经济有效的使用FBG在线路色散补偿

翻译：凌云光子技术有限公司 Dr. Zhao Yongpeng,  River Tian 。
摘要：我们展示了在32X10.7Gbit/Snrz调制系统40X95公里SSFM长途传输中使用低GDR的啁啾光纤光栅FＢG用于在线色散补偿更节省成本的可行性。
介绍
    多通道啁啾光纤光栅FBG色散补偿是实现高性价比的长距离传输的最有前景一种解决方案，FBG可以代替现在用在线路色散补偿的色散补偿光纤（DCF），DCF是当前用于长距离传输线路中标准的解决方案，因为DCF可以实现非彩色，坡度匹配的补偿色散而几乎没有任何级联代价。但是DCF需要限制输入功率以避免非线性代价，并且插入损耗和体积较大。
    而啁啾光纤光栅FBG有低插入损耗，体积小，可以忽略非线性，这些特点可通过使用FBG和传输光纤级联允许简化的EDFＡ设计，而不在需要两级放大器，因此可以明显节省成本。FBG主要缺点是相位失真，即大家熟知的GDR群延时波纹。这是由于FBG制作过程中的不完善引起的，它限制了FBG级联的数量。然而改进FBG制作过程，已经大幅度减少了当前坡度匹配的FBG的GDR，明显地增加了FBG可级联的数量。
    在这篇文章中，我们在长距离WDM光传输系统中使用FBG线路色散补偿，使用低GDR，斜率匹配的FBG在线补偿群速色散，成功地将32x10.7G　NRZ的信号传输了3800公里。
实验设置：
    图1 描述了环路传输试验装置。 在这个实验中，32个分布式反馈激光器（DFB）输出合并在 100GhzITU标准间隔（1538.2Thz---1563.0Thz）上， 使用一个M-Z 调制器，把10.7G的231 -1 PRBS 伪随机序列调制成NRZ-OOK 信号。

    实验中的环路包括8段95公里SSFM，每段SSMF的平均损耗为19.5dB,FBG色散补偿模块平均插入损耗为2dB ,采用两级EDFA放大器来控制WDM光谱的倾斜。
WDM 每信道入纤光功率3 dBm , 在实验中使用了双周期色散图，这样的优势是每8段的累积色散接近零。在第一段之前使用色散补偿量为-1020ps/nm的 FBG 作为前补偿，对于线路补偿，DCM的色散补偿量相当于80kmSSMF（-1345ps/nm，5段）或者100kmSSMF的色散量 (-1681ps/nm,3段，使用和环路同步的偏振扰偏仪（LSPS）来减少环路引起的偏振效应。使用信道动态增益均衡器（DGE）实现DWDM信道功率均衡。
    在接收端使用窄带18Ghz 信道选择滤波器（CSF）选择信道，使用可调谐色散补偿器（TDC）（DCF/SSFM-based）来优化每信道的残余GVD，然后用10.7Gbit/s 接收机接收信号，用误码仪评估信号的质量。
实验结果
    图2A和图2B 为传输3040公里和3800公里，级联了36个和45个FBG时测量的 Q值。从性能的分布可以看出WDM信道间的GDR相关损伤很明显，大约为5dB, 对于相似的基于DCF补偿的类似传输实验，WDM信道间的GDR相关损伤相差在1dB 范围内（见参考文献6）。可是经过3040公里传输 测量到的最坏信道的Q值仍然高于7％开销的级联FEC码（BER2.4X10-3  或Q制9.0 dB）的纠错阈值2.5dB。甚至所有32信道在传输3800公里后测量的Q值还在FEC的阈值之上。
 
    在图3最上面一行，是传输3800公里后几个WDM 信道的眼图，1543.7nm(a)信道眼图,1551.7nm(b)信道眼图表明GDR对他们影响相对较小。而1552.57nm(c)信道眼图,1554.1nm(d)信道眼图表明 GDR对他们影响很显著，因此限制了可能的传输到3800公里。在图3中下面一行是模拟的根据级联FBG的幅度和相位响应模拟的相同的WDM信道背靠背时的眼图，因此这个模拟只是显示了由于FBG级联引起的GDR相关的代价。从图3我们推断，相位失真主要是由于GDR引起的代价。
    在背靠背传输系统，需要的光信噪比（OSNR）是9.7db( BER10-3  或Q值9.8 dB ) 和15.3db(BER10-9  或Q值15.60 dB），传输3040公里和3800公里后，平均OSNR分别为 19.7 dB 和18.8dB .比较背靠背所需的信噪比和经传输后最好的Q值的信噪比和最坏的Q值的信噪比，可以算出信噪比代价。经过3040公里传输后，信噪比的代价在4dB到8.5dB 之间。经过3800公里的传输后，信噪比的代价在5dB到10dB 之间。图4a 和图4b 显示了一个具有小GDR代价和具有大GDR代价的信道的Q值随着传输距离的增加而减小当传输距离加倍时，Q值减小了6.5dB，而对于理想的线性传输线路其Q值减小3dB, .因此随着FBG级联的数量增加，GDR相关的损伤更加严重。
    在环路传输的实验中，测量到的代价是由于级联相同FBG 人为的增加的，造成了相关的GDR。这个在图4c 图4d 的模拟实验中可以看出来，当增加FBG的级联数量，GDR的峰峰值GDRpp随着增加，GDRpp的均值和标准差可以通过大数量的FBG（>100）统计平均算出来，图中显示了GDRpp的均值和GDRpp均值加两倍标准差。图4c 显示了类似现场部署时任意级联FBG结果，图4d显示了8个随意的选取FBG在环路传输的实验结果。随意级联FBG的GDR是无关联的，GDR和FBG的数量是开平方的关系。而8个随意的选取FBG在环路传输实验中，由于光信号多次通过相同的FBG，GDRpp的增加是线性的，代价更加严重（图4d）.因此我们推断任意级联的FBG，顺着传输距离增加的性能的下降不是急剧的，大量的FBG级联使用带来的GDR相关代价是可以接受的。

结论
    我们使用低GDR的FBG，级联了45个FBG用于线路色散补偿NRZ调制的10.7Gbit//sWDM信号，传输了40X95公里  。大量的FBG级联（>30）带来的代价说明FBG还不适合于超长距离的传输应用。但是现在FBG的技术成熟程度使其成为成本敏感的长途线路中(大约2000km)一种非常有前景的技术。