精华公布栏

发信人: champaign (原野), 信区: ECE
标  题: 8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统
发信站: 紫丁香 (Sat Jan  8 19:14:35 2000), 转信

发信人: fangf (方方), 信区: DSP
标  题: 8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统
发信站: 饮水思源站 (Fri Jul 30 20:50:01 1999) , 站内信件

     通信学报
JOURNAL OF CHINA INSTITUTE OF COMMUNICATIONS
1998年第19卷第11期 No.11 Vol.19 1998
科技期刊

8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统

魏道平　赵玉成　江中澳　简水生
(北方交通大学光波技术研究所　北京 100044)

摘　要　介绍由2×2光纤耦合器进行级联实现的8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统，
信号源采用增益开关量子阱DFB激光器，脉冲周期为400ps。实验结果表明，采用这种方案
实现的时分复用信号产生系统，插入脉冲的间隔均匀，脉冲的波动小且损耗低。
关键词　光时分复用　光通信

An 8×2.5Gbit/s Optical Time Division Multiplexed
Signal Generating System

Wei Daoping　　Zhao Yucheng　　Jiang Zhongao　　Jian Shuisheng
区 [EEdepartment
(Institute of Lightwave Technology, Northern Jiaotong University, Beijing 100
044)

Abstract　An 8×2.5Gbit/s optical time division multiplexed signal generating
system which utilizes 2×2 optical fiber directional coupler concatenated ha
s been introduced in this paper, optical pulse source is a gain switched quan
tum well DFB laser,
which generates pulse period 400ps. Experimental results show that, this sche
me exhibits uniform pulse span, small pulse fluctuation and low loss.
Key words　OTDM, Optical communication

1　引言
　　随着科学技术的发展和社会的进步，人们对信息的需求量越来越大。人们不仅追求通
信的高质量，而且要求信息种类的多样化。目前技术发达国家都计划在21世纪普及宽带综
合业务数字网(B-ISDN),传输速率在数十Mb/s的图像通信及数百Mb/s的高清晰度电视(HDT
V)等业务将大量出现，
为满足这些要求，人们将目光转向了大容量高速的光纤通信网。

图1　OTDM系统示意图
图1　OTDM系统示意图 Yucheng　　Jiang Zhongao　　Jian Shuisheng矍� [EEdepartment

　　时分复用(OTDM)技术是目前及未来高速光通信的主要技术之一。图1给出了OTDM系统
的结构简图。由适当的光源(如锁模激光器)产生一系列窄脉冲，然后将这列脉冲分离成N
路(图中为4路)，并用速率为BGb/s的支路电信号对每路脉冲分别进行调制，在时钟周期内
对各支路信号延时后复用
，就获得了N×BGb/s的集合速率信号。复用信号经光纤高速传送后到达接收端，再由解复
用器进行解复用，就可提取出各支路信号［1］。与波分复用(WDM)系统相比，OTDM占用更
小的带宽资源，它对EDFA的增益平坦度要求较低，可以简化EDFA的应用管理，并且易于实
现色散补偿，不存在WD
M所固有的四波混频(FWM)和受激喇曼散射(SRS)等现象［2～4］。可以预料，随着OTDM技
术的日益成熟，它将会在未来的通信网中占有重要的地位，特别是OTDM和WDM相结合，将
会更加充分地利用光纤的带宽资源。
　　复用技术是实现OTDM超高速信号传输不可缺少的技术，其基本原理是采用延时技术将
低速的光信号进行时分复用而形成超高速的光信号，以便于在信道中进行超高速传送。目
前，人们正在积极研究开发全光控制的时分复用器。时分复用技术中的关键技术是时延控
制技术，平面波导时延
器的可调节性好，但插入损耗大且价格昂贵。自聚焦棒时延器的时延和功率易于控制但稳
定性差，不适于实际系统的应用［5］。1×N耦合器和N×1耦合器级联的方案与2×2耦合
器级联相比是插入损耗大。在这里，我们采用四级2×2光纤耦合器进行级联，用光纤时延
线精确控制光脉冲的时
延，实现了8×2.5Gb/s的光时分复用信号产生系统。

