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改善40G光信号的发射质量

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本文要害字:WDM光纤宽带
一种创新的光信号发射方法产生高质量的信号格式，适用于多种无源器件测试和传输系统 。
不归零信号格式的传统开要害控方法在光系统中是一种低成本高效率的解决方案 。
然而，我们仍然期待会有其它信号格式能进一步降低整个系统的成本，实现更长距离的传输，以及更有效的应用现有的光带宽 。例如，归零码这种调制方法就适合用在远程传输上，同时，CS-RZ（压缩光谱的归零信号）的压缩光谱特性还有可能在DWDM系统内使光谱效率大于0.4bit/Hz/s 。而且归零码对交叉相位调制的可靠性极高，直接监测差分相移键控功能在目前也很有吸引力，这也是DWDM系统运行中的一项重要指针 。另外，用这种方法构成的基础模块可以成倍的增加传输容量，而且使用光差分相移键控方法不会因为色散和偏振模色散导致额外的性能恶化 。
针对这些情况，目前我们已经研发出了一种多用途40Gbit/s光发射平台，它能针对多种无源器件和传输系统而发射高质量的NRZ、RZ、CS-RZ、RZ-DPSK和CS-RZ　DPSK格式的信号 。
发射机的结构
图1所示的是这种多格式光发射平台的基本结构，它由两个铌酸锂调制器级联而成，一个用来产生脉冲，另一个用作数据调制 。两个调制器内都有保偏光纤，而且只需要单端RF驱动 。这种级联结构的最小插入损耗一般是7dB 。电光带宽大于30GHz，速率为40Gbit/s时驱动电压小于6Vpp 。这种调制器的残余啁啾低于±0.1 。脉冲调制器由一个高增益（34dB）、高功率（28dBm）窄带砷化镓RF放大器驱动，该放大器的通带范围是18-27GHz 。当用一个20GHz信号源驱动产生RZ脉冲时，时钟驱动器的输出奇次谐波抑制度比该时钟信号低30dB 。此外，产生RZ脉冲时，脉冲调制器偏置在马赫曾德（MZ）响应曲线上的最大传输点；产生CS-RZ脉冲时，调制器的偏置值设定为零 。
图1
现在业内有几种产生DPSK信号的方法 。这些方法包括相位调制器、由两个驱动放大器组成推拉结构的双驱动MZ调制器和单驱动无啁啾MZ调制器 。出于简单的考虑，我们选择最后面的这种方法，因为它在强度调制RZ和CS-RZ信号应用方面的作用是一样的，只是数据驱动器有所不同而已 。图2所示的是数据驱动放大器对强度和相位进行调制的输出波形 。
图2
发射机的性能
图3所示的是典型的NRZ、RZ和CS-RZ信号的光强度波形 。从这些测量中可以看到NRZ和RZ/CS-RZ数据的信噪比（SNR）分别超过18和23，而且一般来说，动态的消光比大于13dB 。我们可以把这些被测的NRZ数据的附加峰-峰抖动保持在小于5ps的范围 。至于RZ/CS-RZ数据，我们可以通过时钟信号把最低的峰-峰抖动限制在2ps以下 。而NRZ数据的抖动转移是最小的 。
图3
用同一个光系统分别测量，我们通过13Vpp驱动的脉冲发生调制器得到RZ、CS-RZ的光脉冲宽度分别为10和16ps 。测得的RZ脉冲外形与极限转换的脉冲外形非常接近，因此该RZ信号很适合用于研究光孤子传输 。然后在不影响整体性能的前提下，我们改变驱动电压的大小，发现RZ和CS-RZ脉冲的宽度最多可以减小2ps 。
产生DPSK信号，同样的数据调制器要由针对40Gbit/s优化的宽带放大器来驱动 。最大输出电平一般为12Vpp 。在这种结构中，可以产生很多种DPSK信号格式，包括NRZ　DPSK、RZ和CS-RZDPSK 。图4所示为发射机输出端RZDPSK信号的光谱，以及用MZ干涉仪（MZI）在内部时延约25ps时输出端的强度探测信号 。
要评价发射信号的质量，还需要利用基于平衡检测原理制造的DPSK接收机 。另外还需要一根可变光延时线来消除MZI译码器和平衡检测仪之间的时延差异 。一般接收端的前置放大器的输出信号的信噪比大于15，总的RMS抖动小于1ps 。我们希望与单个检测仪相比，这种检测方案能使接收机的灵敏度再提高3dB 。

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