动态色散补偿系统中色散监测技术的研究进展
收稿日期:2006-07-19. 基金项目:国家“973”计划项目(2003CB314907);国家自然科学基金资助项目(90604026,60320130174);清华信息科学与技术国家实验室基础研究基金资助项目.
动态综述
动态色散补偿系统中色散监测技术的研究进展
陈 明,张冶金,司治建,贺丽娜,孙 杰,陈宏伟,杨四刚,谢世钟
(清华大学电子工程系,北京100084)
摘 要: 光纤色散是限制光信号传输质量和距离的主要因素之一,动态色散补偿是高速光通信系统中迫切需要解决的问题。色散监测技术是动态色散补偿系统的关键。系统地总结了色散监
测技术的研究情况及其进展。对几种动态色散监测技术的机制、特点及其实现进行了分析比较。
关键词: 色散监测;色散补偿;色散;光纤通信中图分类号:TN929.11 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2006)05-0503-05
R esearch Progresses of Chromatic Dispersion Monitoring
T echniques in Dynamic Compensation Systems
C H EN Ming ,ZHAN G Ye 2jin ,SI Zhi 2jian ,H E Li 2na ,SUN Jie ,
C H EN Hong 2wei ,YAN G Si 2gang ,XIE Shi 2zhong
(Department of E lectronics E ngneering ,Tsinghu a U niversity ,B eijing 100084,CHN )
Abstract : Fiber chromatic dispersion is a major limiting factor for ult rahigh bit 2rate t ransmission in optical fiber communications ,which rest rict s t he transmission velocity and distance.chromatic dispersion is an urgent p ro blem needing to be solved for high bite 2rate optical communication systems.Effective monitoring techniques are heart s of t he dynamical compensation systems.Some dynamical monitoring techniques are discussed.Their mechanism ,properties and performance are analyzed and compared.
K ey w ords : chromatic
dispersion
monitoring ;
chromatic
dispersion
compensation ;
chromatic dispersion ;optical fiber communication
1 引言
光纤通信系统色散容限与比特速率成反比,随
着传输速率的增加,系统的色散容限迅速下降。如40Gb/s 系统的色散容限仅仅是10Gb/s 系统的1/16。在将来的智能化全光通信网络中,各个节点信
道上下话路及交换情况越来越复杂,接收端无法预知光信号的具体通路,因此链路色散具有不确定性,残余色散很容易达到或超过系统的色散容限,对系统性能产生严重影响[1]。因此如何经济有效地对系统色散进行动态补偿已成为研究的热点,是高速光
纤通信系统急需要解决的问题。
在动态色散补偿系统中,色散监测技术和补偿器件具有核心地位。色散监测的范围和监测精度及色散补偿器件的调节范围和调节精度直接决定了动态色散补偿系统的范围和精度,它们的复杂程度也直接决定了补偿系统的总成本[1]。
本文主要对几种色散监测技术的机制、特点、实现和优缺点进行比较研究。展望了高速光纤通信中色散补偿系统中的动态色散监测技术的发展趋势。
2 各种监测技术
目前文献报道的各种色散监测技术主要分成两大类[1]:一种是基于信号波形的色散监测技术;一种
?
305?
是基于信号频谱的色散监测技术,下面我们对其分别进行探讨。2.1 基于信号波形的色散监测技术2.1.1 基于光纤频谱展宽的色散监测技术[2]
光信号经过经过高非线性光纤传输时,其光谱由于SPM 效应会发生形变而被展宽。当链路信号残余色散较小时,信号波形较窄,光脉冲峰值较大,由于光纤的SPM 效应正比于光强的平方,此时SPM 较大;而线路残余色散增大时,脉冲被展宽,峰值变小,SPM 效应会减弱,对应的光谱展宽就减弱。使用一个窄带光滤波器滤出光谱的边带,通过监测输出功率就可以监测光谱展宽程度,从而实现在线监测系统的残余色散。
图1所示为利用光纤频谱展宽效应的色散监测原理图[2],残余色散较小时滤波器的输出功率较大;色散增加后,脉冲展宽,滤波器输出减小。值得注意的是当残余色散较大,使得脉冲展宽过大,相邻脉冲发生干涉使滤波器输出出现起伏。此方法的监测范围约为±50p s/nm ,监测精度小于5p s/nm 。此方法不要求高速的处理电路,以光处理为主,但是存在对光功率要求较高,非线性光纤的输入功率高达75mW [3],需两级光放大,受PMD 的影响较敏感等缺点
。
图1 基于光纤频谱展宽的色散监测原理图
2.1.2 基于四波混频的色散监测技术
四波混频是指四个相互作用的电磁场参与的非线性过程。光信号在非线性介质中传输时,因为非线性介质的克尔效应而发生四波混频效应,产生新频率的光波(共轭光),这个新产生的光波在光纤中传输时会受到光纤色散的影响,利用它可以监测系统的残余色散。这里我们介绍两种基于四波混频效应(光纤和SOA )的色散监测技术。
图2为利用光纤四波混频效应监测色散的原理图(a )和其实验结果(b )[4],被监测信号经过放大后
和探测光一同输入色散位移光纤(DCF ),由于光纤克尔效应发生四波混频产生新频率的共轭光。当色散增大时,DCF 中的四波混频效应减弱,对应的共轭光功率也随之减弱,使用滤波器滤出共轭光,通过监测其功率可以监测光谱展宽程度,从而可以监测系统的残余色散。从实验结果可以看出,色散监测范围约为±40p s/nm ,监测精度小于10p s/nm 。此方法以光信号处理为主,不需要高速处理电路,但是由于光纤四波混频效应较弱,监测精度不高,而且对PMD 敏感,实验中使用功率高达21mW
。
图2 基于光纤四波混频的色散监测示意图与实验结果
为了克服光纤非线性效应较小的特点,可以使用半导体光放大器的四波混频效应来实现色散监测。图3给出了基于SOA 四波混频的色散监测示意图。此方法的色散监测范围为±40p s/nm ,监测精度高于±5p s/nm ,完全在光域处理信号,无需电信号处理,成本较低,结构简单
。
图3 基于SOA 四波混频的色散监测示意图
2.1.3 基于双光子吸收的色散监测技术
图4为基于双光子吸收的色散监测的原理图(a )和实验结果图(b )[5]。被监测信号经过扰偏后送入半导体光探测器,半导体的能带跃迁能量在输入光子能量的一倍到两倍之间。因此半导体光探测器只有在发生双光子吸收的时候才能产生光电流。发
?
