利用超连续多载波光源实现超过1000个通道6.25 GHz间隔的超密集波分复用传输

Takuya Ohara, Hidehiko Takara, Takashi Yamamoto, Hiroji Masuda and Toshio Morioka      NTT 网络创新实验室

Makoto Abe, and Hiroshi Takahashi       NTT 光子实验室

 摘要：我们利用超连续多载波光源成功实现了超过1000个通道，通道间隔为6.25 GHz的超密集波分复用（ultra-DWDM）传输。我们也研究了在超密集波分复用传输中四波混频所带来的影响。
关键词：ultra-DWDM

1.引言

为了建造灵活的、大容量光子网络，从本质上说仍然需要控制、管理和完全利用那些巨大的光频率资源。大容量、密集波分复用（DWDM）信号的生成和传输是实现这些光子网络的关键技术。到目前为止，我们已经看到了许多关于超过100个通道DWDM传输试验的报道[1，2]。然而，这些通道的数量一般受到很大限制，主要原因是很难对数百个光源进行有效管理。另外，由于很难控制通道间隔和绝对频率，也无法实现通道间隔低于12.5 GHz的信号传输。

而超连续多载波光源（SC-MCS）则对于良好管理的多重光载波的产生是个很吸引人的方案，主要是因为这种光源具有一致且精确通道间隔（相当于微波震荡器的精度(-Hz)），其超宽带光谱可以产生超过100个通道[3，4]。这些特性使的人们可以通过锁定一个载波就可以将整个载波锁定到标准位置。我们近期采用SC-MCS进行了数次试验演示，包括通道数为110，通道间隔为25GHz的传输演示[5]，以及313个通道，50 GHz间隔的传输演示[6]。

本文我们报道了超过1000个通道，通道间隔为6.25 GHz的超密集波分复用（ultra-DWDM）传输。在这个超密集波分复用系统中，由于通道间隔非常地窄，由四波混频（FWM）引起的串扰变得非常严重，即使是采用标准单模光纤(SMF)也是如此。另外，由许多通道组合引起的串扰积累也需要引起重视。首先我们研究了四波混频给超过1000通道的超密集波分复用传输所带来的影响。我们接着又成功地进行了1022 x 2.5 Gb/s的传输演示，演示过程中采用一个6.25GHz间隔的SC-MCS光源，以及长约116公里的SMF光纤。

2.在ultra-DWDM系统中的FWM效应

图1是本次ultra-DWDM传输结构示意图。我们通过模拟来估计FWM给信号质量带来的影响。当WDM信号注入到SMF光纤的时候我们计算由FWM引起的串扰。图2a显示了当通道数量是3的时候，每通道注入信号功率与FWM串扰之间的关系。实线属于模拟结果，而符号标记属于试验结果。由图可见，模拟结果与试验数据吻合地很好。如图2a所示，当通道间隔为6.25 GHz时的FWM串扰为17dB，明显高于通道间隔25GHz时的串扰。这意味着FWM串扰将会给6.25GHz间隔的ultra-DWDM系统带来更加严重的影响。

图1 试验配置图

图2b展示了FWM串扰与通道数量之间的关系（通道间隔均为6.25 GHz），不同的曲线代表每通道的功率不同。由图可见，当通道数从3个增长到数十个的时候，FWM串扰也增长了近20dB。当通道数超过几十个的时候，FWM串扰开始变的稳定或饱和。为了将功率损伤降低到不足0.1dB，FWM串扰必须要小于-35 dB [7]，即图中虚线的位置。这样的话，如果要进行超过1000通道的传输，每通道信号功率必须要达到-15 dBm才能满足上述要求。
  

图2：FWM给ultra-DWDM系统带来的影响（a）平均光功率与FWM串扰之间的关系（b）通道数量与FWM串扰之间的关系

3.试验与结果

根据上面我们获得的结果和依据，我们开始进行超过1000个通道的ultra-DWDM 传输试验。我们将每通道的注入功率设定在-15 dBm。图1显示了本次试验的结构示意图。仅仅使用一个SC-MCS光源就产生了超过1000个光载波，而且都能精确地按照6.25 GHz的通道间隔进行排列，SC-MCS光源采用一种带有凸状色散分布图的色散递减光纤来作为SC光纤[4，8]，对于产生平坦、宽带的超连续谱极为有效。在试验过程中，SC-MCS利用一个SC Seed脉冲光源进行相位调制，这种方法可有效产生一个具有低重复率和高信噪比[9-11]的光短脉冲。图3（a,b）展示的输出光谱展宽超过80nm，6.25GHz间隔的光载波。这些光载波被2.5 Gb/s NRZ格式（231-1 PRBS）调制后产生了一个超过1000个通道、6.25GHz间隔的ultra-DWDM信号。在调制前和调制后，这些光载波被分成C和L波段，每一个波段被一个不同的EDFA放大。如图1所示，两个波段接着在被复用在一起。

