光纖通信技術實驗報告-波長轉(zhuǎn)換

1、得 分： 光纖通信技術實驗(4)全光波長轉(zhuǎn)換器的設計實驗報告、實驗目的1. 了解全光波長轉(zhuǎn)換器 (All-optical wavelength converter, AOWC) 在實際光纖通信網(wǎng) 絡中的作用；2. 熟悉全光波長轉(zhuǎn)換器的工作原理和分類；3. 掌握增益鉗制型波長轉(zhuǎn)換器 (Gai n-clamped Wavele ngth Co nverter)的靜態(tài)、動態(tài)特 性測試與分析；4. 掌握誤碼儀、光譜儀、光示波器等常見測試儀表的使用。二、實驗原理與背景知識1. 全光波長轉(zhuǎn)換器的應用全光波長轉(zhuǎn)換器是全光網(wǎng)絡 (AON) 的核心技術之一，它能夠緩解光交叉連接 (OXC) 中的波長阻塞，實現(xiàn)不

2、同光網(wǎng)絡見的波長匹配，增強網(wǎng)絡管理的靈活性和可 靠性。 WDM 光網(wǎng)絡采用波長路由，波長路由網(wǎng)絡有兩個顯著的特點：一是波長決 定了光信號傳輸?shù)穆窂?，因此一個節(jié)點可以同時發(fā)出多路不同的波長信號，每路信 號到達不同的目的地，目的地的數(shù)量與這個節(jié)點所能產(chǎn)生的波長數(shù)相同；二是每路 信號被限制在特定通道中，因此只要這些通道不在同一條光纖中，在網(wǎng)絡的其他部 分就可以同時使用這些信號的波長，即實現(xiàn)波長重用。因此，波長是 WDM 光網(wǎng)絡 中非常重要的資源，如何有效的提高光網(wǎng)絡中的波長利用率是 WDM 光網(wǎng)絡中的重 要問題。在不帶波長轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡中，兩個節(jié)點之間建立一個連接，在其通路上經(jīng)過 的所有鏈路段必須使用同

3、一波長，如果有另外的連接需要使用其中某個鏈路段的這 一波長，則會發(fā)生波長阻塞現(xiàn)象。通過波長轉(zhuǎn)換則可將信號轉(zhuǎn)換到其它空閑的波長 上，避免發(fā)生波長阻塞，提高波長利用率。通信網(wǎng)絡中采用波長轉(zhuǎn)換器，能使參與 波分復用的波長數(shù)目減少，大大降低網(wǎng)絡中的波長阻塞率，使網(wǎng)絡組建、子網(wǎng)管理 更具靈活性與兼容性。2增益鉗制型全光波長轉(zhuǎn)換器如圖1所示，增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器（GCWC由三部分組成：輸入端采用寬反 射帶寬的光纖布拉格光柵 FBG1輸出端采用窄反射帶寬的光纖布拉格光柵FBG2增益介質(zhì)為斜腔結構且端面鍍有增透膜的SOA芯片。在增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器（GC-WC）中，兩個光纖光柵的反射譜的中心波長非常接近，SOA芯

4、片與兩端的光纖光柵通過光柵端部的光纖微透鏡耦合。顯然，GC-WC實質(zhì)上是兩端采用FBG作為增益鉗制光 對應選頻元件的增益鉗制半導體放大器 （GC-SOA。SOA芯片與兩端的光纖光柵構成 了增益鉗制光產(chǎn)生機構。為保證增益鉗制光輸出呈單縱模工作特性，輸出端FBG2的 -3dB帶寬應在0.3nm以下。GC-WC在偏置電流的作用下，有源區(qū)增益被鉗制光（即 轉(zhuǎn)換光c ）穩(wěn)定在與損耗相等的水平上。 當輸入信號光s功率較小時（對應比特“ 0”），有源區(qū)載流子濃度基本不變，此時轉(zhuǎn)換光c 輸出功率較大（對應比特“ 1”）；當輸入信號光功率較大時（對應比特“ 1”），有源區(qū)載流子被信號光大量 消耗，增益迅速變小，

