- elemeket
- absztrakt
- bevezetés
- az eredmény
- IQ-adónk elve
- kísérlet
- vita
- mód
- Adónk
- Digitális jelfeldolgozás
- Átviteli kapcsolat beállítása
- További részletek
- További információ
- PDF fájlok
- További információ
- Hozzászólások
elemeket
- Száloptika és optikai kommunikáció
- Optoelektronikai eszközök és alkatrészek
absztrakt
A nagysebességű, kulcs nélküli távközlési jelek előállításának képessége a félvezető lézer meghajtó áramának közvetlen modulációjával a hatvanas évek egyik legcsodálatosabb ígéretes alkalmazása volt a feltörekvő lézertechnika területén. A haladás három évtizede 2,5 Gbit −1 csatornás tengeralattjáró optikai rendszerek kereskedelmi forgalomba hozatalához vezetett, ami az Internet mint globális jelenség növekedését ösztönözte. A közvetlen modulációval járó káros frekvenciájú csicsergés azonban arra kényszerítette az iparágat, hogy külső elektro-optikai modulátorokat használjon a kulcsnélküli rendszerek következő generációjának 10 Gbit −1 és a mai (>) 100 Gbit −1 esetén történő eljuttatásához. koherens rendszerek, amelyek komplex modulációs formátumokat használnak (például kvadrátum amplitúdó modulációt). Itt a közvetlenül modulált félvezető lézerek optikai injektálási blokkolásával komplex modulációs jeleket állítunk elő olyan formátumban, amely egyértelmű előnyöket mutat a jelenlegi és más jelenleg vizsgált megoldásokkal szemben.
Érdemes megjegyezni, hogy más IQ modulátor konfigurációkról is beszámoltak, például négy amplitúdó modulátort használva 8 és bonyolultabb konfigurációkat használva nagyobb számú fázismodulátor alapján, amelyek csökkentik az RF meghajtó 9 jeligényét vagy javítják az modulátor 10. .
az eredmény
IQ-adónk elve
A 11, 12, 13 módszerünk vázlata, amely bemutatja, hogyan lehet QAM jeleket összegyűjteni közvetlenül amplitúdó modulált (DM) lézerekből, az 1a. Ábra vázolja fel a jelek két konkrét példáját (QPSK és 16QAM), bár hangsúlyozzuk, hogy ez a megközelítés könnyen adaptálható bármilyen IQ modulációhoz. Először az amplitúdó-modulációval fogunk kezdeni (két szint a QPSK és négy szint a 16QAM esetében; 1a. Ábra). Két ilyen jel kombinálásával, relatív 90 ° -os fáziseltolódással megkapjuk a QPSK és a 16QAM konstellációkat, bár ezek középpontja nem nulla (a maradék hordozó miatt). A hordozó modulálatlan alkatrészét roncsoló interferenciával (La ábra) eltávolítjuk a hordozót, végül ideális QPSK és 16QAM jeleket kapunk.
( a ) Az adónk működési elve (a komplex síkban) konstellációs diagramok segítségével látható QPSK és 16 szintű QAM (16QAM) jelek előállításához. Az amplitúdó-modulációt használja alapvető építőelemként. A két amplitúdó modulált jel kombinálva van (1. fokozat), hogy a kívánt konstellációhoz hasonló konstellációjú jelet képezzen. A jelhordozó komponens eltávolításával a fő jel zavarásával (2. szakasz) a kívánt modulációs formátumú jelet kapjuk. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a vivőjel bármely szintje jelen legyen a kimeneten, amit egy hagyományos IQ modulátorral nehéz elérni anélkül, hogy a jel torzulna. b ) A szabadon futó, közvetlenül futó félvezető lézer és a közvetlen OIL moduláció közötti különbség magyarázata. A közvetlenül modulált lézerhez kapcsolódó nagy csicsergés miatt a csillagkép négy gyűrűből áll, nem pedig négy pontról, ami nem megfelelő IQ modulációt eredményez. Az OIL azonban a négy kört az IQ sík négy különböző pontjába "összeomlik".
Teljes méretű kép
Két fő akadályt kell leküzdeni, hogy megvalósítsuk az 1a. Ábrán bemutatott elv alapján a DM lézer "IQ adóját". Először is, a közvetlenül modulált félvezető lézer nagyfrekvenciás csiripelést eredményez 14, amelyet a konstellációs diagramon pontok helyett körökként ábrázolhatunk (1b. Ábra). A koncepció megvalósításának második akadálya, hogy két független adatfolyamot hordozó független lézert koherensen össze kell kapcsolni (esetünkben 90 ° -os fáziseltolással, 1a. Ábra), ezért kölcsönösen koherensnek kell lenniük.
