基于高非线性光纤和射频分析的超高速光性能监测技术研究

Considering the important role OPM technology plays on the future high-speed optical network performance security and management, we propose three optical performance monitoring techniques:two-port intensity-difference -equipment based on the self phase modulation (SPM) effect in soft glass,radio frequency (RF) spectrum analysis and all-optical RF spectrum techniques.At the beginning, based on the previous research, we will emphasize on the further research of the physical mechanism of the impairments, feature extraction techniques, working pricinple and conditions of the SPM, cross phase modulation (XPM) and four wave mixing （FWM）effects in the highly nonlinear fiber. Next, we plan to build the theoretical models of the proposed monitoring techniques and propose the algorithms of the impairment extraction, analyze the parameters which impact the monitoring sensitivity, range and measurement errors.Then we will demonstrate the experimental performance of techniques for DQPSK signal above 80Gb/s, optimize the conditions for the best performances, measure the tolerances to other impairments and the errors.Furthermore, we will research the possibilities for monitoring other parameters, and explore the applicability on the high speed optical communication area such as the signal source optimization and the channel conpensation.We are eager to make contributions for the development of optical communication in our country through this research.

基于光性能监测技术在未来高速光网络性能保障与网络管理中的重要作用，提出了四种监测技术：基于高非线性光纤的双端口强度鉴别器技术、两种基于射频分析技术和全光射频技术，分别监测超高速调制信号OSNR、CD、PMD、PN和TJ等损伤参量中的一种或多种。本课题拟在前期研究基础上，着重更深入研究损伤的物理机制和特征提取技术；基于高非线性光纤中SPM、XPM和FWM效应的工作机理和发生条件，建立所提出监测技术的理论分析模型，完善损伤提取算法，研究影响监测灵敏度、监测范围和误差的因素；实验研究对80Gb/s 以上DQPSK调制信号监测效果，改进和完善监测模块结构设计，探索最佳监测性能的实际工作条件、对其它损伤的容忍度和测量误差；探索监测更多其它参数的可能性；探索其在高速光通信领域如OTDM信源优化和信道补偿等方面的应用。力争为我国具有知识产权光通信的发展做出贡献。

基于面向高速光网络的光性能监测技术的重要意义，本项目主要研究内容为两个方面：基于高非线性光纤（HNLF）和射频分析的超高速光性能监测技术研究：（1）基于HNLF非线性效应的多参数光性能监测技术研究。①基于HNLF的XPM效应，探测信号附近不同位置光谱功率的改变趋势随ASE和CD变化趋势刚好相反，因此，利用其功率之比可以描绘出其与损伤参数OSNR和CD的关系，并比只监测一处功率获得更大的参数监测范围。联合功率之比和功率这两个参数可以用来同时监测两个参数。该方案可以适用于80Gb/s RZ-DQPSK信号。入射泵浦功率和提取光功率的滤波器带宽对性能的影响也被考虑在内。②将发生XPM效应之后的信号光电探测其射频谱后采用自相关（AC）处理方法可以得到AC波形。同样地，波形的波峰，和两个波谷值变化特征，亦可用来监测OSNR和CD。此方法适合强度调制信号。同时考虑了电滤波器带宽的影响。③基于HNLF的FWM效应产生的闲频光功率转移函数呈二次函数或指数函数特性时监测OSNR和CD有更高的灵敏度。考虑了不同频率间隔对监测效果的影响。（2）基于射频谱分析的多参数性能监测技术研究。信号射频谱不同频段的位置与损伤之间存在一定的关系。低频段不相关的拍噪声可以用于监测OSNR，并与CD、PMD完全无关。滤波后的时钟分量功率与未滤波前时钟分量功率之比可以用来监测CD和PMD。并给出对40Gb/s RZ-50 OOK信号的监测性能。.这四种技术都具有成本低、稳定性好、能同时监测两种或以上参数的优点。.通过本项目的研究，对ONSR\CD\PMD参数原理及数值模型，采用光谱、射频谱、非线性技术，并将其应用到高速强度调制信号和相位调制信号，有一个较为全面深刻透彻的理解和探索，也取得了较为丰富的成果，对未来OPM的发展起着很好的借鉴作用。