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线性啁啾光纤光栅及其色散补偿的理论研究

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啁啾光纤光栅

啁啾光纤光栅



度为
τ
1
脉冲宽度 为 τ 1
4 ln 1 +
= τ
(2 β
τ
2 0
2
L
f
0
)

2
#
iω 2 U ' f ( Lf , ω ) = U ( 0, ω ) exp i β ( β22L f 2ω Lf U ( L f , ω ) = U ( 0, ω ) exp 2 2
CFBG的反射谱也存在旁瓣， CFBG的反射谱也存在旁瓣，反射带宽内反射 的反射谱也存在旁瓣 谱不平坦，时延特性曲线存在较大的振荡， 谱不平坦，时延特性曲线存在较大的振荡， 线性度差。 线性度差。
#
通过切趾技术，可以有效抑制反射谱的旁瓣， 通过切趾技术，可以有效抑制反射谱的旁瓣，获 得较高的旁瓣抑制比，同时减少时延曲线的振荡。 得较高的旁瓣抑制比，同时减少时延曲线的振荡。 光纤光栅的折射率调制为： 光纤光栅的折射率调制为：
2
+ ...
φ '' 群速时延， 使光脉冲发生色散。假定 ρ (ω ) 在 群速时延， 使光脉冲发生色散。 脉冲的带宽内为常数， 脉冲的带宽内为常数，且抽出光纤光栅的时 延因子
φ 0 使光脉冲产生固定相移， φ ' 使光脉冲产生 使光脉冲产生固定相移，
iω 2 ' '' U f ( Lf , ω ) = U ( 0, ω ) exp ( β2 L f + φ ( ω ) ) 2
β2ω2Lf Uf ( Lf ,ω) = ρ (ω)U ( 0,ω) exp i +φ (ω) 2
光纤光栅由 ρ (ω )来调制脉冲的幅度
啁啾光纤光栅色散补偿理论浅析

啁啾光纤光栅色散补偿理论浅析


Ｓ ｕ ｙ ｏｎ Ｄｉｐ ｒｉ ｎ Ｃｏ ｅ ｓ ｔｏｎ ｗｉｈ Ｌ ｎ ａ ｌ Ｃｈｒ ｅ ｉｅ ａ ｉ ｇ ｔ ｄ ｓ ｅｓｏ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｔ ｉｅ ｒ ｉｐ ｄ Ｆ ｂ ｒＧｒｔｎ ｓ ｙ
Ｚｈａ ｎ ｉ Ｌｉ ｏ Ｈｏ ｇｘ ａ ｕ Ｃｈｕ ｙｕ ｎ （ｃ ｏ ｌ ｆ ｌｔｏ ｉ Ｅ ｇｎ ｉｇ Ｈｅｌｎ ｊ ｎ ｉｅｓ ｙ Ｈａ ｂｎ ５ ０ ０ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｅｒ ｎｃ ｎ ｉｎｎ ， ｉ ｇｉ ｇＵｎｖｒｉ Ｅ ｏ ａ ｔ ｒ ｉ １ ０ ８ ） Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂｏ ｈ ｔ ｏ ｙ ｏ ｂｅ ｓ ｒ ｉ ｎ ａ ｂｅ ｒ ｉ ｓ ｒ ｉ ｎ ｅ ｕａ ｉ ｎ ｏ ， ｓｓｏ ｕａ ｕｍ ｓ ｒ ｃ ｔ ｈｅ ｒ ｆ ｉ ｆ ｒｄｉｐｅ ｓｏ ｎｄ ｆ ｒｇ ａ ｎｇ ｄｉｐｅ ｓ ｏ ｑ ｔｏ ｎ Ｅ ｂａ ｉ ｆｑ ｎｔ ｉ ｌ ｍ ｅ ｈ ｎｉ ｓ ｔ ｏ ｙ ａｎ ｐｔｃ ｌｗａ ；Ｔｈａ ｉｐｅ ｓｏ ｓ ｃ ｍ ｐｅ ａ ｅ ｔ ｉ ａ ｌ ｈ ｒ ｄ ｆｂｅ ｃ ａ ｃ ｈｅ ｒ ｄ ｏ ｉａ ｖｅ ｔ ｄ ｓ ｒ ｉ ｎ ｉ ｏ ｎｓ ｔ ｄ ｗｉｈ ｌｎｅ ｒｙ ｃ ｉｐｅ ｉ ｒ ｇ ａ ｉ ｓ ａ ｌ ｚ ｄ ｑ ｒ ｔｎｇ ｉ ｎａ ｙ ｅ ｕＭ ｉ ｅ ｙ ａ ｔ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｎｄ ｌ ｉａ ｉ ｎｓ ａ ｅ ｄｉｃ ｓ ｄ． ｖ ｌ ｎｄ ｉｓ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａ ｉ ｔ ｔｏ ｒ ｓ ｕｓ ｅ ｍ Ｋｅ ｒ ｓ ｌ ａ ｌ ｈ ｒ ｅ ｂｅ ｒ ｔｎｇ，ｄｉｐｅ ｓｏ ｏ ｐｅ ａ ｉ ｎ，ｃ ｕｐｌｎ ｏｅ ｆｃｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｎｅ ｒｙ ｃ ｉ ｐ ｄ ｆ ｒ ｇ ａ ｉ ｉ ｓ ｒ ｉｎ ｃ ｍ ｎｓ ｔｏ ｏ ｉ ｇ ｃ ｆｉ ｉ ｎ ，
线性啁啾光纤Bragg光栅的实验研究