Mindkét problémát OIL 15, 16 néven ismert effektus segítségével oldottuk meg. Az OIL-ben a "fő" lézer (esetünkben CW lézer) (esetünkben egy közvetlenül modulált lézer; 1a. Ábra) jelét a "slave" lézer üregébe fecskendezik. Bizonyos körülmények között a slave fázis blokkolva van a masterben, még akkor is, ha közvetlenül modulálják. A sávszélességet (vagyis a szabadon futó lézerek frekvenciájának különbségét), amelynél ez a blokkolás bekövetkezik, OIL 17 sávszélességnek nevezzük. Miután a közvetlenül modulált szolga rögzítve van a CW masteren, annak csicsergése elnyomódik (1b. Ábra) 18, 19, és modulációs sávszélessége jelentősen megnövelhető (például akár 80 GHz 100 GHz rezonáns frekvenciákig és 80 GHz természetes frekvenciákig) Express. 16, 6609-66618 (2008). "href =/articles/ncomms6911 # ref20 aria-label =" Referencia 20 "adatsáv = kattintás az adatsávra = link> 20). Ugyanaz a master két szolga lézerhez koherenciát tesz lehetővé a három eszköz között, és ezáltal stabil koherens szuperpozíció ( Ez a kölcsönös koherencia kritikus az adónkban - lehetővé teszi számunkra, hogy ezt a két közvetlenül modulált rabszolgát kombináljuk egy 90 ° -os eltolással, valamint hogy biztosítsuk a vivő elnyomását a fő jelkomponens romboló interferenciájával.
kísérlet
Az adónk elvi igazolásának felépítését a 2. ábra mutatja (a módszerek részben ismertetjük). Először a hullámhossz hangolhatóságát vizsgáltuk. A 3a. Ábra egy szabadon futó rabszolga kibocsátott spektrumait mutatja három különböző hőmérséklet-beállítás esetén, amelyek azt mutatják, hogy szinte az egész C-sávban képes fényt bocsátani. Az OIL-ben a lézer lesz az egyetlen mód, amint azt a 3b. Ábra mutatja a 3a ábrán látható három különböző hullámhossz és három szolga hőmérséklet-beállítás esetén. A szolga hőmérsékletének durva beállításával elérhető az OIL a teljes C sávban (1 530 - 1 560 nm). A 3c. Ábra mutatja a bináris fáziseltolásos kulcsképzéshez kapott konstellációkat különböző bitsebességeknél és hullámhosszaknál, amelyek szinte hullámhossztól független teljesítményt mutatnak - mindezt csak egy slave lézerrel érték el.
( a ) Kísérleteink során használt műsorszóró rendszerünk kísérleti beállítása az alapvetés bizonyítására. ( a ) Felső doboz: adónk fizikai megvalósítása; a ) alsó doboz: összehasonlítási célokra használt hagyományos LiNbO 3 alapú IQ adó. Meg kell jegyezni, hogy adónknak kétszer kevesebb RF adat bemeneti jelre van szüksége, mint az IQ modulátorokon alapuló szabványos rendszerhez. A jó optikai teljesítmény miatt csak egy szabványos DSP-re volt szükség a vevő oldalon, bár a példánkban használt közvetlenül modulált lézerek csak egyszerű Fabry-Perot típusú félvezető lézerek, és egyáltalán nem voltak optimalizálva ehhez az alkalmazáshoz. ( b ) Állítsa be az átviteli kísérletünket.
Teljes méretű kép
a ) Szabadon futó szolga spektrumok három hőmérséklet-beállításhoz. b ) A rabszolga-injektálási spektrumok blokkolva voltak a masteren, amelyet 1 530 nm-re (zöld), 1 543 nm-re (piros) és 1 561 nm-re (fekete) hangoltak. ( c ) Szemdiagramok a bináris fáziseltolódású kulcsmodulációhoz (csak egy szolga volt bekapcsolva és egy kétszintű adatfolyam által hajtva), 1 532, 1 466 és 1 560 nm-en, 14, 20 és 24 GBaud.
