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(△<

波导色散: 单模光纤中光场主要分布在光纤的纤芯中，也有部分光场分布在包层中。因为纤芯和包层的折射率不同，因而光波在纤芯和包层中的相速度不一样。光波传输的群速度则是光波在光纤和包层中按能量(光强)分布的速度加权平均值。不同波长的光波在纤芯和包层上有不同的速度V值和传播常数，以及不同的能量分布。因此，不同波长的光波在光纤中的群速度也不同，这就构成了波导色散。

模式色散:由于在单个频率处每个模式的群时延具有不同的数值而引起的色散。

3光纤色散导致光脉冲展宽分析

光信号在光纤中传输由于光纤色散导致光脉冲展宽的理论分析如下: 入射光场的归一化振幅为高斯函数分布。

则人射光脉冲的形状为(参见图1)

4色散补偿技术

光纤色散补偿是一项新的技术，需要认真研讨和试验。这里提出几种方法进行探讨:

4.1负色散光纤补偿法

DCF是一种有负色散系数的光纤，D=－90ps(nm·km)。若在CSMF中接人足够长度的DCF，可使总的色散值控制在系统容限以内，如图3所示。

原则上DCF可放在线路的任何位置，但在发送端应放在光放大器之前，因为若放在光放大器之后，高功率光信号在以二F中会引起非线性，不仅减弱DCF的补偿作用，还会严重影响系统的性能。

从应用的角度要求DCF的负色散系数愈大愈好，同时插人衰减越小越好。通常插人的

DCF长度是需要补偿CSMF的20%左右。与其他色散补偿措施相比。DCF技术要相对成熟，但其插人衰减较大，约为CSMF的5倍，须用光放大器补偿。利用DCF技术与EDFA光放大器，1 obit实验记录可达2 245km。但DCF的成本昂贵，约为CSMF的10~20倍，短期内难以大量推广应用。

4.4色散支持技术〔DST)

DST的基本原理是，高速数字信号在直接调制方式作用下，在光强度调制(IM)的同

时还伴有FSK调制。这是因为与输人NRZ电信号“O”、“I”对应着两个光波长，它们由于光纤色散而不能同时到达接收端，其时间差加Δt=Δλ·D·L，即: Δt=ΔV ?λ 2 ?D ?L∕C (2) 式中△V为两个光波的频率差，正确选择光源的偏流可控制△V，使山正好为1比特间隔。从而可在接收机利用两电平判决电路将ASK信号解调为NRZ信号，而光纤的色散则起到了FS/ASK信号转换的作用。据报导利用DST技术在CSMF上可无中继传输10Gbit/s信号达253krn。DsT的缺点或限制条件是要求砚调制指数、接收机带宽等参数需与光中继段的色散匹配。

色散支持传输法需利用激光器的调频特性，在光纤传输系统中先对激光器进行直接(内)调制，由于不同频率的信号在光纤中的传播速率不同，在接收端产生信号交叠，对于纯粹的移频键控(FSK)来说，光功率在两种频率的光强重合之处为最高峰，在两频率的光强错开之处为低谷。控制频率调制的大小使不同波长的光经过L距离后所产生的时延差

Δt=Δλ?D ?L=I/B(B为传输速率)，于是调频信号就变成了调幅信号，通过低通滤波器进行判决即可:对于有残余幅度调制的FSK来说，在接收端产生四数值光功率，可在判决电

路之后利用低通滤波或一个两门限判决器，从而得到恢复的初始数字信号。

阿尔卡特在法国SEL AG研究中心用色散支持传输法成功地进行了10Gb/s信号无中继传输253km的实验。此方法结构简单，技术成熟，且不必使用外调制器，造价较低，但是必须使用E随性能较好的激光器，且在接收时必须根据激光器和光纤传递函数，合理地设计滤波器等，以克服由于惆啾和寄生调幅所造成的影响。

4.5光纤光栅色散补偿技术

光纤光栅(均匀光纤光栅)的另一个特性，就是在禁带(Photonic band gap)附近的极强的传输色散特性(一般要比普通光纤介质大出几个数量级倍)，可以利用光纤光栅的这一特性在传输中〔而非反射中)进行色散补偿。尽管这一强色散区域存在的频带很窄，但其独特的性质还是引起了人们的关注。由于F-P效应所造成的反射带隙外振荡的影响，这种方法一直未受到人们的重视。最近，随着光纤光栅切趾技术的成熟，人们已经可以消除反射

