Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
New dispersion-compensated Raman-amplifier cascade with a single-pump parametric amplifier for dense wavelength-division multiplexing

1Kaur G., 2Kaur Gurmeet and 1Sharma S. 

1DECED, Thapar Institute of Engineering & Technology, Deemed University, Patiala,   India. e-mail:gaganpreet.kaur@thapar.edu, preetkgagan@gmail.com
2ECE, Punjabi University Patiala, India

Download this article

Abstract. In this work a dispersion-compensated Raman amplifier has been cascaded with a single-pump parametric amplifier to build a dense wavelength-division multiplexed (DWDM) system. This hybrid system demonstrates a flat gain in the L-band. Our hybrid has been evaluated for a 25 GHz 96-channel system at 40 Gbps in the band spreading from 189 to 191.375 THz. The results demonstrate the gain larger than 16.9 dB and the gain ripple less than 5.82 dB, with no gain-flattening technique used. The novelty of our design lies in combining dispersion compensation with signal amplification in a long-length Raman-amplifier fibre followed by a short-length parametric amplifier implemented on a separate highly nonlinear fibre. For the data rate 10 Gbps, the achievable gain ripple is as low as 1.9 dB, without any gain-compensation technique. The optical signal-to-noise ratio larger than 18 dB and the flat gain confirm that our Raman fibre-optic parametric amplifier can be used as a tunable and broad-gain amplifier for the future long-haul DWDM systems. The results obtained for our system have been compared with those of the L-band optical amplifiers developed recently. The comparison testifies that our amplifier is the best of all existing analogues.

Keywords: dense wavelength-division multiplexing, parametric amplifiers, Raman fibre-optic parametric amplifiers, gain, gain flatness, optical signal-to-noise ratio

UDC: 535+681.7.068
Ukr. J. Phys. Opt. 21 35-46
doi: 10.3116/16091833/21/1/35/2020
Received: 23.12.2019