5、轉(zhuǎn)換光輸出功率下降，直到熄滅（對應比特“0”）。顯然，利用GC-WC將轉(zhuǎn)換光濾出后能夠?qū)崿F(xiàn)反相的波長轉(zhuǎn)換。三、實驗儀器和設備誤碼儀、光示波器、光衰減器、光功率計、光譜儀、摻鉺光纖放大器、光濾波器、 光隔離器、增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器。四、實驗內(nèi)容和步驟1. GCWC的閾值電流與輸出光譜測試（1）搭建如圖3所示的實驗系統(tǒng)； 調(diào)整GCWC的驅(qū)動電流（調(diào)整范圍：0150mA），測量其輸出功率Pout，得到GCWC 的P-I特性曲線； 用光譜儀（CSA）觀察GCWC驅(qū)動電流分別為80mA、100mA、150mA時的光譜。2. GCWC信號光功率vs轉(zhuǎn)換光功率曲線測試(1)搭建如圖4所示的實驗系統(tǒng);調(diào)整輸入到

6、GCWC的信號光的光功率(-40+5dBm)，用光功率計測量GCWC輸 出的轉(zhuǎn)換光的光功率，得到 GCWC的Pin vs Pout曲線。3信號光和轉(zhuǎn)換光的波形與眼圖(1)搭建如圖5所示的實驗系統(tǒng)； 將誤碼儀(BERT)輸出設為十六字長的編碼(Word16) :1,用光示波器(CSA)分別觀 察并對比GCWC的輸入信號和輸出的轉(zhuǎn)換信號的波形； 將誤碼儀輸出設為偽隨機序列(PRBS 223-1)，用光示波器分別觀察GCWC的輸入 信號和輸出的轉(zhuǎn)換信號的眼圖，根據(jù)眼圖測量信號的平均光功率、消光比、周期等 參數(shù)。五、實驗結果1. GCWC的輸入信號轉(zhuǎn)換信號的波形GCWC的輸出信號轉(zhuǎn)換信號的波形2. 輸

7、出波形眼圖：輸入為30.5dbm輸入為26.5dbm時3衰減系數(shù)與誤碼率記錄表a衰減系數(shù)/db誤碼率376.6E-635.51.6E-935.32.6E-1035.81.2E-18364.2E-836.56.2E-737.31.6E-1537.64.7E-5381.8E-435038.45.2E-438.81.7E-339.26.2E-339.61.6E-240.03.3E-240.24.0E-240.52.9E-2六、討論與分析由前兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過轉(zhuǎn)換的碼型和輸入的碼型很相似，但也 存在較多的起伏，這必然會造成誤碼率的下降。如果轉(zhuǎn)換后的誤碼率 仍然可以達到系統(tǒng)誤碼率的要求，則該組波長間的轉(zhuǎn)

8、換就能利用到實 際工程中。而從不同的輸入功率得到的輸出眼圖可以發(fā)現(xiàn)，較大發(fā)送功率得 到的眼圖明顯較好，“眼睛”睜得較開，與中間方形藍色區(qū)域重疊較 少，表示此時的誤碼率較小，比較適合于傳輸型號。由此可以得出結 論，較大的發(fā)送功率有利于降低誤碼率，提高系統(tǒng)的色散損耗容限。對表格數(shù)據(jù)進行分析得到如下折線圖：可見，隨著損耗的增加，誤碼率在一定范圍內(nèi)逐漸增大，到大于某一值后， 有隨之減小。在小于35db時候，可以認為零誤碼七、思考題1. 查閱文獻，列舉全光波長轉(zhuǎn)換 （AOWC） 的實現(xiàn)方案?；赟OA勺AOWCA）基于交叉增益調(diào)制（XGM）的半導體光放大器（SOA的AOWC.B）基于交叉相位調(diào)制（XPM

9、的半導體光放大器（SOA的AOWC.C）基于四波混頻（FWM的半導體光放大器（SOA的AOWC.基于光纖的 AOW：CA）基于光纖的四波混頻（FWM的AOWCB 基于非線性光纖環(huán)路徑的 AOWC（NOLM-AOWC）基于激光器的 AOW：CA）基于激光器的交叉增益調(diào)制（ XGM 的 AOWC.B）基于激光器的四波混頻（FWM的AOWC.此外，還有基于差頻（DFG）的AOW，基于光的交叉吸收調(diào)制效應的 XAM-AOW以及飽 和吸收雙穩(wěn)態(tài)激光器和光調(diào)制 DB激光器AOWC.2. 與光電光（OEO）波長轉(zhuǎn)換方案相比，AOWC方案有哪些優(yōu)缺點？AOW技術可以緩解光交叉連接（OXC中的波長阻塞，實現(xiàn)不同