图1　OTDM系统示意图 Yucheng　　Jiang Zhongao　　Jian Shuisheng矍� [EEdepartment
2　8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统方案
　　OTDM系统对光源工作频率的一致性提出了非常高的要求，而目前要制作出多个工作频
率非常接近的光源却存在着相当大的困难。采用可调谐光源可以解决这一问题，但却造价
太高。因此，为了节约开支，在目前的OTDM实验研究中常常是利用一个光源来产生时分复
用研究系统所需要的时
分复用信号［6］。

图2　8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统

　　在这里，我们研制的8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统为全光纤型时分复用信号
产生系统，仅需要一个光脉冲信号源，实施方案如图2所示。其基本原理是利用分光比为
50∶50的2×2光纤耦合器将一路随机信号分为两路，通过对耦合器两路光纤分支长度差的
精确控制，使两路光脉
冲信号之间产生适当的时延差，然后再送入下一级50∶50耦合器进行复合，把其中的一路
脉冲信号插入到另一路脉冲信号中间，同时再分为两路。为产生8×2.5Gb/s时分复用信号
，我们采用了四级50∶50耦合器级联，为此，耦合器两路光纤分支的长度差与时延的关系
应满足

图1　OTDM系统示意图 Yucheng　　Jiang Zhongao　　Jian Shuisheng矍� [EEdepartment

(1)

其中，ΔLi表示第i级两路光纤的长度差；Δτi表示第i级两路光纤的时延差；c为真空中
的光速；n为光纤芯区的折射率。由于第零级的2×2耦合器只是作为一个1×2耦合器进行
分光操作，故不存在时延问题。图2中所采用的信号源为增益开关量子阱DFB激光器，产生
脉冲周期为400ps(2.5Gb
/s)的光脉冲信号，因此要求第一级实现200ps的时延差，第二级实现100ps的时延差，第
三级实现50ps的时延差。利用这样的时延差，根据(1)式计算出相应的光纤长度差。在实
验过程中，我们通过巧妙的方法，实现了对光纤长度差的精确控制，其脉冲插入精度能达
到约1ps的精度。

(a) 通信信号分析仪测得的脉冲波形　(b) 自相关扫描仪测得的脉冲波形

图3　增益开关量子阱DFB激光器产生的光脉冲信号

　　图3为增益开关量子阱DFB激光器产生的光脉冲，其中图3(a)是由Tektronix公司生产
的CSA803A通信信号分析仪测得的脉冲波形，其半宽度约为46ps，纵坐标100mv/div，横坐
标100ps/div。图3(b)是由自相关仪测得的脉冲波形，其半宽度约为19ps，横坐标10ps/d
t
iv。造成通信信号分析仪
上显示脉冲变宽的原因在于通信信号分析仪上显示的脉冲宽度受到了其它因素的影响，这
一脉冲宽度可以写为

其中　τr表示实际信号的脉冲宽度；τd表示通信信号分析仪上显示的脉冲宽度；τD表
示探测器上升时间；τs表示采样头上升时间；τc表示光电转换头上升时间；τj表示通
信信号分析仪的抖动。对于脉冲宽度非常大的脉冲信号，测量误差将变得非常小。