405?
生双光子吸收的概率与输入光功率的平方成正比,即和输入光功率的峰值有关。通过探测器输出光电流可以监测信号光峰值的变化,从而监测到系统的残余色散。如图4(b )所示,该方法的色散监测范围约为±30p s/nm ,监测精度小于5p s/nm 。此方法对输入功率的要求较低,在很多时候不需要额外的光放大就能够工作,减少了系统成本,但是存在输出信号的对比度低,对PMD 敏感等缺点
。
图4 基于双光子吸收的色散监测实验和结果
2.1.4 基于电吸收调制器互吸收调制的色散监测
技术[6]
图5为电吸收调制器互吸收调制的色散监测原理图(a )和实验结果(b )。在该方法中,首先采用两个不同中心波长的窄带滤波器得到被监测光信号的两个残余边带,对其中一个边带加入时延而另一个边带进行放大后,将其相向输入电吸收调制器,如图5所示。由于调制器中互吸收调制使得输出光信号携带了两路光信号的相关量,通过监测输出光的功率可以得到此相关量,
通过调节延时器的值可以监
图5 基于电吸收调制器互吸收的色散监测实验和结果
测系统残余色散的变化。该方法的优点是可以区分被监测系统的残余色散的符号,缺点是监测精度低,由于监测过程中需要扫描延时器,监测速度受到限制。2.1.5 基于SOA 交叉增益调制效应的色散监测技术
在利用SOA 交叉增益调制效应的色散监测技术中,被监测信号经过光窄带滤波器分为两个残余边带信号,其中之一经过延迟送入SOA ,而另一路经过放大后从相反方向送入SOA ,如图6所示[1]。前一路信号经过SOA 时会受到后一路信号的交叉增益调制,输出将带有两路信号的相关信息。由于两残余边带的相位差和输入信号的色散有关,所以最终输出结果是链路色散的函数,可以用于监测系统残余色散。通过在前一路残余边带信号的时延上加入1M Hz 的正弦扰动,则在接收端电信号的相应扰动输出频谱的2阶谐波和链路色散将具有很好的关系[1],可得到更高的色散监测精度。此方法的监测范围约为±80ps/nm ,可以区分色散符号,但是较
易受到PMD 和非线性作用的影响且系统较为复杂。
图6 基于SOA 交叉增益调制的色散监测
2.2 基于信号频谱的色散监测技术2.2.1 基于信号时钟提取的色散监测技术[7]
对于N RZ 码来说,信号本身不具有时钟分量,
但是经过具有一定色散的光纤链路后,信号会产生时钟分量;而对于RZ 码来说恰好相反,信号本身具有时钟分量,在色散媒质传播时由于色散的原因造成时钟分量减弱,通过提取信号并监测其输出功率
则可以得到系统残余色散。从图7中(a )、
(b )分别为10Gb/s 系统中NRZ 码和RZ 码在不同色散情况下的电谱变化情况可以看出上述变化趋势。图7
中(c )、
(d )为10Gb/s 系统中相应的实验结果。可以看出其监测范围约为±700p s/nm ,精度小于100p s/nm 。该方法在接收端进行电域上的时钟提取,由时钟的幅度和色散的关系监测色散,对N RZ 和
?
505?
RZ 码都适用,结构简单,对信号无损伤,缺点是功
率较大时会受到非线性影响
。
图7 基于信号时钟提取的色散监测技术实验结果
2.2.2 基于残余边带、单边带较相的色散监测技
术[8]
光通信系统中普遍采用的NRZ 、RZ 、和CSRZ 都具有携带相同信号的两个边带,利用带宽近似等于信号速率的滤波器可将其分别滤出,如滤波器中心频率偏离光载波中心波长,则可得到两个残余边带(VSB )[1]。图8为基于残余边带、单边带较相色散监测的原理图。由于滤波器得到的两个残余边带信号的频率不同,在光纤中传输由于色散产生相位差。在色散为零时两残余边带的相关度最大,随着色散的增加,相位差增大,达到一定值时,相位差为π/2,相关度为零。通过电信号处理,监测两边带信号的波形相关度可以得到系统色散。对于40Gb/s 系统来说,此方法监测范围约为±100p s/nm ,精度小于20p s/nm 。利用此方法可以区分系统残余色散的符号,且对PMD 不敏感,不损伤传输的光信号,但是系统结构复杂,成本较高
。
图8 基于残余/单边带较相的色散监测
2.2.3 基于副载波调制的色散监测方法[9]
与残余边带较相法类似,负载波调制色散监测
方法也利用两边带的相位差来监测系统的残余色散,所不同的是它不是提取信号的本身的边带,而是提取发送端加上的负载波信号。可以直接通过电滤波器得到负载波的变化。
负载波的两个边带在色散媒质中传输会产生不同的相位差,接收端平方检波后,两边带发生干涉,使接收到的电信号中的副载波频率分量的功率随色散而改变,可以监测系统的残余色散。对于10Gb/s 系统,调相副载波的色散监测范围约为2000p s/nm ,精度小于200p s/nm ;调幅副载波的监测范围约为1000p s/nm ,精度小于200p s/nm 。该方法可以通过多个副载波同时实现色散监测、非线性监测、信道功率均衡监测及信道控制等功能,但是对传输信号本身有一定损伤,发送、接收端结构比较复杂,系统成本较高[10]。
2.2.4 基于SOA 频谱漂移效应的色散监测技
术[11]
在SOA 中,由于自相位调制作用,使得输入信号发生频移[11,12],由于SOA 中的自相位调制受到输入信号峰值功率的影响,而峰值功率受到系统残余色散的影响,所以输入信号通过SOA 发生的频移量受到系统残余色散的制约,通过监测信号通过SOA 后的频移量可以监测系统的残余色散。图9是基于SOA 频移效应的色散监测实验示意图[11]。
此方法的监测范围为±60p s/nm ,监测精度高于5p s/nm ,可以满足单信道速率为40Gb/s 系统的色散监测要求;采用全光信号方法处理信号,结构简单,成本较低;但是不能区分色散符号,易受PMD 和非线性的影响
。
图9 基于SOA 频移的色散监测
3 结论与展望
本文系统地总结了色散监测技术的研究情况及其进展。对几种动态色散监测技术的机制、特点及
?