带隙几乎所有振荡，这使得利用均匀光纤光栅进行色散补偿再现生命力。在国外，对光纤光栅的传输色散性质的理论探讨和实验研究已经取得了很大成果。有人提出利用这种强色散特性进行色散补偿，较其它色散补偿方案更易实现，且具有更高的补偿效率。实验上已成功实现了在72km的光纤中利用光纤光栅在10Gbit/s信号无误传输时的色散补偿。最近，人们又提出级联光纤光栅的构思，利用它可以在密集波分复用系统中实现多信道色散的同时补偿。如图4所示

通过改变外部条件来改变均匀光纤光栅的结构参数，可以实现色散的可调谐。文献[3]利用压电陶瓷使得光纤光栅的中心波长移动了5.02nm，这对于均匀光纤光栅的色散调谐已足够。如果把两个或两个以上不同周期的光纤光栅“连接”起来组成“级联光纤光栅”，可以实现对不同波长的多路脉冲同时进行色散补偿，还可以对整个级联光纤光栅进行调谐，也可以对其中某些光纤光栅进行调谐，以达到我们所期望的色散补偿效果。

4.6碉啾光栅技术

在光纤上制成折射率非周期性变化的惆啾光栅，就形成一个宽带滤波器，它的不同位置对应于不同的Bragg反射波长。当光脉冲信号通过这种啁啾光栅(周期从大到小，长度为Lg)时，其长、短波长分量分别在光栅的头、尾部反射，这样短波长分量比长波长分量多

走2Lg距离，两波长分量之间产生时延差Δt=2Lg/Vg。从而补偿了由于群速度不同导致的色散，起到压缩光脉冲的作用。如图5所示。

利用严格的耦合波理论分析啁啾光栅色散补偿机制，求出其Bragg波长、带宽、时延率等，并利用Rungc-Kutta数值方法求解啁啾光栅的反射谱特性。啁啾光栅的长度、啁啾量、Bragg 带宽、反射谱特性等参量决定了它的色散补偿能力。设计、研制高质量的啁啾光栅是实现这种色散补偿技术的关键。

英国、美国、加拿大等国家对啁啾光栅色散补偿开展了广泛的研究，利用单个或多个啁啾光栅进行色散补偿，已在10 Gb/s常规光纤通信网上传输数百公里。国内也研制了10 cm 长的惆啾光纤光栅，并已完成了10 G b/s光信号在G652光纤上传输104公里的色散补偿实验。理论、实验研究结果表明:采用无源光纤光栅进行色散补偿，具有体积小、插人损耗低、

与光纤兼容性好、波长选择性好、易于集成等优点，利用多个光纤光栅级联可提高补偿能力，光纤光栅法还便于系统使用和维护，其成本低、可升级性好、可靠性高、受非线性效应影响小、极化不敏感，具有很好的实用性。

4.7光孤子传输技术

所谓色散可控光孤子也就是众所周知的归零码(RZ)调制，它同WDM技术相结合，

能够动态地将光网络的传输速率提升到I Tb/s以上，传输距离可达数千公里。

对于那些追求将数据传输得更远、更快的服务提供商来说，以色散可控光孤子为基础的网络是他们要寻找的答案。这种技术不仅允许服务提供商大幅度降低传输和带宽的成本，而且也将简化网络配置和管理，此外还能提供分插复用功能，在沿着超长距离路径的中间节点上灵活按需分配带宽。

孤子波的特点是光脉冲经过一段距离的传输后不会中断或者展宽，这使它成为光纤通信网中的一种理想技术。光孤子经过精心设计，可以周期性地以可控方式改变它的形状，从而在到达目的地时仍然保持原状。因此以色散可控光孤子为基础的网络基础结构减少了对通道再生的要求，使传统的光纤网从这些网中获得新生。

降低传输费用典型情况下，常规的光传输每隔60到1公里使用光放大器来放大光信号。但是每隔几百公里仍然需要进行一次再生来去除噪声和其它传输损伤的影响。这需要采用大量的昂贵设备来将光波转变成电信号，以便对每一路信号进行单独处理。与之对比，光孤子改变了光网络中数据的编码方式，并可延长再生距离，从而可以大幅度削减传输成本。

现在服务提供商们面临着激烈竞争的挑战，这意味着这种创新的技术拥有潜在市场。预计今年可望开始部署上述新技术。同时.几家主流设备提供商继续对上述技术进行开发和实验。数据传输的实验记录表明，在一根标准光纤上传输10Gb/s的数据，传输距离可达16 000 公里，当速率提高到40Gb/s时，传输距离也仍可超过1000公里。

