单模光纤中的色散及色散补偿专业技术.docVIP

单模光纤中的色散及色散补偿技术 PAGE PAGE 1 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： PAGE PAGE 1 光通信光纤中的色散补偿技术(原理、优点、缺点) 姓 名:__彭坚大_ 学 号:_11216020418 专业班级:_电04 摘 要：本文叙述了光通信系统中一个重要的参数——色散，详细介绍了各种色散补偿技术的原理,以及色散补偿光纤和啁啾光纤光栅色散补偿等多种解决方案的特点。 Abstract: This paper describes an important parameter dispersion in optical communication systems. The principles of various dispersion compensation techniques and the characteristics of dispersion compensation fiber and chirped fiber grating dispersion compensation are introduced in detail. 关键词：色散效应，色散补偿 引言 色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起传输信号畸变的一种物理现象。在光纤中,脉冲色散越小,它所携带的信息容量就越大。其链路的色散累积直接影响系统的传输性能,自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题，研究宽带多波长色散补偿具有重要意义。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光 在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。 色散补偿原理 2.1 光纤色散述语 一、色散及其表示： 由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散， 波导色散和模式色散。 前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。 当一束电磁波与电介质的束缚电子相互作用的时候，介质的响应通常与光波的频率ω有关，这种特性称为色散，它表明折射率 n(ω)对频率的依附关系。 光纤的色散效应可以用波矢k或传播常数β与频率的关系来表示，即β(ω)。在中心频率ωo处将β(ω)展开得到： 式中 是介质在中心频率ωo处的传播常数；等于群速度的倒数；表示群速度色散，和脉冲的展宽有关；β3为三阶色散参量。 二、 色散补偿的基本原理 1 在光纤中,不同频率的信号传输速率不同,传输同距离后会有不同的时延τ, 从而产生时延差(Δτ) 。时延差越大,表示色散越严重,具体表现为光脉冲在沿光纤传输过程中被展宽的程度愈大。因此色散的度量,通常都是采用每单位长度的群时延差来表示。脉冲在单模光纤中的传输基本方程为 式中, A为光信号的缓变振幅;z 为传输距离; T为时间;β2 为群速度色散(GVD) 或称二阶色散系数,它是脉冲展宽的主要因素;β3 为高阶色散(又称三阶色散)系数。与二阶色散相比,三阶色散对脉冲的影响通常较小。 当|β2 | 1ps2/ km时,β3 可以忽略不计。求解方程得: 式中, A(0,ω) 为A(0, T) 的傅里叶变换。可见,色散引起的光信号畸变是由相位系数决定的。单模光纤单位长度的色散量可以由下式得出: 式中, c为光速;V为光纤传输的归一化频率;b为归一化传输常数。式(3)等号右边第1项决定于材料折射率,称之为材料色散;第2项由于与光纤波导性能有关, 称之为波导色散。普通单模光纤在1550nm 窗口的色度色散系数约为16ps/ (nm·km) , 传输100 km后色散可达到1600ps/ nm。而对于10Gbit/ s系统,它的最大色散容限是1000ps/ nm。可见,要使系统正常运转,必须进行色散补偿。 2.色散补偿技术方案 色散补偿的基本原理是使用一个或多个大负色散的器件对光纤的正色散实施抵