色散对光纤通信系统的影响与补偿

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×××××××××××

××××届毕业设计（论文）

色散对光纤通信系统的影响与补偿

设计（论文）题目：

——基于Optisystem运用

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日期：××××年××月

中文摘要

色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，因而对色散补偿的研究是一项极有意义的课题。

色散是影响光纤通信质量的一个主要因素，啁啾光纤光栅色散补偿技术是一种实用的色散补偿方式，因而成为目前光纤通信领域的一个研究热点。本论文以光纤传输通信系统为研究对象，对系统的模型，仿真方法和系统的性能进行了深入的研究和探索，通过对仿真结果的研究验证系统的性能，得到最佳系统参数，采取了较佳的方案。

论文主要工作如下：

1）介绍、分析布拉格光纤光栅的基本原理及其相关基础知识；

2）分析研究色散对光纤的短程及远程传输信号的影响；

3）利用OptiSystem仿真软件对色散对光纤传输的影响进行适当的仿真分析。

4）利用OptiSystem仿真软件实现布拉格光纤光栅对光纤脉冲信号传输中色散的补偿作用。

关键词：光纤光栅，色散补偿，时延，带宽，补偿距离，光通信系统，OptiSystem，仿真

ABSTRACT IN CHINESE

Dispersion is an important optical properties of the fiber, which causes optical pulse broadening, and severely limits the transmission capacity of optical fiber. Play a major role for actual use on a long haul single-mode fiber, chromatic dispersion, polarization mode dispersion in high-speed transmission, can’t be ignored. Pulses in optical fibers, the pulse width broadening the extent of degradation increases with the square of the data rate, and thus the study of the dispersion compensation is a very significant issue.

So dispersion is an important factor that impact the optical communication. Chirped fiber grating is considered to be one of the most useful technology for high-bit-rate optical communication. Therefore, it has been a hot topic in recent years. The communication optical fiber transmission system, the system model, simulation method and system performance conducted in-depth study and exploration of the performance of the verification system through the simulation results, the optimal system parameters, adopted a more excellent program.

The research works in the dissertation are summarized as follows:

1) Introduction and analysis of the basic principles and basic knowledge of fiber Bragg gratings;

2) Analyze the impact of dispersion on the short-and long-range transmission signal of the fiber;

3) The use of appropriate simulation analysis the simulation OptiSystem software dispersive optical fiber transmission.

4) Fiber Bragg gratings for dispersion compensation in optical pulse signal transmission of OptiSystem simulation software.

Key words：Optical fiber grating, the dispersion compensation and time delay, bandwidth, compensation distance, optical communication system, OptiSystem, simulation

目录

中文摘要 (1)

ABSTRACT IN CHINESE (2)

第一章绪论 (4)

1.1 光纤通信的发展历程 (4)

1.2 光纤通信研究的目的和意义 (5)

1.3 光纤通信系统的概述 (6)

第二章光纤色散与布拉格光纤光栅的补偿 (8)

2.1 光色散与光时延 (8)

2.1.1 光的色散、相速、群速和时延 (8)

2.1.2 色散和时延 (10)

2.2 光纤光栅的色散 (11)

2.3 光纤光栅的色散特性及其应用 (13)

第三章 OptiSystem系统仿真设计 (16)

3.1 OptiSystem系统简介 (16)

3.2 OptiSystem系统运用及仿真 (18)

3.2.1 系统一：光纤通信光信号传输中时域与频域的变化 (18)

3.2.2 系统二：光纤光栅对光信号传输中的色散补偿分析 (21)

3.2.3 系统三：光纤光栅色散补偿系统改进及数据分析 (25)

结论 (27)

附录 (28)

参考文献 (29)

致谢....................................................... 错误！未定义书签。

第一章绪论

1.1 光纤通信的发展历程

1966年，英国标准电信研究所英籍华裔科学家高锟（CharlesK ,C）博士和G.A.Hockham 详细研究了玻璃纤维的传输损耗后，首先提出了光纤通信的思想。当时，他们撰写的论文Dielectric Fiber Surface Waveguide for Optical Frequencies发表在伦敦电气工程师协会会刊上，文中明确提出用石英玻璃纤维（简称光纤）传送光信号来进行通信。该论文从理论上指出：光纤可实现超高速通信；光线中光能的损失可抵达20dB/km。

此外，他还给出了光纤的原始构造，及其几何尺寸精度要求达到微米数量级。高锟的思想得到了当时英国邮电总局电信研究所和美国贝尔实验室部分科学家的认同。随后，他们与美国康宁公司（Coming Glass Works）合作，在1970年，研制成功了世界上第一根损耗低于20dB/km的光纤，为光通信找到了一个优良的传输介质，光信通信在实用化的道路上向前迈进了一大步，从此便进入了光纤通信迅猛发展的时代。

光器件是实现光通信系统的基石，为了适应光通信系统的快速发展，人们在光器件和相关材料方面的开发研究上花费了大量的精力，并取得了丰硕的成果，光纤光栅是今年来发展最快的光纤器件之一。1978年加拿大渥太华通信研究中心的K.O.Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光纤的光敏效应，并将紫外光从光纤的端面注入光纤的芯层中，用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅。1989年，美国东哈特福德联合技术研究中心的G.Meltz 等人用244nm的紫外光双光束全息干涉形成干涉条纹，实现了光纤布拉格光撒（FBG）的UV激光侧面写入技术，使光纤光栅的制作技术取得了重大进展，光纤光栅进入实用阶段。20世纪90年代以来若干关键技术获得的了重要的突破，主要有：利用两束紫外光束的干涉，通过光纤侧面在纤芯中写入光栅，增加了选择工作波长的自由度；利用相位掩膜技术进行光栅写入，降低了对紫外光源相干性和稳定性的要求；利用高压载氢敏化技术对光纤进行预处理，提高了普通商用通信光纤的光敏性，降低了光纤光栅的成本；特殊组分和配比的专用光敏光纤，改善了光纤光栅的传输谱。随着这些光纤光栅制造技术的不断完善，其应用的范围越来越广泛，从光纤通信、光纤传感到光计算和光信息处理的各个领域都将由于光纤光栅的实用化而发生革命性的变化，光纤光栅技术是光纤通信领域中继掺铒光纤放大器（EDFA）之后的又一重大技术突破。

光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性（这种现象也成为光致折射率变化效应）。比如上文中提到的用激光干涉条纹从侧面辐照掺锗光纤，就可使其成为光纤光栅，这种光栅在大约500°C以下稳定不变，而用500°C以上高温可擦除。在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或

反射镜。利用这一特性可制作出许多性能独特的光纤无源器件。这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，能与光纤很好的耦合，可与与它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是布拉格光栅（也称为反射或短周期光栅）；二是透射光栅（也称为长周期光栅）。对光纤光栅的研究主要集中在光栅的写入技术（尤其是非周期光栅的写入技术）、光栅的传输和传感特性以及光栅的应用等几个方面。本论文研究的是光纤光栅在高速光纤通信系统中的色散补偿的应用。

1.2 光纤通信研究的目的和意义

纵观光纤通信的发展历史，我们可以清晰地看到，光纤通信中传输容量的扩大、传输速度的提高、传输距离的延长都与光纤的损耗、非线性效应、色散效应紧密相连。这些都是阻碍光纤通信向前发展的主要因素。损耗限制了站间距离的增加，非线性效应则会严重地影响系统的传输质量，同时也限制中继距离，而色散则造成脉冲展宽，引起码间干扰。

随着掺铒光纤放大器、波分复用技术在光纤通信系统中的商用化后，损耗问题基本得到了解决，色散便上升为首要限制因素。而光纤的色散还能够有效地抑制四波混频等非线性效应，因此对光通信系统进行升级扩容的关键将集中体现在色散问题上。在高速率、超长距离的大容量光纤通信系统中，也只有进行有效色散补偿才能满足通信系统进一步传输的要求，因此，研究色散广利对于解决超长距离传输具有重大意义。色散补偿技术是未来高速、大容量、长距离光纤通信系统中必不可少的重要技术。

如今已经埋设的单模光纤大多是一阶色散零点位于1.31μm波长处的常规单模光纤，在此波长上传输可以不考虑一阶色散的影响。然而由于1.55μm是石英光纤3个低损耗窗口中损耗最低的一个，而且掺铒光纤放大器也是工作在此波长上，这使得人们倾向于利用1.55μm处的波长，在此波长处常规光纤的色散系数约为17ps/(nm·km)，因此色散问题就很突出。从长远来看，随着人们对信息量需求的增加，要求通信系统能够在较宽波段范围内工作，波段资源的开发必然对色散补偿提出更高的要求。