线性啁啾光纤Bragg光栅的实验研究

关 蕾 词 色散 补 偿 ； 性 喁 啾 Ｂ ａ ｇ光 栅 线 ｒｇ
Ｏ 引言
光 纤 光 栅 是 利 用 石 英 光 纤 的 紫 外 光 敏 特 性 将 光 波 导结 构 直 接 写 在 光 纤 中形 成 的 光 纤 波 导 器 件 根据不 同 的光栅结 构 ， 纤 光栅 可 以做成滤 波器 、 光 反 射 器 、 散 补 偿 器 等 ， 光 纤 技 术 、 纤 通 信 及 色 在 光
＿『 ＿ １
ｊ ｊ ｊ － ÷ ～
１一 ｒ
≤蓬 。
。 ， ＝，
， ，
图 ２ 实 测 的 碉 嗽 光纤 光 栅 的 反射 谱
Ｆｉ ． Ｒ ｆ ｃ ｉｎ ｓ ｅ ｔ ｕ ｏ ｈ ｒ ｅ ｉ ｅ ｇ ２ ｅ ｌ ｔ ｐ ｃ ｒ ｍ ｆ ｉｐ ｄ ｆ ｒ ｅ ｏ ｃ ｂ Ｂｒ ｇ ｒ ｔ ｇ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌｎ ｔ ａ ｇ ｇ ａ ｉ ｆｄｆ ｒ ｎ ｅ ｇ ｈ ｎ ｆ
实 验 结 果 ． 由 给 出 反 射 谱 图 可 知 ， 实 验 研 究 的 本
条线 光源 ， 直人 射 到相位掩模 板 ， 垂 光栅 主要 由相
位 掩 模 士 １ 衍 射 光 之 间 相 干 涉 形 成 髑 啾 条 纹 图 级 案 写 人 的 ． 们 采 用 的 光 敏 光 纤 是 普 通 单 模 商 用 我 通 信 光 纤 ， 高 压 载 氢 敏 化 ．紫 外 光 源 用 １ ３ ｍ 经 ｎ ９ 的 准 分 子 激 光 器 ．实 验 装 置 如 图 １ 示 ， 得 的 所 所 样 品 光 栅 其 反 射 谱 图 用 安 立 公 司 生 产 的 精 度 为 ０ ０ ｎ 的 光 谱 分 析 仪 测 得 谱 图 如 图 ２所 示 ． ．７ｍ 传 输 实 验 装 置 如 图 ３所示 ．整 个 系 统 采 用 强 度 调 制 一 直 接 检 侧 （Ｍ — Ｄ） 术 ，ｏ ／ 发 射 Ｉ Ｄ 技 １Ｇｂ ｓ光 机 发 出 的 非 归 零 （ Ｚ 光 脉 冲 经 过 掺 铒 光 纤 放 ＮＲ ） 大 器 （ ＤＦ ） 推 放 大 ， 经 过 可 调 衰 减 后 Ｅ Ａ 助 再
线性啁啾对布拉格光纤光栅反射谱的影响

线性啁啾对布拉格光纤光栅反射谱的影响

文章编号:1005-9490(2000)02-90-93线性啁啾对布拉格光纤光栅反射谱的影响①何瑾琳,孙小菡,张明德,丁东(东南大学电子工程系,南京,210096) 摘要:以耦合模理论为基础,采用分段均匀和传输矩阵法,得到分析啁啾非均匀光纤光栅光谱特性的教学物理模型,讨论了啁啾系数对高斯型切趾光栅和相移光栅滤波特性的影响。

关键词:光纤光栅,滤波,啁啾中图分类法:TN 25 文献标识码:A1　引　言 1987年O uellette [1]首次提出用带啁啾的光纤光栅对长距离光通信系统进行色散补偿,并在理论上预计其性能将十分优越。

此后,随着光栅制作工艺的发展,包括非相似波前干涉法、锥形法、温度梯度法等在内的各种啁啾光纤光栅制备方法[2]应运而生,促进了啁啾光纤光栅在色散补偿和脉冲压缩领域的广泛应用,研究重点一般也放在对色散谱的优化设计上。

但啁啾的加入同时也影响了光栅的反射谱,因此在设计光纤光栅滤波器时,啁啾也是一个重。

本文从啁啾布拉格光纤光栅滤波应用的角度出发,以耦合模理论为基础,采用分段均匀和传输矩阵法,得到分析啁啾非均匀光纤光栅光谱特性的数学物理模型,讨论了啁啾系数对高斯型切趾光栅和相移光栅滤波特性的影响。

2　理论分析光敏光纤置于光强随空间变化的紫外光曝照中,将引起纤芯折射率的微扰∃n (x ,y ,z ),该微扰在光纤截面上是均匀的,沿光纤轴向(z 向)为正弦变化的量。

包层中折射率改变量为零。

因此可将其表示为:∃n (x ,y ,z )=∃n (z )=∆n -co (z )1+v co s 2Πz +Υ(z )　r ≤a 0 r >a (1)其中:∆n -co (z )是芯层中折射率的平均变化量,v 是折射率的调制指数,+为光栅周期,Υ(z )是折射率变化的相位,通常用来描述光栅的啁啾量。

线性啁啾光栅相移Υ的一阶导数是z 的线性函数,如下式表示:d Υd z =2C z L 2(2)第23卷第2期2000年6月 电　子　器　件Jou rnal of E lectron D evices V o l .23,N o.2June .2000①来稿日期:1999-11-20式中:C 为光栅的啁啾系数。

光纤光栅及其色散补偿的理论简介

光纤光栅及其色散补偿的理论简介


图2 啁啾光栅色散补偿原理示意 通常用色散参量 D来描述啁啾光栅的色散特性，若 t 是光在光栅中一个来回的时间， 是光栅波长带宽， g 相当于z=0处的布拉格波长和z=L处的布拉格波长之差。已知t 2 Lneff / c ，其中 neff 为有效折射率，则色散 参量 Dg可以定义为 Dg 2neff / c 单模光纤在1.31um处色散为0，在1.55um处色散约为17ps/（nm.km)，再由上式可得长度10cm，带宽 0.2nm的光栅可以补偿300km标准光纤引入的色散。
首个 光纤光栅
横向侧面 曝光法
相位 掩膜法
制作技术 日益成熟
1978年
1988年
随后
90年代以后
加拿大通信 研究中心 用氢离子 激光束照射 掺锗光纤
使光纤技 术获得进 一步发展
使光栅的 规模制作 和重复性 成为可能
利用不同方法 制作出各种各样的 光纤光栅
概念
优点
应用
光纤光栅的应用
光通信
激光器
EDFA 掺铒光纤 放大器
图3 光纤色散引起的脉冲展宽（平面）
(a)
高斯型
（b）自构型
图4 高斯型和自构变迹函数波形
(a)
高斯型
（b）自构型
图5 高斯型和自构变迹函数折射率调制波形
两种光纤光栅选择相同的参数：光栅长度L=100.0mm，啁啾系数0.0022nm/mm，折射率调制幅度 0.00002，中心反射波长为1550nm。两种变迹函数下的线性啁啾光纤光栅的光学特性如图6所示。变 迹的目的是消除光纤光栅反射谱的旁瓣，平滑反射谱，同时抑制反射带宽内的时延特性曲线的振荡， 保证时延特性曲线相对大的线性和相对大的色散补偿带宽，同时保证时延量满足补偿光纤引起的时延 量的需要。从图中我们明显看到，两种变迹函数下的线性啁啾光纤光栅均达到此目的。而自构函数实 现的变迹光纤光栅的反射谱与时延特性曲线的平滑度更优于高斯型。
啁啾光纤光栅仿真-

啁啾光纤光栅仿真-


φ (z,ω)
=
AT0
exp−
1 2
(ω
− ω0 )2
⋅ T02
−i
d 2β dω 2
z + i(ω
− ω0 )
dβ dω
z
+
iβ
0
z
(7)
对光脉冲的频谱进行变换，假定能够得到一个系统，其频谱函数Φ(ω) 使得光脉冲经过该系 统后，光脉冲的频谱为：
φout (ω) = φin (ω)Φ(ω)
(8)
下面从公式的角度进行分析。
-1-
中国科技论文在线