作用不容低估对于那些希望从传统的光纤网向色散可控光孤子基础设施转移的服务提供商来说，这个转移可以是快速、容易和透明的。新的网络结构同现有的网络结构看起来非常相似，区别仅仅是所需要的再生器或者端站的数量急剧减少。初期阶段色散可控光孤子系统的运行速率为10 Gb/s，逐步向40G的方向发展。按照计划，传输系统的容量要达到160 个波长。在无电再生的情况下，系统的数据传输距离可达数千公里，此外还提供光分插复用功能。

在技术上，光孤子设备和传统的DWDM系统之间的主要差别在于前者引人了一种产生光孤子脉冲的新型转发器和大功率光信号放大器。转发器将光纤中的光信号转变成电信号，再反方向转变。光孤子产品的另一个特征是它使用喇曼放大器而不是传统的掺饵光纤放大器进行放大。

各种因素的平衡超长距离系统的设计者需要在提高光信号功率来克服噪声影响，或者减少光信号功率来抑制非线性失真这两者之间做出艰难选择。而这正是光孤子能够发挥优点的机会、:通过均衡色散和非线性失真的影响来为光孤子脉冲创造近乎理想的光纤传输环境，允许使用比一般情况下更大的光功率。传统的系统一般是使用非归零码调制技术，而光孤子则使用归零码技术，因为它不容易受非线性失真的影响:通过对光脉冲的精心设计是可以利用光纤色散的累积效应来补偿非线性失真的影响的。但光纤路径上的色散特性必须作为总体系统设计的一部分加以适当控制，故产生了“色散可控光孤子”的名称。尽管使用的设计规则不同.在光孤子网络中的色散控制方式同传统的长途、高比特率DWDM系统中采用的色散控制方式是相似的，即在放大器节点上使用无源补偿器件(DCM)0

一些持怀疑态度的人认为当进行超长距离传输时，服务提供商可能不得不牺牲带宽容量来延长传输距离。然而，色散可控光孤子设备提供商正在改进技术，在不牺牲带宽的条件

下达到数千公里的传输距离。

一旦色散可控光孤子技术进人市场，可以预料这种技术会继续向前发展，并进一步降低成本。更低的成本将鼓励服务提供商在其网络中使用这种技术，而不仅仅在超长距离的骨干网上使用。色散可控光孤子网络将促进新的光传输标准出台。如果采用这种新的传输技术，服务提供商就能够应付未来带宽继续增长对系统装备的挑战，帮助服务提供商踏上快速成功的道路。

5技术方案比较

色散补偿的方法很多，但上述几种补偿技术使用较多。现就上述各方法进行比较。①惆啾光栅技术:采用无源器件，应用方便，维护便利。本方法实现简单并可靠，且易与光纤兼容。补偿距离长，对极化不敏感，对非线性影响小，制作技术成熟，成本低。便于系统全光化、集成化。可直接用于常规传输网，对现有设备和线路改动较小，是现阶段推广应用的好方法。②负色散光纤补偿技术:采用无源器件，技术成熟，应用和维护方便，且易升级。但是成本高，插人衰减大，对非线性影响大。③色散支持技术:结构简单，技术成熟，成本低，但是升级能力差。④光相位共扼或中间频谱反转技术:补偿距离长，但技术成熟性差。

⑤减小光源谱宽:色散的影响程度与光源的谱宽有关，谱宽越窄色散的影响越小，中继段距离越长。⑥光纤光栅色散补偿技术:随着光纤光栅切趾技术的成熟，国外此方法用于色散补偿已取得了显著效果，特别是在DWDM系统中实现多信道色散同时补偿有它的特色。⑦光孤子传输技术:本技术适用于系统更新换代时采用，因为它需要用新的系统结构来控制色散。如果用在现有系统上而对现有系统要作较大的改动。光孤子传输技术对于超长距离中继段的光纤色散补偿具有很好的发展前景。本方法经过进一步实用化研究之后，它将在色散补偿技术领域中显示优势。

6小结

光通信的最基本要求是激光在光纤中传输当数据到达终端时保持原型。然而光纤网的

许多不利因素影响了数据传输距离。主要的不利因素是信号衰减、色散和非线性失真。

衰减是指当光信号沿着光纤传输时出现光功率减小的现象。因此长距离光缆需要在一定的间隔距离上重复增设光放大器来恢复信号强度。色散是由于光在光纤中传输时，不同波长的传播速度不同而产生的。因为所有的光信号都是由有限数量的波长组成的，色散会导致在经过了一段长距离传输以后发生光脉冲展宽的现象，从而限制了带宽。非线性失真是指光纤系统用于长距离传输需要提高光强，但光强实际上会改变光纤的折射率，导致光信号在光纤中传输时产生相位调制，而相位调制又会引起光脉冲的频率成份变化，引起脉冲展宽。色散补偿技术就是用来补救色散和非线性失真，所以它是光通信系统一个十分重要的技术。