Teljes méretű kép
Az RF adatok előállításához tetszőleges hullámforma-generátort (AWG) használó más kísérletek eredményeit a 3. ábra mutatja. A 4a, b (egyvivős QPSK és 16QAM) és a 4. ábra 4c, d (ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelés (OFDM) QPSK-val és 16QAM-mal). Az AWG (20 és 28 GBaud) feletti adatsebesség mellett QPSK előállításához használt pszeudorandom bit-szekvenciával (PRBS) kapott eredményeket az 5. ábra mutatja. Közvetlen összehasonlítás céljából bemutatjuk a LiNbO-val kapott eredményeket 22,5 GBaud-tal. 3 IQ modulátor (3. és 4. ábra).
a ) Egy operátoros QPSK formátum. b ) 16 szintű egyvivős QAM (16-QAM) formátum. ( c ) OFDM jel QPSK modulációs formátummal kódolt segédvivőkkel. ( d ) OFDM jel alvivőkkel, 16QAM modulációs formátumok segítségével kódolva. Az AWG által generált RF adatjel. A generált jel és az átvitel utáni konstelláció spektrumai bemeneti értékként jelennek meg.
Teljes méretű kép
Az egyvivős QPSK adatokat a PRBS RF generátor segítségével állítják elő. A generált jel és az átvitel utáni konstelláció spektrumai bemeneti értékként jelennek meg. Kék négyzetek: 28 Gbaud; lila körök: 20 Gbaud.
Teljes méretű kép
A 4a. Ábra azt mutatja, hogy adónk kb. 0,8 dB optikai jel-zaj (OSNR) bírsággal bír, 10-3 bites hibaaránnyal (BER) szemben az LiNb03 modulátorral, miután 230 km-es optikai szálon terjedt át. A 4b. Ábra azt mutatja, hogy adónk meghaladja az LiNbO3-t magas BER-nél (2 × 10-3 fölött), de rosszabb az alacsonyabb BER-nél, ha a jel 230 km-es optikai szálon terjed. A konstellációban (amelyet a dinamikus egyensúlyozás fázisa után kapunk) enyhe torzulást látunk, amely az adónkban lévő (gyenge) maradék csipogás következménye.
A 4c. Ábra mutatja, hogy adónk tetszőleges modulált jeleket képes előállítani az OFDM segítségével. Amint a spektrumokból (betétből) láthatjuk, adónk egy elektromos jel lineáris leképezését mutatja egy optikai vivőhöz. A konstellációs diagramok (230 km szálterjedés után és összehangolás után készültek) világos csillagképfürtöket mutatnak, és hogy adónk csak valamivel rosszabb, mint a V π-nél érintett LiNbO 3 IQ modulátor (0, 7 és 0,5 dB dBRRR OFDM-QPSK esetén) ). és OFDM-16QAM, BER 10-3). Mivel az optikai vivő komponenst tartalmazó OFDM hasznos a demodulációban, az IQ modulátorokat általában kissé befolyásolja a VH a 21 vivő hang elérése érdekében. Azon gyakorlati feltételezés szerint, hogy az LiNbO 3 -ot 1,05 V π-nél befolyásoljuk, adónk (amely lehetővé teszi a vivőhang hozzáadását hullámforma torzítás nélkül) valójában meghaladja az LiNbO 3 -ot OFDM-16QAM esetében (valószínűleg az adónk jobb linearitása miatt, ami 1. és 2. ábra), nagyon közel az OFDM-QPSK-hoz (4d. Ábra).
Tovább kutattuk, hogy az átviteli sebesség szempontjából meddig tudjuk tolni az adónkat. Kiderült, hogy ez meghaladja az AWG sávszélességét, ezért egy (gyorsabb) PRBS generátort használtunk két további kimenettel, amelyek azonban csak a QPSK-val való együttműködésre korlátoztak minket. Megállapítottuk, hogy a szolga moduláció sávszélessége körülbelül 14 GHz volt, ami lehetővé teszi számunkra, hogy akár 28 GBaud-ot is felmenjünk - a 20 és 28 GBaud eredményeit az 1. ábra mutatja.
vita
Noha a jelenlegi kísérleteink során bemutatott adatátviteli sebesség elvileg viszonylag kicsi a külső IQ modulátorokkal elért legfrissebb eredményekhez képest, ezt az adóegységeink optimalizálása nélkül tettük meg, és csak más alkalmazásokhoz tervezett eredeti alkatrészeket használtunk. Az optimalizált szolga lézerek használatakor jelentős javulásra számítunk, különösen, ha egyetlen fotonikus chipbe (például InP) integráljuk őket, amint azt várjuk. Azonban még a jelenlegi adó esetén is 25-szer kevesebb RF meghajtó teljesítményre volt szükségünk, amit az is segített, hogy csak feleannyi RF-jelre volt szükségünk, és a legjobb legújabb modulátorhoz képest ésszerűen elérhető teljesítményt értünk el. Úgy gondoljuk, hogy ez az adónk ideális jelölt a metróhálózatokhoz és a hozzáféréshez, ahol a fő probléma az energiafogyasztás.