605?
其实现进行了分析比较。可以看出,基于信号波形的色散监测方法系统较为简单,实现起来成本较低,但是容易受到PMD和光纤非线性影响,各种因素导致的信号波形恶化叠加到一起,无法被光信号处理器件所区分。而基于信号频谱的色散监测方法普遍具有较高的色散监测精度,监测范围较大,但是基于信号频谱的色散监测方法在接收端需要对电谱进行分析,需要额外的高速光电转化器件以及其他高频电器件,有些需要在发送端给信号进行副载波调制,需要调制器、信号源等高速电器件,在很大程度上增加了动态补偿系统的成本和复杂度,在通信码率进一步升级时会有需要升级所有电器件的困难。因此在动态补偿系统中色散监测方案的选择需要综合考虑系统性能要求和系统成本要求来决定采用的色散监测方案。
除色散造成的影响外,对于单信道速率达40 Gbit/s或更高的光纤通信系统来说,偏振模色散也是限制信号传输质量的一个重要因素[13]。偏振模色散是一个随时间变化的随机矢量,和色散一样,需要在线监测和动态补偿。在系统中,色散和PMD 往往同时存在,共同造成信号恶化,因此需要研究能够区分并同时监测色散和PMD的协同监测方案,对它们进行协同补偿。这将是今后高速光纤通信系统色散监测技术的重要研究方向,目前这方面的研究已经取得了一些成果[14,15],但是要应用于实际系统还需要进一步的研究。
参考文献:
[1] 石 颖.高速光通信系统中的色散监测和动态色散补
偿技术[D].北京:清华大学,2005.
[2] Westbrook P S,Eggleton B J,Raybon G,et al.
Measurement of residual chromatic dispersion of402
Gb/s RZ signal via spectral broading[J].IEEE
Photon.Technol.Lett.,2002,14(3):3462348.
[3] Westbrook P S,Her T H,Eggleton B J,et al.
Measurement of pulse degradation using all2optical2R
regenerator[J].Electron.Lett.,2002,38(20):11932
1194.
[4] Li S,Kuksenkov D V.A nover dispersion monitoring
technique based on four wave mixing in optical fiber
[J].IEEE Photon.Technol.Lett.,2004,16(3):9422
944.
[5] Wielandy S,Fishteyn M,Zhu B.Optical performance
monitoring using nonlinear detection[J].IEEE J.
Lightwave Technol.,2004,22(3):7842793.
[6] Hayashi M,Tanaka H.All2optical chromatic
dispersion monitor using optical correlation with cross
absorption modulation effect[A].ECOC2004[C].
Stockholm,Sweden:2004,Mo3.5.2.
[7] Pan Z,Yu Q,Xie Y,et al.Chromatic dispersion
monitoring and automated compensation for NRZ and
RZ data using regeneration and fading without signal
[A].OFC2001[C].Anaheim,USA:2001,W H5.
[8] Yu Q,Yan L S,Pan Z,et al.Chromatic dispersion
monitor for WDM systems using vestigial2sideband optical filtering[A].OFC2002[C].Anaheim,USA:
2002,WE3.
[9] Petersen M N,Pan Z,Lee S,et al.Online chromatic
dispersion monitoring and compensation using a single
in2band subcarrier tone[J].IEEE Photon.Technol.
Lett.,2002,14(4):5702572.
[10] Park K J,Y oun C J,Lee J H,et al.Performance
comparisons of chromatic dispersion2monitoring
techniques using pilot tones[J].IEEE Photon.
Technol.Lett.,2003,15(6):8732875.
[11] Shi Y,Chen M,Ma N,et al.Chromatic dispersion
monitoring technique employing SOA spectral shift in
40Gbit/s system[J]https://www.docsj.com/doc/5b3626661.html,mun.,2005,249:
79284.
[12] Shi Y,Chen M H,Xie S Z.A novel low power
chromatic dispersion monitoring technique employing
SOA spectral shift[J]https://www.docsj.com/doc/5b3626661.html,mun.,2004,230:
2972300.
[13] Kiechbusch S,Ferber S,Rosenfeldt H,et al.
Automatic PMD compencator in a1602Gb/s O TDM
transmission over deployed fiber using RZ2DPSK
modulation format[J].IEEE J.Lightwave Technol.,
2005,23(1):1652171.
[14] Shi Y,Chen M H,Xie S Z.Simultaneous
polarization mode dispersion and chromatic dispersion
monitoring method in40Gbit/s system by
polarization modulation[A].Proc.OFCπ2006[C].
Anaheim,USA:2006,J ThB39.
[15] Ning G,Shum P,Aditya S,et al.On2line
simultaneous monitoring of polarization mode
dispersion and chromatic dispersion[J].Appl.Opt.,
2006,45(12):278122785.
作者简介:
陈 明(1979-),男,湖南新宁县人,2006年3月于哈尔滨工业大学获得博士学位。现在清华大学电子工程系从事博士后研究,主要研究兴趣为光纤通信,光子晶体。
E2mail:m_chen@https://www.docsj.com/doc/5b3626661.html,
?