40Gbit/s系统的色散容限只有10Gbit/s系统的十六分之一，也就是说，这种容限与信号速率的平方成反比。光纤色散对通信系统的新能影响主要表现在对传输中继距离和传输速率的限制。当色散引起光信号脉冲的展宽大于0.3倍的输入脉宽时，光接收灵敏度急剧下降、均衡困难、误码率增加。因此要想保证通信质量必须加大码艰巨，这就不得不付出降低码速率、减少通信容量的代价。另外色散随着传输距离的增加将越来越严重，也必须减小中继距离以保证通信质量。特别是对于长距离、高速光通信系统来说影响尤为严重。因此，色散效应成为了重要的研究课题之一。

如何解决色散问题已引起全世界的关注，各国研究人员先后提出色散补偿方法有：色散补偿光纤补偿技术（DCF，Dispersion Comqensation fiber）、光纤光栅补偿技术（CFG，Chirped Fiber Grating）、虚像相位整列法（VIPA，Virtual Imaged Phased Array）、光

纤孤子传输（Fiber，Soliton Transmission）、中点谱反转法（MSSI，Mid-Span Spectral Inversion）、色散支持传输（DST，Diapeision Supported Transmission）、平面光路法（POC，Planar Optical Circuit）、预啁啾补偿技术（per-chirping）等等，这些方法各有优缺点。

色散补偿光纤补偿技术早在1980年有Lin等人提出，如今它已经成为应用十分广泛的补偿技术，已经大规模地商业化制造和生产。色散补偿光纤是无源器件，可放在传输网中的任何位置，使用灵活、方便、可靠。但在器件小型化和加大传输距离方面有明显不足：损耗大、非线性强；为了实现对不同信道的补偿，必须采用复杂剖面结构的色散和斜率同时补偿光纤，增大了工艺难度和成本。

1986年，Ouellette首次提出了采用啁啾光纤光栅对光纤的色散进行补偿。1994年J.A.R Williams等人进行了线性啁啾光纤光栅色散补偿的10Gb/s100km传输系统，首次论证了切趾对改善光纤光栅时延特性的作用。光纤光栅补偿法特点是器件小型化、损耗低、对偏振不敏感、色散补偿量大、反射率高以及反射带宽宽等；而且光栅体积小，可以很容易安装在现有传输系统中，很方便地进行全光通信的一维集成；而且它的工艺简单，造价不高，还可以根据传输距离灵活地设计我们所需要的补偿量，因此，光纤光栅最具有优势。

1.3 光纤通信系统的概述

光纤通信作为现代通信的主要通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。随着社会的不断进步，通信向大容量，长距离方向发展是必然趋势。光通信是以电通信发展而来的，是成熟的电通信技术与先进光子技术的结合，是利用光作为信息载体，以二氧化硅为基本原材料来传输携带信息的光波达到通信的目的。由光发射机、光纤与光接受机组成。

光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。光纤系统可分为三个基本单元：光发射机、光纤和光接收机。光发射机由将带有信息的电信号转换成光信号的转换装置和将光信号送入光纤的传输装置组成。光源是其核心部件，由半导体光二极管LED或者激光二极管LD构成；光纤在实用系统中一般以光缆的形式存在；光接收机由光检测器、放大电路和信号恢复电路组成。光发射机光接收机也称为光端机。在光纤通信系统中还包括大量的有源、无源光器件，连接器起着各种设备与光纤之间的连接作用，光耦合器用于需要将传输的光分路或合路的场合，光放大器起着对光波放大的作用，用于弥补光信号传输一定距离后，因光纤衰减产生的光功率减弱。

光纤通信系统可以根据系统所使用的传输信号形式、传输光的波长和光纤的类型进行不同的分类。按传输信号的不同，光纤通信系统可以分为：模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统。按波长和光纤类型分类，光纤通信系统分为四类：短波长（0.85μm左右）多模光纤通信系统；长波长（1.31μm）多模光纤通信系统；长波长（1.31μm）单模光纤通

信系统；长波长（1.55μm）单模光纤通信系统。

光纤通信与其他通信手段相比，其特点在于：频带宽，通信容量大；损耗低、中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强、体积小、重量轻、便于施工与维护、原材料来源丰富，价格低廉。

虽然光纤还存在光放大难，电力传输困难，纤芯质地脆弱，弯曲半径不宜太小，机械强度低等一些缺陷，但这些问题都不是严重的，随着科技的发展这些问题将会一一获得解决。

随着人类社会发展到信息社会对声音、图象和数据等信息的交流量非常大。以往的通信手段已不能满足人们的需要，而光纤通信以其通信容量大、保密性能高、体积小、重量轻、原材料资源丰富、造价低廉、施工手段多样、灵活、方便、无再生中继距离长等一系列优点。其应用领域普及通信、交通、工业、医疗、教育、航天航空和计算机等各个行业，并向着更广更深的层次发展。

由于光纤损耗低、通信容量大、直径小、重量轻、不导电、不短路和敷设容易等优特点，现广泛运用于公用电信网、局域网、不同网络层面、专网及其危险环境下的通信线等。基于社会的发展和需要，光纤通信系统也正向超高速、超大容量波分复用（WDM）系统发展，并逐渐步入全面光联网；同时为了适应干线网和城域网的不同发展需要，开发新型光纤是必经之途，目前已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤（G.655光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。

本章小结

本章是论文的绪论部分，主要对光纤通信系统的发展历程，研究意义和基本概述等做了简要的介绍，阐明了论文研究的理论背景和实际研究的目的意义。

第二章 光纤色散与布拉格光纤光栅的补偿

纵观光纤通信的发展，损耗与色散一直是长期阻碍光纤通信向前发展的主要因素。损耗限制了站间距的增加，而色散则造成脉冲展宽，引起码间干扰。当码速小于5Gbit/s 时，传输距离的限制主要由光纤的损耗决定。若码速超过6Gbit/s ，则色散成为决定光纤通信系统性能优劣的主要因素。由于单模光纤的损耗主要是由瑞利散射所引起，而瑞利散射光强正比于4/1λ，因此当单模光纤的工作波长从1.3 μm 移向1.55μm 波段时，其损耗就从0.4dB/km 降到0.2dB/km ，由此就得到最低损耗窗口，使光纤通信的中继距离得到扩大。尤其是近年来掺铒光纤放大器（EDFA ）的开发成功和实用化，它工作于1.55μm 波段，可在约35nm 宽范围内提供达40dB 的增益，较好地解决了光纤通信中的损耗问题，使人类向实现超高速、大容量、长距离的光纤通信又迈出了坚实的一步。

本文对光纤通信系统研究主线就是如何有效地控制色散，使信号在高码速，长距离传输中不失真地传输到接收端。在光纤通信系统中，信息是通过编了码的光脉冲序列在光纤中传输的，光脉冲的宽度由系统比特率B 决定。如果脉冲扩宽到指定的比特隙（B T B /1=）之外，就会与探测过程相互干扰并产生误码。当用光纤放大器补偿光纤损耗时，L 超过数千千米，色散问题变得相当严重。因此，光纤色散成为限制光纤通信系统传输性能的主要因素之一。

3.2 光色散与光时延

2.1.1 光的色散、相速、群速和时延

不同频率（波长）的光在同一个介质中的折射率不同，这种光在介质中传播时传播速度（折射率）随频率不同而变化的现象称为色散。色散通常是由于材料的不同特性引起的，实际上主要是指材料色散。

在真空中，所有频率的光（电磁波）都以相同的速度c 传播，在各向同性介质中，不同频率的光的传播速度不同。理想的单色光以速度 n c /=υ沿z 轴传播，n 为光在这种介质中的折射率。单色波列可以表示为：

)]/(cos[)cos(00υωωz t A kz t A A -=-= （2.1.1）

其中，ω为光的角频率，k=2π/λ为光在该介质中的波数，λ为光在该介质中的波长。这里的速度υ实际上表示的是光的等相位面在介质中的传播速度，称为相速度（简称相速），

一般用p υ来表示，可见：

k p /ωυ= （2.1.2）

考虑最简单的情况，假设非单色光是由两个频率分立的单色波构成，两者均沿z 方向传播，振幅均为0A ，频率为1ω和2ω，而且相差不大，它们叠加后的波列为：

)cos()cos(20kz t kz t A A -∆-∆=ωω （2.1.3）

其中2/)(;2/)(;2/)(;2/)(21212121k k k k k k +=-=∆+=-=∆ωωωωωω。式中的第一项形成缓变包络，第二项形成高频载波。

一般来说，低频包络向前的移动速度和高频载波向前移动的速度是不同的。高频载波的速度速度即前面提到的相速度p υ，它是高频载波的等相面向前的推移速度。低频包络的移动速度称为群速度，用g υ表示，是低频包络在空间向前的移动速度。

