偏振模多正比较色散补偿器性能外文翻译资料

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偏振模多正比较色散补偿器性能

1.引言

在高速（10Gb/s以上）的数据传输领域，偏振模色散（PMD）会严重损害光通信系统的性能，脉冲畸变可以通过电或光在很大程度上逆转赔偿。光学PMD补偿，特别是功能作为频域均衡器是实施的信道传递函数的逆T1，其中表示了光频。量化特定的PMD补偿器的适用性设计，的概率密度函数（pdf）眼开口罚通常首先用所计算的蒙特卡罗方法。在此过程中，纤维是模拟通过由多个级联的仿真器双折射部分。的方向和可能每个部分的长度是随机选择的。此外，该部分可以由控制器被接合该随机偏振态。对于每一个实现仿真器，进入的脉冲的失真的列车被确定并将所得惩罚值是存储在直方图。无数次重复的直方图后被归一化，得到所需要的系统的概率密度数量。

虽然简单，蒙特卡罗程序高度耗时作为产生大量焦点事件很少发生。为了克服这个困难，重要性采样算法人为地偏置系统对低概率发生，但区身体有趣的全球系统的较大值变量。不幸的是，这种关系的先验知识之间的局部和全局变量，这可以难以获得或计算，然后需要。我们因此，最近调查了多正在光纤的PMD的PDF格式的一些研究方法emulators.1-5此过程优先连续偏置朝向与系统配置抽样事件通过纯粹统计程序概率较低不包括有关的任何信息系统属性。在本文中，我们应用，据我们所知，第一个时，多正方法的测定该系统点球不同相关的PDF格式PMD补偿。同时，我们将演示如何平均量，如均值惩罚，补偿带宽，和1分贝中断概率可以是最佳平均并作为不同的关节功能显示系统变量（这里的第一和第二阶PMD）在多正计算。

2.中断概率

在整体上基本PMD相关量系统性能是系统中断概率poutage，它是比特错误率的可能性（BER）的超过通常的顺序给定的阈值10到9。故障概率通常表示为Q因子的功能，T0表示光功率的平均值在1和0的水平，同时T2是相应的差异。在Q的方面的BER通常近似于著名的误差函数分布.

3.补偿器结构

在最近的paper93 PMD补偿技术已提交。每道工序的适宜性然后通过计算平均值的实现估计的补偿后的传输矩阵的常态。由于该不完全对应于量物理兴趣的，即，该系统中断概率我们将在这里扩展我们之前的分析结果与poutage在多正技术。第一补偿算法由重铸得到光学传递矩阵作为不对称产物的幂矩阵。连续矩阵

术语具有成比例的增加系数偏差的权力从光学载波频率0即T=0。

4.多正的评价

均线系统为了确定数量，如罚款，1分贝停运概率，见式。 （4），和补偿的带宽，定义为频率范围在其上的残余差分群时延（DGD）补偿后是比未补偿DGD较小，平均必须在所有多正样品进行。在以往的蒙特卡洛法，数量中的y平均一个给定的槽即时，的m维直方图显然其中N是总分配到bin和YK变现的数N是个Y的值，这些变现的第k个。与此相反的蒙特卡罗过程中，我们的多正模拟量在Y不同地在两个不同的迭代。特别是，如果YN，为Y的平均值在记录在第n迭代个直方图单元而YN-1,是第n迭代之前的加权平均值.

5.数值结果

我们现在说明通过的一个计算我们的程序，停电概率和三个功率损失补偿器的结构上面介绍。该PMD源是由纤维仿真模拟，平均DGD等于20ps的选自N = 50

纤维部分由偏振控制器相连。PMD的每个独立实例施加到模拟10 Gb / s的非归零（NRZ）x偏振光通过采样伪随机产生的光场波形128零和的每比特32倍的比特串，随后过滤，尽显升余弦信号响应为1.0的滚降因子。的上升时间所得到的比特模式为大约0.09纳秒。该随后得到的时域强度波形用一个简单的平方律检波器。系统惩罚然后用内眼度量估计由Fi的内最坏情况下的垂直眼开口定中心的最佳采样有限抖动窗口相。大约12.5 ps的抖动窗口宽度近似于不露痕迹相关的惩罚在最佳相位的变化，即，变体发生的快于时钟恢复可以响应。最后，每个

系统惩罚的计算值被分配给直方图与该区域50箱0-5分贝。首先考虑眼图张开刑罚在PDF分贝在没有PMD的（表示DBQ本文）补偿，我们得到图的实线曲线。 1对蒙特卡罗方法有100000变现时，点划线的曲线传统的多正四迭代25000的实现和过程对于修改后的多正过程中的虚线5000样本20次迭代。显然，对于一个固定变现的数量多正技术显着增加了计算的动态范围PDF格式与传统的蒙特卡洛法进行比较。改性多正程序，对其他另一方面，显示出比以往更小的波动

如前面所讨论的过程多正publications.12为了比较，在图2，我们绘制眼睛

没有补偿我们的输出信号（A）的图，切比雪夫补偿后（B）的补偿of10（C）的后，和改性泰勒补偿后（D）的。它显然，改性泰勒和切比雪夫过程优于而泰勒方法产生的最大的补偿