7
5
?
光纤通信系统中的色散补偿问题综述
光纤通信系统中的色散补偿问题综述 1.Introduction 光纤通信具有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。但损耗和色散是长期阻碍光纤通信向前发展的主要因素。伴随着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的主要因素。如何控制色散以便提高光纤通信系统的性能，成为光纤通信研究的热门课题之一。 目前对于光纤的色散已经提出了很多补偿方法，主要有色散补偿光纤（DCF），啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转），全通滤波器、预啁啾等。随着以上各方法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散补偿技术，又相继提出了色散管理孤子，密集色散管理孤子等技术。色散管理成为近年来光纤通信前沿研究的重要热点。 2.Concept of Dispersion 由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传播速率，从而引起色散。也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传播期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。 3.Dispersion Causes 通常把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。 a)模式色散 模式色散是多模光纤才有的。多模光纤中，即使是同一波长，模式不同传播速度也不同，它所引起的色散称为模式色散。不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光波之间产生了群时延差，假设光纤可以传输多个模式，其中高次模到达输出端所需的时间较长，结果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式到达的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽。 b)模内色散 模内色散亦称颜色色散或多色色散。主要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量具有不同的群速度，结果导致光脉冲的展宽。模内色散包括材料色散和波导色散。 c)偏振色散 通常的轴对称单模光纤是违背“单模”名称的。实际上有可能传播着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向(设为x方向与y方向)上偏振的(即在这些方向上具有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着一些轴不对称，那么，光纤会存在双折射，模传输常数β对于x，y方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引起的色散叫偏振色散。 4.Impact on transmitted sigal due to Dispersion a)色散限制光信号一次传输的距离 在信号的传输过程中，信号靠波形的有无来判断。由于色散使脉冲变形，为了准确地判断波形的有无，需要减少单位时间内传输的脉冲数(也就是减少比特率)，或在波形未过度展宽时，就进行波形的恢复和放大，故色散的存在限制了光信号一次传输的距离。另外，在传输距离相同的情况下，色散越大，单位时间内传输的信息量越小。 b)色散引起脉冲信号失真，产生码间干扰 光纤通信都是采用脉冲编码形式，即传输一系列的“1”、“0”光脉冲，一个非零线宽
光纤通信系统中色散补偿技术
光纤通信系统中色散补偿技术 蒋玉兰 (浙江华达集团富阳，31 1400) 【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数—色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。 1概述 光纤通信的发展方向是高速率、大容量。它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s 发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C 类。光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。 色散就是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。这些色散都会导致光 脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。 对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。G655光纤在1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.1~10.0pb/nm·km）。其色散值可以是正，也可以是负。若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。 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。 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。 2光纤色散述语 色散: 光源光谱组成中的不同波长的不同群速度在一根光纤中传输所引起的光脉冲展宽。 材料色散: 因折射率随光的波长不同呈非线性，所以产生材料色散。由单模光纤的纤芯和包层材料所引起的色散，考虑到光纤的弱导条件(△< 收稿日期:2006-07-19. 基金项目:国家“973”计划项目(2003CB314907);国家自然科学基金资助项目(90604026,60320130174);清华信息科学与技术国家实验室基础研究基金资助项目. 动态综述 动态色散补偿系统中色散监测技术的研究进展 陈 明,张冶金,司治建,贺丽娜,孙 杰,陈宏伟,杨四刚,谢世钟 (清华大学电子工程系,北京100084) 摘 要: 光纤色散是限制光信号传输质量和距离的主要因素之一,动态色散补偿是高速光通信系统中迫切需要解决的问题。色散监测技术是动态色散补偿系统的关键。系统地总结了色散监 测技术的研究情况及其进展。对几种动态色散监测技术的机制、特点及其实现进行了分析比较。 