可见，同一束光有两个传播速度，一个是相速，一个是群速，由于光的频率很高，高频载波的相位变化很快，而能量主要集中在波包上，因此，实际测量得到的是波包在两点之间的传播时间，而不是高频载波的传播时间。通常，称波包在介质中传播单位长度的距离所需要的时间为群时延，用τ来表示。因此，在实验中测量的光信号通过单位长度的传播时间为群时延。所以（2.1.3）式可以变为：

)]/(cos[()]/(cos[20k k z t z t A A ωωωω--∆=∆∆

（2.1.4） 其中，第一个余弦函数表示波包的移动；第二个余弦函数表示载波的移动，因此有k p /ωυ= ，k g ∆∆=/ωυ。

实际的准单色波可以看作由无限多频率在ω附近、Δω范围内连续分布的单色波组成，其合成波也是由载波和慢变包络组成，这样的包络通常称为波包，波包的移动速度即群速度，波包中振幅最大的地方时能量最集中的地方，群速度（简称群速）代表了能量的传播速度，也就是信号的传播速度。群速可表示为：

dk d g /ωυ= （2.1.5）

上式即材料中光的群速度表达式。可见，波包在介质中通过单位长度距离需要的时间为：

dk d g //1ωυτ== （2.1.6）

其中，τ即群时延，简称时延。

2.1.2 色散和时延

同样，光在光纤中传输时也会存在色散，光纤中一般用传播常数β来表示前面的波数k ，

即在光纤中，βωυd d g /=。时延τ是波长λ的函数，即)(λττ=，则在光纤中的时延为： 02

00211)(λπλββωβυλτcd d dk d c d d g ⋅-=⋅=== （2.1.7） 其中，c k //200ωλπ==,0λ为真空中的光波长，c 为真空中的光波。式中利用了

02020

λλπd dk -=。 不同速度的信号传输单位长度的距离需要不同的时间，即各信号的时延不同，这种时

延上的差别称为时延差，用τ∆来表示。当光在确定的介质中传输时，时延差可由信号中

的不同频率成分引起，也可由不同的模式成分引起。对单模光纤，主要是不同频率成分引

起的时延差。时延差使得沿光纤传输的光脉冲信号随时间的增加而加宽。时延差越大，光

脉冲展宽越严重，因此，常用时延差来表示光纤色散的严重程度。

若光纤中传输的某一信号的中心频率为0ω，带宽为ω∆，对应的波长间隔为0λ∆（指

真空中的波长），也相当于光源的带宽，光纤能同时传输很多信号，这些信号带宽很大，

但就某一信号来说，带宽则不大，因此，在这一带宽内，时延差（相当最大时延差）为：

00λτλτd d ∆=∆ （2.1.8）

利用(2.1.7)式可以得到：

)()2(2022002020020020λβπλλτλβλβπλλλλ

τd d c d d d d c -∆=+∆-=∆ （2.1.9） 光纤的色散通常用色散系数D 来表示，它定义为单位长度光纤上单位波长间隔内的平

均群时延： 0λτd d D = （2.1.10）

D 的单位为ps/(nm ·km)。可见，只要知道了光纤的色散系数，就可以计算出一定长度

的光纤时延。τ∆与D 的关系为：

0λτ∆=∆D （2.1.11）

其中，0λ∆为信号带宽。

例如，对于1310nm 的光，通常光纤的色散接近为0，但用于传输1550nm 的光时，就

会有一个大约D=17 ps/(nm ·km)色散。

2.2 光纤光栅的色散

通过前面对光及光纤色散和时延的分析，我们了解了时延和色散的基本概念，但不能用前面的公式直接来分析光纤布拉格光栅的时延和色散。光通过光纤布拉格光栅后，反射光和透射光也存在时延和色散，可以用类比的方法来分析光栅的时延和色散。下面讨论布拉格光纤光栅的反射时延。

光纤的折射率在某些波长的光的照射下，将发生永久性的变化，这就是光纤的光敏特性。依照这个特性，将单模光纤的纤芯暴露于光强周期性变化的紫外光源下，就可以得到折射率受调制的光纤光栅。布拉格光纤光栅的折射率受到周期性调制，其原理图2.2.1、

2.2.2如下：

图2.2.1 光纤光栅的结构，内部的为纤芯，外部为包层

图2.2.2 纤芯中的折射率受周期性调制

折射率方程可以表示为：

)2cos(),,(),,(),,(z z y x n z y x n z y x n Λ

+=πδ （2.2.1） 其中),,(z y x n 为纤芯中的平均折射率系数，),,(z y x n δ为折射率的调制系数，Λ是布拉格光栅的周期。

在每个周期的折射率变化处都会有一小部分入射光发生反射。当强耦合模式发生时，某特定波长的反射光就会汇聚成一强反射光，这就是布拉格条件，这个发生发射的特定波长为布拉格波长。只有满足布拉格条件的波长才会产生强反射，入射光的反射率将在布拉格波长处达到峰值。事实上，除了相位匹配的布拉格波长处会发生反射以外，布拉格光栅对其他波长的入射光相当于是透明的。

光经过光纤光栅时，光在光栅的不同位置被反射，所以，光经过光纤光栅反射或透射

时，无法用前面的时延来表示光栅的时延。可以将一段光纤光栅看作一个黑匣子，只考虑入射光和反射光，而不必研究光在光栅中的传播，如图2.2.3所示。考虑两个频率很接近的单色光，平率分别为1ω和2ω，两者均沿z 方向传播，振幅均为0A ，它们在光栅的始端P 截面处的光振动可表示为：

)cos(),cos(2020210101ϕωϕω+=+=t A A t A A （2.2.2）

图 2.2.3 光栅原理

这两个频率的光经光纤光栅反射后，由于两个频率很接近，因此，可以认为反射光的两个振幅也相同，均为0B ，则反射光在P 截面处的光振动可表示为：

)cos(),cos(202202101101ϕϕωϕϕω+-=+-=t B B t B B （2.2.3）

1ϕ和2ϕ为因光栅的存在引起的相应延迟)0,(21>ϕϕ，其合振动可表示为：

)cos(]cos[22

2020102010ϕϕϕϕϕωϕω+++-+∆-∆=t t B B （2.2.4） 其中，2/)(;2/)(;2/)(;2/)(21212121ϕϕϕϕϕϕωωωωωω+=-=∆+=-=∆。可见，在P 处的反射波振动也是由慢变和快变两部分组成，慢变部分形成反射波的包络，快变部分形成反射波的高频载波。上式可变为：

)cos(])(cos[22

2020102010ϕϕϕϕωϕϕωω++∆∆+-+-∆=t t B B （2.2.5） 可见，由于光栅的存在而引起的反射光波包的时延为：

当0→∆ω时，ωϕ

τ∆= （2.2.6）

光纤光栅的时延不同于光纤的时延，光纤的时延是指单位长度的光纤产生的时延，而光纤光栅的时延则是指某一段光纤光栅产生的时延，而不是单位长度的光纤光栅产生的时延，是指一段光纤光栅整体产生的时延。

时延可进一步表示为：

0202λϕ

πλωϕτd d c -==∆∆ （2.2.7）

利用（2.2.6）式或（2.2.7）式可以计算出光纤光栅的时延，计算出0λ和相邻的某一波长的相位差，然后利用这两式计算出它们的时延。

在波长间隔0λ∆范围内的平均时延差为:

τλλτλ000d d D ∆=∆=∆ （2.2.8）

其中，D 为色散系数，即：

20220020220000222λϕπλλτλϕπλλϕπλλτd d c d d c d d c d d

D -=--== （2.2.9）

色散系数单位为ps/nm ，这和光纤的色散系数单位不同，光纤的色散系数单位是ps/(nm ·km)，它和光纤的长度相联系。而光纤光栅的色散系数为ps/nm ，是指光栅整体，而不是其中的某一段光栅。

2.3 光纤光栅的色散特性及其应用

光纤光栅从功能上可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅两类，色散补偿型光栅又称为啁啾光纤光栅。啁啾可以是线性的也可以是非线性的，周期沿长度方向线性变化的光栅称为线性啁啾光栅(Linearly Chirped Fiber Grating ．LCFG)。由于LCFG 在色散补偿方面有重要应用价值，因此对LCFG 谱特性的研究更具现实意义。本文只研究线性啁瞅光栅的特性，后文所有的分析都是基于线性啁啾的。通过数值计算可以直观看出各参数是如何影响光栅的谱宽、反射率、中心波长以及时延等特性。

在光纤通信中，由于光源的光是非单色光，而调制信号有一定的宽度，或者说光是以一定的光脉冲形式传播，所以，光纤中传输的光具有一定的波形。光在光纤中传输，受光纤折射率分布、光纤材料色散特性、光纤模式分布等因素影响，会发生波形畸变，使通过光纤的光的波形出现展宽现象。光纤的色散特性主要描述光纤对所传输的光信号波形的影响。