不同补偿器体系结构的行为在图更仔细地检查。图3和4是图平均眼开罚1分贝的条件中断概率，对于第l迭代为比率定义样品在bin带罚多少大于1 dB至样品中的总数完事。惩罚和中断概率的计算与二维多正过程与式的平均技术。 随后绘制为归一化的第一和二阶的功能PMD2，输出信号的前补偿，在哪里？AVE是平均DGD。注意该对称三阶的相对精度扩展为高电平时无偿第一和二级PMD系数都大，这是参数空间的区域通常与相关的严重系统中断。另外，在图5，我们显示的1分贝中断概率密度，通过加权计算图。与标准化的第一和二阶的联合概率密度PMD根据贝叶斯定理，见，例如，图6显示了眼开罚的PDF格式

用的改性多正程序评估参考。 2为没有补偿（实线），第二阶根据文献赔偿。10（点划线的曲线）切比雪夫膨胀（虚线），和校正价的二阶泰勒法。 9（虚线曲线）。对故障概率的对应的曲线作为眼开口罚的函数呈现图。 7.虽然双方修改后的泰勒和切比雪夫形式主义这里进行比参考的更好。 10中，由于该NRZ信号的光频谱由主导附近的中心频率的频率，泰勒方法是稍占优势。最后，在图8，我们考虑一个10 GHz的高斯回归零（RZ）输入与20 ps的上升时间和钟强在边带的色调从中心频率为10GHz。这里的第二阶的更广泛的频率响应。

6。结论

我们已经证明，在最佳的PMD补偿器设计关键取决于调制速度和格式。从作案获得的补偿参数PMD的矩阵产量优秀的田间泰勒展开10 GHz的信号NRZ单信道性能而一个结构，而不是基于切比雪夫逼近优选为RZ调制。实验实现这些成果目前正在调查中。此外，我们的数值计算集成了细化的评价多正的平均量，例如系统中断概率该明显增加所计算的准确度但样本数量有限。

基于光纤的参量放大和波长变换偏振模色散的效应

光纤参数IERS（参量放大器），基于四波混频（FWM）内部发生，可提供在相对宽的高增益。但是，基本的四波混频过程是高度偏振相关光学里面残余双折射不仅随机任何光波的极化（SOP）的状态，但也诱导差极化的不同频率的波中通过的偏振模色散（PMD）。在可变 PMD泵信号和惰轮波-ence不能保持其相对的SOP沿光纤，导致FOPA性能的劣化，除非使用的偏振波保持光纤。此外，由于偏振模色散可因为变化的时间而改变，这将导致在被放大的信号。虽然PMD的影响已在实验中观察到，描述这种效果的理论尚未被完全开发。在这封信中，我们提出一个向量理论为德格纳，解释了FWM过程，并用它在在很宽的范围来表明参量放大器和波长转换器的输出显著残留双折射影响内。

使用非线性偏振二氧化硅的一般形式和引入琼斯矢量，与泵，信号，和惰波，分别在参考的符号相关联。我们得到以下一组耦合矢量方程在光纤与单个激烈波作为泵送的简并四波混频过程。一些近似被推导公式进行。因为通常用于制作参量放大器短期长度的纤维损失忽略不计。我们还忽略了泵损耗，因为泵的功率比在实践中，信号和闲散功率大得多。出于同样的原因，自相位调制被包括为泵但的信号和闲散，包括由泵引起的，因为XPM影响FWM过程的相位匹配，并导致信号和闲散波的非线性偏振旋转交叉相位调制（XPM）。向量b支配双折射引起的随机SOP变化。由于残留双折射的拍长和特征研长度为10m的二氧化硅，既9长度比超过其非线性偏振旋转发生1公里，长度尺度短得多。与所述泵相关联从而快速的SOP变化可以被平均;它们的主要作用是减小非线性参数使得其有效值很小。

在没有双折射方程的（3）减少为标量的情况下，当三波被线性因为它们保持它们的输入的SOP。在残留双折射的情况下，该XPM和FWM过程只取决于PMD。因为PMD改变信号和闲散的标准操作程序相对于所述泵沿的随机的XPM和FWM效率中的不同部分随机变化。因此，从步骤IED信号和惰权力,即使在在其他方面完全相同。出于同样的原因，这些权力在随时间在环境图的插图相关联的时间尺度的给定FOPA。图1显示了这种给定的例子。

式5-7是容易解决，以获得平均FOPA增益谱。虽然这样的平均增益谱不对应于一个单一的实验测量，它提供了良好的的PMD对FOPA性能的影响的指示。图1示出了这样的增益谱两个压差值时，输入信号是线性与泵copolarized。实曲线显示分析相克2 W21公里，L 2公里，101550纳米，B3 0.1 PS3公里，，结果P0 1 W的虚线曲线示出了用于比较没有双折射各向同性的情况下。所述泵浦波长的lp 1550.15处被选择，使得所述信号具有超过在不存在双折射的40纳米的带宽相当˚F纬度增益。由于FOPA增益易受任何扰动的相位匹配条件，PMD造成的信号和闲散的SOP的随机可变ations影响平均增益谱相当。其效果与泵和信号之间增加波长间隔增大。其结果是，偏振模色散不仅降低了峰值增益值，但也严重地降低增益谱。