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

光纤通信技术习题及答案12

光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;

B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。

光纤通信课后答案

第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么？答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响？答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散？解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类？答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成？答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。

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(△<

《光纤通信》第8章复习思考题参考答案

第8章复习思考题 参考答案 8-1 光纤通信系统的基本结构有哪几种 答：光纤通信系统除点对点结构外，另外四种基本结构是树形、总线形、环形和星形，如图8.1.1所示。 图8.1.1 光纤通信网络基本结构 8-2 试画出点对点光纤传输系统的构成框图 答：图8.1.2给出了采用光-电-光再生中继和光放大中继的点对点光纤传输系统示意图。 图8.1.2 点对点光纤传输系统 8-3 什么是损耗限制系统什么是色散限制系统 答：光纤色散导致光脉冲展宽，从而构成对系统BL乘积的限制。当色散限制传输距离

小于损耗限制的传输距离时，系统是色散限制系统。 否则，就是损耗限制系统。在给定工作波长下，L随着B 的增加按对数关系减小。在短波长0.85 m波段上，由于光纤损耗较大（典型值为 dB/km），根据码率的不同，中继距离通常被限制在10~30 km。而长波长~1.6 m系统，由于光纤损耗较小，在1.3 m处损耗的典型值为~ dB/km，在1.55 m处为 dB/km，中继距离可以达到100~200 km，尤其在1.55 m波长处的最低损耗窗口，中继距离可以超过200 km。一般说来，1.3 m单模光纤通信系统在B < 1 Gb/s 时为损耗限制系统，在B >1 Gb/s时可能成为色散限制系统。 8-4 若光纤的色散太大，将给系统带来什么问题 答：色散引起脉冲展宽，可能对系统的接收性能形成两方面的影响。 首先，脉冲的部分能量可能逸出到比特时间以外而形成码间干扰。这种码间干扰可以采用线性通道优化设计，即使用一个高增益的放大器（主放大器）和一个低通滤波器，有时在放大器前也使用一个均衡器，以补偿前端的带宽限制效应，使这种码间干扰减小到最小。 其次，由于光脉冲的展宽，在比特时间内光脉冲的能量减少，导致在判决电路上SNR降低。为了维持一定的SNR，需要增加平均入射光功率。 8-5 简述系统对激光器、探测器和光纤的技术要求 答：光纤通信对光源的要求是： （1）电光转换效率高，驱动功率低，寿命长，可靠性高； （2）单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光源和光纤的耦合效率；采用单纵模激光器可以使模分配噪声（MPN）的影响降到最小；边模抑制比MSR> 100（20 dB）时，可使模分配噪声（MPN）的影响降到最小。 （3）对于模拟调制，还要求光强随驱动电流变化的线性要好，以保证有足够多的模拟调制信道。 （4）但是在1.55 m波长系统中，即使采用边模抑制比大的单模LD，LD的频率啁啾也是对系统的主要限制因素。 （5）因此高速光纤通信系统，多采用多量子阱结构DFB LD，以减小频率啁啾的影响。

光纤通信 期末考试试卷(含答案)

、光在光纤中传输是利用光的（ 折射 ）原理。 、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ ???光电二极管 ）、（ 雪崩光电二极管 ）。 、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的? 受激辐射 ?强于? 受激吸收 ?，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 、在多模光纤中，纤芯的半径越? 大 ?，可传输的导波模数量就越多。 、（ 波导色散 ）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 ?、 ??的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于? 开销比特 ?的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（ 灵敏度 ）。 ?、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（ 阈值条件 ）。 ?、光纤的（ 色散 ）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要

原因是传输系统的脉冲抖动和（ 噪声 ）。 二、选择题：（每小题 分，共 ?分。 单选题， ：多选题） 、 ????于（）年接受了 ????概念，并重新命名为 ??。?、 ?? 、 ?? 、 ??? 、 ?? 、掺铒光纤放大器（????）的工作波长为（ ）??波段。?、 ?? 、 ?? ?、 ? ?、 ? 、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（ ）。?、受激吸收 、自发辐射 ?、受激辐射 ?、自发吸收 、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ ? ）；二是控制（ ? ）。 ?、微型半导体制冷器 ?、调制脉冲电流的幅度 、热敏电阻 ?、激光器的偏置电流 、光纤传输特性主要有（ ?? ） ?、色散 ?、损耗 ?、模场直径 ? 、截止波长 三、简答题（ 、 题各 分， 题 分，共 ?分。） 、什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？ 由于光纤中传输的信号包含不同的频率成分或各种模式成分，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。??分? 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

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?

