光通信系統(tǒng)講義第二波第四章part3色散

1、本章的主要內(nèi)容： 4.1 4.2模擬光纖通信系統(tǒng)（了解）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（理解、掌握） 4.3 4.4數(shù)字光纖通信系統(tǒng)性能指標(biāo)（了解）光放大器（重點(diǎn)、掌握） 4.5色散管理（重點(diǎn)、掌握）3色散管理的意義:損耗和色散是影響光纖通信傳輸距離的兩大限制。隨著EDFA技術(shù)的使用，損耗的影響得以較好地解決；如何解決色散的影響就成為了光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的主要考慮-色散管理主要內(nèi)容就是如何補(bǔ)償色散對(duì)信號(hào)的展寬的影響，所以也常稱為色散補(bǔ)償。色散的種類：模式色散（多模光纖中存在）材料色散波導(dǎo)色散偏振模色散群速色散(GVD)由光源發(fā)射進(jìn)入單模光纖的光脈沖包含許多不同的頻率分量（光源的線寬），這些不同頻率分

2、量將以不同的群速度，因而在傳輸過(guò)程中必將出現(xiàn)脈沖展寬，這種現(xiàn)象稱為群速色散（GVD）或者模內(nèi)色散。包括材料色散和波導(dǎo)色散。6降低群速色散的基本方法：色散位移光纖非零位移色散光纖色散補(bǔ)償：負(fù)色散光纖的使用G.653色散位移光纖17ps/nm.km0.620G.6520.510G.6530.400.3-100.2-200.1110012001300波長(zhǎng)(nm)1400150016001700衰減 (dB/km)色散(ps/nm.km)EDFA頻帶G.653色散位移光纖在1.550m處其色散系數(shù)接近于零，損耗為0.24dB/km。DSF實(shí)現(xiàn)了低色散和低損耗的；G.653光纖不適合于波分復(fù)用系統(tǒng)，因?yàn)?/p>

3、當(dāng)色散為零時(shí)，四波混頻效應(yīng)嚴(yán)重，會(huì)引起復(fù)用信道間串?dāng)_非線性大。G.655非零色散位移光纖17ps/nm.km0.620G.6520.510G.6530.400.3-10G.6550.2-200.1110012001300波長(zhǎng)(nm)1400150016001700衰減 (dB/km)色散(ps/nm.km)EDFA頻帶G.655非零色散位移光纖NZDF在工作波長(zhǎng)段內(nèi)色散值較小，但不為零 ；適合波分復(fù)用系統(tǒng)，可以有效遏制四波混頻效應(yīng)。色散補(bǔ)償技術(shù)采取適當(dāng)?shù)纳⒀a(bǔ)償（Disper Compensation）技術(shù)，減少甚至抵消光纖色散的影響，從而改善系統(tǒng)的傳輸性能。采用色散補(bǔ)償技術(shù)的原因：對(duì)于已經(jīng)大

4、量鋪設(shè)的G.652常規(guī)單模光纖，要進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)容，必須對(duì)其較大的色散進(jìn)行補(bǔ)償；近年來(lái)應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)的NZDSF在工作波段都具有一定的色散值，以便克服非線性效應(yīng)，若要NZ-DSF工作于10Gbit/s以上速率的系統(tǒng)中，也必須進(jìn)行色散補(bǔ)償；DWDM系統(tǒng)提出了更高的色散補(bǔ)償需求，要求 同時(shí)補(bǔ)償多個(gè)信道的色散累積，即要同時(shí)補(bǔ) 償單模光纖在1550nm波段的色散和色散斜率。色散補(bǔ)償?shù)姆诸惥€性補(bǔ)償非線性補(bǔ)償 ：光孤子傳輸系統(tǒng)光孤子：利用非線性平衡色散效應(yīng)缺點(diǎn)：維持色散與非線性間的平衡條件過(guò)于精細(xì)，利用非線性帶來(lái)其它副作用。色散補(bǔ)償?shù)木€性補(bǔ)償色散補(bǔ)償光纖（負(fù)色散光纖）法；啁啾光纖光柵法；預(yù)啁啾技術(shù)；色散

5、支持法；頻譜反轉(zhuǎn)法；多電平編碼；相干光檢測(cè)（電均衡法）等1.色散補(bǔ)償原理；T :由于群速度色散造成的脈沖展寬 T：光脈沖經(jīng)過(guò)光纖產(chǎn)生的時(shí)延；：光波的頻率：光脈沖的譜寬；Vg：群速度。L : 光纖長(zhǎng)度；D : 光纖的色散系數(shù)；：光源的譜寬。（ 2C） 20T dT d 1 L D L dd vg 2.色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖（DCF:DisperCompensation方法：Fiber）補(bǔ)償光纖色散的用一段在1550n波段具有負(fù)色散系數(shù)的光纖去抵消常規(guī)光纖或NZ-DSF中的散。色散位移光纖通信課程 第7章19負(fù)色散光纖的使用光纖通信課程 第7章20色散補(bǔ)償光纖(DCF)色散補(bǔ)償光纖傳輸光纖100

