2020年光纖通信技術第七章參照模板課件

光纖通信技術第七章王發(fā)強Fq_wang@163.com信息光電子科技學院華南師范大學光纖通信系統(tǒng)的性能與設計光纖通信技術第七章王發(fā)強光纖通信系統(tǒng)的性能與設計1第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構21．預期(或可能)的傳輸距離2．數(shù)據(jù)速率或信道帶寬；3．誤碼率(BER)。設計一個系統(tǒng)時所必須考慮的：1、多模光纖或單模光纖(a)纖芯尺寸(b)纖芯折射率剖面(c)帶寬或色散(d)損耗(e)數(shù)值孔徑或模場直徑為了滿足這些要求，設計人員可以選擇下面的器件及其相關的特性參量：1．預期(或可能)的傳輸距離設計一個系統(tǒng)時所必須考慮的：1、32、LED或半導體激光器光源(a)發(fā)射波長(b)譜線寬度(c)輸出功率(d)有效輻射區(qū)(e)發(fā)射方向圖(f)發(fā)射模式數(shù)量3、PIN或雪崩光電二極管(a)響應度(b)工作波長(c)速率(d)靈敏度2、LED或半導體激光器光源4確定波長：短距離，850nm

長距離，1300nm，1550nm確定光電檢測器：PIN，APD，參考圖8.3確定光源選擇合適的光纖系統(tǒng)考慮確定波長：短距離，850nm確定光電檢測器：PIN，APD，57.1光纖通信系統(tǒng)結構光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元：光纖光器件光發(fā)送機光接收機光放大器根據(jù)光纖系統(tǒng)的應用可分為點到點連接廣播和分配網(wǎng)局域網(wǎng)7.1光纖通信系統(tǒng)結構光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元：6RxTxRxRxTxTx再生器RxTxAA放大器采用再生器和光放大器作為周期性損耗補償?shù)狞c到點連接再生器放大器光發(fā)送機光發(fā)送機光接收機光接收機7.1.1點到點的傳輸系統(tǒng)光-電-光中繼：實際上是一個接收機一個發(fā)送機對，它將檢測到的微弱變形光信號，變?yōu)殡娦盘?，?jīng)放大整形后變成規(guī)則的電比特流，再調制光發(fā)送機，恢復原光比特流繼續(xù)沿光纖傳輸。光放大器：將接收到的微弱光比特流信號直接放大而不需將其轉換為電信號。(1R)光放大器不能無限制級聯(lián)，因為色散導致的脈沖畸變最終限制了系統(tǒng)的性能。光-電-光再生中繼則不存在這種問題。RxTxRxRxTxTx再生器RxTxAA放大器采用再生器和77.1.1點到點的傳輸系統(tǒng)利用光纖的低損耗、寬帶寬特點性能指標：比特率－距離積（BL）BL積與光纖損耗和色散特性有關，而光纖特性又與波長有關，所以BL積與波長有關。第一代光波系統(tǒng):0.85m,BL積1(Gb/s).km第二代光波系統(tǒng)：1.3m,BL積100(Gb/s).km第三代光波系統(tǒng)：1.55m,BL積1000(Gb/s).km7.1.1點到點的傳輸系統(tǒng)利用光纖的低損耗、寬帶寬特點8設計問題中繼距離的選取：在級聯(lián)的EDFA系統(tǒng)中，ASE噪聲積累問題是關鍵所在，設計的關鍵在于如何設置EDFA的放大間隔使接收端的OSNR滿足要求色散補償技術：色散補償方案的選擇及設計光纖非線性的避免光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機N

123光接收機光接收機光接收機光接收機EDFA功放線放預放MUXDEMUX典型的點對點光纖通信系統(tǒng)1N

32設計問題中繼距離的選?。涸诩壜?lián)的EDFA系統(tǒng)中，ASE97.1.2光纖分配網(wǎng)功能：光纖通信系統(tǒng)不僅要求傳送信息，而且要求將信息分配給多個用戶應用：光纜電話網(wǎng)、公用天線電視(CATV)、寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（B-ISND）特點：傳輸距離較短、帶寬要求寬結構：樹型拓撲、總線拓撲7.1.2光纖分配網(wǎng)功能：光纖通信系統(tǒng)不僅要求傳送信息，10HubHubHubHubHub信道在中心點分配，光纖的作用與點到點連接系統(tǒng)類似。樹形拓撲結構HubHubHubHubHub信道在中心點分配，光纖的作用與111432NBus單根光纖承載整個業(yè)務范圍的多信道光信號，通過光接頭完成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個用戶。多路視頻信道分配CATV系統(tǒng)；高清晰度電視HDTV?？偩€拓撲結構1432NBus單根光纖承載整個業(yè)務范圍的多信道光信號，通過12總線拓撲結構缺點：信號損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總線服務的范圍和用戶數(shù)。若忽略光纖自身的損耗，則第N個分支可得到的功率為：PN----第N個分支功率；PT----發(fā)送功率；C----分路器的功率分路比；----分路器的插入損耗；并假設每個分路器的C和都相同?？偩€拓撲結構缺點：信號損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總13若取=0.05,C=0.05,PT=1mW和PN=0.1W,則N的最大值?N=61如何進一步增加分支數(shù)？在總線上周期地接入光放大器提升功率，可以克服上述限制，只要光纖色散的影響限制在可忽略的程度，允許分配的用戶數(shù)將可大大增加。總線拓撲結構若取=0.05,C=0.05,PT=1mW和P147.1.3局域網(wǎng)局域網(wǎng)：在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡中一個局部區(qū)域內（如在一個大學校園內）的大量用戶相互連接，使任何用戶可以隨機地進入網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳送給其他任何用戶。LAN中要求對每個用戶提供隨機的收發(fā)數(shù)據(jù)功能，存在網(wǎng)絡協(xié)議問題。結構：總線型Bus、環(huán)型Ring、星型Star例子：“以太網(wǎng)”協(xié)議：碰撞檢測的載波偵聽多路存取（CSMA/CD）限制：與每個分支的損耗有關，用戶數(shù)不能太多。7.1.3局域網(wǎng)局域網(wǎng)：在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡中一151N-2N-1N2環(huán)形拓撲結構點到點連接將節(jié)點依次相連以形成單個閉合環(huán)。各節(jié)點中均設置有發(fā)送機－接收機對，均可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也用作中繼器。一個令牌（一個預先確定的比特率）在環(huán)內傳遞，每個節(jié)點都監(jiān)視比特率以監(jiān)聽它自己的地址和接收數(shù)據(jù)。隨著光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI的標準接口的出現(xiàn)，光纖LAN開始普遍采用環(huán)形拓撲結構。1N-2N-1N2環(huán)形拓撲結構點到點連接將節(jié)點依次相連以形成16FDDI雙環(huán)結構，superiorreliabilityandrobustnessFDDI雙環(huán)結構，superiorrelia17星形拓撲結構2N-1N431Starcoupler所有節(jié)點都通過點到點連接接到中心站(中樞節(jié)點)上。有源星形結構：所有到達的光信號都通過光接收機轉換為電信號，再將電信號分配以驅動各個節(jié)點的光發(fā)送機。無源星形結構：采用星形耦合器等無源光器件在光域進行分配。由于從一個節(jié)點的輸入被分配到許多輸出節(jié)點，因此傳送到每個節(jié)點的功率將受用戶數(shù)的限制。星形拓撲結構2N-1N431Star所有節(jié)點都通過點到點連接18第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構197.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(nm)OH離子吸收峰第三傳輸窗口光纖的損耗譜特性7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制第二傳輸窗口第一傳輸窗口13020損耗限制光波系統(tǒng)設發(fā)送機發(fā)出的最大平均功率為Pt，而光接收機的接收靈敏度為Pr，則最大傳輸距離為：

tot(dB/km)為光纖損耗，包括對接損耗和活動連接損耗。由于接收機靈敏度Pr隨比特率B線性變化：因此傳輸距離亦與比特率有關。h為光子能量，Np為接收機所要求的每比特的平均光子數(shù)。在給定工作波長處，L隨比特率B的增加而呈對數(shù)關系降低。損耗限制光波系統(tǒng)設發(fā)送機發(fā)出的最大平均功率為Pt，而光接收21損耗限制色散限制橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)實際陸地光波系統(tǒng)采用色散位移光纖的1550nm，B>10Gb/s的實驗系統(tǒng)損耗限制橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)222020年光纖通信技術第七章參照模板課件232020年光纖通信技術第七章參照模板課件242020年光纖通信技術第七章參照模板課件25第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構26光纖色散:信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引起的信號畸變。色散限制:光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。色散類型模間色散（僅多模光纖有）波導色散材料色散偏振模色散波長色散一、光纖色散7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制光纖色散:信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引27二、色散與光纖G.652（標準單模光纖SMF）:

零色散波長:1300nm1550色散:16~17ps/nm.kmG.653（色散位移光纖DSF）:零色散波長:1550nmG.655（非零色散位移光纖NZDSF）:

1550nm色散:2~6ps/nm.km二、色散與光纖G.652（標準單模光纖SMF）:28展寬時間預算嚴重限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的四個基本因素是：1、發(fā)送機展寬時間ttx。2、光纖群速率色散(GVD)展寬時間tGVD，3、光纖模式色散展寬時間tmod，4、接收機展寬時間trx。(單模光纖沒有模式色散，所以其展寬時間只與GVD有關)數(shù)字鏈路的總展寬時間不超過NRZ比特周期的70%，或RZ的35%。展寬時間預算嚴重限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的四個基本因素是：數(shù)字鏈路的29接收機的上升時間：群速度色散時間展寬：模式色散時間展寬：接收機的上升時間：群速度色散時間展寬：模式色散時間展寬：302020年光纖通信技術第七章參照模板課件312020年光纖通信技術第七章參照模板課件32三、色散限制光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。導致色散限制的物理機制隨不同波長而不同。1.0.85m光波系統(tǒng)第一代光波系統(tǒng)，通常采用低成本的多模光纖作為傳輸媒質。主要限制因素是模間色散。三、色散限制光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。33-------色散限制多模階躍光纖，BL=c/(2n1)。典型值n1=1.46、=0.01，傳輸距離隨比特率的曲線。即使在B1Mb/s的低比特率，也是色散限制的，其傳輸距離限制在10km內。應用：數(shù)據(jù)連接，很少用于光纖通信系統(tǒng)中。-------色散限制多模階躍光纖，BL=c/(2n134多模漸變光纖，BL=2c/(n12).對于

n1=1.46、=0.01，曲線如圖。當比特率小于100Mb/s時為損耗限制，大于100Mb/s將變?yōu)樯⑾拗啤５谝淮懮瞎馔ㄐ畔到y(tǒng)就是采用多模漸變光纖，比特率在50-100Mb/s，中繼距離接近10公里，于1978年投入商業(yè)運營。-------色散限制多模漸變光纖，BL=2c/(n12).-------352.1.3m光波系統(tǒng)第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長在1.3m附近的單模光纖，最大的限制因素是由較大的光源譜寬支配的由色散導致的脈沖展寬。比特率－距離積

BL(4|D|)-1

D為色散，為光源的均方根譜寬。|D|典型值為1-2ps/(km-nm)

當取|D|=2ps/km時，BL125(Gb/s)-km

2.1.3m光波系統(tǒng)第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長在36當B<1Gb/s時，為損耗限制系統(tǒng)，但當B>1Gb/s時則變?yōu)樯⑾拗葡到y(tǒng)。-------色散限制當B<1Gb/s時，為損耗限制系統(tǒng)，-------色散限制373.1.55m光波系統(tǒng)第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的1.55m波長，光纖色散是系統(tǒng)的主要限制因素。對普通單模光纖，在1.55m處D的典型值為17ps/(km-nm)，色散值比較高，由色散導致的脈沖展寬較大，系統(tǒng)處于色散限制狀態(tài)。采用單縱模半導體光源可大大緩解這種限制。最終限制為：B2L<(16|2|)-1

式中，2為群速色散，與色散參數(shù)D的關系為： D=-(2c/2)23.1.55m光波系統(tǒng)第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的38普通單模光纖的限制線為：B2L=4000(Gb/s)2-km。對理想的1.55m系統(tǒng)，B2L可達6000(Gb/s)2-km。當B>5Gb/s

時，為色散限制系統(tǒng)。-------色散限制普通單模光纖的限制線為：B2L=4000(Gb/s)239當采用色散位移光纖時，色散和損耗在1.55m附近均最低。

-------色散限制當采用色散位移光纖時，色散和損耗在1.55m附近均最低。40光纖色散導致的信號脈沖畸變，與光源線寬、信號啁啾、調制展寬等因素有關。直接調制系統(tǒng)中，光源的調制啁啾及光纖色散導致信號畸變。對于2.5Gb/s系統(tǒng),放大器的積累噪聲成為傳輸距離主要限制。對于10Gb/s系統(tǒng),光纖色散成為傳輸距離的主要限制。比特率 NZDSF SSMF2.5Gb/S 6000km 1000km10Gb/s 400km 60km光纖色散導致的信號脈沖畸變，與光源線寬、信號啁啾、調制展寬等41四、色散/色散斜率補償技術在WDM系統(tǒng)中，只有進行色散斜率補償，才能保證各個信道都得到補償。

預啁啾技術（PCH）用色散補償光纖進行色散補償用啁啾光纖光柵進行色散補償四、色散/色散斜率補償技術在WDM系統(tǒng)中，只有進行色散斜率補42(1)預啁啾技術PCH光信號在反常色散光纖中傳輸時，所含的高頻成分傳播速率較快，將逐漸集中在脈沖前沿，低頻成分傳播速率較慢，將逐漸集中在脈沖后沿，兩者之間的時差越來越大，脈沖也就越來越寬。預啁啾是通過在光源上附加一個正弦調制，使脈沖前沿的頻率降低，后沿頻率升高，在一定程度上補償色散造成的脈沖展寬。特點：簡單需根據(jù)傳輸距離調整正弦調制的深度延長傳輸距離~2倍(1)預啁啾技術PCH光信號在反常色散光纖中傳輸時，所含的高432020年光纖通信技術第七章參照模板課件44(2)用色散補償光纖進行色散補償特殊設計光纖的芯徑及折射率分布，利用光纖的波導色散效應，使其零色散波長大于1550nm，即在1550nm處產(chǎn)生較大的負色散（-100ps/nm.km)--色散補償光纖(DCF)。當常規(guī)光纖和DCF級聯(lián)時，兩者將會互相抵消。常規(guī)單模光纖在1550nm的色散和色散斜率的典型值為：D=16.5ps/nm.km，D’=0.059ps/(nm2.km)。用相對色散斜率RD=D’/D表示色散斜率補償,RD1=RD2常規(guī)單模光纖的相對色散斜率RD=0.0035nm-1，所以色散補償光纖的RD

也應為0.0035nm-1。當滿足時，群延遲色散被補償當滿足時，二階色散(色散斜率)被補償(2)用色散補償光纖進行色散補償特殊設計光纖的芯徑及折射率45組合使用正、負色散系數(shù)的光纖大的局部色散，小的平均色散,可以較好的抑制四波混頻和XPM的產(chǎn)生基本途徑組合使用正、負色散系數(shù)的光纖基本途徑46預補償累計色散LDCF產(chǎn)生的色散變化L光功率光纖損耗DCF中的功率損耗累計色散L傳輸光纖中的色散累積L光功率DCFDCFDCFDCF后補償預補償累計色散LDCF產(chǎn)生的色散變化L光功率光纖損耗DCF中47大的局部色散，小的平均色散。采用后置色散補償而不是前置色散補償，減小DCF的非線性效應采用非完全補償而不是完全補償在發(fā)射端進行預補償補償原則大的局部色散，小的平均色散。補償原則48DCF色散補償存在的問題較大的損耗(0.5dB/km)較小的有效面積(~20m2),相對SSMF,非線性系數(shù)大2~4倍-閾值功率減小3~6dB色散斜率為-15~-20ps/nm2/km遠高于SSMF的0.09ps/nm2/km,要進行色散斜率補償,需專門設計當不能進行斜率補償?shù)腄CF用于WDM系統(tǒng)中時,如果設計系統(tǒng)使得中間波長信道實現(xiàn)完全色散補償,短波長信道則過補償,而長波長信道則欠補償DCF色散補償存在的問題較大的損耗(0.5dB/km)49D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-水下系統(tǒng)新方案：D+/D-光纖對D+在前：非線性?。籇-在后且足夠長，有益于RA。作為傳輸光纖使用的方案，用于陸上系統(tǒng)時應特別慎重。D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-水下系統(tǒng)新方案：D+50(3)用啁啾光纖光柵進行色散補償在光纖或光波導上刻上光柵可以控制光在其中的反射，從而實現(xiàn)光信號的延時。如果刻制等間距光柵，則只能反射某一個很窄的頻帶信號，造成帶寬過窄。所以采用啁啾光纖光柵，刻出一系列不等間距的光柵，光柵上的每一點都可以看成一個本地布喇格光柵的通帶和阻帶濾波器。經(jīng)光纖傳輸以后的入射光中的長波長分量（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，于是就補償了色散效應，使脈沖寬度被壓縮甚至還原。(3)用啁啾光纖光柵進行色散補償在光纖或光波導上刻上光柵可51啁啾光纖光柵色散補償?shù)奶攸c體積小損耗小價格便宜補償帶寬窄,實現(xiàn)寬帶的WDM多信道補償技術:-長啁啾光纖光柵(Southampton大學制出作3米長的光柵-級聯(lián)光柵-取樣光纖光柵需要環(huán)型器啁啾光纖光柵色散補償?shù)奶攸c體積小522020年光纖通信技術第七章參照模板課件532020年光纖通信技術第七章參照模板課件54偏振模色散簡介：

在理想的單模光纖中，基模是由兩個相互垂直的簡并偏振模組成。如果由于某種因素使這兩個偏振模有不同的群速度，出纖后兩偏振模的迭加使得信號脈沖展寬，從而形成偏振模色散。單模光纖中的偏振模色散偏振模色散簡介：在理想的單模光纖中，基模是由兩個相互55國內外研究的現(xiàn)狀：偏振模色散對高速大容量光纖通信系統(tǒng)有著不可忽視的影響，并被認為是限制光纖通信系統(tǒng)傳輸容量和距離的最終因素。所以自九十年代以來，已引起業(yè)界的廣泛關注，并已成為目前國際上光纖通信領域研究的熱點。按照國際標準技術規(guī)范小組的觀點：為保證PMD導致的系統(tǒng)功率代價在1dB以下，偏振模色散的平均值必須小于一比特周期的十分之一。當大于這一規(guī)定值時，需對系統(tǒng)偏振模色散進行補償！在單信道速率達40Gb/s的系統(tǒng)中,PMD問題較為突出.有關PMD的補償技術處于研究階段.偏振模色散對信號傳輸?shù)挠绊憞鴥韧庋芯康默F(xiàn)狀：偏振模色散對高速大容量光纖通信系統(tǒng)56第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構577.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響受激非彈性散射-受激布里淵散射(SBS)-受激喇曼散射(SRS)非線性折射率-自相位調制(SPM)-互相位調制(XPM)-四波混頻(FWM)7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響受激非彈性散射58一、SBS特點：只有后向散射增益帶寬窄，只影響本信道功率功率閾值與光源線寬有關，光源線寬越窄，功率閾值越低減小SBS對系統(tǒng)影響的主要措施（避免）：減低入纖功率（減小中繼間隔）增加光源線寬（色散限制）一、SBS特點：減小SBS對系統(tǒng)影響的主要措施（避免）：59二、SRS特點：以前向散射為主，但也有后向散射增益帶寬寬（約125nm），影響其它信道功率在WDM系統(tǒng)中，較高頻率的信號成為所有較低頻率信號的泵浦源，頻率最高的信道功率消耗最大，減小SRS對系統(tǒng)影響的主要措施：減低入纖功率（減小中繼間隔）減小信道間隔減小光纖的非線性系數(shù)12341234fiber二、SRS特點：減小SRS對系統(tǒng)影響的主要措施：1260三、SPMandXPM來源：折射率對光強的依賴關系導致光場在光纖中傳輸引起光場的非線性相移影響：非線性相移通過色散的作用轉變?yōu)樾盘枏姸鹊幕內?、SPMandXPM來源：折射率對光強的依賴關系導致影61由于色散和非線性（主要是SPM、XPM）的相互作用，色散補償不能僅僅考慮補償色散，非線性效應的影響必須被考慮色散管理由于色散和非線性（主要是SPM、XPM）色散管理62綜合考慮GVD,SPM和XPM的色散管理方案欠補償（總色散以及各光纖段均欠補償）發(fā)射端預補償（減小色散積累）接收端后補償DCF-1320ps/nmDCF-671ps/nmDCF-1320ps/nmDCF-1320ps/nmDCF-1320ps/nmDCF-671ps/nmOMUODUboost綜合考慮GVD,SPM和XPM的色散管理方案欠補償（總色散以63特點：小的色散光纖，相位匹配易于滿足，F(xiàn)WM越加嚴重，色散能夠破壞相位匹配，減小FWM。故應在色散與FWM之間取折衷--NZDSF減小影響的措施：增加信道間隔、適當加大色散、非等間隔信道、減小光功率、相鄰信道正交偏振、色散欠補償四、FWM對系統(tǒng)的影響：形成信道之間的串擾，嚴重影響系統(tǒng)的性能。特點：減小影響的措施：四、FWM對系統(tǒng)的影響：64第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構657.5信道串擾信道串擾Crosstalk：WDM系統(tǒng)中的器件均會引起信道串擾，包括濾波器、波長復用器/解復用器、光開關及半導體光放大器等，連光纖本身也會由于非線性效應而引起串擾。這會引起功率代價。同頻串擾Intrachannelcrosstalk與信號光頻率相同(非常接近)的串擾，均落入接收機帶寬內無法濾除，對系統(tǒng)影響嚴重，最終限制系統(tǒng)的傳輸距離異頻串擾Interchannelcrosstalk與信號光頻率有較大偏離的串擾，表現(xiàn)為一種加性的噪聲，惡化信號消光比，可通過濾波器濾除的串擾，對系統(tǒng)影響較小7.5信道串擾信道串擾Crosstalk：WDM系統(tǒng)中的66一、同頻串擾來源：復用/解復用器對、光開關等1signalsignalleakage111signalcrosstalk1signal11signalcrosstalkOpticalswitchAlthoughbothsignalscontainthesamedata,theyarenotinphasewitheachother,duetodifferentdelaysencounteredbythem.MuxDemux12Cascadedwavelengthdemultiplexerandmultiplexer一、同頻串擾來源：復用/解復用器對、光開關等1signal67同頻串擾功率代價對于有N個同頻串擾源的情況，上式中的替代為假定串擾光頻率與信號頻率完全相同，P表示信號光功率，P代表平均串擾光功率。在帶有光預放大或APD接收機中，如果只考慮與信號功率相關的噪聲的情況下，引入的功率代價為：同頻串擾功率代價對于有N個同頻串擾源的情況，上式中的替代為假68二、異頻串擾來源：解復用器、光開關等。12signalcrosstalkcrosstalksignal2signal1Opticalswitchwithinputsatdifferentwavelengths1signalcrosstalk2Demux12Anopticaldemultiplexer二、異頻串擾來源：解復用器、光開關等。12signalc69異頻串擾會導致信號消光比惡化，同樣令為串擾功率對信號功率的比值，在帶有光預放大或APD接收機中，如果只考慮與信號功率相關的噪聲的情況下，引入的功率代價為：異頻串擾功率代價對于有N個同頻串擾源的情況，上式中的替代為異頻串擾會導致信號消光比惡化，同樣令為串擾功率對信號功率的702020年光纖通信技術第七章參照模板課件71模噪聲:

LD+多模光纖中的噪聲(千兆以太網(wǎng)、光纖接入網(wǎng))與斑圖相關的強度不均勻分布自身是無害的，因為接收機性能由探測器面積分所得總功率決定。然而如果斑圖隨時間波動，將導致接收功率的波動并附加到總的接收機噪聲中，導致信噪比降低。光源的相干性越大(小)，噪聲越強(弱)。在多模光纖中，由于振動和微彎等機械擾動，各傳輸模式間的干涉在光檢測器受光面上產(chǎn)生了一個斑紋圖樣，稱為斑圖。模噪聲:與斑圖相關的強度不均勻分布自身是無害的，因為接收機72模分配噪聲:

多縱模半導體激光器在調制時，其各個模式一般是不穩(wěn)定的，即使各模式功率的總和（總功率）不隨時間而變，但各個模式的功率卻隨時間呈隨機波動。當不存在色散時，所有模式在傳輸和檢測中保持同步，這種波動是無害的。但在實際有色散光纖中，工作于不同波長的模式將以不同的速度傳播，造成各模式間不同步，引起接收機電流附加的隨機波動，信噪比降低，這種現(xiàn)象稱為模分配噪聲，需要付出功率代價。模分配噪聲:73啁啾（Chirp）