光纤色散的存在使传输的信号脉冲发生畸变。显然，如果光脉冲在光纤中传输时，其波形不变，则只要脉冲能量足够大，输出端总可以被探测并被分辨出来，但在实际中，由于色散的存在，光脉冲会随着传播距离的增大而展宽，致使输出的光脉冲不可分辨，因此，色散会影响光通信的传输速率（带宽）及传输距离。所以，消除色散或对色散加以补偿可以大大提高光通信的容量和传输距离。目前，利用啁啾光纤布拉格光栅对光纤色散加以补偿是一种有效的方法。

对正常的单模光纤，色散主要有两种：一是材料色散，是由纤芯材料的折射率随波长变化而引起的；二是波导色散，是由于光纤有效折射率的波长关系与结构参数有关而产生的，它取决于波导尺寸、折射率分布和纤芯与包层的相对折射差。一般情况下，单模光纤

的色散主要来源于材料色散。

对光纤的色散进行补偿，可以用多种方法，但目前主要有两种方法：一种是利用色散补偿光纤；另一种是啁啾光纤布拉格光栅。前者通常需要较长的补偿光纤才能抵消掉，而且存在较大损耗和非线性，并且成本较高。而用啁啾光纤布拉格光栅，只需用厘米级长度的光栅就可以完成，而且光纤布拉格光栅的损耗小，制作技术已很成熟，成本可以达到很低。

通常的单模光纤约在nm D 1310=λ处色散为零，当D λλ>时，色散系数为正值，处于反常色散区；当D λλ<时，色散系数为负值，处于正常色散区。于是，在反常色散区，一定带宽的光信号脉冲通过光纤时，红移分量（长波长成分2λ）比蓝移分量（短波长成分1λ）传的慢，因而经历的时延大。相反，在正常色散区，红移分量比蓝移分量传得快，因而经历的时延小。

常用的光通信波长1550nm 处于反常色散区。根据光栅方程可以给出Λ-λ曲线，可以看出，光栅的周期较大时，对应的谐振波长较大，如图2.3.1所示。利用下式也可以看出这一点：

)1(20cz n eff +Λ=λ （2.3.1）

图 2.3.1 光栅Λ-λ曲线

因此，若使信号光从光栅周期大的一端入射，由于光栅工作在反射状态，因耦合而引起谐振反射，使得红移分量经过较近的距离就能被反射，而蓝移分量要经历较远的

距离才能被反射，即红移分量比蓝移分量经历的时延小，即不同频率的入射光在不同地点反射，并有不同的延迟。可见，光纤光栅以这种方式放置时的色散特性正好与常规单模光纤的色散特性相反，能够起到色散补偿作用，如下图所示。显然，当处于正常色散区时，光信号应该从光栅周期小的一端入射。

对包含一定带宽的光脉冲，色散的存在使得它们的传播速度不同，传播一定距离后将弥散开，传输的距离越远，弥散得越开。因此，上述光纤光栅进行色散补偿的原理实际上是上速度大的光多走一段距离，而速度小的少走一度距离，最终再让它们重新聚集起来，如图所示。

图2.3.2 啁啾光纤布拉格光栅的色散补偿特性

啁啾光纤布拉格光栅的色散补偿特性可以估计出来。如上图2.3.2所示，设光栅的最小和最大周期分别为1Λ和2Λ，光栅中部周期为0Λ，它们随影的反射波长分别为1λ、2λ和0λ，则1212,Λ-Λ=∆Λ-=∆λλλc ，不同波长的光在不同位置被反射，因此，在光栅中传

播的距离不同。引起的时延不同。在z 点反射的光的时延为g

z υ2，g υ为光在光纤中传播的平均群速度，则由式(2.3.1)可以得到波长为λ光的时延为：

212022,)(Λ<<Λ=∆-eff eff g L c n n λλτυλλλ (2.3.2) 可见，最大时延为g L υτ2max

=。若取∞≈≈n c

eff n c g υ，c 为光在真空中的光速，∞n 为纤芯的折射率，可得cm ps /100max ≈τ。

式(2.3.2)只是对光栅时延特性的粗略估计，可以计算出不同参数时光栅的时延特性。可见，在光栅的带宽范围内，短波长一边的光的时延比长波长的要大，这正好起到色散补偿作用。

本章小结

本章是论文的基础部分，主要介绍了相关色散，光纤光栅以及关于色散补偿的相关理论知识，为之后的系统模拟奠定理论原理基础。

第三章 OptiSystem系统仿真设计

3.1 OptiSystem系统简介

OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到 LANS和MANS都适用。OptiSystem具有强大的模拟环境和系统的分级定义，是一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，而成为一系列广泛使用的工具。图形用户界面控制光组件的安排和网络列表，组件模式，和图像座标，巨大的有源和无源器件的库包括实际的、波长相关的参数，参数循环也允许使用者侦察特定仪器在系统表现的效果，参数的扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。

OptiSystem允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它的广泛应用包括：物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计；CATV或者TDM∕WDM网络设计；SONET∕SDH的环形设计；传输器、信道、放大器和接收器的设计；色散图设计；不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（penalty）的评估；放大的系统BER和连接预算计算。

Optisystem环境是一种为利用元件库组建光纤通信系统，利用优化功能仿真计算系统的各项性能参数，通过数据分析和图形显示来获得最佳的光纤通信系统。Optisystem通过3部分来实现光纤通信系统仿真，即：器件库、光学方案图编辑器、图形演示。

1、器件库

（1）发射器

发射器件库包括了所有与光信号产生和编码相关的器件，例如半导体激光器、调制器、编码器和比特序列发生器等。半导体激光器由于它在发射器中的重要角色而成为了最重要的发射器部件。使用OptiSystem，用户可以输入测量过的数据来评估速率方程所需的那些参数。当使用外调制的CW激光器时，对于啁啾和衰减来说，MQW马赫－曾德尔调制器和电吸收调制器的模型是基于测量的，并且能使用户优化偏置和调制电压，从而得到接收器灵敏度的最小退化。对于随即数字发生器，编码器和比特序列产生器允许用户在不同的调制模式和算法之间进行选择

（2）光纤

光纤是主要的传输通道。对于任意的WDM信号，OptiSystem采用一种非线性色散传播的单模光纤模型，用以说明信号的振幅和相位受影响的现象和效果。在很大的条件范围内，这个模型都可以真实的预测波形的失真、眼图的退化和信号的其它要素。

（3）接收器

用户可以依据光探测器输入端的混合信号来选择不同的模型。如果噪声用概率密度函数（PSD）来描述，PIN或者APD将采用基于高斯近似的准分析模型来计算噪声的作用。如果噪声是与信号混合在一起，那么使用适当的PFD来描述光电子统计时，这个模型可以增加数字化噪声。电滤波器件的内部库包括实际的、频率相关的参数。在这个库中，用户可以考虑不同滤波器形式来设计接收器。

（4）网络器件

复用器∕解复用器，上路∕下路，阵列波导光栅，静态和动态开关，循环∕环形元件，交叉连接，波长转换。

（5）无源器件

滤波器，调制器，耦合器，分波器，合波器，环形器，隔离器，偏振器件，光纤光栅。

（6）光放大器

EDFA和拉曼放大器已经成为光纤网络所需的器件，从WDM网络转发器到CATV接线放大器，都有着广泛的应用。OptiSystem能使用户选择不同的模型，例如自定义增益和噪声系数的理想放大器，或者是基于测量或者速率方程静态或者动态的解的黑匣子模型。通过利用半导体激光器的多功能特性，可以完成放大和波长转换。

（7）观察仪

客户可以在任何器件使用观察仪来打开端口数据监视器，并且存取结果。数据监视器可以保存处理过的信号信息，而没有必要预先确定观察仪的类型。因此，一个OSA或WDM 分析仪可以加在相同的监视器上，一旦一个计算完成，就不需要再次运算。库中可以利用的观察仪包括：光∕射频频谱分析仪，示波器∕光时域分析仪，眼图分析仪，误码率分析仪，WDM分析仪，功率计。

2、光学方案图编辑器

这个界面可以让用户快速而有效的创建和修改自己的设计。每个OptiSystem方案文件可以包含足够多的设计版本。这些设计版本可以相互独立的被计算和修改，但是来自于不同版本的计算结果可以合并起来进行比较。

3、图形演示

OSA频谱、示波器和眼图，探针和可视化工具列出信号功率、增益、噪声系数和OSNR，图形生成工具可以对任何参数扫描的任意结果进行比较，直观的图形管理器使用户可以画出设计中使用的几乎所用的参数的曲线，生成的图形组尺寸可变、视角可变换，并将这些视图转变成可以保存和重新使用的结果方案图，将复合图合并成3D图。