  图3 SC-MCS输出光谱（a）(b)经过116公里传输后（d）解复用后的光谱

C波段和L波段的波长范围分别在1539.52到1564.68 nm以及1572.01到1599.21 nm之间。为了有效抑制功率在分配到1000多个通道上出现的功率不一致或不统一现象，SC光谱采用了一个增益均衡器(GEQ)来进行平衡。图3c显示了一个包含1000多个通道、通道间隔为6.25 GHz的ultra-DWDM信号。这个ultra-DWDM信号被注入到一个116公里长(57 km + 59 km)的传输线路中。发射后的信号经过传输后接着被一个通道间隔为6.25 GHz 的AWG DEMUX给解复用掉（图3d）[12,13]。图4则显示了Q因子测量结果。1022个通道的Q因子值超过了15.6 dB，相当10-9的BER。图4还展示了两个解复用信号的眼图（1552.02 nm和1585.05 nm）。我们可以看到清晰地眼开图（eye opening）。

 图4：Q因子测量

4.结论

我们已经成功进行了超过1000个通道、通道间隔为6.25 GHz的超密集波分复用传输演示。为了实现超过1000个通道的ultra-DWDM传输，我们研究了FWM所带来的影响。当通道间隔为6.25 GHz，通道数量超过30个的时候，每通道注入功率必须要低于-15 dBm，从而抑制FWM引起的串扰效应。利用一个通道间隔精确控制在6.25 GHz的SC-MCS光源，我们成功地完成了1022 x 2.5 Gbit/s传输试验，传输距离达到116公里（SMF）。

5.参考文献
[1] G. Vareille et al., "3Tbit/s (300 x 11.6Gbit/s) transmission over 7380km using C+L band with 25GHz channel spacing and NRZ format," Proc. OFC2001, PD22, 2001.
[2] D. G. Foursa et al., "2.56 Tb/s (256 x 10 G/s) transmission over 11,000 km using hybrid Raman/EDFAs with 80 km of continuous
bandwidth," Proc. OFC2002, Paper FC3, 2002.
[3] J. Kim et al., "150+ channel ultra-DWDM source with N x 10 GHz spacing utilizing longitudinal mode slicing of supercontinuum," Proc. OFC 2000, ThA2, pp. 5-7, 2000.
[4] H. Takara et al., "More than 1000 channel optical frequency chain generation from single supercontinuum source with 12.5 GHz channel spacing," Electron. Lett., 36, pp. 2089-2090, 2000.
[5] H. Takara et al., "Over 1000 km DWDM transmission with supercontinuum multi-carrier source," Electron. Lett., 39, pp. 1078-1079, 2003.
[6] H. Takara et al., "124 nm seamless bandwidth, 313 x 10 Gbit/s DWDM transmission," Electron. Lett., 39, pp. 382-383, 2003.
[7] E. L. Goldstein et al., "Performance implications of component crosstalk in transparent lightwave networks," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 6, pp. 657-660, 1994.
[8] K. Mori et al., "Analysis and design of supercontinuum pulse generation in a single-mode optical fiber," J. Opt. Soc. Am. B, 18, pp.1780-1792, 2001.
[9] T. Yamamoto et al., "Low-noise optical frequency comb generation using phase modulator", Technical report of IEICE MWPO, 3-4, pp. 21-24 , 2003 in Japanese.
[10] T. Kobayashi et al., "Optical pulse compression using high-frequency electrooptic phase modulation," IEEE J. of Quantum Electron., 24, pp.382-387, 1988.
[11] T. Komukai et al., "Optical pulse generator using phase modulator and chirped fiber Bragg grating," submitted to OFC2005.
[12] H.Takahashi et al., "Transmission characteristics of arrayed-waveguide N x N wavelength multiplexer," J. of Lightwave Technol., vol.13,pp.447-455, 1995.
[13] K. Takada et al., "5 GHz-spaced 4200-channel two-stage tandem demultiplexer for ultra-multi-wavelength light source using
supercontinuum generation," Electron. Lett., 38, pp. 572-573, 2002.