第三章 實驗結果與討論
3.2 相位強度轉換傳輸之實驗
在 3.1 節說明了量測色散的方法之後，得到一個結論，就是想要在一般 型的光纖光柵的反射頻譜邊緣部份得到漸增的色散量是無法達到我們預期 的目標。另外，又由於第二章所所討論到的相位強度轉換的理論，並沒有 將傳輸過程中的損耗考慮進去，而頻擾式光纖光柵的長度不長，因此在頻 擾式光纖光柵中傳輸時所遭遇到的損耗很小，所以，使用頻擾式光纖光柵 來作為相位強度轉換實驗的色散物質較符合理論估計。基於以上兩點原 因，在以下的理論驗證之實驗和系統實驗，我們就固定的使用頻擾式光纖 光柵(CFG)來作為實驗所需的色散元件。
以下將依序來探討光源線寬(Δ
ν)、調變深度(m
f)、色散量大小(D)、以 及 EDFA 的放置與否這四種情況對系統性能之影響。3.2.1 光源線寬與系統性能之關係
實驗裝置如圖 15所示。架構中，光源為線寬 400 kHz 的外腔可調式單 縱模(SLM)雷射光源。光信號首先先經過摻鉺光纖放大器(EDFA)，將光信 號放大之後，經過極化控制器(polarization controller)將調整光的極化態，使 光能耦合進入外調器(external modulator)。信號產生器(Marconi Instruments, 10 KHz – 1.35 GHz Signal Generator 2030)進入相位調變埠(phase modulation port, PM port)的 745.25 MHz single tone 信號位準為 745.25 MHz、6.6 dBm，
外調器透過此 single tone unmodulate 信號對光作相位調變。架構中加入 EDFA 的原因，主要是為了克服外調器的光功率損失，因為 SLM laser 之最 大光功率輸出僅有 0 dBm，而外調器的損耗約有 10 dB。此相位調變的光信 號經過色散元件(頻擾式光纖光柵，CFG)之後，會產生相位強度轉換 (phase-intensity conversion)，將相位調變的光信號轉換為強度調變的光信 號。在接收端，則由接收器將光的強度調變信號轉換為光電流作檢測；接 收器前的光功率為-1.8 dBm。
為了比較線寬參數在相位強度轉換中所造成的影響，接下來則採用光 源線寬為 3 MHz 之 DFB LD，並將兩者的實驗結果進行比較。由於所要觀 察的變數為光源線寬，因此只能改變實驗架構的光源線寬變數，其餘系統 參數不能改變。由於 DFB LD 的最大輸出功率可達 13 dBm(SLM 光源線寬
器讓光功率衰減至 0 dBm，再輸入 EDFA。實驗結果如表 1所示。
表 1
光源線寬 Carrier Level (dBmV)
@745.25 MHz
CNR (dB)
@745.25 MHz
Δõ= 400 kHz 24.8 51.6
Δõ=3 MHz 18.8 31.0
在此我們可以很明顯的看出來，使用較小線寬的光源所得到的雜訊位 準較低，而且，轉換信號的位準也較高。這些結果和第二章之理論預測相 符合。
3.2.2 調變深度與系統性能之關係
接下來我們改變進入相位調變埠的調變信號大小，以等效改變相位調 變深度。
實驗架構與前面相同，而光源採用Δ
ν = 400 kHz 的 DFB-LD，且這時
接收光功率為 0 dBm (在前面的光源線寬實驗中 PRX為 –1.8 dBm)。我們改 變信號產生器的輸出信號大小，觀察在接收端所接收到的相位強度轉換信 號大小。實驗結果如表 3-2 所示。表 2
Input Power (dBm)@PM Port Detected Signal Level (dBmV)
-10 3
3.2.3 色散量大小與系統性能之關係
理想上，如果僅僅改變色散量大小而沒有改變其它因素來作系統實 驗，是最好的狀況。然而，我們由色散量測一節中得到的結論是，我們並 無法得到一個這樣子的機制來實驗。因此，在這一段的討論中，我們退而 求其次，利用串接不同的色散元件來增加色散量(色散量會累加，但是光損 失也隨著累積)，來進行實驗。