关键词: 色散监测;色散补偿;色散;光纤通信中图分类号:TN929.11 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2006)05-0503-05 R esearch Progresses of Chromatic Dispersion Monitoring T echniques in Dynamic Compensation Systems C H EN Ming ,ZHAN G Ye 2jin ,SI Zhi 2jian ,H E Li 2na ,SUN Jie , C H EN Hong 2wei ,YAN G Si 2gang ,XIE Shi 2zhong (Department of E lectronics E ngneering ,Tsinghu a U niversity ,B eijing 100084,CHN ) Abstract : Fiber chromatic dispersion is a major limiting factor for ult rahigh bit 2rate t ransmission in optical fiber communications ,which rest rict s t he transmission velocity and distance.chromatic dispersion is an urgent p ro blem needing to be solved for high bite 2rate optical communication systems.Effective monitoring techniques are heart s of t he dynamical compensation systems.Some dynamical monitoring techniques are discussed.Their mechanism ,properties and performance are analyzed and compared. K ey w ords : chromatic dispersion monitoring ; chromatic dispersion compensation ; chromatic dispersion ;optical fiber communication 1 引言 光纤通信系统色散容限与比特速率成反比,随 着传输速率的增加,系统的色散容限迅速下降。如40Gb/s 系统的色散容限仅仅是10Gb/s 系统的1/16。在将来的智能化全光通信网络中,各个节点信 道上下话路及交换情况越来越复杂,接收端无法预知光信号的具体通路,因此链路色散具有不确定性,残余色散很容易达到或超过系统的色散容限,对系统性能产生严重影响[1]。因此如何经济有效地对系统色散进行动态补偿已成为研究的热点,是高速光 纤通信系统急需要解决的问题。 在动态色散补偿系统中,色散监测技术和补偿器件具有核心地位。色散监测的范围和监测精度及色散补偿器件的调节范围和调节精度直接决定了动态色散补偿系统的范围和精度,它们的复杂程度也直接决定了补偿系统的总成本[1]。 本文主要对几种色散监测技术的机制、特点、实现和优缺点进行比较研究。展望了高速光纤通信中色散补偿系统中的动态色散监测技术的发展趋势。 2 各种监测技术 目前文献报道的各种色散监测技术主要分成两大类[1]:一种是基于信号波形的色散监测技术;一种 ? 305? 光纤的色散分类 不同的光分量(不同的模式或不同的频率等)通常以不同的速度在光纤中传输，这种现象称为色散。色散是光纤的一种重要的光学特性，色散引起光脉冲的展宽、严重限制了光纤的传输容量及带宽。对于多模光纤，起主要作用的色散机理是模式色散或称模间色散(即不同的模以不同的速度传输引起的色散)。对于单模光纤，起主要作用的色散机理是色度色散或称模内色散(即不同的光频率在不同的速度下传输引起的色散〕。由于多模光纤受模间色散的限制，传输速率不能超过100Mb/s，单模光纤则比多模光纤更优越，在长途干线实际应用中用的也都是单模光纤，此处也仅考虑单模光纤的色散。 单模光纤的模内色散主要是材料色散和波导色散。材料色散是指由于频率的变化导致介质折射率变化而造成的传输常数或群速变化的现象;波导色散是指由于频率的变化导致波导参数变化而造成的传输常徽或群速变化的现象。模内色散主要是实际光源都是复色光源的结果。另外在单模光纤中，实际上传输着两个相互正交的线性偏振模式，但由于光纤的非圆对称、边应力、光纤扭曲、弯曲等造成轻微的传输速度差，从而形成偏振模色散。 高速光纤通信系统需要色散补偿 目前，全世界范围内，已经教设的1.3 μ m零色散光纤总长度超过5000万公里，而我们知道现在光纤通信系统的工作波长为1.5μm，这样光纤就存在D≈16ps/km?nm的色散、该色散限制光通信系统的传输速度在2Gb/s以下。即使是新教设的光纤、为了限制四波混频现象也仍需使用非零色散位移光纤。故为了克服色散对通信距离及通信速率的限制，必须对光纤进行色散补偿。另外，随着光纤通信和色散补偿方案的迅速发展，一些高速传输系统的传输速率已达到几十甚至几百Gb/s以上。这时，偏振模色散的影响亦不可忽视 光纤色散补偿方案 目前，已有多种群速度色散补偿方案被提出，如后置色散补偿技术、前置色散补偿技术、色散补偿滤波器、高色散补偿光纤(DCF)技术和凋啾光纤光栅色散补偿技术，以及光孤子通信技术等。后置色散补偿技术是通过电子技术在光信号接收端补偿光纤色散引起的脉冲展宽，多用于相干光纤通信系统，适应于低码速的通信系统，传输距离仅有几个色散长度。前置色散补偿技术主要包括预啁啾技术、完全频率调制技术、双二进制编码技术、放大器诱导啁啾技术和光纤诱导啁啾技术，无论哪种前置色散补偿技术都要在光脉冲进人光纤之前产生一个正的凋啾( C>0)、以实现脉冲压缩。色散补偿滤波器技术是采用Fanry一Perat 干涉和Mach一Zehnder干涉技术进行色散补偿。然而相对高的损耗和较窄的带宽限制了Fabry -Perot干涉技术的应用，对输入光偏振比较灵敏和带宽比较窄是Mach--zehnder干涉技术的缺点。下面将主要对色散补偿光纤(DCF).啁啾光纤光栅色散补偿(DCG)技术和光孤子通信技术做一简单的介绍、讨论。 单模光纤中的色散及色散 补偿技术 This manuscript was revised on November 28, 2020 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:_ 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 1.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。2.色散补偿原理 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 光纤通信中的色散补偿实验仿真 摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。 关键词：光纤通信色散补偿Optisystem仿真 The Dispersion Compensation In Optical Fiber Communication Yanlong Yuan (Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics, Electronic Science and Technology) Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation 1.概述 群速度色散补偿技术研究进展 摘 要 色散（GVD ），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。其包括相速度色散和群速度色散，相速度色散是色散的一阶效应，而群速度色散是色散的二阶效应。在高速大容量的光纤通信中，由于光纤介质表现出群速度色散，光脉冲包络的形状会发生变化，群速度色散会引起传输波形的展宽，波形的畸变，限制了通信容量，导致误码率的增大。 如何解决由群速度色散引起的传输波形的展宽，使波形主瓣宽度更集中，提高传输系统的性能，便成了当下急需应对的问题。本文着重讨论了现有群速度色散补偿技术的优特点及研究进展。 关键词：色散，群速度，补偿技术 1.