Impatto del XPM in Sistemi Ottici con Compensazione della Dispersione Cromatica Paolo Serena Email: serena@tlc.unipr.it Corso di Comunicazioni Ottiche B A.A. 2003/04

Filtro di XPM (no GVD) s: signal, p: pump Parametro di walk-off: In assenza di GVD, la fase di XPM è la potenza del canale di pompa filtrata con: s: signal, p: pump Parametro di walk-off: Nota: è un filtro a memoria finita data dal walk-off

Rotazione di Fase per XPM XPM induce una rotazione di fase al segnale s. Per 1 tratta lunga L (sistema di rif. si muove a vgs): Per M tratte: guadagno netto di potenza da z=0 a z=li-1.

Tratte non compensate Nel caso di tratte tutte uguali di lunghezza L, con recupero totale della potenza dopo ogni tratta: Nota: L’estensione temporale aumenta linearmente con M.

Tratte compensate Note: 2M contributi (M fibre Tx (a), M fibre comp. (b)) contributi sovrapposti (fibre di compensazione riallineano i canali) fibre di comp. con risposta impulsiva più bassa (bassa potenza al loro ingresso) La risposta impulsiva complessiva è la sommatoria di quelle mostrate.

Esempio 1/2 R=10 Gb/s, M=10. Δλ=0.1/1 nm. 100% compensazione della dispersione a metà fra i canali. Segnale costante, pompa modulata. fibra Tx con D=-2 ps/nm/km e D’= 0.07 ps/nm2/km. Linea solida: SSFM Tratteggio: filtro di walk-off Note: Diverse distorsioni (per SPM/GVD) di pompa a causa di GVD accumulate differenti. 1 nm: La fase è fortemente filtrata passa-basso causa il walk-off.

Esempio 2/2 R=10 Gb/s, M=10. Δλ=0.1/1 nm. 100% compensazione della dispersione a metà fra i canali. Segnale costante, pompa modulata. fibra Tx con D=17 ps/nm/km e D’= 0.07 ps/nm2/km. Note: Per SMF walk-off molto + grande  maggior filtraggio per XPM 0.1 nm: Nascita di distorsioni sulla fase.

Cosa succede in presenza di GVD? Modello di Petermann: un rumore di fase si converte in rumore di ampiezza. Distorsione di XPM piccola  piccola perturbazione  “piccoli segnali”. Analisi perturbativa Ipotesi: bassa non linearità  durante propagazione GVD dominante  XPM generato in (z,z+dz) è provocato dalla pompa distorta da GVD soltanto tra 0 e z.

Modello del XPM con GVD (singola tratta) Approx.: Pp(z,ω) distorta da sola GVD alla coord. z (modello Petermann, IM/IM): Tale Pp genera una rotazione di XPM infinitesima alla coordinata z: Tale fase infinitesima si trasforma in distorsione di ampiezza in uscita (PM/IM):

Filtro di XPM Integrando, si ha la distorsione totale di ampiezza per XPM in uscita: Per M tratte HXPM è una combinazione lineare dei precedenti, con coefficienti dipendenti da ω (effetto dell’accumulo della dispersione e del walk-off lungo le tratte.) “Cosa succede fisicamente?” fibre a bassa dispersione cromatica  piccolo walk-off  grande rotazione di fase di XPM ma piccola conversione PM/IM per GVD. fibre a grande dispersione cromatica  grande walk-off  piccola rotazione di fase di XPM ma grande conversione PM/IM per GVD. Esistenza di una fibra peggiore

Risultato: filtro di XPM Trascurabili per L Dispersione accumulata totale: effetto globale. Risultato dell’interazione GVD/NL locale della fibra: quadratica in ω (walk-off è invece lineare)

Esempio. XPM+GVD 100% comp. a metà fra I canali. Δλ=0.8 nm R = 10 Gb/s segnale costante, pompa 10110111, con primo bit 1 centrato all’istante 0. XPM+GVD: “on” SPM: “off” Linea continua: SSFM; tratteggio: filtro.

XPM+GVD+SPM Accendo anche l’SPM SPM amplifica il rumore generato da XPM. Il filtro non cattura l’effetto del SPM. XPM nato all’inizio, con canali ancora allineati  amplificato dal forte SPM fino a ricevitore  il filtro funziona male. XPM nato più avanti, causa il walk-off  fino al ricevitore vede un SPM minore  minore distorsione da SPM  il filtro funziona bene.

Risposta in frequenza Filtro passa alto  la continua non contribuisce al rumore SMF + bassa  XPM meno efficace.

Stima prestazioni Varianza di XPM al campionatore (piccoli segnali): Sp(0,ω) densità spettrale di potenza del segnale di pompa. HR filtro di ricezione. Ipotesi: canali incorrelati e non sincronizzati.

Dipendenza dal bit rate Bassa dipendenza dal bit rate fino a 40 Gb/s. La conversione PM/IM cresce + velocemente che l’effetto filtrante del walk-off.

Dipendenza dalla dispersione accumulata Dispersione accumulata dal canale s: La dispersione accumulata ottima non è zero  esistenza di un “baricentro” del XPM

Conclusioni XPM ruota la fase del segnale con una replica filtrata del segnale di pompa. In presenza di GVD, l’impatto di tale rotazione sulle prestazioni può ancora essere descritto tramite un filtro. Le peggiori fibre, nei confronti del XPM, sono le NZDSF (D=2÷4 ps/nm/km). Non compensare esattamente può ridurre il XPM.