光通信系统讲义第二波第四章part3色散

1、本章的主要内容： 4.1 4.2模拟光纤通信系统（了解）数字光纤通信系统总体设计（理解、掌握） 4.3 4.4数字光纤通信系统性能指标（了解）光放大器（重点、掌握） 4.5色散管理（重点、掌握）3色散管理的意义:损耗和色散是影响光纤通信传输距离的两大限制。随着EDFA技术的使用，损耗的影响得以较好地解决；如何解决色散的影响就成为了光纤通信系统设计时的主要考虑-色散管理主要内容就是如何补偿色散对信号的展宽的影响，所以也常称为色散补偿。色散的种类：模式色散（多模光纤中存在）材料色散波导色散偏振模色散群速色散(GVD)由光源发射进入单模光纤的光脉冲包含许多不同的频率分量（光源的线宽），这些不同频率分

2、量将以不同的群速度，因而在传输过程中必将出现脉冲展宽，这种现象称为群速色散（GVD）或者模内色散。包括材料色散和波导色散。6降低群速色散的基本方法：色散位移光纤非零位移色散光纤色散补偿：负色散光纤的使用G.653色散位移光纤17ps/nm.km0.620G.6520.510G.6530.400.3-100.2-200.1110012001300波长(nm)1400150016001700衰减 (dB/km)色散(ps/nm.km)EDFA频带G.653色散位移光纤在1.550m处其色散系数接近于零，损耗为0.24dB/km。DSF实现了低色散和低损耗的；G.653光纤不适合于波分复用系统，因为

3、当色散为零时，四波混频效应严重，会引起复用信道间串扰非线性大。G.655非零色散位移光纤17ps/nm.km0.620G.6520.510G.6530.400.3-10G.6550.2-200.1110012001300波长(nm)1400150016001700衰减 (dB/km)色散(ps/nm.km)EDFA频带G.655非零色散位移光纤NZDF在工作波长段内色散值较小，但不为零 ；适合波分复用系统，可以有效遏制四波混频效应。色散补偿技术采取适当的色散补偿（Disper Compensation）技术，减少甚至抵消光纤色散的影响，从而改善系统的传输性能。采用色散补偿技术的原因：对于已经大

4、量铺设的G.652常规单模光纤，要进行升级和扩容，必须对其较大的色散进行补偿；近年来应用于DWDM系统的NZDSF在工作波段都具有一定的色散值，以便克服非线性效应，若要NZ-DSF工作于10Gbit/s以上速率的系统中，也必须进行色散补偿；DWDM系统提出了更高的色散补偿需求，要求 同时补偿多个信道的色散累积，即要同时补 偿单模光纤在1550nm波段的色散和色散斜率。色散补偿的分类线性补偿非线性补偿 ：光孤子传输系统光孤子：利用非线性平衡色散效应缺点：维持色散与非线性间的平衡条件过于精细，利用非线性带来其它副作用。色散补偿的线性补偿色散补偿光纤（负色散光纤）法；啁啾光纤光栅法；预啁啾技术；色散

5、支持法；频谱反转法；多电平编码；相干光检测（电均衡法）等1.色散补偿原理；T :由于群速度色散造成的脉冲展宽 T：光脉冲经过光纤产生的时延；：光波的频率：光脉冲的谱宽；Vg：群速度。L : 光纤长度；D : 光纤的色散系数；：光源的谱宽。（ 2C） 20T dT d 1 L D L dd vg 2.色散补偿光纤色散补偿光纤（DCF:DisperCompensation方法：Fiber）补偿光纤色散的用一段在1550n波段具有负色散系数的光纤去抵消常规光纤或NZ-DSF中的散。色散位移光纤通信课程 第7章19负色散光纤的使用光纤通信课程 第7章20色散补偿光纤(DCF)色散补偿光纤传输光纤100

6、050100传输长度150200组合使用正、负色散系数的光纤,实现大的局部色散，小的平均色散DCF存在：(1)损耗；(2)非线性强总色散(ps/nm)TXRX预补偿 后补偿 DCFDCFDCFDCFDCF产生的色散变化LL传输光纤中的色散累积DCF中的功率损耗光纤损耗LL累计色散光功率累计色散光功率3.啁啾光纤光栅法在光纤上刻上光栅可以控制光在其中的反射，从而实现光信号的延时。经光纤传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。啁啾光纤光栅法longshortC

7、hirpedBragg grating 不同波长的光经过光栅时被反射的位置不同,于是形成了相对的时延差,使这种光栅具有波长色散的特性。啁啾光纤光栅色散补偿的特点优点：体积小、对极化不敏感、损耗低、与光纤兼容性好、波长选择性好、易于集成 ；便于系统使用和，它成本低，可升级性好，可靠性高，受非线性效应影响小，对极化不敏感 。缺点：补偿带宽较窄 ，需要环型器。4.预啁啾技术在光通信中，啁啾指脉冲信号的相位随时间的变化率。光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分速率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分速率较慢，将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲也就越来越宽。预啁啾是通过在光源上附加

8、一个正弦调制，使脉冲前沿的频率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的脉冲展宽。特点：简单，只需在发送激光器上附加一个正弦调制需根据传输距离调整正弦调制的深度延长传输距离2倍色散管理思考题（判断题）采用色散补偿时，预补偿和后补偿的区别在于后补偿方式光脉冲先展宽后压缩，预补偿方式中光脉冲先压缩后展宽；啾方法行散偿，低脉冲展宽的速度，但总体看来光脉冲总是不断展宽的；光孤子的概念指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲。由光纤中的GVD和SPM两种效应共同作用形成的。当光脉冲具有适当的幅度、形状时，由于光脉冲在光纤中的SPM效应，前沿因频率降低而速度减慢，后沿因频率升高而速度加快，从而脉宽变窄。

9、当GVD和SPM的恰好抵消时，光脉冲便在很长距离上保持稳定的波形传输，即形成了光孤子。光孤子的形状满足双曲正割表达式光纤通信课程 第7章1i ZU (Z ,T ) sec h(T )e2光孤子的强度|U|2与传输距离无关，可以在过程中保持脉冲形状不变。(U,e)2i ZZ)T sech T (2光孤子通信的特点：容量大，可达100Gb/s以上；能力强、误码率低；中继站间隔距离长，对光信号的再生需求较少。目前，上百Gb/s速率、上百km无中继的光孤子通信实验已成功实现，并有准孤子光通信系统应用于实际的超长距海缆通信。3偏振模色散补偿偏振模式色散（PMD）起因于光纤的双折射现象：实际中光纤的纤芯总会呈现一定程度的椭圆度，导致偏振方向正交的两个基模具有不同的传输速度。PMD的影响由于模式耦合引起附加损耗，降低信噪比；引起脉冲展宽，速率受限。PMD甚至被认为是限制高速光纤通信系统传输容量和距离的最终。光纤通信课程 第7章4PMD补偿原理：首先在光域或电域上将两个偏振模信号分开，然后用延迟线分别对它们进行延时，在反馈回路的控制下使两个偏振模之间的时延差为零，最后将补偿后的两个偏振模信号混合输出。光域PMD补偿法：延时线通常由保偏光纤、基于锂酸铌调制器的分布式平衡器