光纤非线性效应及对光纤通信的影响

光线非线性效应及其对光纤通信系统的影响摘要：随着科技的飞速发展、信息时代的到来，信息的传输变得越来越重要。光纤作为众多传输介质中的一种有着其它介质不可替代的优越性。它传输容量大、传输带宽宽、抗干扰能力强。然而，由于光纤中的损耗和色散的限制，使得光纤通信的发展受到了制约。如果要获得更长的传输距离，则要加大入纤光功率，这样就引起了光纤非线性效应的产生。本文详细地讨论了几种重要的光纤非线性效应，如受激布里渊散射(SBS)、受激喇曼散射(S RS)、自相位调制(SPM)、交叉相位调制（XPM）、克尔效应（Kerr）、超短脉冲孤立子（S oliton）等现象。并对其在光纤通信中的应用进行了展望 。 关键字：光纤非线性效应、散射、阈值、光功率 光纤的非线性效应 尽管用于光纤的玻璃材料的非线性很弱，但由于纤芯小，纤芯内场强非常高，且作用距离长，使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。 光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应，而带宽系数与光纤长度呈非线性效应。非线性效应一般在WDM系统上反映较多，在SDH 系统反映较少，因为在WDM 设备系统中，由于和波器、分波器的插入损耗较大，对16 波系统一般相加在10dB 左右，对32 波系统，相加在15dB 左右，因此需采用EDF A进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大大增加，成为影响系统性能，限制中继距离的主要因数之一，同时，也增加了ASE 等噪声。

光纤中的非线性效应包括：①散射效应（受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等）、②与克尔效应相关的影响，即与折射率密切相关（自相位调制SPM 、交叉相位调制XPM 、四波混频效应FWM ），其中四波混频、交叉相位调制对系统影响严重。 折射率非线性变化 SBS、SRS及FWM过程所引起的波长信道的增益或损耗与光信号的强度有关。这些非线性过程对某些信道提供增益而对另一些信道则产生功率损耗，从而使各个波长间产生串扰。 从本质上说，任何物质都是由分子、原子等基本组成单元组成。在常温下，这些基本组成单元在不断地作自发热运动和振动。光纤中的受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是激光光波通过光纤介质时，被其分子振动所调制的结果，而且SB S 和SRS都具有增益特性，在一定条件下，这种增益可沿光纤积累。SBS 与SRS 的区别在于，SBS 激发的是声频支声子，SRS激发的是光频支声子。受激布里渊散射SBS 产生原理：SBS是光纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用窄谱线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激布里渊散射SBS 的门限时（SB S的门限较低，对于1550nm 的激光器，一般为7~8dBm ），将有很强的前向传输信号光转化为后向传输，随着前向传输功率的逐渐饱和，使后向散射功率急剧增加。 在WDM+EDFA 的系统中，注入到光纤中的功率大于SBS 的门限值，会产生S BS 散射。SBS 对WDM系统的影响主要是引起系统通道间的串扰及信道能量的损失。布里渊频移量在1550nm 处约为10~11GHz ，当WDM系统的信道间隔（即波长间隔）与布里渊频移量相等时，就会引起信道间的串扰，但目前的WDM 系统，

