摘要

我們報告了一種熱光學(xué)延遲干涉儀，它能夠解調(diào)國際電信聯(lián)盟 C+L 頻段 50-GHz 網(wǎng)格上的任何 OC-768 DPSK 信號。對于 42.7 Gb/s 的非歸零 DPSK 信號，接收器靈敏度達(dá)到 -35.5 dBm。

引言

光差分相移鍵控（DPSK）是一種前景廣闊的調(diào)制格式，具有高接收靈敏度、對高速傳輸中主要非線性效應(yīng)的高耐受性以及對相干串?dāng)_的高耐受性，因此最近備受關(guān)注。在 DPSK 中，數(shù)據(jù)信息由相鄰比特之間的光相位差來傳遞。為了直接檢測 DPSK 信號（通過傳統(tǒng)的強(qiáng)度檢測器），需要使用解調(diào)器將相位編碼信號轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度編碼信號。傳統(tǒng)的解調(diào)器是基于全光纖設(shè)計或平面光波電路設(shè)計的 1 位光學(xué)延遲干涉儀（1 位 DI）。這些設(shè)計對溫度有內(nèi)在敏感性。由于需要對 DI 的兩個光路之間的相位差進(jìn)行準(zhǔn)確控制，因此需要對 DI 進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度控制和穩(wěn)定。在此，我們報告了基于自由空間光學(xué)設(shè)計的耐熱 DI 的演示，該 DI 可在 0~70°C 的溫度范圍內(nèi)解調(diào)國際電信聯(lián)盟 50-GHz 網(wǎng)格上整個 C+L 波段的任何 OC-768 DPSK 信號。

熱敏 DI 的設(shè)計和特點(diǎn)

該裝置基于自由空間光學(xué)邁克爾遜干涉儀，其自由光譜范圍（FSR）為 50 GHz，由一個光學(xué)分光鏡（BS）和兩個反射鏡組成。從分光器左側(cè)入射的光束分成兩束，兩束光束經(jīng)兩面反射鏡反射后，在分光器上略微不同的位置（與輸入光束的位置不同）相互干涉。DI 的兩條光路之間的往返差分時延（Δt）滿足：其中 f 20 /( 0 Δt = ps ± M（2f 0），f 0=193.100太赫茲（國際電聯(lián)網(wǎng)格的參考頻率），M 為小整數(shù)。為了獲得良好的消光比，并更大限度地減少偏振相關(guān)頻移，分光器（BS）的功率分配比例非常接近 50/50，且 BS 的相位對偏振狀態(tài)不敏感。此外，為了實(shí)現(xiàn)熱特性，在 0°C 至 70°C 的工作溫度范圍內(nèi)，兩條路徑之間的長度差小于 10 nm。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是通過熱膨脹系數(shù)極低的熱軋卷將反射鏡與 BS 連接起來。一個光路中的氣隙約為 3 毫米。

圖 1. 基于自由空間光學(xué)邁克爾遜干涉儀的熱輻射探測器示意圖。

從輸入端口到任一輸出端口的插入損耗均小于 1.5 dB。值得一提的是它的外形小巧：27 毫米 x 27 毫米 x 10 毫米。測量到的偏振相關(guān)頻移（PDFS）小于 0.3 GHz。采用熱設(shè)計時，從 0°C 到 70°C 的頻率漂移小于 ±0.75 GHz。這相當(dāng)于 ~0.02 GHz/°C 的溫度依賴性，比傳統(tǒng) DIs 小 50 倍以上。圖 2 顯示了在 0°、30° 和 70°C 溫度條件下，熱 DI 的構(gòu)造端口在 C+L 波段上的傳輸曲線。消光比大于 25 dB。在 0~70°C 的溫度范圍內(nèi)，測量到的整個 C+L 波段與 ITU 的頻率偏移（max）也小于 0.8 GHz。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證熱敏 DI 的性能，我們對 OC-768 DPSK 信號進(jìn)行了接收器靈敏度測量，并與使用溫控 1 位 DI 獲得的結(jié)果進(jìn)行了比較。雖然歸零（RZ）DPSK 是一些創(chuàng)紀(jì)錄的大容量長途傳輸所選擇的調(diào)制格式，但在緊密濾波傳輸中，非歸零（NRZ）DPSK 顯示出與 RZ-DPSK 相似的性能。我們研究了熱 20ps-DI 對于 NRZ-DPSK 信號的性能。發(fā)射器由工作頻率為 193.2 THz 的 DFB 激光器和用于相位調(diào)制的雙驅(qū)動 LiNbO3 Mach-Zehnder 調(diào)制器（MZM）組成。該調(diào)制器由 42.7 Gb/s 的 NRZ 電子數(shù)據(jù)流（假設(shè)前向糾錯開銷為 7%）驅(qū)動，該數(shù)據(jù)流是長度為 2³¹ - 1 的偽隨機(jī)比特流（PRBS）。參考 1 位 DI 的差分延遲為 23.4 ps，PDFS 小于 0.5 GHz，消隱比大于 25 dB。圖 3 顯示了用平衡接收器測量到的 42.7 Gb/s NRZDPSK 信號的眼圖，該信號由 1 位 DI（設(shè)置在最佳溫度下）和熱 20ps-DI 解調(diào)。

使用 20ps-DI 獲得的眼圖與使用 1 位 DI 獲得的眼圖顯示了幾乎相同的開眼情況。圖 4 顯示了使用光學(xué)預(yù)放大接收器的相應(yīng)誤碼率性能。熱敏 DI 的性能與溫控 1 位 DI 基本相同。我們的仿真結(jié)果表明，對于 NRZ-DPSK 而言，20ps-DI 的比特周期與 ?t 之間的完美匹配所造成的損失約為 0.2 dB。與 1 位 DI 相比，測量的懲罰較小，這可能是因?yàn)槠?PDFS 較小。

圖 2. 在 0°、30° 和 70°C 溫度條件下，50-GHz 全熱 DI 的構(gòu)造端口測量到的傳輸曲線。

圖 3. 經(jīng) 1 位解調(diào)器（左）和熱 20ps 解碼器（右）解調(diào)的 42.7 Gb/s NRZDPSK 信號的實(shí)測眼圖。

圖 4. 42.7 Gb/sNRZ-DPSK 信號的實(shí)測誤碼率性能。

圖 5 顯示了 1551.72 nm 波長下的光信噪比（OSNR）損失（BER=6x10-5 時）與溫度的關(guān)系。圖 7 顯示了溫度為 35°C 時 C 波段 42.7-Gb/s NRZ DPSK 信號的 OSNR 值。整個 C 波段的 OSNR 要求僅在±0.3 dB 范圍內(nèi)變化。鑒于 L 波段的頻率漂移同樣很小，如圖 3 所示，我們預(yù)計熱 DI 在 L 波段也會有類似的性能。

圖 5. 使用熱 20ps-DI 測量的 42.7 Gb/s NRZ-DPSK 信號的 OSNR 值與溫度的關(guān)系。

圖 6. 測量到的 C 波段 42.7 Gb/s NRZDPSK 信號的 OSNR 損耗。信道使用波形計設(shè)置在 ITU 網(wǎng)格上。

結(jié)論

我們已經(jīng)展示了一種熱光學(xué)延遲干涉儀，它能夠解調(diào)符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的 OC-768NRZ-DPSK 信號，在 0~70°C 的溫度范圍內(nèi)，損耗可以忽略不計。這種 DPSK 解調(diào)器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且無需溫度控制和穩(wěn)定，對于可靠和經(jīng)濟(jì)有效率的產(chǎn)品實(shí)施具有吸引力。