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交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响.pdf

交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响

fn001cn
2011-04-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第期年月            光 子 学 报ACTAPHOTONICASINICAVolNoJune国家自然科学基金(编号:)资助项目Tel:  Email:yuanminghuiseueducn收稿日期:交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响袁明辉 张明德 孙小菡(东南大学电子工程系光子学与光通信研究室,南京)摘 要 基于耦合非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法分析了在单波长信道和WDM(波分复用)波长信道中XPM(交叉相位调制)对高速NOLM(非线性光纤环镜)光开关中脉冲传输的影响数值计算表明:XPM造成NOLM中信号脉冲串扰与畸变,并造成NOLM开关性能的下降WDM系统NOLM光纤环中的同向传播的各波长之间的XPM串扰比相向脉冲之间的XPM效应的影响更大,并且波长越短输出功率越低,中间信道受XPM的影响所导致的脉座现象和走离效应比两侧波长信道严重关键词 物理电子学全光开关非线性光纤环镜交叉相位调制中图分类号  TN    文献标识码  A 引言年非线性光纤环镜(NOLM)在英国伯明翰Aston大学问世,它可以灵活地构成各种全光器件,如光开关、被动锁模光纤激光器、光纤陀螺仪、全光波长转换器,、OTDM解复用器、全光逻辑门等目前,基于NOLM的全光器件技术已经比较成熟,它们具有结构简单、控制灵活方便、工作速度极高的优点由于NOLM光纤环中两路相向传播的脉冲串在时域有叠加,从而产生有害的XPM串扰,造成NOLM中信号畸变与开关性能的下降而且随着NOLM工作速度的提高,这种叠加所导致的XPM影响日益严重如果是WDM多波长信道,除了相向脉冲时域叠加所导致的XPM之外,脉冲本身各个波长之间的XPM串扰,并且波长间的XPM串扰比时域叠加所导致的XPM更为严重本文基于耦合非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶法,仿真分析了在单波长信道和WDM波长信道中XPM对NOLM光开关性能的影响 模型及理论NOLM中光波传输原理如图,NOLM输入的线偏振光Ai经耦合器后被分成两束反向传播的线偏振光,其幅值比率由耦合器的分光比f决定:|Ac|=f|Ai||Acc|=f|Ai|,它们绕环一周后再次回到耦合器处耦合输出,一部分(Ar)被反射,一部分(Ao)透射输出图 NOLM中光波传输原理Fig NotationusedfordescribingopticalswitchinaNOLMNOLM光纤环中两路相向传播脉冲串在时域有叠加过程并由此产生有害的XPM效应对于单波长信道可以用波长和偏振态相同而传播方向相反的耦合非线性薛定谔方程表述Azβ′Atiβ″AtαA=iγ(|A|uc|B|)ABzβ′Btiβ″BtαB=iγ(|B|uc|A|)B()式中,A,B为光纤环中两路相向传播脉冲的包络慢变振幅,β′=νg(νg是光纤中的光速),β″为二阶色散常量,α为衰减系数,γ为非线性系数,c为XPM耦合系数,由两路光波之间的重叠量决定,介于和之间,u在两路脉冲在时域有叠加时为,否则为对于WDM系统多波长信道情况比较复杂,除了NOLM中两路相向传播脉冲串之间的XPM以外,还有脉冲自身各波长之间的XPM串扰,n路波长的耦合非线性薛定谔方程可以表述为期袁明辉等交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响Aizβ′Aitiβ″AitαAi=iγi(|Ai|nj=j≠i|Aj|nj=j≠iujcj|Bj|)AiBizβ′Bitiβ″BitαBi=iγi(|Bi|nj=j≠i|Bj|nj=j≠iujcj|Aj|)Bi(i=,⋯,n)()式中,等式右边第二项为脉冲自身波长之间的XPM串扰,第三项为相向脉冲串的XPM效应在单模光纤中,非线性系数γ并不是稳定的,,而且由于PMD偏振模色散的影响,这种不稳定性会加剧为了限制这种不稳定性,在NOLM输入端和光纤环入口处添加偏振控制器以保证光束是线偏振的,这样就在很大程度上减少了由于偏振态的影响所造成γ的不稳定 数值计算与分析基于耦合非线性薛定谔方程,利用分步傅里叶数值计算法分别对NOLM在单波长信道和波长信道时XPM效应的影响进行了仿真研究数值计算中参量取值为:光纤环长度为个色散长度(LD)输入信号:单波长信道为nm的标准高斯脉冲(归一化峰值功率N=LDLNL=),WDM波长信道(λ=nm,λ=nm,λ=nm,λ=nm,间隔GHz)时每个信道信号功率与单波长信道相同 单波长信道XPM的影响图是单波长信道在Gbps和Gbps速率下受XPM影响的NRZ码高斯脉冲在NOLM光纤环中的演化图可以看出,光纤环中两路相向传播的脉冲由于XPM效应而被压缩或展宽,同时脉冲图 单波长信道受XPM影响的光纤环中脉冲演化图Fig PulseevolutionwithXPMinthesinglewavelengthchannelinthefiberloop波形也发生畸变NOLM工作速度越高,环中每个脉冲传播过程中所遇到的相向脉冲数也越多,相应XPM效应的积累也就越大图是在Gbps和Gbps速率下XPM对分光比f=的NOLM输出脉冲的影响可以看出,由于XPM的影响,输出脉冲被压缩,同时输出峰值功率也发生改变这是由于XPM效应的非互易性,即如果两路相向传播的脉冲功率不同(即f≠),XPM对它们的影响也不同,这种不平衡性对NOLM的开关性能造成较大的影响为了限制XPM的有害影响,一方面可以采用尽量减少NOLM的输入功率和采用超短脉冲减少脉冲串之间重叠时间的方法来减少XPM的影响,另一方面也可以采用预调制的方法,让两路反向传播的光波在入环之前功率被调制,从而减少XPM的影响,利用有限相干时间的宽带光源也可起到同样的效果 波长信道XPM的影响对于WDM系统多波长信道情况比较复杂,其自身的各个波长之间的XPM串扰远超过相向脉冲串的XPM效应图是波长信道NRZ码高斯脉冲在Gbps和Gbps速率下XPM对分光比f=的NOLM输出脉冲的影响可以看出:由于XPM效光 子 学 报卷图 单波长信道XPM对NOLM输出脉冲的影响Fig