3　实验

　　在实验中，利用2.5Gb/s的微波脉冲发生器来驱动增益开关量子阱DFB激光器，产生光
脉冲信号。由于激光器调制的脉冲存在有啁啾，所以采用了一段色散补偿光纤(DCF)对光
脉冲进行压缩，以消除啁啾，此时，在a点用CSA803A通信信号分析仪测得的脉冲半宽度约
为37ps，如图4(a)所示
，图中，纵坐标2mv/div，横坐标100ps/div。但是，由于DCF光纤存在着较大的损耗，故
在DCF后加入一级光放大器(OA)进行光功率补偿。2.5Gb/s的光脉冲信号通过耦合器DC1和
时延线ΔL1后，两路脉冲的时延差为200ps。通过耦合器DC2后，信号复用为2×2.5Gb/s。
通过时延线ΔL2和耦合器
DC3后，信号复用为4×2.5Gb/s。通过时延线ΔL3和耦合器DC4后，信号复用为8×2.5Gb/
s。在三次复用后的b点，利用CSA803A通信信号分析仪对信号脉冲波形进行了测量，测量
s。在三次复用后的b点，利用CSA803A通信信号分析仪对信号脉冲波形进行了测量，测量nt
结果如图4(b)所示，图中，纵坐标2mv/div，横坐标50ps/div。

(a) a点的信号脉冲波形　(b) 复用后b点的信号脉冲波形

图4　实验的测量结果

4　结论

　　实验结果表明，采用2×2光纤耦合器进行级联来实现时分复用操作，是一种切实可行
的时分复用方案。这种方案具有如下优点：(1)插入脉冲的间隔易于控制。这是通过对耦
合器两路光纤分支长度差的精确控制来实现的；(2)每路脉冲幅度易于调节；(3)插入损耗
低。
　　在8×2.5Gb/s光时分复用信号产生系统的具体实现和测试中，我们也发现如下几方面
的问题：(1) 光脉冲源的性能对整个系统的性能影响较大，如脉冲形状、脉冲啁啾、脉冲
宽度及时间抖动等。因此可以预料，OTDM对光脉冲源的性能及激光器的电调制特性提出了
较高要求；(2)
2×2耦合器的分光比不均匀，将会导致多个耦合器级联之后，某些插入脉冲之间的脉冲幅
度相差较大，这在经过光放大之后尤为明显。因此，制备分光比良好的耦合器也是实现此
8×2.5Gb/s时分复用信号产生系统的关键技术之一。我们通过在耦合器的拉制过程中严格

控制分光比，并在制作
时分复用信号产生系统之前对耦合器进行严格的筛选解决了分光比的问题；(3)
由于2×2耦合器是通过熔融拉锥而成的，形成的双锥状耦合段极其脆弱，尽管使用了石英
玻璃管和金属管加以封装保护，但由于封装不良或胶合剂(如紫外胶、树脂胶等)性能不佳
等因素，会导致耦合器的性能不稳定，从而影响了整个时分复用信号产生系统的性能。我
们采用巧妙的结构设计
和各种胶的温度性能试验，解决了这一关键技术。

参　考　文　献

1　O'Mahony M J. Optical multiplexing in fiber networks: progress in WDM and
OTDM. IEEE Commun. Mag, 1995, 33(12): 85～87
2　Patel N S,Rauschenbach K A, Hall K L. 40-Gb/s demultiplexing using and ult
rafast nonlinear interferometer(UNI). IEEE Photonics Technol Lett, 1996, 8(12
): 1695～1697
3　Ohteru S, Inoue K. Optical time-division multiplexer utilizing a modulatio
n signal supplied to optical modulators as a reference. IEEE Photonics Techno
l Lett, 1996, 8(9): 1181～1183
4　Kawanishi S,Takara H,Uchiyama K, et al. Fully time-division-multiplexed 10
0Gbit/s optical transmission experiment. Electron Lett, 1993, 29(25): 2211-22
12
5　Gunning P, Lucek J K, Moodie D G, et al. Fine-gain optical TDMA channel se
5　Gunning P, Lucek J K, Moodie D G, et al. Fine-gain optical TDMA channel se
lection using an electroabsorption modulator and impulse generator. Electron
Lett, 1997, 33(2): 146～148
6　Garthe D, Lee W S, Saunders R A, et al. Demonstration of 80Gbit/s WDM tran
smission over 537 km of non-zero dispersion shifted fibre without in-line dis
persion management or gain equalization. Electron Lett, 1996, 32(13): 1217-12
18

(1997-10-21收到，1998-04-27改定)

--
    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

※ 来源:．紫丁香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: 202.118.228.139]