Анотація. У цій роботі раманівський підсилювач з компенсацією дисперсії введено в каскад із параметричним підсилювачем з єдиним нагнітанням для створення мультиплексованої системи зі щільним розділенням по довжині хвилі (МЩРХ). Ця гібридна система виявляє рівномірне підсилення в усій L-смузі. Даний гібрид було досліджено для 96-канальної системи з параметрами 25 ГГц і 40 Гбіт/с у діапазоні від 189 до 191,375 ТГц. Результати засвідчують можливість коефіцієнта підсилення, вищого за 16,9 дБ, і пульсації підсилення, меншої за 5,82 дБ, навіть якщо не застосована жодна методика вирівнювання підсилення. Новизна нашої конструкції полягає в поєднанні компенсації дисперсії з підсиленням сигналу за допомогою волоконного підсилювача на волокні значної довжини, з наступним параметричним підсиленням, реалізованим на окремому нелінійному волокні малої довжини. За умови швидкості передавання даних 10 Гбіт/с пульсація підсилення є низькою (1,9 дБ) без будь-яких заходів для компенсації підсилення. Відношення оптичного сигналу та шуму, більше за 18 дБ, і рівномірність коефіцієнта підсилення підтверджують можливість використання такого раманівського волоконно-оптичного параметричного підсилювача як регульованого підсилювача з широкими межами коефіцієнта підсилення в майбутніх системах МЩРХ для далекого зв’язку. Ми порівняли результати, одержані для нашої системи, з даними для інших оптичних підсилювачів в L-смузі, розроблених недавно. Порівняння засвідчує, що наш підсилювач найкращий серед усіх аналогів.
REFERENCES
  1. Hansryd J, Andrekson PA, Westlund M, Li J, and Per-Olof Hedekvist, 2002. Fiber based optical parametric amplifiers and their applications. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 8: 506-520. doi:10.1109/JSTQE.2002.1016354
  2. Taghizadeh M, Kazem Tavassoly M, Hatami M and Pakarzadeh H, 2018. One-pump fiber optical parametric amplifiers: from the pulsed to the continuous wave operation. Opt. Eng. 57: 056103. doi:10.1117/1.OE.57.5.056103
  3. Imajuku W, Takada A and Yamabayashi Y, 2000. Inline coherent optical amplifier with noise figure lower than 3 dB quantum limit. IEEE Electron. Lett. 36: 63-64. doi:10.1049/el:20000032
  4. Jazayerifar M, Warm S, Elschner R, Kroushkov D, Sackey I, Meuer C, Schubert C and Petermann K, 2013. Performance evaluation of DWDM communication systems with fiber optical parametric amplifiers. IEEE J. Lightwave Technol. 31: 1454-1462. doi:10.1109/JLT.2013.2251862
  5. Islam M, 2006. Raman amplifiers for telecommunications. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 8: 548-559. doi:10.1109/JSTQE.2002.1016358
  6. Liaw S, Ho K, Huang C, Chen W, Hsiao Y and Lai I, 2006. Investigate C+L band EDFA/Raman amplifiers by using the same pump lasers. IEEE Joint Conference on Information Sciences. Kaohsiung, Taiwan, October 8-11. doi:10.2991/jcis.2006.108
  7. Lei Gordon and Marhic M, 2013. Performance investigation of a hybrid fiber optical parametric amplifier. Opt. Express. 21: 21932-21940. doi:10.1364/OE.21.021932
  8. Kidorf H, Rottwitt K, Nissov M, Ma M and Rabarijaona E, 1999. Pump Interactions in a 100-nm bandwidth Raman amplifier. IEEE Photon. Technol. Lett. 11: 530-532. doi:10.1109/68.759388
  9. Torounidis T, Andrekson P A and Olsson B, 2006. Fiber-optical parametric amplifier with 70-dB gain. IEEE Photon. Technol. Lett. 18: 1194-1196. doi:10.1109/LPT.2006.874714
  10. Wang S and Wai P. Gain enhancement in hybrid fiber Raman/parametric amplifiers. CLEO Baltimore, MD, USA (2009). doi:10.1364/CLEO.2010.JTuD56
  11. Peiris S, Madamopoulos N, Antoniades N, Richards D, Ummy MA and Dorsinville R, 2014. Engineering an extended gain bandwidth hybrid Raman-optical parametric amplifier for next generation CWDM PON. J. Lightwave Technol. 32: 939-947. doi:10.1109/JLT.2013.2295176
  12. Kaur Gagan, Kaur G and Sharma S, 2016. Multi-section optical parametric-Raman hybrid amplifier for Terabit + WDM systems. J. Mod. Opt. 63: 819-825. doi:10.1080/09500340.2015.1104390
  13. Stephens M F C, Phillips I D, Rosa P, Harper P and Doran N J, 2015. Improved WDM performance of fibre optic parametric amplifier with Raman assisted pumping. Opt. Express. 23: 902-912. doi:10.1364/OE.23.000902
  14. Ummy M A, Arend M F, Leng L, Madamopoulos N and Dorsinville R, 2009. Extending the gain bandwidth of combined Raman-parametric fiber amplifiers using highly nonlinear fiber. IEEE J. Lightwave Technol. 27: 583-590. doi:10.1109/JLT.2008.2004948
  15. Kaur Gagan, Kaur G and Sharma S, 2017. Performance optimization of broadband communication system using hybrid parametric amplifier. Int. J. Appl. Res. 12: 4484-4490.
