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1、精品论文不同信号光格式对非简并相敏放大传输性能的影响谢文娟，余重秀5（北京邮电大学信息光子学与光通信研究院，北京 100876）摘要：基于光通信模拟软件 OptiSystem 7.0 ，本文成功的搭建了非简并相位敏感放大 (Nondegerate phase sensitive amplificaion) 系统，该系统既能观察到相位敏感放大(PSA)，又 能观察到相位不敏感放大(PIA)。分析了相位敏感放大系统原理，介绍了非归零码（NRZ）、 归零码(RZ)以及载波抑制归零码(CSRZ)三种光强度调制格式，并对复用及解复用后的光信10号进行仿真，通过分析其 OSNR 和眼图，发现这三种调制格式
2、的 OSNR 变化不大，而最大 Q 因子却变化很大，得出 RZ 调制格式在非简并相敏放大器中传输中的性能最好的结论。 关键词：光纤通信；非简并相敏放大；调制格式；OptiSystem 7.0中图分类号：TN29 光电子技术的应用15The influence of different signal format on nondegerate phase sensitive amplification transmission systemXie wenjuan, Yu Chongxiu(Institute of Optical Communication and Optoelectronics
3、, BUPT, Beijing 100876)Abstract: In this paper, we successfully set up the transmission system of nondegenerate phase20sensitive amplification based on OptiSystem 7.0 software. We could observe the the phase sensitive amplification and the phase insensitive amplification at the same time. Combing wi
4、th the theory of PS-FOPA, the signals which are multiplexed and demultiplexed are simulated. TheNRZ、RZ and CSRZ are introduced. Simulation results are obtained by analyzing the OSNR andeye diagram. The variation of OSNR is little while the change of the max.Q factor is a lot among25the three mudulat
5、ion format. The conclusion is obtained, which the performance of RZ format in nondegerate phase sensitive amplification transmission system is the best.Keywords: Optical Communication; Nondegenerate Phase Sensitive Amplification; ModulationFormat; OptiSyatem 7.0300引言40 Gb/ s 光通信系统中,色度色散、偏振模色散1和非线性效应
6、对系统性能影响越来越严 重。目前高速传输系统中研究的热点有:1) 低噪声及宽带宽的光放大器;2) 前向纠错码(FEC) 技术;3) 高效的信号复用及解复用技术;4) 对光噪声及光纤的非线性效应有着更高容忍度和 更高光谱效率的码型。其中针对 40 Gb/ s 系统人们提出了很多码型2,如归零码(RZ) ,载波抑35制归零码(CS2RZ) ,非归零差分相移键控码(NRZ-DPSK) ,归零差分相移键控码(RZ-DPSK) 3 ,载波抑制归零差分相移键控码(CS-RZ-DPSK)等。 对系统性能而言，高速光通信系统中非线性效应的影响越来越严重。目前对光噪声及光纤的非线性效应有着更高容忍度和更高光谱效
7、率的码型已经成为高速传输系统中研究的热 点。在高速光纤通信系统中码型的选择是决定系统传输质量和光谱效率的主要因素。可以通40过控制两个马赫-曾德尔调制器产生本文需要研究的归零码、非归零码和载波抑制归零码三 种码型。第一个马赫-曾德尔调制器前者用于加载数据，第二个马赫-曾德尔调制器用产生归 零码和载波抑制归零码的脉冲序列。若要产生非归零码，只需要使用第一个马赫-曾德尔调作者简介：谢文娟，（1989-），女，研究生，主要研究方向：光纤通信技术，光纤放大器。通信联系人：余重秀，（1946-），女，教授，主要研究方向：光纤通信技术。 E-mail: - 5 -制器。连续光经马赫-曾德尔调制器（MZM）
8、调制，输出的是非归零码光信号；当第一个马赫-曾德尔调制器输出的非归零码光信号被第二个马赫-曾德尔调制器调制时，输出的是归零45码信号，但是要求驱动第二个马赫-曾德尔调制器的振幅是第一个马赫-曾德尔调制器的一 半；要产生载波抑制归零码时，也需要用到两个马赫-曾德尔调制器，但是对第二个马赫-曾 德尔调制器的输入时钟及偏置电压有要求。因此，本文借助 OptiSystem 7.0 仿真分析比较了非归零码（NRZ）、归零码（RZ）和载 波抑制归零码（CSRZ）三种调制格式在系统中的光谱图、眼图等性能参数，实现了对系统50传输特性的评估，对仿真研究 PS-FOPA 对调制格式的影响研究具有极其深远的意义。
9、1参量放大理论参量过程的耦合模方程，频率为1 和 2 的两泵浦光以及频率为3 的信号光发生频率 耦合，产生频率为 4 = 1 + 2 3 的闲频光。泵浦光和信号光，闲频光沿光纤长度变化的微分方程组为4：2255A1= A+ i A+ 2( A+ A+ A2 )A+ 2iA A A e iz22(2-1)z21123412 3 422A2= A+ i A+ 2( A+ A+ A2 )A+ 2iA A A eiz2(2-2)z22213421 3 422A3= A+ i A+ 2( A+ A+ A 2 )A+ 2iA A A e iz(2-3)2z23312434 1 22A4= A+ i A+
10、2( A+ A+ A 2 )A+ 2iA A A eiz(2-4)2z24412343 1 2其中 A1 ， A2 ， A3 和 A4 分别为两泵浦光，信号光和闲频光的振幅， 为光纤损耗，60为 光 纤 的 非 线 性 系 数 ， 为 波 矢 量 适 配 常 数 。 其 中 ： = (3 ) + (4 ) (1 ) (2 )。假设泵浦光功率远大于信号光功率，且忽略泵浦光的损耗，可得到小信号近似下，信号光增益的解析表达式5。P (z ) = P (0)1 + (P + P )sh(gL ) / g 2 (2-5)3312 265g 2 = (P + P )2 (2-6)12 2 = + (P1
11、+ P2 )总之，相位匹配的实现是利用非线性项来补偿波矢量的适配。2OptiSystem 仿真结果分析(2-7)本文为采用的是三段光纤 DSF+SMF+DSF 级联的直线结构6。非简并相敏放大器的系统70框图如图 1 所示：图 1 非简并相敏放大系统框图Fig. 1 The scheme of non-degenerate PS-FOPA system75本文的系统参数如下：泵浦光和信号光波长分别设为 1540nm 和 1540.5nm，功率均为10dBm, 线宽为 0.1MHz, FWM 效应后会在 1539.5nm 和 1541nm 处生成闲频光。光纤部分， 两段 DSF 的长度分别是 1
12、.02km 和 0.5km，而 SMF 只有 10m 长，具体光纤参数7如表一所 示。在光解调模块，闲频光通过一高斯光滤波器将 1541nm 处的闲频光滤出，然后由 PIN 探 测器探测，通过一低通滤波器后到 BER 分析仪。PIN 二极管的分辨率和暗电流分别是 1A/W80和 10nA，并使用了四阶滤波。表 1 DSF 和 SMF 光纤的参数Tab. 1 Fiber parameters about DSF and SMF光纤衰减（dB/Km）色散(ps/km-nm)色散斜率(ps/km-nm)有效面积（m）DSF0.2170.07570SMF0.5-85-0.32285这种结构的优势在于
13、DSF1 后能够观察到相位不敏感现象，而在 DSF2 后能观察到相位敏感现象。本文主要从非归零码（NRZ）、归零码（RZ）和载波抑制归零码（CSRZ）三种 调制格式出发，结合三段光纤级联的相敏系统仿真不同调制格式对 PS-FOPA 的影响8。对 FOPA 闲频光展开相关的研究有利于扩展 FOPA 在光通信系统中的应用范围9，因此本文主 要考虑其对闲频光的影响。90非归零码（NRZ）一种二进制信息的编码，用两种不同的电联分别表示“1”和“0”，不使 用零电平。NRZ 实现简单，频谱利用率高，且信号完整性好，适合于低速、短距离的光纤 传输。图二是经 DSF2 传输和 NRZ、RZ 和 CSRZ 格
14、式调制后的波分复用(WDM)分析仪图， 从图中可以看出 1541nm 处的闲频光的 OSNR 为 77.84。图三为 NRZ 调制信号光时的眼图10， 最大的 Q 因子为 23.9198。（红线为 Q 因子曲线，同理如下）95波长（nm）光信噪比(dB)NRZRZCSRZ15406.3079046.57226468.27252081540.5-71.714484-71.533797-69.72918154177.83939777.67292676.68938图 2 NRZ 格式调制后的波分复用(WDM)分析仪（经 10m 长 DSF2 传输后)Fig.2 WDM analyzer output
15、 for NRZ、RZ and CSRZ modulation (After transmission throughSMF)100105110图 3NRZ 格式调制后的眼图Fig.3 Eye diagram of the NRZ modulation归零码（RZ）即是以高电平和零电平分别表示二进制码 1 和 0，而且在发送码 1 时高 电平在整个码元期间 T 只持续一段时间 ，其余时间返回零电平。在单极性归零码中，/T 称 为占空比。图四是占空比 100%的 RZ 调制信号光时眼图分析图，闲频光的 OSNR 是 77.67, 最大的 Q 因子为 34.0122。CSRZ 是占空比为 67%的
16、 RZ 码，在两个相邻的比特位引入了 的相位差。而图五是 CSRZ 调制信号光时眼图，闲频光的 OSNR 是 76.69,最大的 Q 因子为30.1318。图 4 RZ 格式调制后的眼图Fig. 4 Eye diagram of the RZ modulation精品论文115120125图 5 CSRZ 格式调制后的眼图Fig. 5 Eye diagram of the CS RZ modulation3结论本文给出了 OptiSystem 7.0 仿真下非简并参量放大系统的传输模型，单泵浦参量放大原 理,对于同样速率的系统，这三种码型的频谱宽度不一样，对应的频谱分布也不一样。同一 波长中，
17、改变了其色散分布，即改变了相位分布，便有了相位敏感与相位不敏感之分。通过 分析比较仿真结果看出，这三种调制格式的 OSNR 变化不大，而最大 Q 因子却变化很大。 结果发现 RZ 码型在非简并相位敏感系统中传输中的性能最好。参考文献 (References)1301351401451 孙学明, 张慧剑, 左萌. 偏振模色散及非线性效应对 40 Gbit/ s 密集波分复用系统的影响J. 光学学报,2004, 24(10): 1363-1369.2 Kovsh D, Golovchenko E A, Pilipetskii A N. Enhancement in performance of l
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19、in distortions in double-pumped parametric amplifiersJ, Optical Fiber Communication, 2009.5 邓云逸. 宽带光纤参量放大器增益特性的理论研究D. 北京: 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 2011.6 Renyong T, Jacob L, Preetpaul S D, Kumar P. Gain characteristics of a frequency nondegenerate phase-sensitive fiber-optic parametric amplifier with
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