引言 色散是光纤的重要指标之一,它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。由于光纤的色散,使输入脉冲在传输过程中畸变展宽,产生码间干扰,增加误码率,所以,色散限制了光纤的传输容量和传输距离。 随着光纤通信传输系统的快速发展，色散及其斜率的管理越来越重要。成熟的色散补偿技术不断推出新的功能，新的色散补偿技术不断涌现。纵观日前国际上的色散补偿技术，可以得出色散补偿技术的发展趋势，本文着重介绍了当前的几种主流的色散补偿技术：(1) 色散补偿光纤(DCF) (2)啁啾光纤光栅（FBG ）(3)电子色散补偿技术（EDC ）。 2.群速度色散引起的脉冲展宽 在不考虑非线性效应的条件下,脉冲在单模光纤中传输的基本方程为 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。 为进一步研究其展宽变化，定义时间1/t T z v T β=-=- (2) 代入（1）式可得： 22 122A i A i aA z t ??=-+?? (3) 利用一下定义的归一化振幅方程： (,)(,)2a A z t U z t ??=???? （4） 式中P0为入射光脉冲的峰值功率。则U(z,T)满足线性偏微分方程，将其代入（3）有： 色散补偿技术介绍 光通信使用的G.652标准光纤在1550 nm波长窗口的色散值为17ps/nm.km。1550nm外调制传输系统光纤链路色散的容差比SDH等数字通信1550nm光链路要小得多，仅为1100 ps 左右，因此，对于1550nm外调制光纤干线/超干线而言，必须尽力解决好色散补偿问题。 目前，光通信系统使用的光纤色散补偿技术大多是针对非载波调制数字光纤系统的，因此，对于HFC有线电视宽带网络1550nm光纤干线/超干线而言，实际可供选用的色散补偿手段较少，限制条件较多，在实际1550nm外调制光纤传输链路中如何用好有关色散补偿技术还存在不少问题。 目前业内几种色散补偿技术介绍： 1、色散补偿光纤（DCF） 色散补偿光纤（DCF）开发于20世纪90年代中期，它在实现色散补偿任务中扮演了十分重要的角色。目前，国内99% 以上1550nm外调制光纤干线/超干线仍然使用G.652标准光纤，因此在每个（或几个）光纤段的输入或输出端可以通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，使单信道1550nm外调制光纤干线/超干线传输光纤的色散得到较好的补偿。 但是，一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中所使用光发射机的光波长范围较大，可达20nm。此外，随着在1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中CWDM或DWDM技术的引入，必须考虑光纤对不同波长信道的色散斜度问题。 以G.652光纤1550 nm窗口为例，光纤的色散明显地随波长而变化，在1530nm处色散系数约为15.5ps/nm.km，在1565nm处约为17.6ps/nm.km，色散斜率（定义为色散系数对波长的微分）约为0.06ps/nm.km。假设宽带色散补偿器件对所有C－band信号的色散补偿量是一样的，则经多个光纤段传输后，红端信号光（1565nm）所积累的色散将明显大于比蓝端（1530nm），因此，无论对于一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统或CWDM/DWDM1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统，都必需考虑采用斜率补偿型色散补偿光纤组件，用于补偿光纤的色散斜率，将总色散控制在色散容限窗口内，使1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中色散斜率问题得到较好的解决。 斜率补偿型DCF的优点是带宽不受限制，产品供应商多，稳定性高。目前，斜率补偿DCF模块已获广泛应用，在全球范围内，它是1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统实现色散补偿的首选方案。 它的缺点是非线性效应较明显，输入光功率不能过高，插入损耗较大。此外，DCF制成的DCM色散量不可调，而且不同类型的光纤需要不同类型的DCF。 2、基于标准具的可调色散补偿方案： 利用GT干涉仪，使光信号中不同的光谱分量所传输的光程不同，产生周期性的色散效果。当色散周期与信道间隔匹配时，该方案可同时补偿所有信道的色散。从原理上讲，调整路径长度和微分路径长度即可实现色散补偿量及斜率的调节。 但是该方案利用了较高的多重衍射级次，因此插损很高；带内色散比较大，此外色散斜率的调节也比较困难。 3、基于微电子机电体系（MEMS）的动态色散补偿技术 基于MEMS的动态色散补偿技术有两种结构： 一种是基于微镜的多通道可调色散补偿器，采用体衍射光栅分出每个信道，以微镜分别 光 通 信 技 术V ol.26 OPTICAL COM M U NICAT ION T ECHNOLOGY N o.2 中国无线电电子学、电信技术类核心期刊 偏振模色散及其补偿技术 蒙红云 冯德军 赵春柳 杨石泉 武志刚 董新永 李杰 董孝义 (南开大学现代光学研究所,天津 300071) 摘要 随着光通信传输码率的提高,偏振模色散(PM D)的影响越来越大,它限制了信号的传输距离,降低了信号的质量,所以必须对PM D进行补偿。简要介绍了PM D的产生机制及目前高速光通信中常用的几种PM D补偿技术。 关键词 光纤通信 偏振模色散 补偿技术 中图分类号 TN818 文献标识码 A 1 引言 目前,光纤通信已成为世界各国发展通信产业的最主要方向之一,传输距离和系统比特率的升级也十分迅速。由于近年来色散补偿技术的发展,波长色散已不再是通信系统的限制因素。随着长距离、高比特率系统的发展,PM D(Polarization M ode Dispersio n)的影响已日益凸现,它已成为限制高速光通信发展的主要因素之一。在10Gb/s及以上速率的高速光通信系统的长距离传输中,由于PMD可能在数字系统中造成脉冲展宽失真变形,使误码率增高,限制传输带宽;在模拟通信系统中产生高阶畸变效应和偏振依赖损耗,导致非线性效应,所以必须对高速光纤通信系统中的PM D进行补偿。然而PM D的补偿十分困难,因为它是一个与多种因素有关的随机过程。由于设备、资金等条件限制,国内在这方面的研究工作较少,主要做些理论上的研究[1],国外也主要只有一些大公司[2]和研究机构[3]在从事这方面的工作。文章综述了近年来比较常用的几种PMD补偿技术方案。 2 偏振模色散及其产生机制 在常规单模光纤中实际上传播的是两个互相正交的偏振模,即LP0,1基模。这两个模式在光纤中相互对立地传播。当光纤材料有双折射时,二者有不同的传播速度,从而导致模式之间的差分群时延(Differ-ential Gr oup Delay,DGD),即偏振模色散(PM D)。 导致PM D产生的原因很多,概括起来主要有以下几方面的因素: 理想光纤的模截面是标准圆形,LP0,1模的两个正交偏振模是完全二度简并的。但是在生产过程中产生的几何尺寸不规则和在光纤中残留应力会使折射率分布呈现出各向异性而导致PM D的产生。 在光纤的生产、成缆、光缆敷设和环境影响等过程中,有很多因素诸如挤压、弯曲、扭转和环境温度等可能使光纤沿不同的方向有不同的折射率分布(即双折射),从而形成PM D。 