  16. Kaur Gaganpreet, 2020. Engineering flat gain tunable Raman-parametric hybrid L-band amplifier for narrow band multi-channel Terabits system. J. Opt. Comm. 41: 1-8. doi:10.1515/joc-2017-0113
  17. Lewis S A E, Chrenikov S V and Taylor J R, 2000. Broadband high gain dispersion compensating Raman amplifier. IEEE Electron. Lett. 36: 1355-1356. doi:10.1049/el:20000951
  18. Hansen P B, Jacobovitz-Veselka G, Grüner-Nielsen L and Stentz A J, 1998. Raman amplification for loss compensation in dispersion compensating fiber modules. IEEE Electron. Lett. 34: 1136-1137. doi:10.1049/el:19980756
  19. Agrawal G. Non-linear fiber optics. London: Academic Press (1999), P. 316-324.
  20. Fludger C R S, Handerek V and Mears R J, 2001. Pump to signal RIN transfer in Raman fibre amplifiers. Electron. Lett. 37: 15-17. doi:10.1049/el:20010027
  21. Gao M, Jiang C, Hu W, Zhang J and Wang J, 2007. The effect of phase mismatch on two-pump fiber optical parametrical amplifier. Opt. Laser Technol. 39: 327-332. doi:10.1016/j.optlastec.2005.07.006
  22. Rotich E, 2011. Factors affecting dual pump fiber optical parametric amplification gain. Proc. for Sustainable Research and Innovation Conference, 3.
  23. Wen Y, Zhu F and Bai Y, 2015. Experimental investigation on dispersion tolerance of 8x53.2Gbps NRZ for 400 GbE 2 km and 10 km PMD. Huawei Technologies. US R&D Center, IEEE802.3bs 400GbE Task Force Berlin Plenary Meeting.
  24. Lavery D, Liu S, Jeong Y, Nilsson J, Petropoulos P, Bayvel P and Savory S J. Realizing high sensitivity at 40Gbit/s and 100Gbit/s. 2012. IEEE Optical Fiber Communication Conf. 1-3. doi:10.1364/OFC.2012.OW3H.5
  25. Doerr C R, Winzer P J, Raybon G, Buhl L L, Cappuzzo M A, Wong-Foy A, Chen E Y, Gomez L T and Duelk M, 2005. 2000-km WDM transmission of 10 × 107-Gb/s RZ-DQPSK. 31st European Conference on Optical Communication, U. K., Paper Th. 4.2.1.
  26. Turkiewicz J P, Tangdiongga E, Lehmann G, Rohde H, Schairer W, Zhou Y R, Sikora E S R, Lord A, Payne D B, Khoe GD and H de Waardt, 2005. 160 Gb/s OTDM networking using deployed fiber. J. Lightwave Technol. 23: 225-235. doi:10.1109/JLT.2004.840046
  27. Daikoku M, Morita I, Taga H, Tanaka H, Kawanishi T, Sakamoto T, Miyazaki T and Fujita T, 2007. 100-Gb/s DQPSK transmission experiment without OTDM for 100Gbit Ethernet transport. IEEE J. Lightwave Technol. 25: 139-146. doi:10.1109/JLT.2006.888162
  28. Singh A, Sharma A K and Kamal T S, 2007. Four-wave mixing analysis in WDM optical communication systems with higher-order dispersion. Optik. 119: 788-792. doi:10.1016/j.ijleo.2007.03.009
  29. Abu Bakar M H, Abas A F, Mokhtar M, Mohamad H and Mahdi M A, 2011. Utilization of stimulated Raman scattering as secondary pump on hybrid remotely pump L-band Raman/erbium doped fiber amplifier. J. Laser Phys. 21: 722-728. doi:10.1134/S1054660X11070012
  30. Singh S and Kaler R, 2013. Flat-gain L-band Raman-EDFA hybrid optical amplifier for dense wavelength division multiplexed system. IEEE Photon. Technol. Lett. 25: 250-252. doi:10.1109/LPT.2012.2231406
  31. Kaur Gagan, Kaur G and Sharma S, 2015. Enhanced gain using Raman-FOPA hybrid amplifier for L-Band 96 X 100 Gbps DWDM systems. IEEE Xplore - Next Generation Computing Technologies. UPES, Dehradun, India, 4-5th September. doi:10.1109/NGCT.2015.7375179
  32. Kaur G, Sharma S and Kaur G, 2016. Novel Raman parametric hybrid L-band amplifier with four-wave mixing suppressed pump for Terabits dense wavelength division multiplexed systems. Adv. Opt. Technol. 2016: ID 6148974. 8 p. doi:10.1155/2016/6148974
  33. Ali F, Khan Y and Qureshi S S, 2019. Transmission comparison of 16 X100 Gbps dense wavelength division multiplexed long haul optical networks at different advance modulation formats under the influence of non-linear impairments. J. Opt. Comm. (at press). doi:10.1515/joc-2018-0185
  34. Abd H J, Jaber A H and Al-Hayder A A, 2018. Effectiveness of modulation formats to nonlinear effects in optical fiber transmission systems under 160 Gb/s data rate. Prog. Electron. Res. 78: 9-12. doi:10.2528/PIERL18050901
  35. Olsson SL, Corcoran B, Lundstrom C, Eriksson T A, Karlsson M and Andrekson P A, 2015. Phase sensitive amplified transmission links for improved sensitivity and nonlinearity tolerance. IEEE J. Lightwave Technol. 33: 710-721. doi:10.1109/JLT.2014.2367096
  36. Salgals T, Kurbatska I, Spolitis S, Bobrovs V and Ivanovs G, 2019. Research of M-PAM and duobinary modulation formats for use in high-speed WDM-PON systems. Intech. Open Book - Telecommunication systems - principles and applications of wireless optical technologies. doi:10.5772/intechopen.84600
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics