基于半导体集成器件的全光信号信噪比监测技术研究

Driven by the ever increasing network flexibility and optical transmission capability in wavelength devision multiplexing (WDM) networks, optical performance monitoring (OPM) has gained recognition as an indispensable element to ensure high quality and robust transmission.In order to overcome the problems in recent all-optical signal optical signal-to-noise ratio (OSNR) monitoring technologies, like low sensitivity, un-integration, bit-rate and pattern dependence, etc., we propose a novel all-optical signal OSNR monitoring scheme based on an integrated semiconductor device, i.e. integrated device of semiconductor optical amplifier and electroabsorption modulator (SOA-EAM). The project is focused on studying the key technologies in fabrication and integration, fabricating SOA-EAMs with wide dynamic range, low insertion loss and polarization insensitivity, and realizing all-optical signal OSNR monitoring with bit-rate and pattern transparency and high monitoring sensitivity. The project also studies the impacts of polarization, chromatic dispersion and polarization mode dispersion on the OSNR monitoring, and further applications in multi-channel and multi-impairment monitoring technologies. The proposed scheme will become essential in future intelligent optical communication networks.

随着波分复用光通信系统在网络灵活性和传输容量方面的飞速发展，作为信号无误码传输的保障- - 全光信号性能监测技术越来越受到人们的重视。为了克服目前全光信号OSNR监测技术所存在的不可集成、灵敏度低以及速率或码型相关等问题，项目提出一种基于SOA-EAM集成器件的全光信号OSNR监测技术。项目将研究集成器件的关键制备技术和集成方式，研制出具有宽动态范围、低损耗和偏振不敏感的SOA-EAM集成器件，并实验实现速率码型透明、高灵敏度的信号OSNR监测功能；研究偏振、CD、PMD色散等恶化条件对系统性能的影响；并探索其在多通道多参数监测方面的应用。研究成果对我国光网络的智能化将具有重要的实用价值。

随着各类大型数据中心和云计算业务的不断涌现，光网络在网络灵活性和传输容量两方面得到飞速的发展。作为信号无误码传输的保障——全光信号性能监测越来越受到产业界和科研界的重视。可衡量信号噪声水平的OSNR作为最基本的传输损伤直接反映了网络中的总体性能，因此需要得到有效地诊断和补偿。项目致力于研究OSNR监测技术，重点通过器件的研制解决目前OSNR监测技术低速、不可集成等问题。具体研究内容及研究成果如下： .1 提出了一个基于嵌入相位调制器和保偏光纤的Lyot-Sagnac干涉仪的带内OSNR监测方案。实验结果表明，对于4×40 Gbaud的WDM NRZ-QPSK信号可实现从7~25 dB（误差小于 0.5dB）的OSNR监测。该方案不受色散、偏振模色散和噪声偏振度的影响，且对监测信号偏振态、功率、波长和环境变化不敏感；除此之外，不要求测量无噪声时信号的相干特性，使得该方案具有可实用性。通过改进曲线拟合方式，可提高OSNR监测范围达10dB！.2 建立基于单MZI的OSNR监测的系统仿真平台，通过改变系统中各参数，观察各参数对OSNR监测性能的影响。当输入10Gb/s或40Gb/s的OOK/DPSK等不同码型、不同速率信号，监测误差能保持在<0.5dB的范围内，最终实现通过选择最优的参数来最大化OSNR监测范围的目的。仿真和理论分析证明低OSNR难测量的原因。最后，对单MZI中延时值选取进行了详细的研究，通过理论、仿真和实验得出了最佳延时值的选择方法及原则，可增加OSNR监测范围高达15dB。.3 提出了一种通过自相关函数来监测信号OSNR性能的方法。课题组通过仿真和实验均验证了该方案的可行性。实验中，通过对112Gbit/s PDM-QPSK的不同OSNR的自相关函数的研究，可实现对0~26dB的OSNR变化范围进行监测；且对CD和输入功率不敏感。.4 在InP基和SOI两种材料衬底上分别设计并制作了2×2 GI、2×2 PI、1×2 SI三种3-dB MMI耦合器，并对器件的性能进行测试，从理论和实验结果上分别分析比较了这三种耦合器的性能。为MZI应用，设计和制作了新型的准任意分光比1×3MMI耦合器，从器件尺寸、结构、制作容差等方面进行了详细的仿真分析，测试结果与仿真结果吻合。最后，针对OSNR监测应用，设计并制作了单不对称MZI器件，器件性能满足OSNR监测应用。