激光器出射的光脉冲复振幅在初始点是高斯型[1]：
ψ
(0, t )
=
A exp[−
1 2
t T0
2 ]⋅ exp(−iω0t)
(1)
其中对T0它为进光行脉傅冲立半叶宽变度换(在，振得幅到的光1脉/e冲)处的，频ω谱0 是为光：脉冲的中心频率。
1
0.9
0.8
0.7
0.6
Reflectivity
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 1.548 1.5485 1.549 1.5495 1.55 1.5505 1.551 1.5515 1.552
wavelength/m
x 10-6
图 2 均匀光纤光栅反射谱
对于线性啁啾光栅可采取传输矩阵法求解方程(13，14)。假设把光栅分成 M 段子光栅， 且将子光栅当作均匀光栅处理。但是 M 不能无限扩大，必须保证[1]：
M << 2neff L
λd
(23)
传输矩阵法将每段都用一个 2×2 矩阵表述，然后将所有的矩阵相乘得到一个总的 2×2
带宽为0.84nm色散补偿100km以上线性啁啾光纤Bragg光栅的研制

带宽为0.84nm色散补偿100km以上线性啁啾光纤Bragg光栅的研制


数 、光栅 长度 、以及有 效折射率变 化量等 参数有关 ；啁 啾系数一 定时，光栅 带宽与光 栅长度成 正 比。
ｆ ／ ｝
．
厂ｌ ］
／ １
／
．．
ｎ： ／Ｉ
∞
∞
重
甚
．
／
＾ Ｊ
＾ ＾／
｛
善
ｆ Ｉ ｛ ．『 ｝ ． ｎ ’ ’
式 中； ｎ ０为紫外 曝光前 的有效折射率 ， Ａｎｆｚ 为 有效折射率 空 间变化 包络 ， 。（）
１ｄ ４ ｒ ｆＺｄ ｒｎｅ Ｄ
（） １
为折 射率变 化的条纹 可见
，、 ＾
度， 以 ０为标称的光 栅周期 ， （） 描述 光栅 的啁啾 ．对于 线性 啁 啾光栅 ，相位 项具有如 下形式 ｔ
文章编号： １０ －４ １２ ０ ）３０ ５ —４ ０ ７５ ６ （０ ２０ —２ ００
带宽 为 ０８ ｍ 色散补偿 １ ０ｋ 以上 ．４ａ ｍ ０ 线性 啁啾光纤 Ｂｒ ｇ ａ ｇ光栅 的研制
叶 志清 ， 邹 道 文
（江西师范大学物理系，
摘 要
南昌 ３ ０ ２ ３ ０ ７）
示。图中所选参数为 Ａ ：０ ×１＿ ， Ａ ／ｚ ０ ４５ ｍ ｃ Ａ ＝ ５３ ５ ｍ， ＝ ． 其中图 ｌ ） ｌ ） ｎｆ ． ０ 。ｄ Ｄ ｄ＝ ． ６ ／ｍ， Ｄ １５． Ｖ Ｉ ， ｒ ８ 。 ０ ｎ ４ｎ ０ （ 、 （ ａ ｄ
对 应光栅长 度为 １ ２ｍｍ， １ ） ｌ ） ４ 图 （ 、 （ 对应光栅 长度 为 １０ｍｍ， １ｃ 、 ｌｆ 对应 光栅 长度为 ８ ｂ ｅ ０ 图 （） （ ） ０ｍｍ ． 用 数值模拟 可知，啁啾光栅色散 量大 小取 决于 啁啾系数，色散量近 似与啁 啾系数成 反 比；光 栅带宽 与啁啾 系
光源啁啾与色散补偿研究

光源啁啾与色散补偿研究

的 。随着 人 们 对 非 线 性 光 学 现 象 认 识 的不 断 深 入 和 密
一
的光 速 ，这 反 映 了传 输 距 离 与 数 码 率 的 平 方 成 反 比 的
个重要规律。
光 源 啁 啾 是 指 由光 发
射 机 发 出 的光 脉 冲 ，在 脉
集性 波 分 复 用 的新 技 术 的 发展 ，人 们 认 识 到 在 一 些 多 冲前 后 沿 期 间 内 由于 调 制 信 道 传输 技 术 中 色 散 的 降低 将 导 致 非 线 性 光 学 现 象 的 产 生 频 率 变 化 ，使 信 号 频 增强 。 在新 型 大 容量 光 纤 传 输 技 术 中 ， 就 需 要 研 究 新 谱 展 宽 。 用 啁 啾 系数 （ 这 并 也 的技 术克 服 色 散 的 影 响 。对 于 通信 系统 而 言 ， 终 关 心 最 的 是 接 收 点 处得 到好 的信 号波 形 ，而 对 于 传 输 链 路 上 称 线 宽 展 宽 因 子 ） 描 ｄ 述 。通 常 啁啾 引起 的频 率 变化 在 脉 冲前 后 沿 是 相 反 的 。如 果 在 脉 冲前 沿 和 后
发 射 机 与 光接 收 机 间 光 纤 的 累积 色散 ｆ ｚ小 于 关 系 式 中所 限 定的 数 值 ， 啾 对 脉 冲 波 Ｄｄ 啁
形 的影 响 就 可 获得 明 显减 弱 ， 此 给 出各 种 色散 补偿 方 法 。 为
关键 词 ： 高斯 光 脉 冲 ； 啾 系数 ； 啁 色散 ； 图代 价 眼
的 ） 。
目前 ， 光 纤 色 散 进 行 补 偿 的方 法 很 多 ， 要 有 光 对 主 纤性色散补偿技术 、 光纤 布拉 格 光 栅 型色 散 补 偿 技 术 、 Ｆ ｂ ｙ Ｐ ｒｔ 振 腔 型 色散 补偿 技 术 、相 位 共 轭 型 色 散 ａ ｒ— ｅｏ 谐 补 偿 技 术 和 光 源 预 啁 啾 色散 补 偿 技 术 。本 文仅 探 讨 光 源 啁 啾对 传 输 的影 响 与 色散 补 偿 措 施 。
用于色散补偿的啁啾光纤光栅