單縱模激光器在CW工作模式下，當直接調制注入電流時會發(fā)生動態(tài)的譜線展寬。直接調制導致了載流子濃度的變化，伴隨譜線展寬的是一種頻率‘‘啁啾”。當發(fā)射波長不等于光纖的零色散波長時，激光器的啁啾可能會使強度調制后的光脈沖發(fā)生非常嚴重的色散效應。如何減小啁啾的影響？一、提高激光器的偏置電流二、色散補償啁啾（Chirp）單縱模激光器在CW工作模式下742020年光纖通信技術第七章參照模板課件752020年光纖通信技術第七章參照模板課件76第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構777.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算光纖損耗與色散對系統(tǒng)的傳輸距離L和比特率B具有固有的限制。還需考慮其他問題，如：工作波長、光纖、光發(fā)送機、光接收機、各種光無源器件的性能價格比、系統(tǒng)可靠性及擴容升級要求等。功率預算目的：使光纖通信系統(tǒng)在整個壽命期間，確保有足夠的光功率到達光接收機，以保證系統(tǒng)有穩(wěn)定可靠的性能。7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算光纖損耗與色散對系統(tǒng)的78功率預算（用dBm表示）信道損耗包括：光纖損耗(dB/km)連接損耗（固定連接0.1~0.2dB,活動連接<1dB)發(fā)射功率接收靈敏度系統(tǒng)功率余量信道總損耗功率余量：

元器件老化

溫度變化

其他不可預知事件引起的功率虧損

設計時通常取6-8dB傳輸距離:傳輸距離(km)功率預算（用dBm表示）信道損耗包括：光纖損耗(dB/79功率預算示例長距離單模光纖通信系統(tǒng)，工作波長在1.3m.

發(fā)射功率PT=-4dBm

光纖損耗=0.3dB/km

熔接損耗=0.2dB/km

發(fā)射機和接收機端的連接損耗=1dB（每個）APD接收機所需的平均功率：

比特率400Mbit/s(BER10-9)=-44dBm

比特率40Mbit/s(BER10-9)=-52dBm

功率余量=6dB比特率為400Mbit/s(BER10-9)時，無需中繼器，所能傳輸?shù)淖铋L距離？（不考慮色散代價）功率預算示例長距離單模光纖通信系統(tǒng)，工作波長在1.3m.比80解答：比特率為400Mbit/s(BER10-9)

最大允許鏈路損耗=-4–(-44)=40dB

光纖損耗(光纖+熔接)=(0.3dB+0.2dB)xL

連接器損耗=2dB(2個連接器,每個1dB)

系統(tǒng)余量=6dB

因此，總體鏈路損耗=(0.5L+2+6)dB最大傳輸距離=(40-2-6)/0.5km=64km(答案)比特率為40Mbit/s(BER10-9)時，無需中繼器，所能傳輸?shù)淖铋L距離？（不考慮色散代價）80km解答：比特率為400Mbit/s(BER10-9)81光纖通信技術第七章王發(fā)強Fq_wang@163.com信息光電子科技學院華南師范大學光纖通信系統(tǒng)的性能與設計光纖通信技術第七章王發(fā)強光纖通信系統(tǒng)的性能與設計82第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構831．預期(或可能)的傳輸距離2．數(shù)據(jù)速率或信道帶寬；3．誤碼率(BER)。設計一個系統(tǒng)時所必須考慮的：1、多模光纖或單模光纖(a)纖芯尺寸(b)纖芯折射率剖面(c)帶寬或色散(d)損耗(e)數(shù)值孔徑或模場直徑為了滿足這些要求，設計人員可以選擇下面的器件及其相關的特性參量：1．預期(或可能)的傳輸距離設計一個系統(tǒng)時所必須考慮的：1、842、LED或半導體激光器光源(a)發(fā)射波長(b)譜線寬度(c)輸出功率(d)有效輻射區(qū)(e)發(fā)射方向圖(f)發(fā)射模式數(shù)量3、PIN或雪崩光電二極管(a)響應度(b)工作波長(c)速率(d)靈敏度2、LED或半導體激光器光源85確定波長：短距離，850nm

長距離，1300nm，1550nm確定光電檢測器：PIN，APD，參考圖8.3確定光源選擇合適的光纖系統(tǒng)考慮確定波長：短距離，850nm確定光電檢測器：PIN，APD，867.1光纖通信系統(tǒng)結構光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元：光纖光器件光發(fā)送機光接收機光放大器根據(jù)光纖系統(tǒng)的應用可分為點到點連接廣播和分配網(wǎng)局域網(wǎng)7.1光纖通信系統(tǒng)結構光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元：87RxTxRxRxTxTx再生器RxTxAA放大器采用再生器和光放大器作為周期性損耗補償?shù)狞c到點連接再生器放大器光發(fā)送機光發(fā)送機光接收機光接收機7.1.1點到點的傳輸系統(tǒng)光-電-光中繼：實際上是一個接收機一個發(fā)送機對，它將檢測到的微弱變形光信號，變?yōu)殡娦盘?，?jīng)放大整形后變成規(guī)則的電比特流，再調制光發(fā)送機，恢復原光比特流繼續(xù)沿光纖傳輸。光放大器：將接收到的微弱光比特流信號直接放大而不需將其轉換為電信號。(1R)光放大器不能無限制級聯(lián)，因為色散導致的脈沖畸變最終限制了系統(tǒng)的性能。光-電-光再生中繼則不存在這種問題。RxTxRxRxTxTx再生器RxTxAA放大器采用再生器和887.1.1點到點的傳輸系統(tǒng)利用光纖的低損耗、寬帶寬特點性能指標：比特率－距離積（BL）BL積與光纖損耗和色散特性有關，而光纖特性又與波長有關，所以BL積與波長有關。第一代光波系統(tǒng):0.85m,BL積1(Gb/s).km第二代光波系統(tǒng)：1.3m,BL積100(Gb/s).km第三代光波系統(tǒng)：1.55m,BL積1000(Gb/s).km7.1.1點到點的傳輸系統(tǒng)利用光纖的低損耗、寬帶寬特點89設計問題中繼距離的選?。涸诩壜?lián)的EDFA系統(tǒng)中，ASE噪聲積累問題是關鍵所在，設計的關鍵在于如何設置EDFA的放大間隔使接收端的OSNR滿足要求色散補償技術：色散補償方案的選擇及設計光纖非線性的避免光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機N