光纤色散补偿技术Word

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。

光纤色散为什么会影响传输距离

1、光纤色散为什么会影响传输距离 光信号再光纤中传输时不但幅度会因损耗而减小，波形也会由于信号中的发送信号调制和光源谱宽中的频率分量小，光纤步同模式分量再光纤中的群速度不同二发生愈来愈大的失真，脉冲带宽，从而限制光纤的最高信息传输速率，影响传输距离。 2、G.652--G.655的主要特点及适用场合 G.652:国内大规模使用，具有1310nm，零色散，损耗 0.3-0.4db/km G.653:适用波分复用系统，1550nm,零色散，有四波混频效应G.655:试用波分复用光纤传输系统，1530-1565nm，少量色散，有效控制非线性效应 3、LED发光原理：半导体发光基里是，在构成半导体晶体的原子内部，存在这不同的能带。如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将期间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。其波长由能带差所决定。能带差和发出光的振荡频率之间有 4、半导体激光器的工作原理 半导体激光器产生激光输出的基本条件是形成的粒子反转、提供光反馈以及满足激光振荡的阈值条件。通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带和价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，产生激光。 5、光纤通信特点：优点：传输频带宽，通信容量大；损耗小，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；光纤细，光缆轻；经济效应好；抗腐蚀，不怕潮湿 缺点：质地脆，机械强度低；连接比较困难，耦合不方便6、自聚焦定义 所有光纤同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦 7、平面光波导：包层、衬底、波导薄膜 8、光纤的损耗特性： 定义：损耗是光纤的一个重要传输质量，是光纤传输系统中中继距离的组要限制因素之一 分类：材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗 材料的吸收损耗：红外和紫外吸收损耗（本根吸收）、OH离子吸收损耗（杂质吸收）、金属离子吸收损耗（杂质吸收）9、光纤的色散 定义：由于信号中的各种分量在光纤中的群速度不同引起的分类：模间色散、波导色散、材料色散、偏振模色散10、单模光纤的非线性效应： 受激拉曼散射、受激布里渊散射、四波混频、自相位调制 9、跃迁三种过程：受激吸收、自发发射、受激发射 10、噪声源 分类：光检测器噪声（量子噪声：与信号电平成正比；APD 倍增噪声；暗黑流噪声和漏电流噪声）和背景噪声 13：EDFA放大器（掺铒光纤放大器） 主要工作在C波段，由有源媒质（即掺铒石英光纤）、泵浦光源、光耦合器、光隔离器 14:波分复用（WDM） 在一条光纤上同时传输几个、几十个、甚至几千个不同波长的光载波信道，每个光载波携带不同的信息 15：简述WDM设备的两种传输方式 单纤单向：一般使用 单纤双向：节省光纤’系统复杂‘减少传输效率 16、光纤的导光特性基于光射线在芯包界面上的全反射，使光线限定在纤芯中传输 17、P-I特性：温度高时，同样工作电流下LED输出功率下降1、光发生全反射的条件：入射角大于等于临界角 1.如只要求中继器对光信号进行放大则可以：使用放大器 2.单模光纤能够支持传导模式：一个 3.光在光纤中传输的速度比在空气中传输的慢 4.非零色散移位光纤是：G.655光纤 5.单模光纤的色散：波长色散 6.普通单模光纤是：G.652光纤 7.G.652光纤在1.3um的损耗是：0.35dB 8.波导色散不是引起光纤传输衰弱的原因 9.在光纤通信系统中，当需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测试用是，需要光耦合器来完成 10.光纤调制方式：强度调制（IM/DD） 11. 光纤结构：自内而外为纤芯，包层，涂覆层 12.梯度光纤分为子午光纤和斜射光纤 13.当节约光纤的归一化频率V<2.405时，实现单模传输 14.半导体光电：PIN光电二极管和APD 15.光纤分类：模式（多模和单模），折射率（阶跃和梯度） 16.损耗影响传输距离

