智慧型高密度分波多工系統的前瞻光網路技術---子計畫IV：高密度分波多工系統的線上偏極化色散監測及補償(I)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告

子計畫四:高密度分波多工系統的線上偏極化色散監測及補 償(1/3)

計畫類別： 整合型計畫

計畫編號： NSC92-2219-E-011-004-

執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學電子工程系

計畫主持人： 譚昌文

報告類型： 完整報告

處理方式： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 93 年 5 月 31 日

國科會專題研究計劃 期中進度報告

高密度分波多工技術系統的線上偏極化色散監測及補償 計劃編號 ： NSC 92-2219-E-011-004

國立台灣科技大學電子系 譚昌文 摘要

本計劃提出利用可調式聲光濾波系統來監控及補償高密度分波多工光纖通訊系 統因極化產生的色散及相關的損失。以光纖通訊系統寄生的 ASE（amplified spontaneous emission） noise 當作式掃描光源，利用波長掃描方法 (wave scanning method)，可調式聲光濾波系統可即時、線上掃描 ASE noise 經高密度分波多工光 纖通訊系統極化狀態(state of polarization)改變的情形，進而推算出群速色散延遲 (Dispersion Group Delay, DGD)及偏極化色散(Polarization Mode Dispersion，

PMD)。而利用可調式聲光濾波器 及 值可被外加電壓（聲場）所調變，經由 適當的回饋機制，可藉由調整 及 的差值，藉而補償光訊號的極化色散。

n o n _e n o n _e

偏極化色散監測；可調式聲光濾波系統；群速色散延遲 I. 前言

高密度分波多工技術在光纖通訊領域已成為共同認定的主流，全球電信光纖傳輸 系統也大都採用高密度分波多工技術，如何監控高密度分波多工光纖通訊系統也 成為熱門的話題，而因著網際網路的蓬勃發展，傳輸極速增加，在高數據率（數 十 Gbps 以上）的傳輸狀況下，誤碼率受到偏極化色散的影響變的非常嚴重 [1]，

如何監控及補償高密度分波多工光纖通訊系統的偏極化色散變的是個重要課 題，偵測光纖通訊系統的偏極化色散不外乎分為二大類：（1）時域 （2）頻域，

各有其優缺點，一般線上偏極化色散的監控大都使用時域類方法，其優點是利用 單一波長，利用干涉法，在一系列偵測到時序訊號中，推算出偏極化色散值，但 其最大的問題是，在偵測過程中，只要稍微移動光纖即產生極大的誤差值；而頻 域類法是利用可調式光源，掃描相當頻寬的波段，在推算出偏極化色散值，其優 點是不易受光纖擾動的影響，但因需多波段掃描，較不適用已使用多波段線上系 統偵測，而比較適用於實驗室內量測。本計劃針對線上光纖傳輸系統，提出以可 調式聲光濾波偏極化色散偵測系統，其基本精神為利用高密度分波多工光纖系統 中既有的 ASE noise 為光源，利用可調式聲光濾波掃描需偵測的波段，基於頻域 法，偵測偏極化色散，其特點為：

1. 以 ASE noise 為光源，因其寬頻帶、低功率的特性，可避免干擾、佔據線上 分波多工光纖通訊系統系統各波段的訊號。

2. 以可調式聲光濾波器為掃描工具，可即時，選擇性地全區或分區掃描不同 的波段。利用多個可調式聲光濾波器串接可提高掃描解析度。

3. 以頻域法為基礎可避免量測結果受到光纖擾動影響。

4. 利用聲光濾波器 及 值可被外加電壓（聲場）所調變特性，可即時回饋 補償群速色散延遲。

n o n _e

本計劃的提出利用可調式聲光濾波系統來監控及補償高密度分波多工光纖通訊 系統因極化產生的色散及相關的損失理論基礎，並以實驗結果驗證此理論。

II. 理論基礎及方法

基本量測架構如附圖一及二：

DFB Rx

Computer

EDFA Polarizer Fiber

AOTF2 AOTF1

rf signal

ASE + rf signal carried by

light

rf signal

圖一：PMD 量測系統

polarizer

EDFA

DUT

Polarizer

controller AOTF Polarizer Analyzer

Power(mW) ASE

圖二：PDL:量測系統

再圖一，從 EDFA 發出的 ASE noise 經極化器後經光纖傳輸後，ASE 已經歷如真 實訊號相等極化色散（即群速色散延遲），而 ASE 頻譜 在節點(Hub)或接收 端經二個串接的可調式聲光濾波器掃描，此二濾波器的合成傳輸函數

（transmission function）為：

S ASE

2 2 2

1 2

1 2

2 2

1 2

2 2

sin 0.5 1 (( ) / ) sin 0.5 1 (( ) / ) ( , , )

2 2

1 (( ) / ) 1 (( ) / )

C K L C K L

T K K

C K L C K L

π π

πα π πα π

λ λ

λ π π π π

λ λ

⎡ ⎤ ⎡ 2

+ − + − ⎤

⎢ ⎥ ⎢ ⎥

⎣ ⎦ ⎣

=

+ − + −

⎦

其中λ 為掃描中心波長， 及 為聲波波速(wavenumber)，

L

α

K 1 K ₂

1545 0 1546 1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553 1554 1555 0.1

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

wavelegth[nm]

tr an sm is si on

(a)

(b)

(c)

圖三：AOTF transmission spectrum

ASE 經掃描、濾波後的頻譜可表示為

2

1 2

( ) ( , , )

P ^λ S ASE T K K d

λ λ λ λ

=

∫ ^。

利用已知的方程式[

]：

0.824

N _e 2

c τ λ

< ∆ >≈

π λ

∆

，即可推算出群速色散延遲 ∆ 。上

式中 c 為光速， N _e 為頻譜的極值。

III. 結果及討論

利用上述理論方法及建議實驗，我們量測出 10 公尺具高度極化色散的 PM 光纖 濾波後頻譜，為驗證此法的正確性，我們特地與利用光譜分析儀的光譜比較(見 圖四)，我們發現高度的一致性

1540 1541 1542 1543 1544 1545 1546 1547 1548

-35.5 -35 -34.5 -34 -33.5 -33 -32.5

wavelegth[nm]

(a)

(b)

pow er [d B m ]

圖四：濾波光譜比較圖 (

)

方法 (

) 光譜分析儀方法 。

而利用

方法求出的群速色散延遲 ∆ 為

也吻合

光纖原廠所附規 格。

IV. 結論

利用可調式聲光濾波器，我們設計出符合線上、即時需求的高密度分波多工光纖 監控及補償系統，本方法既可避免傳統時域法的缺失，又可達到頻域法的優點。

V. 參考文獻

1. P. B. Phua, J. M. Fini, and H. A. Haus, “Real-Time First- and Second-Order PMD Characterization using Averaged State-of-Polarization of Filtered Signal and Polarization Scrambling,” IEEE J. Lightwave Technol., vol.21, pp982-989, 2003.

2. C.D. Poole and D. L. Favin, “Polarization-Mode Dispersion Measurement based on Transmission Spectra through a Polarizer,” IEEE J. Lightwave Technol., vol. 12, pp917-929, 1994.

VI. 由本計劃衍生之論文發表

1. Bao-Jang Tseng and Chen-Wen Tarn, “An On-line Polarization Mode Dispersion Monitoring Technique using Acousto-optic Tunable Filters,”

submitted to IEEE Photonic Letters.

2.

Technology.

3. Hao-Liang Hung and Chen-Wen Tarn, “Polarization Mode Dispersion in an Erbium-Doped Fiber Amplifier,” submitted to IEEE J. Lightwave Technology.