用于色散补偿的啁啾光纤光栅

方案 。
使 啁啾 光 栅 的 色散 与 需要 补 偿 的 光 纤 的色 散 正好 相 反 就 可 对 展 宽 的光 脉 冲 进 行压 缩 还 原 ，从 而 达 到色 散 补 偿 的
目的
： 轴 脉 『 — ＾冲 ：ｌ
图２啁啾光纤光栅 色散补 偿器工作原理示意 图
１ 啁啾光纤光栅色散补偿器的工作原 理
普 通单模 光纤 ， 由于芯 区 面积的减 小 ，致使ＤＣＦ 中的 非线性 比普 通 光纤大２ 倍 ，在 高速波 分 复用 系统 中这种 非线性 将 ～４ 进 一步限 制 传输距 离 。 啁啾 光纤 光栅 可 以达到太 的平均色 散 ．Ｉｃ Ｏｍ的啁啾 光纤 光 栅就 足 以实现补偿 ｌＯ ｍ光纤 的色散 ．因而很 容 易实 现器 Ｏｋ 件 的 小 型 化 啁 啾 光纤 光栅 一般 制 作 于 普通 单 模 光 纤 或是 与之兼 容 的特 殊光 纤 ｈ，且 长 度很 短 ，所 以附 加 损耗 很小 ， 而 且 几乎 不 受 光 纤 非线 性 影 响 ；啁 啾 光纤 光栅 通 常对 信 道 分 别进 行 补 偿 ，可 以通过 设 计 ，很 方 便在 色 散 补偿 的 同 时
就 在 光 纤 光栅 不同 位 置 反射 不 同 渡 长 的光 。不 同波 长 的 光 经历 不 同光程 ，不 同的时 延 ，即 产生 色散 ，
光谱性能 主要体 现在 反射谱 上 ：即 中心 波 长 、带 宽和信 道 隔 离度 。 目前产 品化 的 啁啾光 纤 光栅 主要 是 实现单／双或 ４ 道 色散 补偿 ，它 能在 色 散补 偿的 同 时实 现色 散 斜率 补偿 信 以及滤 波 的功能 。 色散性 能主 要体 现于 时延 曲线 、时 延抖 动 曲线 和平 均 色 散 。平均 色 散 是 啁 啾光 纤 光栅 最 重 要 的 特性 之 一 ，由于 它 不存 在解析 解 ，因此 只能＾ ＾数值 计算得 到较 精确的 结果 。但 是 ，可 以通 过 图 ｌ 所示 的 简单 模型 导 出啁 啾光 纤 光栅 平均 色
啁啾光栅的色散补偿原理

啁啾光栅的色散补偿原理

啁啾光栅的色散补偿原理光栅的色散补偿原理是指利用光栅的分散特性对色散进行修正，以提高光学系统的色彩表现力和成像质量。

色散是光学系统中一个不可避免的现象，它会使得不同波长的光线经过透镜或反射的物体后，发生不同程度的偏折和聚焦，导致成像位置和色彩失真。

色散的修正对于光学仪器和成像设备的设计和应用至关重要。

在光栅色散补偿原理中，光栅是一种具有周期性微结构的光学元件，它能够将不同波长的光线分散成不同的角度，从而实现色散的操作。

光栅的色散补偿原理主要包括两种形式：一是利用光栅的色散效应对波长进行分离，然后通过适当的调节和对准，使得不同波长的光线在成像平面上重合；二是通过设计和制造特定的光栅结构，使得色散曲线与透镜或反射物体的色散曲线相互抵消，从而实现色散的补偿。

光栅的色散补偿原理是基于其特殊的分散结构和物理特性来实现的。

对于光栅的色散效应，它是通过光波在光栅表面发生衍射和干涉而实现的。

当光波照射到光栅表面时，栅槽中的周期性结构会使得不同波长的光线产生不同的衍射角度和干涉效应，从而实现波长的分散。

而针对色散曲线的补偿，在光栅的设计和制造过程中，可以通过优化栅槽的结构和布局，来使得光栅的色散曲线与透镜或反射物体的色散曲线相互抵消，从而实现色散的补偿。

光栅的色散补偿原理在实际应用中具有广泛的意义和价值。

首先，它可以有效地提高光学系统的成像质量和分辨率，减小色散引起的成像偏差和色彩分离，从而提高图像的清晰度和真实度。

其次，它可以优化光学仪器和成像设备的设计和制造工艺，提高产品的性能和竞争力。

最后，它可以拓展光学系统的应用领域，使得光学技术在航天、天文、生物医学、通信等多个领域都得到进一步的发展和应用。

总而言之，光栅的色散补偿原理是一种重要的光学修正技术，它通过光栅的分散特性对色散进行修正，提高光学系统的色彩表现力和成像质量。

这一原理不仅对光学系统的设计和制造具有重要意义，而且对于光学技术的推广和应用也有着重要的意义。

啁啾光栅的色散补偿原理

啁啾光栅的色散补偿原理

啁啾光栅的色散补偿原理光栅色散补偿是一种通过调节光栅的结构和性能来抑制或者补偿光栅色散效应的技术。

在光谱仪、激光器和光通信系统等光学系统中，光栅的色散效应是一个常见的问题，会严重影响系统的性能和分辨率。

因此，光栅色散补偿技术的研究和应用具有重要的意义。

光栅的色散补偿原理主要包括两个方面，一是通过设计和制备新型光栅结构，改变光栅的光学特性；二是通过采用特殊的光学设计和信号处理方法来抑制和补偿光栅的色散效应。

首先，通过设计和制备新型光栅结构来改变光栅的光学特性是一种常见的色散补偿方法。

例如，可以采用光栅薄膜的多层结构来调节光栅的折射率和色散特性，从而降低光栅的色散效应。

此外，还可以通过调节光栅的刻线深度、周期和形状等参数来改变光栅的色散特性，进而实现对光栅色散的补偿。

其次，采用特殊的光学设计和信号处理方法来抑制和补偿光栅的色散效应也是一种常见的色散补偿方法。

例如，可以在光学系统中加入特殊的逆色散元件，通过与光栅的色散效应相抵消来实现色散的补偿。

此外，还可以采用数字信号处理技术，对光栅产生的色散波形进行实时监测和补偿，从而减小光栅的色散效应。

在实际应用中，光栅色散补偿技术可以有效提高光学系统的分辨率和灵敏度，改善系统的性能和稳定性。

同时，光栅色散补偿技术也可以应用于激光器、光通信系统和光学传感器等领域，为光学系统的设计和应用提供了重要的技术支持。

总之，光栅色散补偿技术是一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景和发展空间。

随着光学技术的不断发展和进步，光栅色散补偿技术将会在更多的领域得到应用，并为光学系统的设计和应用提供更加稳定和可靠的技术支持。

光纤光栅及其色散补偿的理论简介概要34页PPT

光纤光栅及其色散补偿的理论简介概 要
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
谢谢你的阅经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