123光接收機光接收機光接收機光接收機EDFA功放線放預放MUXDEMUX典型的點對點光纖通信系統(tǒng)1N

32設計問題中繼距離的選?。涸诩壜?lián)的EDFA系統(tǒng)中，ASE907.1.2光纖分配網(wǎng)功能：光纖通信系統(tǒng)不僅要求傳送信息，而且要求將信息分配給多個用戶應用：光纜電話網(wǎng)、公用天線電視(CATV)、寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（B-ISND）特點：傳輸距離較短、帶寬要求寬結構：樹型拓撲、總線拓撲7.1.2光纖分配網(wǎng)功能：光纖通信系統(tǒng)不僅要求傳送信息，91HubHubHubHubHub信道在中心點分配，光纖的作用與點到點連接系統(tǒng)類似。樹形拓撲結構HubHubHubHubHub信道在中心點分配，光纖的作用與921432NBus單根光纖承載整個業(yè)務范圍的多信道光信號，通過光接頭完成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個用戶。多路視頻信道分配CATV系統(tǒng)；高清晰度電視HDTV?？偩€拓撲結構1432NBus單根光纖承載整個業(yè)務范圍的多信道光信號，通過93總線拓撲結構缺點：信號損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總線服務的范圍和用戶數(shù)。若忽略光纖自身的損耗，則第N個分支可得到的功率為：PN----第N個分支功率；PT----發(fā)送功率；C----分路器的功率分路比；----分路器的插入損耗；并假設每個分路器的C和都相同?？偩€拓撲結構缺點：信號損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總94若取=0.05,C=0.05,PT=1mW和PN=0.1W,則N的最大值?N=61如何進一步增加分支數(shù)？在總線上周期地接入光放大器提升功率，可以克服上述限制，只要光纖色散的影響限制在可忽略的程度，允許分配的用戶數(shù)將可大大增加?？偩€拓撲結構若取=0.05,C=0.05,PT=1mW和P957.1.3局域網(wǎng)局域網(wǎng)：在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡中一個局部區(qū)域內（如在一個大學校園內）的大量用戶相互連接，使任何用戶可以隨機地進入網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳送給其他任何用戶。LAN中要求對每個用戶提供隨機的收發(fā)數(shù)據(jù)功能，存在網(wǎng)絡協(xié)議問題。結構：總線型Bus、環(huán)型Ring、星型Star例子：“以太網(wǎng)”協(xié)議：碰撞檢測的載波偵聽多路存?。–SMA/CD）限制：與每個分支的損耗有關，用戶數(shù)不能太多。7.1.3局域網(wǎng)局域網(wǎng)：在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡中一961N-2N-1N2環(huán)形拓撲結構點到點連接將節(jié)點依次相連以形成單個閉合環(huán)。各節(jié)點中均設置有發(fā)送機－接收機對，均可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也用作中繼器。一個令牌（一個預先確定的比特率）在環(huán)內傳遞，每個節(jié)點都監(jiān)視比特率以監(jiān)聽它自己的地址和接收數(shù)據(jù)。隨著光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI的標準接口的出現(xiàn)，光纖LAN開始普遍采用環(huán)形拓撲結構。1N-2N-1N2環(huán)形拓撲結構點到點連接將節(jié)點依次相連以形成97FDDI雙環(huán)結構，superiorreliabilityandrobustnessFDDI雙環(huán)結構，superiorrelia98星形拓撲結構2N-1N431Starcoupler所有節(jié)點都通過點到點連接接到中心站(中樞節(jié)點)上。有源星形結構：所有到達的光信號都通過光接收機轉換為電信號，再將電信號分配以驅動各個節(jié)點的光發(fā)送機。無源星形結構：采用星形耦合器等無源光器件在光域進行分配。由于從一個節(jié)點的輸入被分配到許多輸出節(jié)點，因此傳送到每個節(jié)點的功率將受用戶數(shù)的限制。星形拓撲結構2N-1N431Star所有節(jié)點都通過點到點連接99第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構1007.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(nm)OH離子吸收峰第三傳輸窗口光纖的損耗譜特性7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制第二傳輸窗口第一傳輸窗口130101損耗限制光波系統(tǒng)設發(fā)送機發(fā)出的最大平均功率為Pt，而光接收機的接收靈敏度為Pr，則最大傳輸距離為：

tot(dB/km)為光纖損耗，包括對接損耗和活動連接損耗。由于接收機靈敏度Pr隨比特率B線性變化：因此傳輸距離亦與比特率有關。h為光子能量，Np為接收機所要求的每比特的平均光子數(shù)。在給定工作波長處，L隨比特率B的增加而呈對數(shù)關系降低。損耗限制光波系統(tǒng)設發(fā)送機發(fā)出的最大平均功率為Pt，而光接收102損耗限制色散限制橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)實際陸地光波系統(tǒng)采用色散位移光纖的1550nm，B>10Gb/s的實驗系統(tǒng)損耗限制橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)1032020年光纖通信技術第七章參照模板課件1042020年光纖通信技術第七章參照模板課件1052020年光纖通信技術第七章參照模板課件106第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構107光纖色散:信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引起的信號畸變。色散限制:光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。色散類型模間色散（僅多模光纖有）波導色散材料色散偏振模色散波長色散一、光纖色散7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制光纖色散:信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引108二、色散與光纖G.652（標準單模光纖SMF）:

零色散波長:1300nm1550色散:16~17ps/nm.kmG.653（色散位移光纖DSF）:零色散波長:1550nmG.655（非零色散位移光纖NZDSF）:

1550nm色散:2~6ps/nm.km二、色散與光纖G.652（標準單模光纖SMF）:109展寬時間預算嚴重限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的四個基本因素是：1、發(fā)送機展寬時間ttx。2、光纖群速率色散(GVD)展寬時間tGVD，3、光纖模式色散展寬時間tmod，4、接收機展寬時間trx。(單模光纖沒有模式色散，所以其展寬時間只與GVD有關)數(shù)字鏈路的總展寬時間不超過NRZ比特周期的70%，或RZ的35%。展寬時間預算嚴重限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的四個基本因素是：數(shù)字鏈路的110接收機的上升時間：群速度色散時間展寬：模式色散時間展寬：接收機的上升時間：群速度色散時間展寬：模式色散時間展寬：1112020年光纖通信技術第七章參照模板課件1122020年光纖通信技術第七章參照模板課件113三、色散限制光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。導致色散限制的物理機制隨不同波長而不同。1.0.85m光波系統(tǒng)第一代光波系統(tǒng)，通常采用低成本的多模光纖作為傳輸媒質。主要限制因素是模間色散。三、色散限制光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。114-------色散限制多模階躍光纖，BL=c/(2n1)。典型值n1=1.46、=0.01，傳輸距離隨比特率的曲線。即使在B1Mb/s的低比特率，也是色散限制的，其傳輸距離限制在10km內。應用：數(shù)據(jù)連接，很少用于光纖通信系統(tǒng)中。-------色散限制多模階躍光纖，BL=c/(2n1115多模漸變光纖，BL=2c/(n12).對于