我們選擇三種色散物質，色散量分別為 341 ps/nm 的色散補償光纖(DCF 1)、1021 ps/nm 的色散補償光纖(DCF 2)及 1500 ps/nm 的頻擾式光纖光柵 (CFG)。將三種不同色散量的色散物質以單獨使用，或是以組合的方式，可 得到不同色散量的組合。實驗架構如圖 13所示。量測系統光源選用可調式 光源(∆ν = 400 kHz)。由於外調器之後我們並沒有加入 EDFA 作光放大，而 我們又希望能將接收機之接收光功率控制在 –1 dBm 以上，因此我們只試 了五種色散量，分別為：○1 341 ps/nm 的色散補償光纖 (DCF 1)、○2 1021 ps/nm 的色散補償光纖(DCF 2)、○3 1500 ps/nm 的頻擾式光纖光柵(CFG)、○4 1500 ps/nm 的頻擾式光纖光柵(CFG)串接 341 ps/nm 色散補償光纖、○5 1500 ps/nm 的頻擾式光纖光柵(CFG)串接 1021 ps/nm 的色散補償光纖(DCF 2)。
實驗結果如圖 14所示。由圖 14我們可以看出，隨著色散量的增加，相位 強度轉換的效應就越強，這一點和理論相符合。
3.2.4 EDFA 的放置與否與系統性能之關係
一般而言在傳輸過程中加入摻鉺光纖放大器 EDFA 時都會引入額外的 ASE 雜訊。因此，在這一段的討論中，我們將觀察加入摻鉺光纖放大器 EDFA 對系統性能之影響。量測裝置如圖 16所示。在這一段的量測中，所選用的 光源為 DFB LD(
∆ν = 3 MHz)。由於實驗所選用的 DFB LD 最大光功率可達
13 dBm，因此在圖 16這種高損耗架構之下，可用來比對放置 EDFA 與否對 系統性能的影響。如圖 16所示，DFB-LD 的輸出光功率為 13 dBm，經過 極化控制器將光耦合進入外調器作相位調變(進入外調器的光功率為 11.2 dBm)。外調器的光輸出功率為 3.3 dBm，進入頻擾式光纖光柵後，進入光 接收器接收(接收器所接收的光功率為-1.8 dBm)圖 16沒有虛線部份是沒加 EDFA 的量測架構，加上 EDFA 的量測架構
輸出光功率，這一段的傳輸條件與沒有加 EDFA 的架構相同。在外調器之 後 ， 將 光 透 過 可 調 式 光 衰 減 器 (VOA, Variable Optical Attenuator) 送 入 EDFA(此時，EDFA 的輸入光功率由 3.3 dBm 衰減至 0 dBm)。0 dBm 的光 經過 EDFA 作光放大之後，光功率被放大至 20 dBm，送入頻擾式光纖光柵 後，光功率變為 15 dBm，為了讓光接收器所接收到的光功率與沒加 EDFA 的架構相同，因此再以可調式光衰減器將光衰減至-1.8 dBm。所量測的結 果如所示。
表 3
Carrier Level (dBmV) CNR (dB)
w/o EDFA 13.2 31.3
w/i EDFA 17.7 30.6
由上表可看出，在沒有加 EDFA 的架構之下，雖然檢測信號位準 (13.2 dBmV) 比加上 EDFA 的架構所量測到的信號位準 (17.7 dBmV) 低，但 CNR (31.3 dB) 比加入 EDFA 的架構所量測之 CNR (30.6 dB) 來得高。
這個結果也相當符合理論。在放置 EDFA 的架構，由於進入色散物質(頻 擾式光纖光柵, CFG)的光功率(20 dBm)比無 EDFA 的架構(3.3 dBm)來得 大，因此，相位強度轉換效應較強，轉換信號的位準也就較高。
然而，加入 EDFA 增加進入色散物質(頻擾式光纖光柵)的光功率，讓轉 換信號的位準提高，卻也引進了額外的雜訊。由理論可知，EDFA 在這兩 種傳輸架構之下，除了有光相位雜訊會被色散物質(頻擾式光纖光柵)轉換成 光強度雜訊之外，還有與色散轉換無關，即 EDFA 自身引發的光強度雜訊。
雖然 EDFA 的光相位雜訊被轉換成光強度雜訊的量很小，但是，EDFA 本 身所引發的光強度雜訊卻會在接收端造成劣化的影響，使 CNR 變差。