采用啁啾光纤光栅色散补偿的长距离副载波复用光纤有线电视系统实验

采用啁啾光纤光栅色散补偿的长距离副载波复用光纤有线电视系统实验宋英雄;宋建港;林如俭;范春华【摘要】给出采用啁啾光纤光栅进行色散补偿的1 550 nm副载波复用(subcarrier multip1exing,SCM)长距离光纤有线电视(cable TV,CATV)系统的实验结果.对系统中啁啾光纤光栅色散补偿器的最佳位置进行实验,实验结果与理论计算的最佳位置相符,并得到较好的组合二阶互调(composite second order distortion,CSO)输出指标.通过建立200 km传输实验系统,对比有无色散补偿模块(dispersion compensation module,DCM)时的指标测试结果,证明采用啁啾光纤光栅作色散补偿能够改善由自相位调制(self-phase modulation,SPM)效应引起的CSO指标劣化.%We present experiment resulls of dispersion compensation uaing chirped fiber grating in 1550 nm subcarrier multiplexing (SCM) long-haul cable TV (CATV) system.By placing the dispersion compensation module (DCM) at the theoretically optimal position, better compossite sccond order distortion (CSO) is obtained.The test results of 200 km long-haul system with and without DCM show that chirped fiber grating DCM can improve the CSO performance.【期刊名称】《上海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(017)001【总页数】6页(P51-56)【关键词】啁啾光纤光栅;色散补偿;自相位调制;组合二阶互调【作者】宋英雄;宋建港;林如俭;范春华【作者单位】上海大学,特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海,200072;上海大学,特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海,200072;上海大学,特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海,200072;上海大学,特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】TN929.11;TN913.31987年,Ouellette[8]首次提出采用线性啁啾光纤光栅进行数字通信系统的色散补偿.Marti等[9-10]提出采用啁啾光纤光栅进行模拟 SCM光纤传输系统的色散补偿,但没有考虑光纤的 SPM效应及存在多级掺饵光纤放大器 (erbium-doped op tical fiber amplifier,EDFA)时非线性指标的劣化情况,故不适用于长距离光纤CATV系统.文献[11]给出了采用啁啾光纤光栅色散补偿时的理论分析结果,但由于将传输系统中的色散补偿模块 (dispersion compensation module,DCM)与EDFA放置在一起,移动 DCM就意味着移动 EDFA,这与实际情况不相符,并且该研究没有给出完整的实验结果,对工程设计的指导作用不大.文献[12]指出 CSO与EDFA输出功率、光调制度、载波频率等参数相关,且色散补偿器的位置对补偿效果具有较大的影响,通过理论模型计算可以得出DCM的最佳位置.本研究通过 1 550 nm长距离 SCM光纤 CATV传输系统实验,验证了文献[12]得出的啁啾光纤光栅DCM具有最佳位置的结论及对 CSO指标的改善作用,证明了文献[12]理论分析的有效性.图 1为没有色散补偿时 CSO指标的测试框图.由多路信号发生器产生 59个频道的PAL-D载波信号,载波电平为每频道 80 dBmV;输入 1 550 nm CATV外调制光发送机,对应的光调制度约为每频道 0.03,光发送机输出功率为 +9 dBm,经 EDFA放大后变为 +16 dBm,再经过 3段 50 km光纤和 2个线路 EDFA后输入可调光衰减器 (variable op tical attenuator,VOA);调节 VOA,使输出光功率为-1 dBm,输入CATV光接收机;用带 CATV测量功能的频谱仪对光接收机输出的电信号进行指标测试.所用 EDFA的输出功率均为 +16 dBm,光纤的损耗系数为 0.2 dB/km.图 2为没有色散补偿的长距离传输系统在DS22频道 (543.25 MHz)的 CSO测试结果及其与文献[12]中理论计算结果的对比图.由图可以看出,实验测试情况下的CSO指标劣化较快,传输 100 km后约为 -54 dBc,150 km后为 -42 dBc,而理论计算结果比测试结果的斜率更大,CSO指标劣化更快.这是由于在外调制光发送机中具有为提升受激布里渊散射 (stimulated Brillouin scattering,SBS)门限而设置的电光相位调制器 (electro-optic phase modulator,EPM).由文献 [13]的仿真结果可知,由于 EPM的存在,CSO指标会在某一距离最佳,随后增加较快.图 3为光纤长度为 100 km时DS22频道的 CSO测试频谱图.可见在载波频率为1.25 MHz处有一较大的互调干扰,对应的 CSO指标劣化为 -53 dBc左右.SPM效应与入纤功率直接相关,本研究通过改变系统的 EDFA输出功率来验证入纤功率对 CSO指标的影响,如图 4所示.由图可见,CSO指标随入纤功率的增大而增大. 由于入纤功率的减小直接导致后级 EDFA的输入功率减小,从而影响输出载噪比(carrier to noise ratio,CNR),因此,本研究也对 CNR进行了测试.图5为CNR测试结果.由图可见,CNR随入纤功率的减小而下降,但在入纤功率超过一定值后,CNR变化较小.对照图 4和图 5可知,当入纤功率从 16 dBm减小到 14 dBm时,CSO指标改善了7～8 dB,而 CNR的劣化在 0.5 dB以下.因此,在工程设计和调试时,在满足链路功率预算的前提下,可以采用减小入纤功率的方法改善 CSO指标,但应同时考虑减小入纤功率对 CNR的影响,在二者间作出折衷.文献[12]通过推导与仿真得出存在最佳色散补偿器位置的结论,本研究采用如图 6所示的系统进行验证.图中 DCM放置于 EDFA后,通过调整 L2和L3光纤的长度,使 DCM位置从50 km开始以10 km步进到 100 km,光纤总长保持在 100 km.测试所用DCM的色散量为 -1 360 ps/nm,EDFA输出功率为 16 dBm,测试频道为DS22.图 7所示为 DCM位置对 CSO的影响.实验测试结果显示,当 DCM位置变化时,100 km光纤输出的CSO指标也在变化,而且存在一个最佳的DCM位置,使CSO最小.对比理论计算结果,二者的 DCM最佳位置基本一致,均为 60 km左右.虽然 CSO的具体数值有一定差距,但变化趋势基本一致,这说明文献[12]得出的DCM 最佳位置可以用于指导工程实践.理论计算与实测曲线的差值是由于相位调制 EPM 和DCM衰减 (＜2 dB)及啁啾光纤光栅时延抖动造成的.由图 7中的实验测试结果可以看出,DCM的最佳位置不在 EDFA处,而在 EDFA后某一位置,并且随传输距离、DCM的色散量的变化而变化,这也是以往采用啁啾光纤光栅 DCM实验得不到较好结果的重要原因之一(以往实验均将DCM与 EDFA 放置在一起).图 8为 DCM处于较佳位置 (60 km)时,100 km光接收机输出的 CSO测试频谱图.可见,在1.25MHz处的互调干扰信号减小到 -67.6 dBc.对比图 3可见,CSO指标改善了 14.3 dB,满足系统指标要求.综合以上分析结果,本研究进行了 200 km长距离光纤 CATV系统的传输实验,系统结构如图 9所示,实验装置如图 10所示.系统共包括 4台 EDFA,4个 50 km中继段,每个 EDFA后由 VOA调节入纤功率.为了提高最终的输出指标,采取了以下措施. (1)将前 3级中继段的入纤功率调至 14 dBm,由图 4可知,100 km处输出的 CSO 指标可以达到-60 dBc以上,而 CNR基本保持不变.(2)将 BKTEL ES10A光发射机的 SBS阈值调至 14 dBm,相当于减小 EPM的调制度,可以进一步改善 CSO指标.(3)对系统进行色散补偿,将 -2 380 p s/nm的啁啾光纤光栅 DCM按计算结果放置于 150 km处EDFA后.为了补偿 DCM的 2 dB衰减,将第 4段光纤的入纤功率调整为 16 dBm.图 11为在 200 km光纤输出端,有无色散补偿时50～860MHz带宽的测试结果频谱图,其中 550 MHz以下为载波信号.图 11(a)表明没有色散补偿时,频率的高端存在大量由 SPM效应造成的干扰信号,使高端数字电视频道的调制误差比(modulation error rate,MER)严重下降,从而使误码率劣化;而图11(b)表明经过色散补偿后,高端的单频干扰信号基本消失.图 12为有无 DCM时 DS22频道的 CSO 测试频谱图.图 12(a)表明没有色散补偿时,DS22频道的CSO下降到了 -38.4 dBc,显然无法应用于实际系统;而图12(b)显示经过色散补偿后,DS22频道的CSO改善为 -61.4 dBc.表1为 DS4频道和 DS22频道具体指标的对比测试结果.可见,在长距离光纤CATV传输系统中,SPM主要影响系统高端频道的 CSO指标,系统复合三阶差拍(composite triple beat,CTB)指标保持较好.CNR指标劣化主要由 EDFA产生,DCM对 CTB和 CNR指标的影响不大,但对 CSO指标有较明显的改善作用.实验总结如下:(1)长距离传输系统的 CTB指标劣化不明显;(2)长距离传输系统低频端的 CSO指标劣化不明显,但高频端的 CSO指标劣化较明显,这与理论计算结果相符 (由文献[12]可知,频率增加一倍,CSO劣化 12 dB); (3)采用啁啾光纤光栅DCM对由 SPM引起的CSO指标劣化具有较好的补偿作用,DCM的位置设置直接关系到补偿效果,对给定的 DCM色散量,DCM有最佳位置. 本研究采用啁啾光纤光栅进行色散补偿的1 550 nm SCM长距离光纤 CATV系统的实验,测试了没有色散补偿时 CSO随传输距离和入纤功率的变化;对 100 km传输系统中啁啾光纤光栅色散补偿器的最佳位置进行了实验,发现与文献[12]的理论计算结果基本相符,将色散补偿器置于最佳位置时,可以得到较好的 CSO输出指标,证明文献[12]的理论计算结果对工程实践具有较好的指导作用.本研究建立了 200 km传输实验系统,测试了有无 DCM时的系统指标,结果显示 DS22频道的 CSO改善了23 dB,这表明采用啁啾光纤光栅进行 DCM能够改善由 SPM效应引起的CSO指标劣化.【相关文献】[1] BULOW H,FRITSCHIR,HEIDEMANN R,et al.Analog video distribution system with three cascaded 980 nm single-pumped EDFA’s and 73 dB power budget[J].IEEE Photonics Tech Lett,1992,4(11):1287-1289.[2] PASTOR D,CAPMANY J,MARTI J.Reduction of dispersion induced composite triple beat and secondorder intermodulation in subcarrier multiplexed systems using fiber grating equalizers[J].IEEE Photonics Tech Lett,1997,9(9):1280-1282.[3] RAMOS F,MARTI pensation for fiber-induced composite second-order distortion in externally modulated lightwave AM-SCM systems using optical-phaseconjugation[J].Journal of Lightwave Tech,1998,16(8):1387-1392.[4] TSUJI S,HAMASAKI Y. 250 km transmission of frequency multiplexed 64-QAM signals for digital CATV backbone application[R].NCTA Tech Paper,1998:21-29.[5] 蔡赵辉,张平.色散补偿技术在 200 km超长距离模拟光传输系统中的应用 [J].有线电视技术,2004,12(2):54-55.[6] 周晓凯,张涛.模拟 CATV超长距离光传输系统的研究[J].有线电视技术,2000,8(7):56-57.[7] 刘旭明.数字电视时代1 550光纤传输技术及应用[J].中国有线电视,2005(19):1897-1902.[8] OUELLTTE F. Dispersion cancellation using linearly chirped Bragg grating filters in op tical waveguide[J].Op t Lett,1987,12(10):847-849.[9] MARTI J,PASTOR D,TORTOLA M,et al.Optical equalization of dispersion-induced distortion in subcarrier systems by employing tapered linearly chirped grating[J].Electron Lett,1996,32(3):236-237.[10] MARTIJ,PASTOR D,TORTOLA M,et al.On the use of tapered linearly chirped gratings as dispersion-induced distortion equalizers in SCM systems[J].Journal of L ightwave Tech,1997,15(2):179-187.[11] QING Y,L IU F,CA IHW,et al.Analysisof dispersion compensation for position-dependence in externally modulated CATV lightwave system by using chirped fiber grating[J].Chinese Op ticsLetters,2005,3(10):566-569.[12] 陆司琦,宋英雄,林如俭.长距离光纤 CATV系统中色散补偿位置的研究[J].光子学报,2009,38(3):665-669.[13] WU M C,WANG C H,WAY W I.CSO distortions due to the combined effects of self-and external-phase modulations in long-distance 1 550-nm AM-CATV systems[J].IEEE Photonics Tech Lett,1999,11(6):718-720.。