mód
Adónk
Az egyetlen 10 GBaud hordozóval végzett QPSK és 16QAM kísérletek során a gerjesztési görbéket különböző módon kódolják a PRBS (2 19-1) alapú 24 kvadráns rotációs algoritmus segítségével. A vevő oldalon először kompenzáltuk az optikai elülső rész hiányosságait (szűkület, egyenáram blokk, teljesítmény-egyensúlyhiány-korrekció és IQ-ortogonalizáció). Ezután a kapott hullámformákat két mintába/szimbólumba vettük, és statikus hangszínszabályzóval 25 kompenzáltuk a kromatikus diszperziót. Ezután a szokásos 17-tapintásos állandó modul (CMA) 25 algoritmust és a 22-csapos többgyűrűs CMA 26-ot használtuk a maradék hibakompenzáció beállítására a QPSK és a 16QAM számára. Mivel a kísérlet egyszerűsítésére homodin detektálást alkalmaztak, a frekvenciaeltolás kompenzációra nem volt szükség. Az utolsó fázisban a 24 vivő-helyreállítási algoritmus segítségével kompenzáltuk a fáziszajt. Végül a jeleket a BER számítás előtt másképp dekódolták.
A 20 GBaud és 28 GBaud értékű QPSK kísérletekhez a nagysebességű álvéletlenszerű mintagenerátor (SHF 12100B) kimenetét két ágra osztottuk, és egy ágban késleltettük az I és Q vezérlést (PRBS 2 15 -1). A vevő oldalon a feldolgozás hasonló volt a 10 GBaud-os kísérlethez, azzal a különbséggel, hogy egy 13 csapos csúszó szűrőt használtak a 27 fáziszaj kompenzálására.
A hullámhosszú hangolási kísérletben (3. ábra) a homodin detektálást egy koherens vevőbe épített kereskedelmi Agilent DSP algoritmusok (Agilent DSO-X 93204A + N4391A) segítségével hajtották végre.
Átviteli kapcsolat beállítása
A 230 km-es átviteli összeköttetés három szálfesztávolságot tartalmazott: 75 km normál egymódú szálat (SSMF-28) az első és a harmadik fesztávban és 80 km szálat, nagy hatásos területtel a második fesztávon. -1 dBm átlagos teljesítményt futottunk a nemlinearitások elkerülése érdekében. A vevő oldalon az ASE által generált zajterhelést használták az OSNR beállításához. Az OSNR-t a mért jel és zaj alapján számítottuk 0,1 nm felbontás mellett. 0,8 nm-es optikai sávszűrőt használtunk a sávon kívüli zaj kiszűrésére. A fő lézerből egy CW fénykomponentot (6 dBm) szivattyúztunk ki, és lokális oszcillátorként alkalmaztunk egyetlen polarizációs homodinák fogadására. A vett jel polarizációját kézzel illesztettük a vevőben lévő helyi oszcillátor polarizációjához. Koherens detektálás után az elektromos jelet valós időben, 32 GHz-es, 80-GS s-1 oszcilloszkóppal mintázták, mielőtt offline feldolgoznák.
Az adónkkal végzett kísérletek többségét megismételtük összehasonlítás céljából a Fujitsu 22,5 GBaud-os IQ modulátorával (FTM7960EX). Az optimális linearitás biztosítása érdekében a hajtó RF jelek Vpp értékét csökkentették
További részletek
Hogyan idézhetem ezt a cikket: Liu, Z. és mtsai. A kvadratúra amplitúdó moduláció szintézise modulátor nélkül. Nat. Commun. 5: 5911 doi: 10, 1038/ncomms6911 (2014).
További információ
PDF fájlok
További információ
További 1-4
Hozzászólások
Megjegyzés benyújtásával elfogadja az Általános Szerződési Feltételeinket és a közösségi irányelveket. Ha bármi sértőnek vagy összeegyeztethetetlennek tűnik a feltételeinkkel vagy irányelveinkkel, jelölje meg nem megfelelőként.