6、050100傳輸長(zhǎng)度150200組合使用正、負(fù)色散系數(shù)的光纖,實(shí)現(xiàn)大的局部色散，小的平均色散DCF存在：(1)損耗；(2)非線性強(qiáng)總色散(ps/nm)TXRX預(yù)補(bǔ)償 后補(bǔ)償 DCFDCFDCFDCFDCF產(chǎn)生的色散變化LL傳輸光纖中的色散累積DCF中的功率損耗光纖損耗LL累計(jì)色散光功率累計(jì)色散光功率3.啁啾光纖光柵法在光纖上刻上光柵可以控制光在其中的反射，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的延時(shí)。經(jīng)光纖傳輸以后的入射光中的長(zhǎng)波長(zhǎng)分量（低頻）位于脈沖后沿，使其在光柵的起始端就反射，而短波長(zhǎng)分量位于脈沖的前沿，使其在光柵的末端才被反射，于是就補(bǔ)償了色散效應(yīng)，使脈沖寬度被壓縮甚至還原。啁啾光纖光柵法longshortC

7、hirpedBragg grating 不同波長(zhǎng)的光經(jīng)過(guò)光柵時(shí)被反射的位置不同,于是形成了相對(duì)的時(shí)延差,使這種光柵具有波長(zhǎng)色散的特性。啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：體積小、對(duì)極化不敏感、損耗低、與光纖兼容性好、波長(zhǎng)選擇性好、易于集成 ；便于系統(tǒng)使用和，它成本低，可升級(jí)性好，可靠性高，受非線性效應(yīng)影響小，對(duì)極化不敏感 。缺點(diǎn)：補(bǔ)償帶寬較窄 ，需要環(huán)型器。4.預(yù)啁啾技術(shù)在光通信中，啁啾指脈沖信號(hào)的相位隨時(shí)間的變化率。光信號(hào)在反常色散光纖中傳輸時(shí)，所含的高頻成分速率較快，將逐漸集中在脈沖前沿，低頻成分速率較慢，將逐漸集中在脈沖后沿，兩者之間的時(shí)差越來(lái)越大，脈沖也就越來(lái)越寬。預(yù)啁啾是通過(guò)在光源上附加

8、一個(gè)正弦調(diào)制，使脈沖前沿的頻率降低，后沿頻率升高，在一定程度上補(bǔ)償色散造成的脈沖展寬。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，只需在發(fā)送激光器上附加一個(gè)正弦調(diào)制需根據(jù)傳輸距離調(diào)整正弦調(diào)制的深度延長(zhǎng)傳輸距離2倍色散管理思考題（判斷題）采用色散補(bǔ)償時(shí)，預(yù)補(bǔ)償和后補(bǔ)償?shù)膮^(qū)別在于后補(bǔ)償方式光脈沖先展寬后壓縮，預(yù)補(bǔ)償方式中光脈沖先壓縮后展寬；啾方法行散償，低脈沖展寬的速度，但總體看來(lái)光脈沖總是不斷展寬的；光孤子的概念指經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸而保持形狀不變的光脈沖。由光纖中的GVD和SPM兩種效應(yīng)共同作用形成的。當(dāng)光脈沖具有適當(dāng)?shù)姆?、形狀時(shí)，由于光脈沖在光纖中的SPM效應(yīng)，前沿因頻率降低而速度減慢，后沿因頻率升高而速度加快，從而脈寬變窄。

9、當(dāng)GVD和SPM的恰好抵消時(shí)，光脈沖便在很長(zhǎng)距離上保持穩(wěn)定的波形傳輸，即形成了光孤子。光孤子的形狀滿足雙曲正割表達(dá)式光纖通信課程 第7章1i ZU (Z ,T ) sec h(T )e2光孤子的強(qiáng)度|U|2與傳輸距離無(wú)關(guān)，可以在過(guò)程中保持脈沖形狀不變。(U,e)2i ZZ)T sech T (2光孤子通信的特點(diǎn)：容量大，可達(dá)100Gb/s以上；能力強(qiáng)、誤碼率低；中繼站間隔距離長(zhǎng)，對(duì)光信號(hào)的再生需求較少。目前，上百Gb/s速率、上百km無(wú)中繼的光孤子通信實(shí)驗(yàn)已成功實(shí)現(xiàn)，并有準(zhǔn)孤子光通信系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際的超長(zhǎng)距海纜通信。3偏振模色散補(bǔ)償偏振模式色散（PMD）起因于光纖的雙折射現(xiàn)象：實(shí)際中光纖的纖芯總會(huì)呈現(xiàn)一定程度的橢圓度，導(dǎo)致偏振方向正交的兩個(gè)基模具有不同的傳輸速度。PMD的影響由于模式耦合引起附加損耗，降低信噪比；引起脈沖展寬，速率受限。PMD甚至被認(rèn)為是限制高速光纖通信系統(tǒng)傳輸容量和距離的最終。光纖通信課程 第7章4PMD補(bǔ)償原理：首先在光域或電域上將兩個(gè)偏振模信號(hào)分開(kāi)，然后用延遲線分別對(duì)它們進(jìn)行延時(shí)，在反饋回路的控制下使兩個(gè)偏振模之間的時(shí)延差為零，最后將補(bǔ)償后的兩個(gè)偏振模信號(hào)混合輸出。光域PMD補(bǔ)償法：延時(shí)線通常由保偏光纖、基于鋰酸鈮調(diào)制器的分布式平衡器