光纤光栅及其色散补偿的理论简介


应用
传感器
其他应用
光纤光栅在光通信中的应用
色散补偿
脉宽压缩
上/下话路
复用器 、滤波器
波分复用/
解复用器
闪耀型光纤光栅 啁啾光纤光栅
相移光纤光栅
升余弦变迹 光纤光栅 均匀光纤光栅
超结构光纤光栅
高斯变迹 光纤光栅
按光纤光栅的波导结构分类
均匀光纤光栅
均匀光纤光栅是最普遍的光纤光栅，其光纤周期和折射率调制深度均为常数，光栅 波矢方向和光纤轴向方向一致，折射率调制方程为： n ( z ) n [1 cos( 2 z )] eff eff 它是一种性能优异的窄带反射滤波器，具有较高的反射率。在光纤激光器，光纤通 信及光纤传感领域具有广阔的应用前景。
法就是采用对均匀啁啾光栅变迹处理，即在啁啾光栅的折射率变化中引入一 个和光栅长度有关的函数包络，从而得到较为理想光谱特性。
现假设有一输入信号的宽度为20ps且无啁啾的高斯脉冲， 经色散为17ps/（km.nm）的标准单模光纤传输100km后，其 展宽波形如图3所示 要实现对光纤产生的色散进行有效补偿，光纤光栅的参 数必须选择合适，从而使其具有较大的反射系数，在带 宽内保持较高的反射率、时延特性曲线具有良好的线性 度，并且所提供的色散量与光纤产生的总色散大小相等 而符号各异。 选取高斯型和构建的变迹函数进行对比，函数形式如下： z ) 2] 高斯型 neff ( z ) neff .exp[ G( FWHM 3 8 自构型 neff ( z ) neff . 3 ( Lz z 2 ) 2 L 两函数的波形及折射率调制函数波形由图4，图5给出
图2 啁啾光栅色散补偿原理示意 通常用色散参量 D来描述啁啾光栅的色散特性，若 t 是光在光栅中一个来回的时间， 是光栅波长带宽， g 相当于z=0处的布拉格波长和z=L处的布拉格波长之差。已知t 2 Lneff / c ，其中 neff 为有效折射率，则色散 参量 Dg可以定义为 Dg 2neff / c 单模光纤在1.31um处色散为0，在1.55um处色散约为17ps/（nm.km)，再由上式可得长度10cm，带宽 0.2nm的光栅可以补偿300km标准光纤引入的色散。