光纤是由芯、包层、涂敷层等数层结构组成的,各种材料的热涨系数是不一样的,因此很小的热应力分布不对称都可能导致纤芯材料的各向异性,从而通过光弹效应产生应力双折射,导致PM D。另外,当光信号通过一些光通信器件诸如隔离器、耦合器和滤波器等时,也会由于器件结构和材料本身的不完整性导致双折射,产生PM D。 蒙红云 男,1973年生,在读博士生2001-03-12收稿 光纤通信中的色散补偿实验仿真 光纤通信中的色散补偿实验仿真 摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。 关键词：光纤通信色散补偿 Optisystem仿真 The Dispersion Compensation In Optical Fiber Communication Yanlong Yuan (Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics, Electronic Science and Technology) Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation 1.概述 目前，光纤线性通信已不能满足现在信息处理传输的要求，因为它存在着三个主要的缺陷：其一是光纤的色散，其二是光纤损耗,其三是非线性。低损耗光纤和掺铒光纤放大器的广泛应用解决了高速光纤通信系统的传输损耗问题。光纤的色散又能有效抑制四波混频等非线性效应，因此，色散问题已成为光纤通信系统进行升级扩容的主要障碍。 受色散的影响，传输速率为10Gbit／s、光脉冲宽度为50ps的系统只能传输40 km。传输速率为80Gbit／s时，传输距离不足2 km。为了兼顾色散和非线性两种要素，人们提出了一种折衷方案，即将光纤的零色散点偏离1．55 u m窗口 目录 1色散的基本概念 (3) 1.1基本概念 (3) 1.2光纤中色散的种类 (3) 1.3光纤色散表示法 (3) 1.4单模光纤的色散系数 (4) 1.5光纤色散造成的系统性能损伤 (4) 1.6减小色散的技术 (4) 1.7偏振模色散（PMD） (6) 2非线性问题 (7) 关键词： 光纤色散色散补偿 摘要： 本资料介绍了光纤的色散以及色散补偿方法。缩略语清单： 无。 参考资料清单： 无。 光纤色散及补偿方法简述 当前，光纤通信正向超高速率、超长距离的方向发展。EDFA的出现为 1.55um波长窗口实现大容量、长距离光通信创造了条件，并使光纤通信 中衰耗的问题得到了一定的解决。然而光纤的色散影响仍然是制约因素 之一，加之引入光放大器使光信号功率提高之后，光纤的非线性影响又 突显出来。 1 色散的基本概念 1.1 基本概念 光纤色散是由于光纤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。所谓群速度就是光能在 光纤中的传输速度。所谓光信号畸变，一般指脉冲展宽。 1.2 光纤中色散的种类 光纤中的色散可分为材料色散、波导色散、模式色散。材料色散和波导 色散也称为模内色散，模式色散也称为模间色散。 材料色散是由于光纤材料的折射率随光源频率的变化引起的，不同光源 频率所所应的群速度不同，引起脉冲展宽。 波导色散是由于模传播常数随波长的变化引起的，与光纤波导结构参数 有关，它的大小可以和材料色散相比拟。材料色散和波导色散在单模光 纤和多模光纤中均存在。 模式色散是由于不同传导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度， 所引起的脉冲展宽。模式色散主要存在于多模光纤中。 简而言之，材料色散和波导色散是由于光纤传输的信号不是单一频率所 引起的，模式色散是由于光纤传输的信号不是单一模式所引起的。 1.3 光纤色散表示法 在光纤中，不同速度的信号传过同样的距离会有不同的时延，从而产生 时延差，时延差越大，表示色散越严重。因而，常用时延差来表示色散 程度。时延并不表示色散值，时延差用于表示色散值。若各信号成分的 时延相同，则不存在色散，信号在传输过程中不产生畸变。 时延差可由信号各频率成分的传输速度不同所引起，也可由信号各模式 的传输速度不同所引起。 单模光纤中的色散及色 散补偿技术 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012. 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:_ 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 1.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。 2.色散补偿原理 光纤色散述语 一、色散及其表示： Issue date: 04/2006 YSOF Dispersion compensating fiber 产品描述 这是一种高品质的色散位移补偿光纤（DCF ，产品编号377WY ）主要用于在第三窗口中补偿标准单模光纤在传输过程中产生的色散位移特别是试用于长途干线。也就是说使用了DCF 以后的整个系统中大部分都可以使用非零色散的大传输量光纤。当然品质因数越高其补偿效果越好。 工艺和涂层 长飞光纤采用等离子体激活化学气相沉积（简称PCVD ）工艺制造光纤芯层，同时采用外部气相沉积（简称OVD ）工艺只草的合成石英管来形成光纤包层。结合这两种工艺的优点，长飞光纤具有折射率分布控制精确，几何特性优越和衰减低等优点，PCVD 工艺对折射率分布控制非常精确，因而特别适合制造对折射率分布要求高的色散位移补偿光纤。 长费光纤采用的双层DLPC9紫外固化丙烯酸树脂涂层，具有优越的保护光纤的能力，这种涂层是为要求更严格的紧套光缆设计的，因此在松套结构里也表现出极卓越的性能，使光纤具有非常优良的抗微弯性能。在各种环境条件下，涂层均易于剥离，剥离后无任何残留物附在裸光纤上。在60℃下光纤带经过100多天的浸水实验后，仍然保持良好的传输性能。DLPC7涂层使光纤具有优越和稳定的动态抗疲劳特性，大大提高了光纤多恶劣环境的适应能力 产品应用 l 泵浦二极管尾纤 l 掺铒光纤放大器 l 耦合器件 产品特点 l Exceptional uniformity and core/clad concentricity l Mode field diameter matched to Erbium doped fiber for efficient coupling l Low insertion loss enables higher component performance l High proof test levels for tight bends Specifications Fiber Type YOFC DCF Expand Typical value Optical characteristics FOM at 1545 nm 200 ps/nm.dB 260 ps/nm.dB Attenuation (max. at C-band) 0.6 dB/km 0.5 dB/km Mode-field diameter (1550 nm) 5.0±1.0μm Cut-off wavelength 1590 nm Dispersion at 1545 nm < -90 ps/nm.km -130 Ps/nm.km Relative Dispersion Slope 0.0036 nm -1±45% 0.0036 nm -1 Geometrical and mechanical characteristics Clad diameter 120.0±１0.0 Circularity error in cladding ≤1.0 % Circularity error in core ≤15.0 % Fibre diameter 240 ± １０ m 长飞光纤光缆有限公司 YANGTZE OPTICAL FIBRE AND CABLE COMPANY LTD . 