高速光纤通信在非线性色散影响下的传输特性

高速光纤通信在非线性色散影响下的传输特性 ? ? ?【摘要】在信息时代,对低成本高速网络的需求将越来越强烈。光通信技术作为一种长距离高容量的通信手段发展迅猛。宽带光通信系统因其结合了宽带和低损耗的优点而得到极大关注。光纤是一种由极细玻璃或塑料构成的光传输媒介。光纤中的光信号受数字脉冲调制或连续模拟信号流调制。这些调制信息可能是语音信号,数据信号,计算机信息或视频信号。同样的信息也可以用金属导线(如双绞线)或微波进行传输,但光纤有着显著的优点。相比其他传输媒介而言,光纤的主要优点是它能在更短的时间和更远的距离内传输更多的信息。此外,它不易受电磁辐射干扰的影响,因而能实现低噪和低误码率传输。但是,当光信号在光纤中传播时,它会受到线性和非线性效应的影响。这些线性和非线性效应是光纤的固有特性。线性衰减包括光衰减和色散。自相位调制(SPM),交叉相位调制(XPM),四波混频(FWM),受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)属于非线性衰减。光纤通信系统中,光纤的输入信号通常是被信息比特流调制过的光信号。当光纤中的线性和非线性效应与不同频率的输入信号相互作用后,对输出比特流的性能衰减变得很复杂。色散和光学非线性是影响高速光纤通信系统性能的主要因素。由于低损耗光谱段是有限的,波分复用技术可提高光谱利用效率。为了在低损耗频段内容纳更多的信道,必须减小信道间隔。随着信道间隔减小,光纤非线性效应会增加并导致系统性能急剧下降。这种性能恶化在长距离传输时更明显,因为此时需要给光纤提供更高的光功率。高功率不仅会增加XPM和FWM效应,而且会改变其他光纤非线性效应产生的条件,比如受激拉曼散射和受激布里渊散射。长距离通信要求同时满足高速率、高功率和远距离传输,这种环境下非线性效应是主要制约因素。尽管光纤非线性效应已被研究了20多年,但仍有大量的影响未被完全了解。因此有必要研究不同调制方式下光纤对线性和非线性效应的容限,并找出结果最好的调制方式。本文研究受非线性影响的高速光纤的传输性能。主要探讨了线性和非线性效应对长距离波分复用系统下不同调制方式的影响。具体可描述为：*研究超高速光纤通信系统(比如40Gb/s)的不同调制方式。*比较这些不同的调制方式并得到适合40Gb/s波分复用系统的调制方式。*研究了光纤线性和非线性效应对波分复用系统的影响。为实现上述目标,本文提出了一些可增强系统带宽效率和信号质量的高级调制方式。利用OptiSystem仿真软件,本文分析了以下三种高级调制方式下的性能：非归零调制(NRZ),载波抑制归零调制(CSRZ)和差分相移键控调制(DPSK)。我们针对低色散度(4ps/nm/km)的非零色散位移光纤进行了系列计算机仿真,比较了上述三种调制方式。波分复用系统的信道间隔为100 GHz,数据率为40Gb/s,传输距离设计为100公里至500公里。我们用三个指标评估光传输系统性能：Q因子,比特误码率和眼图模式。首先得到了NRZ调制方式下的仿真结果。当传输距离小于500公里时,4信道的Q因子是可接受的。但若信道数量为8或16,系统传输距离非常短。因为此时从仿真中得到的Q因子不到2.5,这表明最小Q值也不能达到可接受的传输距离。在CSRZ 调制情形,从仿真结果中获得的Q因子相对于NRZ要好一些。短距离4信道传输时,Q因子能达到19.973。 在500公里范围内可进行4路、8路和16路传输。但当距离变大时,达到最大距离的最小线性值条件无法满足。在DPSK调制情形,仿真表明在很远的距离上,4路或8路传输仍能达到满意的Q因子。如表4.1所示,最小Q因子为6时,可接受的传输距离将超过500公里。在相同条件下,4路和8路复用的系统的可接受传输距离超过500公里。此外,当复用路数超过16时,系统性能劣化,最小的Q因子只能覆盖不到500公里的传输距离。NRZ调制的误码率数值结果表明4路波分复用系统可达传输距离不到500公里,否则将产生极严重的传输错误。NRZ调制不能支持8路或16路复用,因为复用路数越多,非线性影响越大,如FWM和XPM,这将带来太多的错误。与Q因子类似,CSRZ调制的BER性能显示：4路和8路复用能保证的传输距

单模光纤中的色散及色散补偿技术

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

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

光纤通信概论考试题及答案

光纤通信概论考试题及答案

光通信概论总复习 1、原子的三种基本跃迁过程是：（ 1、 2、4 ） （1）自发辐射； （2）受激辐射； （3）自发接受； （4）受激吸收。 2、光纤型光放大器可分为：（ 1、2、3 ） （1）光纤拉曼放大器 （2）掺铒光纤放大器 （3）光纤布里渊放大器 （4）半导体光放大器 3、下面说法正确的是：（ 3 ） （1）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率； （2）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率； （3）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率； （4）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。 4、光纤的单模传输条件是归一化频率满足：（ 1 ） （1）V<2.405 ； （2）V>2.405 ； （3）V<3.832 ； （4）V>3.832 。 5、 STM-4一帧的传输速率是（ 1 ）。 （1）9×270×8×8000； （2）9×270×8×8000×4； （3）9×270×8； （4）9×270×8×4。 6、光纤通信主要应用的3个波长是：（1、2、3、4） （1）850nm； （2）1310nm； （3）1550nm； （4）上述全部 7、下面说法正确的是：（1、3 ） （1） F-P激光器的谱线宽度大于DFB激光器的线宽； （2）DFB激光器的线宽大于LED的线宽； （3）白炽灯的线宽大于DFB激光器的线宽； （4）LED的线宽小于DBR激光器的线宽。 8、下面说法正确的是：（1 ） （1）损耗对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服； （2）当损耗限制比色散限制距离短时，称这种光纤通信系统为色散限制系统； （3）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服； （4）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤非线性克服。

