的轉(zhuǎn)換后的RZ信號眼圖.可見,NRZ信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后比特“1”出現(xiàn)歸零,變?yōu)镽Z信號,并且眼圖清晰,說明實(shí)現(xiàn)了單到雙的碼型轉(zhuǎn)換.同時(shí),由于轉(zhuǎn)換光與信號光波長不同,說明設(shè)計(jì)的碼型轉(zhuǎn)換器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了波長轉(zhuǎn)換功能,特別需要指出的是,由于得到的兩路RZ信號是由于雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)引起的,因此可以通過分別單獨(dú)調(diào)節(jié)兩路抽運(yùn)光的中心波長,實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)各路轉(zhuǎn)換信號波長的目的,進(jìn)而滿足大容量波分復(fù)用光子網(wǎng)絡(luò)在波長開關(guān)/波長路由時(shí)對波長靈活性的需求,這也是雙抽運(yùn)相對于單抽運(yùn)四波混頻的最大優(yōu)點(diǎn)所在.

4 分析與討論

4.1 波長調(diào)諧性

未來透明光子網(wǎng)絡(luò)需要碼型轉(zhuǎn)換器具有較寬的波長調(diào)諧范圍,然而基于傳統(tǒng)高非線性光纖的碼型轉(zhuǎn)換器,工作波長范圍非常有限.本文提出基于光子晶體光纖中雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)碼型轉(zhuǎn)換的方案,由于此光纖在1550 nm附近色散平坦,因此在該波長附近均可發(fā)生四波混頻,且通過單獨(dú)改變其中一束抽運(yùn)光波長,可以實(shí)現(xiàn)對兩束轉(zhuǎn)換光波長獨(dú)立調(diào)諧的目的,這是基于單抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)的碼型轉(zhuǎn)換器所沒有的優(yōu)點(diǎn).為了證明所設(shè)計(jì)碼型轉(zhuǎn)換器的波長獨(dú)立調(diào)諧功能,實(shí)驗(yàn)中分別選取抽運(yùn)光中心波長處于不同位置,觀察不同信號光與抽運(yùn)光波長間距下的碼型轉(zhuǎn)換器性能.理論上可以在超連續(xù)譜的30 nm光譜展寬范圍內(nèi)任意波長上得到抽運(yùn)時(shí)鐘信號,但由于所用光學(xué)濾波器工作波長范圍有限,為保證雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)所產(chǎn)生閑頻光仍處于濾波器工作波長范圍內(nèi),可被作為轉(zhuǎn)換后的RZ信號濾出,實(shí)驗(yàn)中選擇抽運(yùn)光與信號光波長間距不能太遠(yuǎn),得到的典型光譜如圖7.圖7(a)和(b)分別為抽運(yùn)波長在1556.02/1559.83 nm和1557.86/1562.00 nm的情況.進(jìn)入光子晶體光纖之前的光譜、在光子晶體光纖中發(fā)生雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)后的輸出光譜、以及將一階邊帶濾出后得到的閑頻波光譜分別對應(yīng)圖2中的E,F,G和H點(diǎn).結(jié)果表明：在進(jìn)入光子晶體光纖之前只有信號光和抽運(yùn)光,而輸出頻率成分豐富,說明發(fā)生了雙抽運(yùn)四波混頻作用.其中,在信號光左側(cè),與抽運(yùn)光對應(yīng)處出現(xiàn)的兩個(gè)閑頻光的OSNR較高,將這兩個(gè)分量在示波器上監(jiān)測,顯示均得到了RZ碼.

圖7 利用光子晶體光纖中雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)NRZRZ碼型轉(zhuǎn)換的光譜 (a)λp1/λp2=1556.02/1559.83 nm;(b)λp1/λp2=1557.86/1562.00 nm

4.2 轉(zhuǎn)換效率

對于以四波混頻效應(yīng)為基礎(chǔ)的全光碼型轉(zhuǎn)換器而言,轉(zhuǎn)換效率是衡量全光碼型轉(zhuǎn)換器的重要參數(shù).在傳統(tǒng)的高非線性光纖、半導(dǎo)體光放大器乃至化合物波導(dǎo)中,其四波混頻效率都比較低,因此導(dǎo)致基于此效應(yīng)的全光NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率低下.而對于我們設(shè)計(jì)的全光碼型轉(zhuǎn)換器,由于采用了新型高非線性光子晶體光纖,其良好的非線性及色散特性,使得在較寬波長范圍內(nèi)均取得了令人滿意的轉(zhuǎn)換效率.實(shí)驗(yàn)中,我們測量了不同波長范圍內(nèi)的碼型轉(zhuǎn)換效率,得到結(jié)果如圖8所示.可見,碼型轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)出在1556 nm附近轉(zhuǎn)換效率最高,往兩端逐漸降低的趨勢,分析認(rèn)為這與光子晶體光纖的色散特性相關(guān).