3.2 OptiSystem系统运用及仿真

3.2.1系统一：光纤通信光信号传输中时域与频域的变化

3.2.1.1 近距离光纤通信系统中光信号在传输中的时域与频域变化OptiSystem系统器件组成及连接(如图3.2.1.1所示)：

图 3.2.1.1 近距离光纤通信系统器件组成及连接

传输装置：

用户定义的位序列发生器（User Defined Bit Sequence Generator）将数据流发送到光学高斯脉冲发生器（Optical Gaussian Pulse Generator）中，输出光脉冲信号直接通过光纤（Optical Fiber）传输。

观测仪器：

光谱仪（Optical Spectrum Analyzer）：从波长域（频域）上观察输出的光信号和经光纤传输后的光信号。

光时域观察仪（Optical Time Domain Visualizer）：从时域上观察输出的光信号和经光纤传输后的光信号。

系统中将光纤（Optical Fiber）传输距离为2.0Km。分别对光谱和光时域进行分析，以检验系统的性能。分析如下：

光谱分析：

图 3.2.1.2 光谱分析1

通过如上图3.2.1.2光谱分析仪的图像，可看出5.0Km的通信距离对这个光纤通信系统的光谱变化影响不大，信号依然同原始的信号几乎相同。

光时域分析：

图 3.2.1.3 光时域分析2

通过图 3.2.1.3光时域观察仪的图像，原始Bit sequence为 010*******；则可以看出5.0Km的光纤传输距离对光时域有着一定影响的，跟原始的图像相比，光时域有一定的位移、变形及展宽了。

综上所述，小型光纤通信系统中光谱分析不影响光信号的传输，但是从光时域的分析来看，效果还受到一定影响。

3.2.1.2 远距离光纤通信系统中光信号在传输中的时域与频域变化

将系统中将光纤（Optical Fiber）传输距离为20Km（见图3.2.1.4）。在次分别对光

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

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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(△<

高速光纤通信系统中偏振膜色散效应及其补偿问题

高速光纤通信系统中偏振膜色散效应及其补偿问题 摘要:光纤通信作为现代通信网的重要组成部分,正迅速地向高速率、大容量和长距离的方向发展。PMD明显损害系统的传输性能、限制系统的传输速率和距离,因此,PMD成为目前光纤通信领域的一个研究热点。 关键词:光纤通信;偏振膜色散;电域补偿;光域补偿 1偏振模色散的概念 在单模光纤中,基模是由两个相互正交的偏振模HE11x和HE11y(LPx01或Lpy01)组成的,理想光纤的几何尺寸是均匀的,且没有应力,因而两个偏振模是完全简并的,两偏振模具有相同的传输速度,不存在时延差的现象。 然而,在实际的光纤中,光纤的圆对称性通常在生产、成缆、铺设等过程中会被各种因素所破坏,如光纤的几何不对称,光纤中的残留应力,外加应力等。这些因素将造成光纤沿不同的方向有不同的有效折射率,即导致光纤的双折射(Birefringence),造成两个正交偏振模传播常数的差异,即βx≠βy,形成了两个偏振模之间的时延差,这便是差分群时延(Differential Group Delay,简称DGD),通常表示为Δτ,它用来衡量PMD的大小。当光纤长度较短时,两个模式未发生耦合,DGD是一个确定量。但当光纤长度较长时,两个模式间发生了强烈的耦合。由于耦合的随机性,DGD也是一个随机变量,并且影响的因素有很多,如双折射、温度、光纤的机械扰动等。 因此PMD也具有不确定性,是一个随机变量。因此,表征光纤中PMD比较有效的办法之一是取其均值<Δτ>,即数学期望。一般将DGD对时间或对波长的平均值称为偏振模色散,即PMD。图1表示了单模光纤中PMD的产生过程。 1.1差分群时延(DGD) 如果以τx和τy表示这两个偏振轴方向上传输的时间,则两个偏振方向的DGD为Δτ,即Δτ=τx-τy。DGD可由传播常数对频率的导数得到: 2 偏振模色散的形成原因 单模光纤PMD产生的原因归纳起来主要有两个方面:一是双折射,二是随机模式耦合 2.1 双折射 双折射是产生偏振模色散的根本原因,光纤中的双折射可以分为两类:本征双折射(Intrinsic Birefringence)和非本征双折射。本征双折射主要是光纤制作和拉丝过程中产生的非对称性和残余应力、光纤非圆度、纤芯周围掺杂浓度不均匀产生非对称引力场,是光纤的永久特性。非本征双折射分为弯曲、外部应力、扭转、电磁场等双折射,它是由于光纤的成缆、光缆铺设和外界环境温度改变等方面造成的,并不是永久的。实际的光纤中往往既存在本征双折射,又存在非本征双折射。描述本征双折射的参量有多种,如传播常数差、归一化双折射、拍长等。 3偏振模色散(PMD)补偿方法

17-光纤色散及补偿方法简述8页word

目录 色散及其补偿介绍 (2) 一、色散的基本概念 (2) 1.1 基本概念 (2) 1.2 光纤中色散的种类 (2) 1.3 光纤色散表示法 (2) 1.4 单模光纤的色散系数 (3) 1.5 光纤色散造成的系统性能损伤 (3) 1.6 减小色散的技术 (4) 1.7 偏振模色散（PMD） (6) 二、非线性问题 (7)

色散及其补偿介绍 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。 一、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。

单模光纤中的色散及色散补偿技术

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

色散对光纤通信系统的影响与补偿

编号： 审定成绩： ××××××××××× ××××届毕业设计（论文） 色散对光纤通信系统的影响与补偿 设计（论文）题目： ——基于Optisystem运用 学院名称： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期：××××年××月

中文摘要 色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，因而对色散补偿的研究是一项极有意义的课题。 色散是影响光纤通信质量的一个主要因素，啁啾光纤光栅色散补偿技术是一种实用的色散补偿方式，因而成为目前光纤通信领域的一个研究热点。本论文以光纤传输通信系统为研究对象，对系统的模型，仿真方法和系统的性能进行了深入的研究和探索，通过对仿真结果的研究验证系统的性能，得到最佳系统参数，采取了较佳的方案。 论文主要工作如下： 1）介绍、分析布拉格光纤光栅的基本原理及其相关基础知识； 2）分析研究色散对光纤的短程及远程传输信号的影响； 3）利用OptiSystem仿真软件对色散对光纤传输的影响进行适当的仿真分析。 4）利用OptiSystem仿真软件实现布拉格光纤光栅对光纤脉冲信号传输中色散的补偿作用。 关键词：光纤光栅，色散补偿，时延，带宽，补偿距离，光通信系统，OptiSystem，仿真

ABSTRACT IN CHINESE Dispersion is an important optical properties of the fiber, which causes optical pulse broadening, and severely limits the transmission capacity of optical fiber. Play a major role for actual use on a long haul single-mode fiber, chromatic dispersion, polarization mode dispersion in high-speed transmission, can’t be ignored. Pulses in optical fibers, the pulse width broadening the extent of degradation increases with the square of the data rate, and thus the study of the dispersion compensation is a very significant issue. So dispersion is an important factor that impact the optical communication. Chirped fiber grating is considered to be one of the most useful technology for high-bit-rate optical communication. Therefore, it has been a hot topic in recent years. The communication optical fiber transmission system, the system model, simulation method and system performance conducted in-depth study and exploration of the performance of the verification system through the simulation results, the optimal system parameters, adopted a more excellent program. The research works in the dissertation are summarized as follows: 1) Introduction and analysis of the basic principles and basic knowledge of fiber Bragg gratings; 2) Analyze the impact of dispersion on the short-and long-range transmission signal of the fiber; 3) The use of appropriate simulation analysis the simulation OptiSystem software dispersive optical fiber transmission. 4) Fiber Bragg gratings for dispersion compensation in optical pulse signal transmission of OptiSystem simulation software. Key words：Optical fiber grating, the dispersion compensation and time delay, bandwidth, compensation distance, optical communication system, OptiSystem, simulation