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 1.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。 2.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 课程设计 题目设计光子晶体光纤色散补偿 学院物理与光电学院 专业光电信息一班 学生姓名廖振辉（201430450360） 指导教师黄学勤 提交日期2016 年 7 月 7 日 目录 1. 光子晶体光纤 (3) 2. 光子晶体简介 (3) 3. 光子晶体光纤的导光原理和特点 (4) 4.1 色散补偿原理 (5) 4.2 色散补偿技术 (7) 5. 色散补偿光子晶体光纤的研究意义 (9) 1. 光子晶体光纤 光子晶体光纤(Photonics Crystal Fiber，PCF)是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤。由于光子晶体光纤的结构有很大的控制余地以及其具有独特的光学特性，自从其问世以来就受到国内外的广泛关注。作为研究的热门领域，PCF 在光通信系统、光器件的制作、非线性光学研究以及在光纤的传感应用方面都呈现出了它的应用潜力。 2. 光子晶体简介 在二十世纪，半导体技术在微电子领域占据着非常重要的位置，并且得到了高速的发展。在现在的日常生活中，各个领域几乎都涉及到半导体的应用，如半导体器件、CPU、存储器等，并且在不久的将来，它将继续深刻的影响着我们的日常生活。原子在半导体中排列整齐有序，晶体从而形成了具有周期性特征的势场。电子能级经过周期性特征势场的影响展开形成了能带，在能带与能带之间存在着能够传播电子的导带和不能使电子传播的禁带即带隙。而电子带隙的相关性质主要与晶体的排列结构以及晶体中的原子类型相关。所以可以通过对带隙结构的设计来实现对电子以及空穴运动的控制。 光子晶体(Photonic Crystal，PC) 即在光波的尺度下，介电常数不同的介质材料在三种空间范围(一维、二维和三维)下，被制造呈周期分布的晶体。这种晶体的性质类似于半导体，同样会产生导带和禁带，从而实现对入射光波的选择。在光子晶体里，由于光具有不同的偏振态，禁带包括两种：光在所有的传播方向都不能实现传播的完全光子带隙和光在某些方向可以传播而在另外一些方向不能传播的非完全光子带隙。通过改变介质材料的分布方式以及周期的结构，可以达到控制PC 性质的目的。按照介质材料不同的周期分布，PC 可以分为一维、二维和三维。如下图所示 一维光子晶体指介电材料只在空间的一个方向具有周期结构。在一维光子晶体的结构里，落入禁带的光只能在垂直于这个方向上进行传播；二维光子晶体指在空间的两个方向上介电材料具有周期结构，落入禁带的光波可以在垂直于周期结构的方向上进行传播；三维光子晶体指介电材料在空间的三个方向呈周期排列，在这种结构里，光在任何方向都不能进行传播。 由于在PC 中，光波的传播方向可以被控制，因而PC 成为了国内外研究的热点，并且在应用领域展露了它的魅力。一维光子晶体主要运用于传感领域，如Bragg光栅；二维光子晶体如PCF，在光通信系统、非线性应用以及传感等领域展现了巨大的潜力。此外，在光开关、耦合器、以及波分复用等光器件也应运而生。随着光子晶体理论的深入和制作工艺的进步，在越来越多的领域，将会看到 高速光通信系统中的色散补偿 1．前言 随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加，色散问题日益显著。已经铺设的常规光纤规G.652线路的零色散点位于1310nm，在1550 nm处时则具有较大的色散系数(17ps/nm/km)，光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的积累引起脉冲展宽，导致严重的码间串扰，使得接收端产生误码现象，从而使传输特性变坏。光纤色散补偿技术的研究，对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的容量具有尤其重要的意义。 色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用，发展高速全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。色散补偿器件在高速传输系统及下一代智能光网络中有着广泛应用。 2. 技术方案简介 目前商用的光学色散补偿模块，包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类，分别是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、GT标准具这三种技术方案。 2.1 色散补偿光纤 色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值，通过改变光纤的芯径、掺杂 浓度等结构参数，使零色散波长移至大于1550nm波长的位置，于是在1550nm处得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。为了得到高的负色散值系数，必须减小光纤芯径，增加相对折射率差，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0. 5~1dB/km)。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。 色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都是通过DCF+G.652光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿,能够从100G Hz间隔系统平滑升级到50GHz间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、非线性效应以及模块尺寸大等缺点。 2.2 啁啾光纤光栅 啁啾通常是指一种频率变化的现象。如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光纤光栅。啁啾可以是线性的，也可以是非线性的。 当光脉冲信号通过图1总长度为L的啁啾光栅（周期由大到小）时，信号的长、短波长分量分别在光纤的头、尾部反射，则短波分量比长波分量多走了2L的路程，从而补偿了由群速度不同而导致的色散，起到压缩由于光纤传输所导致的光脉冲展宽的作用。 对于10Gb/s及其以上的系统，系统商开始选择啁啾光纤光栅进行色散补偿。特点动态色散补偿系统中色散监测技术的研究进展
光纤色散补偿技术Word
单模光纤中的色散及色散补偿技术
光纤通信中的色散补偿实验仿真
光纤通信论文—群速度色散补偿技术研究进展
色散补偿技术
偏振模色散及其补偿技术
光纤通信中的色散补偿实验仿真学习资料
光纤色散及补偿方法简述
单模光纤中的色散及色散补偿技术
色散补偿光纤技术规范
单模光纤中的色散及色散补偿技术
色散补偿
高速光通信系统中的色散补偿解析