OutputpulsesoftheNOLMwithXPMinthesinglewavelengthchannel图 波长信道XPM对NOLM输出脉冲的影响Fig OutputpulsesoftheNOLMwithXPMinthewavelengthchannel应的影响,NOLM输出的信号波形畸变,一部分能量从主瓣泄漏形成脉座,中间波长信道的脉座比两侧波长信道大,并且波长越短输出脉冲的峰值越低由于XPM效应的非互易性,各个波长信道的信号在时间轴上都发生了走离,中间波长的走离比两侧波长严重 结论在高速NOLM光开关中,XPM造成NOLM中信号串扰与畸变,PMD造成NOLM光开关性能恶化,而且WDM系统中在NOLM光纤环中的同向传播的各波长之间的XPM串扰比相向脉冲之间的XPM效应影响更为严重,并且波长越短输出功率越低,中间信道受XPM所导致的脉座现象和走离效应比两侧波长信道严重参考文献 BlowKJ,DoranNJ,NelsonBPDemonstrationofthenonlinearfibreloopmirrorasanultrafastallopticaldemultiplexerElectronicsLetters,,():~ SeongNH,KimDYAnewfigureeightfiberlaserbasedonadispersionimbalancednonlinearopticalloopmirrorwithlumpeddispersiveelementsPhotonicsTechnologyLetters,,():~ BerghR,LefevreH,ShawHAnoverviewoffiberopticgyroscopesLightwaveTechnology,,():~ChiN,ChenS,GuanKJAllopticalwavelengthconversionbasedonanonlinearopticalloopmirrorAPCCOECC′,,:~ 余建军,陈树强,管克俭,等利用NOLM实现连续光到归零码脉冲和波长的同时变换光子学报,,():~YuJJ,ChenSQ,GuanKJ,etalActaPhotonicaSinica,,():~ AndreksonPA,OlssonNA,SimpsonRJ,etalGbsallopticaldemultiplexingwiththenonlinearopticalloopmirrorPhotonicsTechnologyLetters,,():~JinnoM,MatsumotoTUltrafastallopticallogicoperationsinanonlinearSagnacinterferometerwithtwocontrolbeamsOpticsLetters,,():~ 陶滢,吴重庆反向交叉相位调制对NOLM开关特性影响光子学报,,():~TaoY,WuCQActaPhotonicaSinica,,():~ AgrawalGPNonlinearfiberoptics,ndEditionNewYork:Academic,, 贾维国,杨性愉非线性双折射色散光纤中极化调制不稳定性分析光子学报,,():~JiaWG,YangXYActaPhotonicaSinica,,():~期袁明辉等交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响 BerghRA,LefevreHC,ShawHJCompensationoftheopticalKerreffectinfiberopticgyroscopesOpticsLetters,,():~ FrigoNJ,TaylorHF,GoldbergL,etalOpticalKerreffectinfibergyroscopes:effectsofnonmonochromaticsourcesOpticsLetters,,():~ImpactofXPMonthepulsetransmissioninNOLMYuanMinghui,ZhangMingde,SunXiaohanLaboratoryofPhotonicsandOpticalCommunications,DepartmentofElectronicEngineering,SoutheastUniversity,NanjingReceiveddate:Abstract TheimpactofXPMeffectonthepulsetransmissionintheNOLMswitchwithhighworkingspeedinthesinglewavelengthchannelandWDMwavelengthchannelisanalyzedbythesplitstepFouriermethodbasedonthecouplednonlinearSchrÊdingerequationThesimulationresultsshowthatXPMinducesthecrosstalkandaberrationofsignalsanddeterioratestheswitchingperformanceofNOLMFurthermore,theimpactofXPMcrosstalkofwavelengthsofthepulseisfarmorethanthatofXPMeffectofcounterpropagatingpulsesinthefiberloopintheWDMsystemTheshorterthewavelengthis,thelowertheoutputpowerofNOLMisThepulsepedestalandwalkoffeffectinducedbyXPMinthemiddlewavelengthchannelsaremorethanthoseintheedgewavelengthchannelsKeywords PhysicalelectronicsAllopticalswitchNonlinearopticalloopmirror(NOLM)Crossphasemodulation(XPM)YuanMinghui Male,anativeofHunanProvinceHereceivedBSdegreeinNanjingUniversityofScienceTechnologyinandMSdegreeinWuyiUniversityinAtpresent,hestudiesforPhDatSoutheastUniversityHismainresearchfieldisthenonlinearfiberoptics

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