光纤色散补偿方法国内外发展历史

光纤色散补偿方法国内外发展历史 光纤色散(DISPERSION)是光信号在光纤中传播时，由于光波长不同而引起的传输时间差异。光纤色散会导致光脉冲的展宽和失真，降低了光纤通信系统的传输质量。为了解决这个问题，人们提出了各种光纤色散补偿方法。 在国外，早期的光纤色散补偿方法主要是通过使用光纤光栅实现。光纤光栅是一种具有周期性折射率变化的光纤器件，可以将不同波长的光分离开来。通过将光纤光栅放置在光纤传输线路中，可以实现对不同波长的光进行分离和延时，从而实现色散的补偿。这种方法虽然可以有效地补偿光纤色散，但光纤光栅的制作和调制比较复杂，成本较高。 随后，人们提出了基于光纤光栅的全光纤色散补偿方案。该方案利用光纤光栅实现色散的补偿，并将光栅与光纤拉曼放大器相结合，实现了全光纤的色散补偿。这种方法不仅可以实现对色散的补偿，还可以提高系统的传输容量和距离。 另一种常见的光纤色散补偿方法是使用光纤光学时钟。光纤光学时钟是一种通过光纤传输的光信号来产生时钟信号的装置。通过将光纤光学时钟与光纤传输线路相结合，可以实现对光纤色散的补偿。这种方法具有结构简单、成本低廉的特点，被广泛应用于光纤通信系统中。

在国内，光纤色散补偿方法的研究起步较晚。随着光通信技术的发展，人们开始关注光纤色散问题，并提出了各种光纤色散补偿方法。早期的研究主要集中在理论研究和仿真实验上，探索了各种光纤色散补偿方法的原理和性能。 随着光纤通信技术的不断发展，国内研究者开始进行光纤色散补偿方法的实验研究。他们利用光纤光栅、光纤光学时钟等器件，设计了各种光纤色散补偿系统，并对其进行了性能测试和优化。这些研究成果为光纤通信系统的发展提供了重要的技术支持。 近年来，随着光通信技术的不断进步，光纤色散补偿方法也在不断演进。研究者们提出了各种新的光纤色散补偿方案，如基于非线性光纤的色散补偿、基于相位共轭技术的色散补偿等。这些新的方法在提高光纤通信系统的传输质量和容量方面具有重要意义。 总的来说，光纤色散补偿方法的发展经历了多个阶段，从早期的光纤光栅补偿到全光纤补偿，再到如今的新型补偿方法。这些方法不仅解决了光纤色散问题，还推动了光纤通信技术的进步。随着光纤通信技术的不断发展，相信光纤色散补偿方法将会得到更好的应用和发展。

色散补偿方法

色散补偿方法 一、背景介绍 色散是光在介质中传播时，不同频率光的传播速度不同所引起的现象。在光纤通信中，色散会导致光脉冲扩展，从而限制了信号传输的速率和距离。为了克服色散对光纤通信系统性能的影响，人们提出了各种色散补偿方法。 二、色散的分类 根据色散现象的产生原理，色散可以分为两种类型：色散和相位色散。色散是由于介质导致光在传播过程中速度的频率依赖性而引起的；相位色散则是由于介质对光的频率的相位响应不同而引起的。在光纤通信中，我们主要关注两种类型的色散：色散和相位色散。 三、色散补偿方法 1. 电子色散补偿 电子色散补偿是通过使用光纤通信系统中的电子器件来减小或消除色散效应。常见的电子色散补偿方法包括预计算和数字后处理两种。 1.1 预计算 预计算方法通过事先对传输系统的特性建立模型，利用数值计算方法来评估和补偿色散效应。它需要在系统设计阶段进行复杂的计算和建模工作，预测色散对光信号的影响，并提前进行补偿。 预计算方法的优点是可以准确地估计和补偿色散效应，但需要大量的计算和建模工作，并且对系统的实时性要求较高。 1.2 数字后处理 数字后处理方法是通过对接收到的光信号进行数字信号处理来补偿色散效应。这种方法在接收端引入了一些算法和电子器件，对接收到的光信号进行补偿。

数字后处理方法的优点是不需要对系统进行复杂的计算和建模，且实时性较好。然而，它需要更高的计算能力和复杂的信号处理算法，且对噪声和非线性效应敏感。 2. 光纤色散补偿器 光纤色散补偿器是一种被动光学元件，通过引入具有逆色散特性的光纤来补偿传输过程中产生的色散效应。 光纤色散补偿器通常包括光纤光栅和光纤光波导等结构。它能够在光信号传输过程中引入逆色散效应，可以有效地补偿色散引起的脉冲扩展问题。 光纤色散补偿器的优点是结构简单、易于集成和应用，并且具有较好的逆色散特性。但是，光纤色散补偿器的逆色散效应对频率的补偿范围有限。 3. 相位共轭 相位共轭是一种通过光学器件来反转光波的相位特性，从而消除色散效应的方法。它主要通过光学相位共轭镜和自相位调制器来实现。 相位共轭方法的优点是可以对多种类型的色散产生的影响进行补偿，且对信号的实时性要求较低。 四、色散补偿方法的比较和应用 不同的色散补偿方法各有优缺点，适用于不同的场合和要求。预计算方法适用于对系统性能要求较高的长距离光纤通信系统；数字后处理方法适用于对实时性要求较高的短距离通信系统；光纤色散补偿器适用于对结构简单、易于应用和集成的场合；相位共轭方法适用于对多种类型的色散产生的影响进行补偿的场合。 综合考虑各种方法的特点和应用场景，我们可以选择适合的色散补偿方法来改善光纤通信系统的性能，并实现高速、长距离和低损耗的信号传输。 五、总结 色散是光纤通信中的重要问题，对信号传输的速率和距离都会产生限制。为了克服色散效应，人们提出了多种色散补偿方法，包括电子色散补偿、光纤色散补偿器和相位共轭等方法。根据不同的应用场景和要求，可以选择合适的补偿方法，以提高光纤通信系统的性能。随着技术的不断进步，色散补偿方法将逐渐变得更加高效和可靠，为光纤通信的发展提供更大的助力。

光纤课程设计——色散补偿分析

目录 1课程设计题目 (1) 2课程设计目的 (1) 3课程设计时间 (1) 4课程设计环境 (1) 5课程设计任务 (1) 6课程设计原理 (1) 6.1概述 (1) 6.2色散及其分类 (2) 6.3色散补偿光纤（DCF） (3) 6.4啁啾光纤光栅(CFBG)色散补偿 (4) 6.5偏振模色散补偿法（PMD） (5) 7课程设计过程及调试、结果 (6) 7.1负色散光纤补偿（DCF） (6) 7.2光纤光栅色散补偿（FBG） (8) 7.3偏振模色散补偿（PMD） (13) 8课程设计体会 (16) 参考文献 (16)

1课程设计题目 色散补偿分析 2课程设计目的 要求学生根据题目要求，寻找相关资料，了解理论知识，并且掌握一种光通信系统设计软件OptiSystem的使用；要求学生熟悉色散补偿原理，熟悉软件，会应用软件进行系统设计，调试，获得相关结果，并可以对结果进行分析；同时也考验同学们的自学能力、解决问题的能力以及合作精神。 3课程设计时间 1周（2014年6月23日-2014年6月27日） 4课程设计环境 基于windows 7系统，用Optisystem 7.0软件进行仿真 5课程设计任务 熟悉OptiSystem软件的使用，基于OptiSystem软件完成色散补偿的仿真设计，对色散补偿元件的性能做相应的性能测试和模拟，增强研究问题解决问题的动手能力。 6课程设计原理 6.1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。

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，一个非零线宽的

光纤色散及补偿方法简述

光纤色散及补偿方法简述 光纤色散是指信号在光纤中传播过程中由于不同波长的光在光纤中的 传播速度不同而导致的信号畸变现象。不同波长的光在介质中的传播速度 取决于介质的折射率，而光纤的折射率又与光的频率有关。因此，光在光 纤中的传播速度会因波长的不同而产生差异，这即是光纤色散的原因。 光纤色散主要分为两种类型：色散波长的差异导致的色散称为色散波 长分散（波长色散），而在光纤的结构中由于光模的传播引起的信号畸变 称为模色散（模波长分散）。 波长色散是指不同波长的光信号在光纤中的传播速度不同，导致信号 传播时发生时间延迟，从而使信号的脉冲宽度增大并且使信号传输距离受 限制。波长色散分为正常色散和反常色散两种情况。 正常色散是指在光纤中，长波长的光信号传播速度比短波长的快；而 反常色散则是相反的情况，长波长的光信号传播速度比短波长的慢。正常 色散主要由于材料的折射率随波长的减小而增加引起，而反常色散则是由 于材料的折射率随波长的增大而减小引起。 模色散是指光波在光纤中的不同模式下传播速度不同而引起的信号畸变。光纤中光波可传播的模式主要包括基模和高次模式。基模是指光波在 光纤中存在的最低阶模式，具有较大的传播速度；而高次模式则是指超过 基模阶数的模式，具有较小的传播速度。当光波在光纤中存在多个模式时，各种模式的光信号会引起相位的变化，从而导致信号的畸变。 为了克服光纤色散带来的问题，可以采用以下几种色散补偿方法： 1.波长分组复用（WDM）：通过将信号分成不同频率的子信号，并使 用光栅或薄膜滤波器进行接收和分离，以减少波长色散对信号的影响。

