高速光通信系统色散补偿技术研究

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 CHINESEDispersion 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。

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 andcompensation 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。

光纤通信系统中的色散赔偿问题综述1.Introduction光纤通信含有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。

但损耗和色散是长久妨碍光纤通信向前发展的重要因素。

随着着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的重要因素。

如何控制色散方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。

现在对于光纤的色散已经提出了诸多赔偿办法，重要有色散赔偿光纤（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。

随着以上各办法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散赔偿技术，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输速率，从而引发色散。

也能够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输期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。

3.Dispersion Causes普通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，模式不同传输速度也不同，它所引发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，假设光纤能够传输多个模式，其中高次模达成输出端所需的时间较长，成果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式达成的时间不同，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。

重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含有不同的群速度，成果造成光脉冲的展宽。

模内色散涉及材料色散和波导色散。

c)偏振色散普通的轴对称单模光纤是违反“单模”名称的。

事实上有可能传输着两个模，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(即在这些方向上含有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着某些轴不对称，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，由此引发的色散叫偏振色散。

色散补偿技术介绍光通信使用的G.652标准光纤在1550 nm波长窗口的色散值为17ps/nm.km。

1550nm外调制传输系统光纤链路色散的容差比SDH等数字通信1550nm光链路要小得多，仅为1100 ps 左右，因此，对于1550nm外调制光纤干线/超干线而言，必须尽力解决好色散补偿问题。

目前，光通信系统使用的光纤色散补偿技术大多是针对非载波调制数字光纤系统的，因此，对于HFC有线电视宽带网络1550nm光纤干线/超干线而言，实际可供选用的色散补偿手段较少，限制条件较多，在实际1550nm外调制光纤传输链路中如何用好有关色散补偿技术还存在不少问题。

目前业内几种色散补偿技术介绍：1、色散补偿光纤（DCF）色散补偿光纤（DCF）开发于20世纪90年代中期，它在实现色散补偿任务中扮演了十分重要的角色。

目前，国内99% 以上1550nm外调制光纤干线/超干线仍然使用G.652标准光纤，因此在每个（或几个）光纤段的输入或输出端可以通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，使单信道1550nm外调制光纤干线/超干线传输光纤的色散得到较好的补偿。

但是，一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中所使用光发射机的光波长范围较大，可达20nm。

此外，随着在1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中CWDM或DWDM技术的引入，必须考虑光纤对不同波长信道的色散斜度问题。

以G.652光纤1550 nm窗口为例，光纤的色散明显地随波长而变化，在1530nm处色散系数约为15.5ps/nm.km，在1565nm处约为17.6ps/nm.km，色散斜率（定义为色散系数对波长的微分）约为0.06ps/nm.km。

假设宽带色散补偿器件对所有C－band信号的色散补偿量是一样的，则经多个光纤段传输后，红端信号光（1565nm）所积累的色散将明显大于比蓝端（1530nm），因此，无论对于一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统或CWDM/DWDM1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统，都必需考虑采用斜率补偿型色散补偿光纤组件，用于补偿光纤的色散斜率，将总色散控制在色散容限窗口内，使1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中色散斜率问题得到较好的解决。

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。

光学系统中的色散补偿技术研究光学系统中，色散是一种常见的现象，它指不同频率的光在传播过程中，由于介质折射率引起的相位差异，导致波的形态变化。

色散会导致光束的扩散和色散，严重影响传输质量和信号传输距离。

因此，色散补偿技术成为了光学系统研究领域中一个热门话题。

一、色散问题的发生原理光的波长范围较为广泛，因而一串光波分为几个频率组。

在光线穿过介质时，不同频率的组成成分其在材料中传播的光程可不同，进而部分波会在穿过材料时受到更多或更少的相位移。

这样就会导致光的波形变形而出现色散现象。

而在光学系统中，光线的路径在不同环节中会经过许多介质，色散现象的累积作杂化解更为困难。

二、色散补偿技术的发展历程在过去的几十年中，光学系统依赖于发光二极管不同频率的发光器件中的发射点来解决这一问题，但其复杂性以及成本高昂等问题导致这种方法并不能得到广泛应用。

随着新光技术的出现，如电子学、通讯技术和光学材料的不断进展，色散补偿技术也得到了发展。

目前，色散补偿技术的研究重点是解决在光学系统中色散效应的问题。

色散补偿技术主要有以下几个：1. 光纤同轴干涉法在解决色散问题时，需要一种可靠的方法，来测量出不同波长下两个光波差异距离。

光纤同轴干涉法就是这种方法之一。

其原理是光信号通过一个长度为几毫米的光纤将信号发送到比较设备，利用不同波长下光线的色散特性测量出差异距离。

该技术无需外部控制元件和整个系统的智能控制单元，安装简便、使用方便、精度高、成本低。

2. 光纤单模脉冲压缩光纤单模脉冲压缩是一种实现色散补偿的技术，它利用光纤的色散效应压缩脉冲宽度，从而实现色散抑制。

该技术适用于无线电通信、雷达、太阳系探测、光学中继和微波光电子、激光制造等领域。

其优点是可以在光纤传输系统和光学通讯中使用，具有简单可行的可靠性高的特点。

同时，光纤单模脉冲压缩技术性能稳定，可以在实际应用中进行量化测试。

3. 非线性自相位调控技术非线性自相位调控技术是一种有效的色散补偿技术，它通过非线性波段之间的相交作用，在功率调节下实现对光信号的色散补偿。

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 µm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。

色散补偿原理色散补偿原理是指在光通信系统中，由于光纤对不同波长的光信号传输速度不同而产生的色散效应，通过一定的方法或器件来抵消或补偿这种色散效应，以保证光信号的传输质量和稳定性。

色散补偿技术是光通信系统中非常重要的一部分，对于提高光信号的传输速率、扩大传输距离、提高系统性能都起着至关重要的作用。

光纤通信系统中的色散效应是由于光在光纤中传输时不同波长的光信号由于色散导致传输速度不同而产生的。

一般来说，光纤通信系统中的色散效应主要包括色散的模式，即色散的波长和色散的位相。

在光通信系统中，色散效应会导致光信号的波形失真、频率偏移、相位畸变等问题，从而影响光信号的传输质量和稳定性。

为了解决光纤通信系统中的色散效应，人们提出了多种色散补偿原理和技术。

常见的色散补偿原理包括预补偿原理、后补偿原理、混合补偿原理等。

预补偿原理是指在光信号传输前通过一定的方法对光信号进行预处理，使得光信号在光纤中传输时能够抵消或减小色散效应。

后补偿原理是指在光信号传输后通过一定的方法对光信号进行处理，以抵消或减小色散效应。

混合补偿原理则是指在光信号传输前后均进行补偿处理，以最大程度地减小色散效应。

色散补偿技术主要包括电子补偿技术、光子补偿技术和光纤设计优化等。

电子补偿技术是指通过在光信号传输前后加入特定的电子器件或电路来对光信号进行处理，以抵消或减小色散效应。

光子补偿技术是指通过光学器件或光学方法对光信号进行处理，以减小色散效应。

光纤设计优化则是指通过改变光纤的结构或材料，以减小色散效应。

总的来说，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一部分，对于提高光信号的传输质量和稳定性具有至关重要的作用。

随着光通信技术的不断发展，人们对色散补偿原理和技术也在不断进行研究和改进，以满足日益增长的光通信需求。

希望通过不断的努力和创新，能够更好地解决光纤通信系统中的色散效应，提高光信号的传输速率和质量。