线性啁啾光栅的特性分析及仿真

在图 5 中 ,线性啁啾光栅设计参数为 : 光栅长 度 L = 20mm ,光栅分为 50 段 ,δn = 1e - 4 , neff = 1. 45 ,C = 0. 05nm/ cm 。由图可见 ,对于折变量 、长度 和啁啾量相同的线性啁啾光栅 ,周期越大 ,光栅作用 的波长也越大 ,但其反射带宽与反射率均不变 ;从时 延曲线可看出 ,其曲线斜率也不随周期变化 ,则色散 值不变 。即当光栅的周期变化时 ,光栅的反射谱与
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图 5 不同周期的线性啁啾光栅反射谱及时延特性
时延曲线只是其作用区域发生偏移 。
图 4 不同长度的线性啁啾光栅反射谱及时延特性
2. 3 不同长度的线性啁啾光栅 在图 4 中 ,线性啁啾光栅设计参数为 : 光栅分
为 50 段 δ, n = 1e - 4 , C = 0. 05nm/ cm , neff = 1. 45 , ∧0 = 535. 5nm 。由图 4 可见 ,对于折变量 、周期和 啁啾量相同的线性啁啾光栅 ,随着光栅长度的增加 , 光栅反射率峰值逐渐变大 ,反射谱的旁瓣抖动变大 , 同时时延振荡增大 ,时延曲线中心部分的斜率也逐 渐增大 ,即其色散值增大 ,但是时延线性区域逐渐减 小。 3. 4 不同周期的线性啁啾光栅
3 结论
本研究从耦合模理论出发 ,利用传输矩阵法对 线性啁啾光栅的反射谱和时延特性进行数值仿真和 分析 。从中发现 ,啁啾量 C 的增大 ,使光栅反射带宽 变大 ,最大反射率降低 ,时延减小 ;折变量的增大使 光栅的反射带宽及反射率变大 ,时延增大 ;长度 L 的 增大使光栅的反射率和时延变大 ;周期 ∧0 的变化使 光栅的反射谱和时延曲线作用域发生偏移 。以上这 些结论对线性啁啾光栅的制作和应用提供了理论上 的依据 。

用于色散补偿的线性啁啾光纤光栅光学特性的仿真研究

用于色散补偿的线性啁啾光纤光栅光学特性的仿真研究
黄平;陈旭
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2022(46)3
【摘要】为了说明线性啁啾光纤光栅能成为色散补偿技术发展的重要方向,介绍了一种光纤光栅的耦合模理论模型,提出了用于色散补偿的自构变迹函数线性啁啾光纤光栅,并对线性啁啾光纤光栅与用于色散补偿的高斯变迹函数线性啁啾光纤光栅的反射谱及时延特性进行了数值仿真。

仿真结果表明,自构变迹函数下的线性啁啾光纤光栅对光纤色散具有更好的补偿效果。

【总页数】4页(P89-92)
【作者】黄平;陈旭
【作者单位】桂林师范高等专科学校物理与工程技术系
【正文语种】中文
【中图分类】TN914
【相关文献】
1.用于色散补偿的线性啁啾光纤光栅的最佳切趾包络函数的研究
2.线性啁啾布拉格光纤光栅的色散补偿特性研究
3.线性啁啾光纤光栅色散补偿器的特性与设计
4.两种用于色散补偿的取样非线性啁啾光纤光栅的参数选择
5.用于色散补偿的非线性啁啾光纤光栅
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色散补偿技术研究