2.色散补偿光纤（DCF）：在光纤系统中引入一段具有与主光纤相反 的色散特性的光纤，以抵消主光纤中的色散效应。 3.电气预调制（AM）：在发送端使用电调制器对光信号进行调制，通 过改变光信号的频率来抵消波长色散。 4.光纤光栅：将光纤中的光信号经过光栅介质，根据不同波长的光在 光栅中的光程差，实现对光纤色散的补偿。 5.光纤束缚（FBG）：通过在光纤中引入光纤光栅，改变光的折射率，从而抵消光纤色散。 总之，光纤色散是光纤通信中一种重要的信号畸变现象，其由波长色 散和模色散组成。为了降低或抵消光纤色散对信号传输质量的影响，可以 采用波长分组复用、色散补偿光纤、电气预调制、光纤光栅和光纤束缚等 补偿方法。这些方法在实际应用中起到了重要的作用，使得光纤通信系统 能够实现高速、长距离的信号传输。

光纤的色散概念

光纤的色散概念 色散是指当光线通过介质传播时，不同频率的光线由于介质的折射率与频率的关系不同而产生的传播速度差异。在光纤通信中，色散是影响光信号传输质量和传输距离的重要因素之一。 色散可以分为色散现象和色散补偿两个方面来进行讨论。色散现象是光在光纤中由于折射率变化导致传播速度不同而引起的频率扩展，即不同波长的光在光纤中传播会有不同的时间延迟。色散补偿则是针对色散现象进行的一系列技术手段，用于将不同频率的光信号重新调整到同一时间上，以保证信号传输的准确性和稳定性。 光纤的色散现象主要包括色散的类型、色散的原因以及对光信号的影响三个方面。 首先是色散的类型。光纤中的色散主要包括色散、色散、色散和色散四种类型。其中，色散是指不同波长的光在介质中传播时由于折射率的差异而产生的传播速度不同，即蓝色光的传播速度高于红色光的传播速度。色散是指由于光的频率不同而导致的折射率的变化而产生的色散现象。色散是指由于光的模式在纤芯中的传播方式不同而产生的色散现象。色散是指由于光信号在多模光纤中的多条模式衍射而引起的色散现象。 其次是色散的原因。色散现象是由于光在介质中传播时，介质的折射率与频率的关系导致的。光在介质中的传播速度与介质的折射率有关，而介质的折射率与光

的频率有密切关系。在常见的光纤中，色散主要由两个原因导致：一是色散现象，即不同频率的光经过光纤时由于折射率的差异而产生的传播速度差异；二是调制色散，即信号调制的频率和幅度变化引起的频率特性差异。 最后是色散对光信号的影响。色散会导致光脉冲的扩展和损失，从而影响光信号传输的质量和传输距离。光脉冲的色散会导致光脉冲在光纤中扩展，即时域窄脉冲会变成宽脉冲，导致光信号的失真。此外，色散还会引起光信号的强度衰减，使光信号的功率损耗增加，降低光信号的传输距离。因此，对于需要进行长距离传输的光纤通信系统来说，色散是一个非常重要的问题。 为了解决色散问题，人们提出了色散补偿技术。色散补偿技术旨在将不同频率的光信号重新调整到同一时间上，以保证信号传输的准确性和稳定性。在光纤通信系统中，常见的色散补偿技术包括预补偿和后补偿两种方式。预补偿是在发射端对光信号进行调整，使光信号在传输过程中产生的色散与衰减相互抵消，从而达到抑制色散的目的。后补偿是在接收端对光信号进行调整，将不同频率的光信号重新调整到同一时间上，以实现补偿效果。 总之，色散是光纤通信中一个重要的现象，会导致光信号的失真和损耗。为了解决色散问题，人们提出了色散补偿技术，以保证信号传输的准确性和稳定性。

光纤色散补偿

色散补偿 G.652和G.655光纤组合应用应注意的问题 前言 截至2004年底，全国光缆线路总长度达到338.4万km，长途光缆线路长度为64.6万km。其中，绝大部分光缆线路采用了 G.652和G.655光纤，仅有极少量的光缆线路采用了G.653光纤。G.652和G.655光纤从开始应用到广泛应用的20多 年发展历程中，经过了几代产品的更新换代，现在网上的光缆线路已是几代同堂。因此，在光通信系统组网应用中势必会碰到不同品种、不同品牌、不同年代、不同子类的产品组合在一个网上应用的问题。 1 G.652和G.655光纤技术的演变情况 随着通信网络对传输带宽的需求日益剧增，光传输设备的单波长传输速率也从开始应用的低速率，迅速提高到现在的10 Gbit/s，甚至40 Gbit/s，同时对光纤也提出了更高的要求。因此，光通信系统的技术和产品不断更新换代推动了光纤技术的迅速 演变和发展，这一点仅从G.652和G.655光纤标准的不断更新就可以得到证明。 1.1 G.652 光纤 1984年，ITU-T制定了G.652单模光纤光缆的第一个版本，经过1988、1992、1996、2000和2003年的5次修改， 又于2005年进行了第6次修改，形成了目前的最新版本（第七版本）。在第六版本中将G.652光纤派生分为G.652A、G.652B、 G.652C、G.652D，共4 个子类。 G.652光纤是最先在网上应用的单模光纤，是通信网中应用最广泛、数量最多的一种光纤。由于G.652光纤开发得较早， 因此，产品质量稳定可靠，产品的标准也非常成熟，不管是哪一个厂商生产的光纤，其一致性都比较好。广东电信长途线路局对不同厂商的G.652光纤进行了对接试验，结果表明熔接衰减都比较小。广东省电信工程公司对网上使用的不同厂商、不同时期的光纤色散进行了普遍测试，结果表明，色散值比较稳定， 1 550 nm波长的色散基本上都不超过18 ps/ （nm?km ）。这就为 传输网络的规划设计及建设带来极大方便。 1.2 G.655 光纤 G.655光纤是1994年专门为新一代光放大密集波分复用传输系统设计和制造的新型光纤。1996年，ITU-T制定了G.655 非零色散位移单模光纤光缆的特性标准的第一个版本，在短短的几年中，经过2000和2003年2次修改，形成了目前的最新版 本（第三版本）。最新的标准将G.655光纤分成G.655A、G.655B、G.655C，共3个子类。 G.655光纤是近几年市场需求推动下研制的新产品，相对G.652光纤而言技术标准不十分成熟，考虑到所有厂商的利益， 它的模场直径和色散的标准订得比较宽松。不同厂商可以根据各自的工艺和技术制造出满足宽松标准的不同产品，因此，产品具有多样性（不同的有效截面和色散配置），这就给使用者带来了一定的麻烦。 2光纤组合应用时应注意的问题 2.1 G.652光纤组合应用时应注意的问题 G.652光纤的产品一致性非常好，线路维护中可以用不同厂商的产品互相替换使用。但是到目前为止，网上应用的光纤不是单一的G.652光纤，而是有不同时期、不同厂商制造的多种子类光纤。传输网规划设计时会碰到多种子类混合应用的情况，这时应根据构成传输系统中各传输段实际应用的光纤子类，按就低不就高的原则，以G.652A或G.652B的主要技术性能指标进 行统一考虑。 光纤线路的衰减一般要求进行实地测量，按测量结果进行功率预算。 1 550 nm波长的色度色散可以统一按18 ps/ （nm?km）进行色散预算。如果是在C+L波段开波分复用系统，其最大波长的色散可以按20 ps/ （nm?km ）进行色散预算。

光纤模式色散原理

光纤模式色散原理 光纤模式色散（Mode dispersion）是指在光纤中不同传输模式的光信号由于传播速度不同而导致的时间延迟或频率偏移现象。它是光纤通信系统中的一个重要的限制因素，会导致光脉冲的展宽和扩散，最终影响信号的传输性能。 光纤模式色散主要由两个因素引起：多模干涉色散和单模色散。多模干涉色散是由于光纤中存在多个传输模式，不同传输模式的相速度不同，导致的相互干涉引起的色散效应。而单模色散则是由于光纤中心折射率与外围折射率不同，导致不同频率的光信号在光纤中传播时折射率变化，从而引起的频率色散效应。 多模干涉色散是由于光纤中心折射率高于外围的情况下，光信号传播时会在纵向和横向方向上发生多次反射。不同传输模式的光信号在经过这些反射过程后，会在接收端产生时延和频率偏移。这种色散现象会导致信号的展宽，使得接收端无法准确地识别和解码信号。 单模色散是由于光纤中心折射率与外围折射率之差，导致不同频率的光信号在经过光纤传播时，折射率的变化程度不同。高频信号的光子更容易逃逸出纤芯，而低频信号则被束缚在纤芯中。这种频率依赖的折射率变化会导致光信号在传播过程中频率的偏移。频率偏移会导致信号的相位差异，进而影响信号的传输质量。 为了减小光纤模式色散的影响，可以采取以下几种措施： 1.单模光纤：采用单模光纤可以消除多模干涉色散的影响。单模光纤仅支持一个传输模式，从而避免了多个传输模式之间的相互干涉。