圖8 轉(zhuǎn)換效率與波長的關(guān)系

4.3 對輸入功率波動(dòng)的容忍性

對基于非線性光學(xué)效應(yīng)工作的器件而言,輸入光功率的變化會(huì)影響器件性能,若功率過小,則相應(yīng)非線性效應(yīng)變?nèi)?使得器件不能正常工作;反之,若光功率較大,則會(huì)導(dǎo)致其他非線性效應(yīng)發(fā)生,影響光網(wǎng)絡(luò)性能.而在實(shí)際的光子網(wǎng)絡(luò)中,由于溫度等環(huán)境因素的隨機(jī)起伏以及光纖彎曲等不可預(yù)料的條件變化,往往導(dǎo)致光網(wǎng)絡(luò)中的光功率發(fā)生波動(dòng),影響系統(tǒng)性能.因此,測量光子晶體光纖基碼型轉(zhuǎn)換器對輸入光功率波動(dòng)的容忍性,具有工程實(shí)用價(jià)值.實(shí)驗(yàn)中,我們通過連續(xù)調(diào)節(jié)HP-EDFA的抽運(yùn)電流,系統(tǒng)測量了輸入光功率從25到27.5 dBm時(shí)光纖中雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)的強(qiáng)弱,以及轉(zhuǎn)換得到的RZ信號的Q因子,ER,眼圖張開因子(eye open factor,EOF)和均方根抖動(dòng)(RMSjitter),得到不同輸入功率下光譜演化如圖9,信號質(zhì)量如圖10.結(jié)果表明,當(dāng)輸入光功率較低時(shí),雙抽運(yùn)四波混頻效應(yīng)很微弱,無法得到碼型轉(zhuǎn)換信號,隨著輸入功率增大,四波混頻效應(yīng)增強(qiáng),但轉(zhuǎn)換信號ER很低.輸入功率進(jìn)一步增大,閑頻光的OSNR開始大于10dB,轉(zhuǎn)換信號的眼圖逐漸清晰.對于轉(zhuǎn)換得到的雙通道RZ信號,我們發(fā)現(xiàn)：在整個(gè)輸入光功率變化范圍內(nèi),組播信道1的信號質(zhì)量整體優(yōu)于組播信道2;在25—27.5 dBm范圍內(nèi),轉(zhuǎn)換信號的Q因子,ER,EOF均隨著輸入光功率的增大而增大,而均方根抖動(dòng)隨著輸入光功率的增大而減小.

5 結(jié)論

提出并實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一種基于高非線性色散平坦光子晶體光纖的單到雙全光NRZ-RZ碼型轉(zhuǎn)換器.該器件利用光子晶體光纖中的雙抽運(yùn)四波混頻原理工作,通過單獨(dú)改變兩束抽運(yùn)光波長,可以實(shí)現(xiàn)兩路組播信號波長獨(dú)立調(diào)諧的目的.所設(shè)計(jì)的碼型轉(zhuǎn)換器充分利用光子晶體光纖特有的平坦色散與高非線性特性,克服了傳統(tǒng)光纖需要較長長度/較大功率、輸出波長不能靈活設(shè)置的弊端,所得轉(zhuǎn)換信號的最優(yōu)ER和Q因子分別為15 dB和5.4.整個(gè)系統(tǒng)具有對信號調(diào)制格式和比特率透明的優(yōu)點(diǎn),且完成了波長轉(zhuǎn)換和波長組播功能,這些研究對于超高速WDM/OTDM混合光子網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和工程應(yīng)用具有重要參考意義.

圖9 不同光功率下NRZ-to-RZ碼型轉(zhuǎn)換器的光譜演化(λs=1548 nm,λp1/λp2=1555.50/1558.52 nm)

圖10 光功率對轉(zhuǎn)換信號質(zhì)量的影響 (a)Q因子;(b)ER;(c)眼圖張開度;(d)RMS抖動(dòng)

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