当信号波长LS是靠近泵，在PMD扩散长度比FOPA长度变长，并且信号和闲散可以与沿的泵保持几乎不变。 PMD在该区域中，和所述FOPA增益由只有1降低2dB左右，因为通过的倍于克和灰当LS是从LP相对较远，情况变得不同的，因为在PMD扩散长度是现在相当或比FOPA长度更短。其结果是，偏振模色散在信号和闲散的SOP相当随机变化，从而导致在FOPA增益进一步减小，增益均匀性严重劣化。即使是0.05 ps/km压差值显着倾斜出现在增益谱。对于DP较大的增益谱就更加降低。例如，LD=2.16公里30纳米时，压差0.05 pm/km，但该值降低到0.24公里.

前面的分析是基于假定双折射˚Fluctu-ations的相关长度Lc为比F IBER长度短得多。有人可能会问这个假设是否justif灭蝇灯适用于F IBER长，1公里。广泛数值西穆拉-系统蒸发散表明我们的解析理论工作良好，只要FOPA长度超过10 15lc。在图中所示的结果。 1和2的变化仅即使LC是长达100m的2公里长的FOPA量小。高非线性˚FIBERS正在越来越多地用于制造参量放大器，和100微米的长度是为他们SUFF icient。我们的分析结果适用于本例为LC10米但是当LC超过50mu;m成为疑问。残留双折射不再能在这种情况下，被视为白噪声和应使用数值方法。

总之，我们已经开发光学光纤内的简并四波混频过程的矢量理论，并用它来研究PMD对参量放大器和波长转换器的效果。我们发现，PMD不仅改变增益的平均值，但也引入了大量的信号。对于压差的典型值（约0.05 ps）中，是在20 -30％的范围在增益谱的F纬度地区。的FOPA增益频谱的频带宽度可以通过相关的至分散其他因素的限制，但PMD也可能成为现代参量放大器的一个主要限制因素。作为粗略指导，在压差的平均差分群时延应当小于50飞秒到保持在10％以下的PMD造成信号系统蒸发散在增益谱的主要部分。前面的分析是基于假定双折射的相关长度L为比光纤长度短得多。有人可能会问这个假设是适用于光纤长，1公里。广泛数值系统蒸发散表明我们的解析理论工作良好，只要FOPA长度超过10 15lc。在图中所示的结果。1和2的变化仅即使LC是长达100m的2公里长的FOPA量小。高非线性光纤正在越来越多地用于制造参量放大器，和100微米的长度是为他们。我们的分析结果适用于本例为LC10米但是当LC超过50mu;m成为疑问。残留双折射不再能在这种情况下，被视为白噪声和应使用数值方法。

偏振模色散（PMD）已在超过40Gb/ s的数据速率进行先得光网络的基本组成部分。在这样的数据速率，运算蒂卡尔信号受到损伤，如PMD和色散（CD），为了补偿PMD，监视器必须跟踪差分群时延（DGD），并补偿偏振（PSP）所述输入信号的状态。然后这些PMD成分的连续监测被送入该恢复劣化信号的补偿的光学元件。因为PMD和光盘都是连续且独立地改变，有利的是使用一个PMD监测设计来隔离PMD降解作用到所有其他损伤。

电子PMD监控解决方案，因为光通信系统的数据率是接近通过国家的最先进的电子产品带来的上限。为了应付这种电子约束，光纤的PMD监测的解决方案，可以自由从高数据速率的电子已被证明。然而，没有提出在PMD监测器迄今同时提供的CD不敏感和DGD阅读，可以从功率计来推断。考虑到这一目的，我们在2005年提出的，满足只在四波混频（FWM）基于这些要求的设备，但需要使用辅助探头的激光信号。

在这封信的基础上，克尔效应的CD-PMD不敏感显示器呈现。显示器实现无需高数据率的电子产品。一个理论去发展最提供和执行两个实验系统蒸发散。在第一个实验中证明了概念和第二实验示出了用于40Gb/s返回到零（RZ）信号监视情况。此设备从2005年提出了一个不同的，因为它是基于自相位一化（SPM），交叉相位调制（XPM），FWM的组合。尽管它是比基于FWM的版本理论上更复杂，它原来卡利简单得多实施，并且不需要额外的探头信号与所述信号并监控混合。

第二个实验包括在测试PMD监测与现实的RZ信号格式和非理想，如图1所示。 1.数据信号包括一个231 - 12 1伪随机位序列：5 ps的RZ脉冲在40kMb/s的数据速率1554的波长5nm。图5显示出了RZ信号的实验光谱，充分显示出主峰SEPA额定40千兆赫。这个信号被发送到BPF1，高斯BPF与分离和均衡两个RZ信号的自然峰的50 GHz的FWHM。过滤稍微从信号的中心波长，以获得这样的结果的偏移量。需注意的是，虽然最佳的过滤解决方案将完全从原始信号中

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