2.色散补偿：使用色散补偿技术，例如光纤光栅和光纤光栅衍射器， 可以对不同传输模式的信号进行相位调整，从而消除由于多模干涉色散引 起的时延和频率偏移。 3.光纤设计：通过改变光纤的结构参数，例如纤芯尺寸、折射率分布等，可以减小光纤中心与外围折射率之差，从而降低单模色散的影响。例如，采用光纤的波导设计可以改变折射率分布，减小单模色散。 4.光纤传输系统设计：在光纤传输系统中，可以采用预调制和解调技术，通过对信号进行调制和解调来消除光纤模式色散的影响。 综上所述，光纤模式色散是光纤通信系统中的一个重要限制因素。它 由于多模干涉色散和单模色散引起的，会导致光脉冲的展宽和扩散，从而 影响信号的传输性能。为了减小光纤模式色散的影响，可以采取单模光纤、色散补偿、光纤设计和光纤传输系统设计等措施。这些技术和方法能够有 效地减小光纤模式色散，提高光纤通信系统的传输质量和性能。

高速光纤通信中的偏振模色散及其补偿技术

高速光纤通信中的偏振模色散及其补偿技术 作者：孟令飞刘世龙祖学锋 来源：《中国新通信》 2018年第14期 【摘要】在高速光纤通信的传播过程中，存在着诸多的干扰因素，其中起到重要约束作用的便是最容易被忽略的偏振膜色散。为了进一步发展这种快速的光纤通信系统，本文对偏振膜 色散进行了探讨，明确偏振膜色散在通信设备中的地位，探讨了光纤中偏振膜色散的补偿技术，并提出了其发展前景。 【关键词】光纤偏振膜色散前景 引言：随着时代的进步，通信技术逐渐的融入了人们的生活中，成为我们生活中必不可少 的联系方式。人们对于通信系统的要求也就越来越高，从原来的2G 网络到现在的4G网络，大 大加快了速度。将来人们对于网络的要求可能会更高，所以广大通信工作者们一直在努力完善，力求满足人们的进一步需求。研究发现，看似不起眼的偏振膜色散，尽管一直以来都是容易被 忽略的，但其实它在通信技术中走着非常重要的决定性作用。 一、光纤中的偏振膜色散分析 偏振膜色散显然是通过偏振膜来达到人们想要的效果的。光纤分为单模光纤和多模光纤， 我们主要说的是单模光纤。在单模光纤中，是由两个偏振膜来控制，这两个偏振膜一个横着一 个竖着形成直角，当受到一些敏感因素的影响时，通过展宽信号传递通道的方式形成偏振膜色散。偏振膜色散的出现也有很多方面的干扰因素，从光纤的质地来看，由于人为因素的存在， 光纤的形状是不规则的，什么样式的都有，这当然会对偏振膜的色散产生影响。光纤的使用离 不开光缆的存在，工人们在铺设光缆的时候，由于各种各样的因素会对光缆产生影响，从而影 响到偏振膜色散。 如何测量光纤中偏振膜色散也是一个重要的问题。由于测量方法有很多，各种各样的测量 方法中的误差也是多种多样。不同仪器的影响因素也是不同的，所以在测量中寻找合适的方法 也是一个重要的组成部分。通过对不同的数据作比较，寻找准确的测量方式，以达到更好的效果。 二、光纤中偏振膜色散的补偿技术 通过近年的不断研究，人们对偏振膜色散已经有了很好的认识。偏振膜色散有一套自己的 运作系统，但是还是存在缺陷的。对于近距离的低速传递而言是没有问题的，但是对于那些远 距离并且高速的输送过程中，偏振膜色散是非常耗费功率的，这样一来就损失了很多没有必要 浪费的功率。所以我们必须要想办法来弥补这个过失，寻找适合的补偿技术，来解决这个问题。因为光纤传输光和电是必需品，所以无疑补偿技术中要从光信号和电信号来下手进行弥补。调 整光的偏振态，寻找恰当的振幅速率，从而补偿光纤中的偏振膜色散，以达到更好的传输效果。或者通过调整光栅的位置，通过变换位置的方式来解决这个问题。对电信号的传输进行改进时，可以接一段延迟线或者在光电信号转变之后再进行补偿。随着科学技术的发展，还会出现很多 种方法来解决这个问题，让光纤传输过程更加完善，满足广大人民群众的要求。 三、光纤中偏振膜色散的发展前景

光纤通信系统中的可调谐色散补偿技术

光纤通信系统中的可调谐色散补偿技术 贾大功;郭强;马彩缤;张红霞;李岩;赵振 【摘要】对于高比特率的光纤通信系统,由温度或功率变化导致的色散波动高于系统的色散容限.因此,色散补偿单元必须具备动态可调谐功能才能适应下一代光通信网络发展的需要.本文介绍了几种动态可调谐补偿技术的基本原理性能特点及其国内外研究情况,其中包括啁啾光纤光栅法、虚像相位阵列法、G-T干涉仪法、阵列光纤光栅法和平面光波导法,并且简要讨论了可调谐色散补偿技术今后的发展方向.%In high band rate optical communication systems such as 40 Gbps system, dispersion fluctuation caused by factors such as temperature change and power variation is beyond the dispersion tolerance.To compensate for these dispersion fluctuations, tunable dispersion compensators (TDCs) are needed.Various types of tunable dispersion compensators have been demonstrated in this paper, such as CFBG, VIPA, G-T interferometer, AWG and PLC.The operating principle and characteristics of these techniques are analyzed, and the developing trend of TDCs are also discussed briefly. 【期刊名称】《激光与红外》 【年(卷),期】2011(041)001 【总页数】8页(P15-22) 【关键词】色散;可调谐色散补偿;光纤通信 【作者】贾大功;郭强;马彩缤;张红霞;李岩;赵振

色散补偿光纤的通信原理

色散补偿光纤的通信原理 色散是指光信号中不同波长的光在光纤中传播过程中的传输特性差异。在光纤通信中，色散会使得光信号的频谱变宽，导致不同波长的光在光纤中到达接收端的时间不同，从而降低了信号的传输质量和距离。为了解决这个问题，引入了色散补偿光纤。 色散补偿光纤的通信原理是通过设计光纤的材料和结构，使得光信号在传输过程中发生色散，但是能够在接收端得到有效的补偿，恢复原始的光信号。 色散补偿光纤的原理可以从以下三个方面进行解释： 首先，色散补偿光纤的原理与光纤中的色散现象密切相关。光纤中的色散分为色散与位移（chromatic dispersion）和色散与波导导引折射率的变化有关的色散（waveguide dispersion）。形成色散的原因与波长相关。不同波长的光由于在光纤中传播速度不同，导致到达接收端的时间不同，从而产生色散。色散补偿光纤利用设计好的材料和结构，使得不同波长的光的传播速度具有相反的色散特性，从而在传输过程中产生的色散能够得到补偿。 其次，色散补偿光纤的原理与光的色散特性有关。光的色散特性可以通过光纤的色散参数来描述，其中最常用的参量是色散的色散因子（dispersion coefficient）和色散的高阶系数（dispersion slope）。色散补偿光纤通过调节材料和结构的特性，使得色散参数能够满足特定的要求。例如，对于单模光纤，我们通常希望

在C波段和L波段的光信号能够以正色散的方式传输，而在其他波段以负色散的方式传输。 最后，色散补偿光纤的原理与光纤光学器件的设计和使用有关。为了实现色散补偿，需要在光纤通信系统中引入色散补偿器件，例如色散补偿模块（dispersion compensator）或者色散补偿纤芯（dispersion compensating fiber core）。色散补偿器件通常采用光纤光栅（fiber grating）或者特殊的光纤材料来实现。通过将色散补偿器件与光纤连接，可以在传输过程中实时补偿光信号的色散，从而恢复原始的光信号。 总结起来，色散补偿光纤的通信原理是通过设计材料和结构，使得光信号在光纤中发生色散，但是能够在接收端得到有效的补偿，从而实现高质量和长距离的光纤通信传输。这一原理涉及到光纤中的色散现象、光的色散特性和使用色散补偿器件进行补偿等多个方面。通过合理设计和使用色散补偿光纤，可以有效提高光纤通信系统的传输性能和距离。