n1=1.46、=0.01，曲線如圖。當比特率小于100Mb/s時為損耗限制，大于100Mb/s將變?yōu)樯⑾拗?。第一代陸上光通信系統(tǒng)就是采用多模漸變光纖，比特率在50-100Mb/s，中繼距離接近10公里，于1978年投入商業(yè)運營。-------色散限制多模漸變光纖，BL=2c/(n12).-------1162.1.3m光波系統(tǒng)第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長在1.3m附近的單模光纖，最大的限制因素是由較大的光源譜寬支配的由色散導致的脈沖展寬。比特率－距離積

BL(4|D|)-1

D為色散，為光源的均方根譜寬。|D|典型值為1-2ps/(km-nm)

當取|D|=2ps/km時，BL125(Gb/s)-km

2.1.3m光波系統(tǒng)第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長在117當B<1Gb/s時，為損耗限制系統(tǒng)，但當B>1Gb/s時則變?yōu)樯⑾拗葡到y(tǒng)。-------色散限制當B<1Gb/s時，為損耗限制系統(tǒng)，-------色散限制1183.1.55m光波系統(tǒng)第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的1.55m波長，光纖色散是系統(tǒng)的主要限制因素。對普通單模光纖，在1.55m處D的典型值為17ps/(km-nm)，色散值比較高，由色散導致的脈沖展寬較大，系統(tǒng)處于色散限制狀態(tài)。采用單縱模半導體光源可大大緩解這種限制。最終限制為：B2L<(16|2|)-1

式中，2為群速色散，與色散參數(shù)D的關系為： D=-(2c/2)23.1.55m光波系統(tǒng)第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的119普通單模光纖的限制線為：B2L=4000(Gb/s)2-km。對理想的1.55m系統(tǒng)，B2L可達6000(Gb/s)2-km。當B>5Gb/s

時，為色散限制系統(tǒng)。-------色散限制普通單模光纖的限制線為：B2L=4000(Gb/s)2120當采用色散位移光纖時，色散和損耗在1.55m附近均最低。

-------色散限制當采用色散位移光纖時，色散和損耗在1.55m附近均最低。121光纖色散導致的信號脈沖畸變，與光源線寬、信號啁啾、調制展寬等因素有關。直接調制系統(tǒng)中，光源的調制啁啾及光纖色散導致信號畸變。對于2.5Gb/s系統(tǒng),放大器的積累噪聲成為傳輸距離主要限制。對于10Gb/s系統(tǒng),光纖色散成為傳輸距離的主要限制。比特率 NZDSF SSMF2.5Gb/S 6000km 1000km10Gb/s 400km 60km光纖色散導致的信號脈沖畸變，與光源線寬、信號啁啾、調制展寬等122四、色散/色散斜率補償技術在WDM系統(tǒng)中，只有進行色散斜率補償，才能保證各個信道都得到補償。

預啁啾技術（PCH）用色散補償光纖進行色散補償用啁啾光纖光柵進行色散補償四、色散/色散斜率補償技術在WDM系統(tǒng)中，只有進行色散斜率補123(1)預啁啾技術PCH光信號在反常色散光纖中傳輸時，所含的高頻成分傳播速率較快，將逐漸集中在脈沖前沿，低頻成分傳播速率較慢，將逐漸集中在脈沖后沿，兩者之間的時差越來越大，脈沖也就越來越寬。預啁啾是通過在光源上附加一個正弦調制，使脈沖前沿的頻率降低，后沿頻率升高，在一定程度上補償色散造成的脈沖展寬。特點：簡單需根據(jù)傳輸距離調整正弦調制的深度延長傳輸距離~2倍(1)預啁啾技術PCH光信號在反常色散光纖中傳輸時，所含的高1242020年光纖通信技術第七章參照模板課件125(2)用色散補償光纖進行色散補償特殊設計光纖的芯徑及折射率分布，利用光纖的波導色散效應，使其零色散波長大于1550nm，即在1550nm處產(chǎn)生較大的負色散（-100ps/nm.km)--色散補償光纖(DCF)。當常規(guī)光纖和DCF級聯(lián)時，兩者將會互相抵消。常規(guī)單模光纖在1550nm的色散和色散斜率的典型值為：D=16.5ps/nm.km，D’=0.059ps/(nm2.km)。用相對色散斜率RD=D’/D表示色散斜率補償,RD1=RD2常規(guī)單模光纖的相對色散斜率RD=0.0035nm-1，所以色散補償光纖的RD