光纤通信系统中的色散问题及其补偿研究

高速光纤通信的色散补偿技术 2015学年第1学期 考试科目光纤通信原理 姓名 年级2014级 专业电子科学与技术 2015年1月15日

高速光纤通信系统的色散补偿问题 ### （重庆邮电大学光电工程学院重庆400065） 摘要：本文首先对色散进行了较全面的概述，提出并分析各项光纤参数对通信系统的影响。简单的说明了色散补偿的原理，介绍了当代的几种光纤色散补偿技术，进而将这些方法进行多方面的比较分析，展望色散补偿研究前景。 关键词：光纤通信；色散补偿；脉冲展宽；比较； Optical communication system of dispersion problems and compensation research #### (The Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China) Abstract:This paper first to dispersion is comprehensive overview of, put forward and analysis the optical fiber parameters on the influence of the communication system. A short description of the dispersion compensation principle, this paper introduces several kinds of contemporary optical fiber dispersion compensation technology, and a lot of these methods of comparative analysis, looking to the dispersion compensation research prospect. Key word:Optical Fiber Communication;Dispersion Compensation;Pulse Broadening;Compare; 0 前言 近年来，随着电信业务的发展和需求的不断增长，需要传输系统提供更高的容量，目前普遍采用波分复用技或提高传输速率来增加系统的容量。我们知道，影响光纤通信系统的两个主要问题是光纤的衰减和色散。随着掺铒光纤放大器（EDFA）的实用化，光纤损耗不再是限制系统性能提高的主要因素。在放大器实现对光纤的衰减补偿之后，色散成为限制密集波分复用（DWDM）和10G.652和G.655单模光纤中存在色散斜率，使得传输同样距离的不同波长信号光具有不同的色散量；这些最终导致通信质量劣化，严重时会使系统无法正常工作。因此需对通信链路实行色散补偿，以使各波长信号的色散量限制在系统容限内。因此人们提出了色散补偿光纤法、啁啾光栅法、预啁啾技术、色散支持传输法和频谱反转法等色散补偿方案。 1色散的基本概念 1.1 光纤色散的种类 （1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，即使在同一波长，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接受端所用的时间不同，而产生了模式色散。 （2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此而引起的色散称做材料色散。 材料色散主要是有光源的光谱宽度所引起。由于光纤通信中使用的光源不是单色

光纤通信技术在广播电视传输中的应用

光纤通信技术在广播电视传输中的应用 姓名：王海朋 学号：1008509271219 班级：2010电子信息13班 河北工专电气自动化系

一、光纤通信系统 1．系统基本构成 光纤通信系统是以光波作为载波，以光纤作为传输媒介的通信系统。光纤通信系统由光发射机、光接收机、光中继器、光纤连接器及耦合器的无源器件等五个部分组成。 光端机是光纤通信系统的核心设备，光端机分为光发射机和光接收机，它们的性能直接影响整个通信系统的传输质量。光纤通信系统中对来自信息源的信号传送到发送端的光端机，光发射机则是将光源通过电信号调制成光信号，输入光纤传输至远方；接收端的光端机内有光检测器将来自光纤的光信号还原成电信号，经放大、整形、再生后恢复还原输出。对于长距离的光纤通信系统还需中继器，其作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、对失真的脉冲波形进行整形、校正生成一定强度的光信号，继续向前方以保证良好的通信质量。 光纤通信系统中各部分的功能作用： (1)光发射机：光发射机是实现电/光信号转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于信号源（视频、音频或射频）的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤去传输。 (2)光接收机：光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号（视频、音频或射频），然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到用户接收端去。 (3)光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发射端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到接收端的光检测器上去，完成传送信息任务。 (4)中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行校正。 (5)光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。 2. 光纤（光缆）传输特性 光纤是用高纯度的玻璃材料制造而成。光纤线路由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，实际中使用的是容纳许多根光纤的光缆（每根光纤都有自己的包层）。光纤线路的性能主要由光缆内光纤的传输特性决定。目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤。单模光纤（Single-Mode）只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用与大容量，长距离的光纤通迅。多模光纤（Multi-Mode）在一定的工作波长下，有多个模式在光纤中传输。由于色散，这种光纤的传输性能较差频带比较窄，传输容量也比较小，距离比较短。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550 nm。单模光纤的传输特性比多模光纤好，价