色散补偿技术研究
色散补偿技术是一种用于光纤通信系统的重要技术，其主要目的是解决光纤传输中产生的色散效应所带来的损失和失真问题。

色散效应是光信号在光纤中传输过程中由于不同波长成分信号的群速度不同而引起的一种现象，它会导致光脉冲的扩展和时间延迟现象，从而降低光纤通信系统的传输质量。

为了解决色散效应所带来的问题，研究人员提出了一系列的色散补偿技术。

一种常用的技术是使用光纤中添加色散补偿材料来抵消光纤本身的色散效应。

通过选择合适的材料和控制其添加的位置和长度，可以有效地消除光纤中的色散效应，从而提高传输系统的性能。

还有一种常用的色散补偿技术是使用光纤光栅。

光纤光栅是一种具有周期性折射率改变的光纤结构，它可以通过调节其周期和长度来实现对不同波长光信号的色散补偿。

光纤光栅的产生和调制技术已经相当成熟，可以广泛应用于光纤通信系统中。

研究人员还提出了一种新颖的频率转换技术，称为光学频率梳。

光学频率梳利用光纤中的非线性效应，将光信号的频谱扩展以实现对色散效应的补偿。

该技术具有较高的灵活性和可调性，可以根据不同的色散效应进行相应的补偿，从而提高光纤通信系统的传输质量。

色散补偿技术是光纤通信系统中非常重要的一项技术，它可以有效地解决光纤传输中产生的色散效应所带来的问题。

目前，研究人员已经提出了多种色散补偿技术，并在实际应用中取得了一定的成果。

随着科技的不断发展，相信色散补偿技术将会得到进一步的改进和完善，为光纤通信系统的发展提供更好的支持。

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摘 要
光纤光栅是光通信领域发展迅速的一种器件，其应用非常广泛。实用化的光纤光栅及 由其构成的各类光器件是光通信传输系统必不可少的光器件，光纤色散是光通信向高速 率，长距离方向发展的主要障碍，色散补偿己成为人们研究的热点。线性啁啾光纤光栅由 于其插入损耗低、体积小、价格低廉、色散补偿量大等多方面的优点，而成为色散补偿中 最有效，最有前途的方法。 论文首先利用耦合模理论对光纤光栅的光学特性进行了详细的分析,进而详细地介绍 了求解非均匀光纤光栅的常用方法----传输矩阵法。循序渐进的引入均匀光纤光栅、均匀线 性啁啾光纤光栅、变迹线性啁啾光纤光栅的概念，并对三种光栅的光学特性进行了详细的 对比。 对自己构建的变迹函数变迹线性啁啾光纤光栅进行了充分的讨论。对于啁啾度和长度 一定的光栅系统，根据最佳变迹应满足的条件，确定了自构最佳变迹函数的形式，并对该 函数变迹下的线性啁啾光纤光栅的光谱特性进行了模拟仿真，归纳出当光栅参数变化时对 光栅光学特性的一些影响，这对设计光栅补偿元件是具有一定实际意义的。仿真结果同时 显示：自构变迹函数变迹下的线性啁啾光纤光栅其反射谱具有较大的带宽，对时延特性曲 线及色散曲线的振荡具有良好的抑制作用，且时延曲线保持着足够量的时间延迟。仿真结 果表明，自构建的变迹函数的光学特性是良好的。 对光纤光栅用于色散补偿理论作了较为详细的介绍。并在选取相同参数情况下（在该 参数下已实现在标准单模光纤中超过 100km，10Gb/s 的色散补偿信号的传输） ，分别用高 斯型和自构变迹函数下的线性啁啾光纤光栅补偿 100km 标准单模光纤产生的色散，仿真结 果显示：自构函数变迹下的线性啁啾光纤光栅补偿展宽脉冲效果更优。 最后对全文进行了总结。
学位论文作者签名： 导 师 签 名：
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第一章
1.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光纤通信的发展
绪
论
通信是人类发展、社会进步的一种基本需求，它的功能是将信息从一个地方传递到另 一个地方。至今为止，已有多种形式的通信系统出现，每一种新的通信方式出现的原动力 来自于改进传输的可靠性、 提高信息传输速率或增加中继站之间的距离， 19 世纪中叶之前， 无论是光方式还是声方式通信，系统的传输速率都很低。已知最早的光通信线路是公元前 8 世纪在古希腊出现的烽火台通信，这种通信方式可用于报警、呼救或通知特定的事件。 当然它并非现代意义上的光通信，可以称其为目视光通信。到了中世纪，烽火台通信得到 了改进，人们用不同颜色的烽烟组合来传递较为复杂的信息。18 世纪末，法国人 Chappe 发明了扬旗式通信机(又称旗语通信机)，这种通信方式得到了进一步改进。扬旗通信在拿 破仑时代达到了鼎盛时期，在欧洲架设了数千公里的线路，目视光通信也在 19 世纪达到 了它的顶峰。1838 年，美国人 Samuel F. B. Morse 发明了电报，开创了通信历史的新篇 章，人类进入了电通信时代。由于电通信技术的出现，以扬旗通信为代表的目视光通信迅 速地告别了历史舞台。此后，贝尔发明了电话，马可尼、波波夫发明了无线电通信，电通 信方式也随即成为了最主要的通信方式。电通信是以射频电磁波作为信息载体的通信方 式，它的容量几乎与所使用的载波频率成正比。随着社会生产和科学技术的不断发展，人 们对通信容量的要求越来越高，越来越迫切，这促使人们去开发和利用频率更高的电磁波 段。20 世纪 60 年代卫星通信技术的发展使电信技术达到了一个新的高度。工作于微波频 段的卫星通信技术是人类通信史上的一个巨大进步，但微波频段的可用部分是有限的，它 已远远不及人们对通信容量的需求，因此人们将研究的重点转向更高的频段----毫米波、 亚毫米波甚至远红外波。在开发和利用毫米波、亚毫米波甚至更短波段作为信息载体的过 程中，科技人员遇到了极大的挑战，在理论上和技术上都有许多问题难以解决。随后，人 们又将注意力集中到了比毫米波频率高许多的光波上。既然光波的频率更高，可以预见的 是:如果利用光作为信息载体，通信容量将会有一个质的飞跃。这一点是传统的通信手段 所无法比拟的。此后，人们做了大量卓有成效的工作，终于实现了人类进入光通信时代的 梦想。 要想实现真正意义的光通信，必须对光进行高速调制，同时确保信号的长距离传输， 进而接收到准确的信息。这就要求必须解决好两个关键问题:一是可以高速调制且相干性 很好的光源;二是低损耗的传输介质。然而令人遗憾的是，直到 20 世纪 50 年代，人们所 使用的光源都无法达到光通信系统的要求。这些光源相干性差、频谱极宽而且相位和偏振 态难以控制，因而对其进行高速调制是极其困难的。1960 年，第一台激光器问世。它克服 了以往光源的许多缺点，发出的光束具有很好的相干性，可以作为高速数据信息的载体， 但缺乏实用价值。1970 年，美国贝尔实验室成功研制出了性能更好且能连续工作的半导体
广西师范大学 硕士学位论文 线性啁啾光纤光栅及其色散补偿的理论研究 姓名：黄平 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：秦子雄;曾庆科 20080501
线性啁啾光纤光栅及其色散补偿的理论研究
导师：秦子雄教授 学科专业：电路与系统 曾庆科教授 研究生：黄平 年级：2005 研究方向：光纤通信器件
II
detailed analysis. The author compensates the dispersion after light propagates 100 kilometre in normal single-mode fiber by using the linear chirped fiber grating apodized by Gauss function and self-constructed function, other parameters are the same(under these parameters, 10Gb/s dispersion compensation signal transmission has been realized ). Simulations show that: to the broaden pulses, the performance of compensation of linear chirped grating apodized by the functions constructed by the author is much more better others. At last I summarize my thesis.
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关键词：光纤光栅，耦合模理论，传输矩阵法，变迹，啁啾，色散补偿
I
Theoretical study on the linearly chirped fiber Bragg grating and dispersion compensation
Supervisors：Prof.Qin Zi-Xiong ,Prof.Zeng Qing-ke Graduate Candidate：Huang Ping Major:Circuit and System Orientation: optical communication and optical apparatus Grade: 2005
Keywords: fiber Bragg grating, coupled-mode theory， transfer matrix method, apodization,
chirp, dispersion compensation
III
原创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发 表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
Abstract
Fiber Grating is quickly developing in optical communication realm and widely using in many scopes .In optical communication systems ,Fiber Grating and apparatus made of Fiber Grating are necessary .The fiber dispersion is serious and become a main holdback along with the development of optical communication. So many people focus on it. At present, Linear chirp Fiber Grating is the most effective and useful prolect of compensating fiber dispersion because of its good characteristics. Such as low wastage,little bulk,low price,big dispersion compensation. In this thesis , the author firstly detailed analyze the optical characteristics of fiber gratings using the coupled-mode theory.Secondly,describe the transfer matrix method---a common method to solve the nouniform fiber gratings. Then introduce the uniform fiber grating,linear uniform chirped fiber grating,apodized chirped fiber grating step by step, and a detailed comparision of their optical characteristics is made. The characteristics of apodized functions constructed by the author are abundantly discuss.According to the best apodized enveloped conditions, the best apodized functions constructed by the author are decided to the fiber grating systems which the chirped coefficient and the length are known. At the same time, the author model the spectral characteristics of the linear chirped fiber grating apodized by the self-constructed functions,some useful conclusions about the fiber grating optical characteristics are gained when changing the grating parameters. All the conclusions are of practical meaningful to design the fiber grating compensators. The modeling results tell us that, apodized by the functions constructed by the author, the reflection spectrum of the linear chirped gtating has a wide bandwidth, and well restrains the oscilation of the delay curve and the dispersion curve, moreover,the delay curve keeps enough time delay. All show that the optical characteristics of the apodized functions constructed by the author are good. To the theory of fiber gratings used as dispersion compensation ,the author makes a more