也應為0.0035nm-1。當滿足時，群延遲色散被補償當滿足時，二階色散(色散斜率)被補償(2)用色散補償光纖進行色散補償特殊設計光纖的芯徑及折射率126組合使用正、負色散系數(shù)的光纖大的局部色散，小的平均色散,可以較好的抑制四波混頻和XPM的產(chǎn)生基本途徑組合使用正、負色散系數(shù)的光纖基本途徑127預補償累計色散LDCF產(chǎn)生的色散變化L光功率光纖損耗DCF中的功率損耗累計色散L傳輸光纖中的色散累積L光功率DCFDCFDCFDCF后補償預補償累計色散LDCF產(chǎn)生的色散變化L光功率光纖損耗DCF中128大的局部色散，小的平均色散。采用后置色散補償而不是前置色散補償，減小DCF的非線性效應采用非完全補償而不是完全補償在發(fā)射端進行預補償補償原則大的局部色散，小的平均色散。補償原則129DCF色散補償存在的問題較大的損耗(0.5dB/km)較小的有效面積(~20m2),相對SSMF,非線性系數(shù)大2~4倍-閾值功率減小3~6dB色散斜率為-15~-20ps/nm2/km遠高于SSMF的0.09ps/nm2/km,要進行色散斜率補償,需專門設計當不能進行斜率補償?shù)腄CF用于WDM系統(tǒng)中時,如果設計系統(tǒng)使得中間波長信道實現(xiàn)完全色散補償,短波長信道則過補償,而長波長信道則欠補償DCF色散補償存在的問題較大的損耗(0.5dB/km)130D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-水下系統(tǒng)新方案：D+/D-光纖對D+在前：非線性??；D-在后且足夠長，有益于RA。作為傳輸光纖使用的方案，用于陸上系統(tǒng)時應特別慎重。D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-水下系統(tǒng)新方案：D+131(3)用啁啾光纖光柵進行色散補償在光纖或光波導上刻上光柵可以控制光在其中的反射，從而實現(xiàn)光信號的延時。如果刻制等間距光柵，則只能反射某一個很窄的頻帶信號，造成帶寬過窄。所以采用啁啾光纖光柵，刻出一系列不等間距的光柵，光柵上的每一點都可以看成一個本地布喇格光柵的通帶和阻帶濾波器。經(jīng)光纖傳輸以后的入射光中的長波長分量（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，于是就補償了色散效應，使脈沖寬度被壓縮甚至還原。(3)用啁啾光纖光柵進行色散補償在光纖或光波導上刻上光柵可132啁啾光纖光柵色散補償?shù)奶攸c體積小損耗小價格便宜補償帶寬窄,實現(xiàn)寬帶的WDM多信道補償技術:-長啁啾光纖光柵(Southampton大學制出作3米長的光柵-級聯(lián)光柵-取樣光纖光柵需要環(huán)型器啁啾光纖光柵色散補償?shù)奶攸c體積小1332020年光纖通信技術第七章參照模板課件1342020年光纖通信技術第七章參照模板課件135偏振模色散簡介：

在理想的單模光纖中，基模是由兩個相互垂直的簡并偏振模組成。如果由于某種因素使這兩個偏振模有不同的群速度，出纖后兩偏振模的迭加使得信號脈沖展寬，從而形成偏振模色散。單模光纖中的偏振模色散偏振模色散簡介：在理想的單模光纖中，基模是由兩個相互136國內外研究的現(xiàn)狀：偏振模色散對高速大容量光纖通信系統(tǒng)有著不可忽視的影響，并被認為是限制光纖通信系統(tǒng)傳輸容量和距離的最終因素。所以自九十年代以來，已引起業(yè)界的廣泛關注，并已成為目前國際上光纖通信領域研究的熱點。按照國際標準技術規(guī)范小組的觀點：為保證PMD導致的系統(tǒng)功率代價在1dB以下，偏振模色散的平均值必須小于一比特周期的十分之一。當大于這一規(guī)定值時，需對系統(tǒng)偏振模色散進行補償！在單信道速率達40Gb/s的系統(tǒng)中,PMD問題較為突出.有關PMD的補償技術處于研究階段.偏振模色散對信號傳輸?shù)挠绊憞鴥韧庋芯康默F(xiàn)狀：偏振模色散對高速大容量光纖通信系統(tǒng)137第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構1387.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響受激非彈性散射-受激布里淵散射(SBS)-受激喇曼散射(SRS)非線性折射率-自相位調制(SPM)-互相位調制(XPM)-四波混頻(FWM)7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響受激非彈性散射139一、SBS特點：只有后向散射增益帶寬窄，只影響本信道功率功率閾值與光源線寬有關，光源線寬越窄，功率閾值越低減小SBS對系統(tǒng)影響的主要措施（避免）：減低入纖功率（減小中繼間隔）增加光源線寬（色散限制）一、SBS特點：減小SBS對系統(tǒng)影響的主要措施（避免）：140二、SRS特點：以前向散射為主，但也有后向散射增益帶寬寬（約125nm），影響其它信道功率在WDM系統(tǒng)中，較高頻率的信號成為所有較低頻率信號的泵浦源，頻率最高的信道功率消耗最大，減小SRS對系統(tǒng)影響的主要措施：減低入纖功率（減小中繼間隔）減小信道間隔減小光纖的非線性系數(shù)12341234fiber二、SRS特點：減小SRS對系統(tǒng)影響的主要措施：12141三、SPMandXPM來源：折射率對光強的依賴關系導致光場在光纖中傳輸引起光場的非線性相移影響：非線性相移通過色散的作用轉變?yōu)樾盘枏姸鹊幕內PMandXPM來源：折射率對光強的依賴關系導致影142由于色散和非線性（主要是SPM、XPM）的相互作用，色散補償不能僅僅考慮補償色散，非線性效應的影響必須被考慮色散管理由于色散和非線性（主要是SPM、XPM）色散管理143綜合考慮GVD,SPM和XPM的色散管理方案欠補償（總色散以及各光纖段均欠補償）發(fā)射端預補償（減小色散積累）接收端后補償DCF-1320ps/nmDCF-671ps/nmDCF-1320ps/nmDCF-1320ps/nmDCF-1320ps/nmDCF-671ps/nmOMUODUboost綜合考慮GVD,SPM和XPM的色散管理方案欠補償（總色散以144特點：小的色散光纖，相位匹配易于滿足，F(xiàn)WM越加嚴重，色散能夠破壞相位匹配，減小FWM。故應在色散與FWM之間取折衷--NZDSF減小影響的措施：增加信道間隔、適當加大色散、非等間隔信道、減小光功率、相鄰信道正交偏振、色散欠補償四、FWM對系統(tǒng)的影響：形成信道之間的串擾，嚴重影響系統(tǒng)的性能。特點：減小影響的措施：四、FWM對系統(tǒng)的影響：145第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算第七章光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構1467.5信道串擾信道串擾Crosstalk：WDM系統(tǒng)中的器件均會引起信道串擾，包括濾波器、波長復用器/解復用器、光開關及半導體光放大器等，連光纖本身也會由于非線性效應而引起串擾。這會引起功率代價。同頻串擾Intrachannelcrosstalk與信號光頻率相同(非常接近)的串擾，均落入接收機帶寬內無法濾除，對系統(tǒng)影響嚴重，最終限制系統(tǒng)的傳輸距離異頻串擾Interchannelcrosstalk與信號光頻率有較大偏離的串擾，表現(xiàn)為一種加性的噪聲，惡化信號消光比，可通過濾波器濾除的串擾，對系統(tǒng)影響較小7.5信道串擾信道串擾Crosstalk：WDM系統(tǒng)中的147一、同頻串擾來源：復用/解復用器對、光開關等1signalsignalleakage111signalcrosstalk1signal11signalcrosstalkOpticalswitchAlthoughbothsignalscontainthesame