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1、第六章第六章第六章第六章 光放大与色散补偿技术光放大与色散补偿技术光放大与色散补偿技术光放大与色散补偿技术色散色散/色散斜率补偿技术色散斜率补偿技术在在在在WDMWDM系统中，只有进行色散斜率补偿，才系统中，只有进行色散斜率补偿，才系统中，只有进行色散斜率补偿，才系统中，只有进行色散斜率补偿，才能保证各个信道都得到补偿。能保证各个信道都得到补偿。能保证各个信道都得到补偿。能保证各个信道都得到补偿。 预啁啾技术（预啁啾技术（预啁啾技术（预啁啾技术（PCHPCH） 用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿 用啁啾光纤光栅进行色散补偿用
2、啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿 色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿预啁啾技术预啁啾技术PCHv光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速率光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，将较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲也就逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲也就越来越宽。越来越宽。v预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的频预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的频率降低，后沿频率升高，在
3、一定程度上补偿色散造成的脉冲率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的脉冲展宽。展宽。v特点：特点：简单简单需根据传输距离调整正弦调制的深度需根据传输距离调整正弦调制的深度延长传输距离延长传输距离22倍倍色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿v特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色散效应，使其零色散波长大于散效应，使其零色散波长大于15501550nmnm，即在即在15501550nmnm处产处产生较大的负色散（生较大的负色散（-100-100ps/nm.km)-ps/nm.km)-色
4、散补偿光纤色散补偿光纤( (DCF)DCF)。当常规光纤和当常规光纤和DCFDCF级联时，两者将会互相抵消。级联时，两者将会互相抵消。v常规单模光纤在常规单模光纤在15501550nm nm 的色散和色散斜率的典型值为的色散和色散斜率的典型值为：D = 16.5ps/nm.kmD = 16.5ps/nm.km，D = 0.059ps/(nmD = 0.059ps/(nm2 2.km) .km) 。v用相对色散斜率用相对色散斜率R RD D = D/D = D/D 表示色散斜率补偿表示色散斜率补偿, , R RD1D1= = R RD2D2v常规单模光纤的相对色散斜率常规单模光纤的相对色散斜率R
5、 RD D =0.0035nm =0.0035nm-1-1，所以色散所以色散补偿光纤的补偿光纤的R RD D 也应为也应为0.00350.0035nmnm-1-1。当满足当满足当满足当满足时，群延迟色散被补偿时，群延迟色散被补偿时，群延迟色散被补偿时，群延迟色散被补偿当满足当满足当满足当满足时，二阶色散时，二阶色散时，二阶色散时，二阶色散( ( ( (色散斜率色散斜率色散斜率色散斜率) ) ) )被补偿被补偿被补偿被补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿v组合使用正、负色散系数的光纤组合使用正、负色散系数的光纤v大的局部色散，小的平均色散大的局部色散，小的平均色散,可以较可以较好的抑制四波混频和
6、好的抑制四波混频和XPM的产生的产生基本途径基本途径色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿预补偿预补偿累累累累计计计计色色色色散散散散L LDCFDCFDCFDCF产生的色散变化产生的色散变化产生的色散变化产生的色散变化L L光光光光功功功功率率率率光纤损耗光纤损耗光纤损耗光纤损耗DCFDCF中的中的中的中的功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗累累累累计计计计色色色色散散散散L L传输光纤中的色散累积传输光纤中的色散累积传输光纤中的色散累积传输光纤中的色散累积L L光光光光功功功功率率率率DCFDCFDCFDCFDCFDCFDCFDCF后补偿后补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿大的局部色散，小的平均色
7、散。大的局部色散，小的平均色散。大的局部色散，小的平均色散。大的局部色散，小的平均色散。采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小DCFDCF的非线性效应的非线性效应的非线性效应的非线性效应采用非完全补偿而不是完全补偿采用非完全补偿而不是完全补偿采用非完全补偿而不是完全补偿采用非完全补偿而不是完全补偿在发射端进行预补偿在发射端进行预补偿在发射端进行预补偿在发射端进行预补偿补偿原则补偿原则色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿DCF色散补偿存在的问题色散补偿存在的问题 较大的损耗较大的
8、损耗较大的损耗较大的损耗(0.5(0.5dB/km)dB/km) 较小的有效面积较小的有效面积较小的有效面积较小的有效面积(20(20 mm2 2), ),相对相对相对相对SSMF,SSMF,非线性系数大非线性系数大非线性系数大非线性系数大2424倍倍倍倍- -阈值功率减小阈值功率减小阈值功率减小阈值功率减小3636dBdB 色散斜率为色散斜率为色散斜率为色散斜率为-15-20-15-20ps/nmps/nm2 2/km/km远高于远高于远高于远高于SSMFSSMF的的的的0.090.09ps/nmps/nm2 2/km,/km,要进行色散斜率补偿要进行色散斜率补偿要进行色散斜率补偿要进行色散
9、斜率补偿, ,需专门设计需专门设计需专门设计需专门设计 当不能进行斜率补偿的当不能进行斜率补偿的当不能进行斜率补偿的当不能进行斜率补偿的DCFDCF用于用于用于用于WDMWDM系统中时系统中时系统中时系统中时, ,如果设如果设如果设如果设计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿, , 短波长信道短波长信道短波长信道短波长信道则过补偿则过补偿则过补偿则过补偿, ,而长波长信道则欠补偿而长波长信道则欠补偿而长波长信道则欠补偿而长波长信道则欠补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿D+D+D-
10、D-D+D+D-D-D+D+D-D-D+D+D-D-D+D+D-D-水下系统新方案：水下系统新方案：D+/D-光纤对光纤对D+D+在前：非线性小；在前：非线性小；在前：非线性小；在前：非线性小；D-D-在后且足够长，有在后且足够长，有在后且足够长，有在后且足够长，有益于益于益于益于RARA。作为传输光纤使用的方案，用于陆上系统作为传输光纤使用的方案，用于陆上系统作为传输光纤使用的方案，用于陆上系统作为传输光纤使用的方案，用于陆上系统时应特别慎重。时应特别慎重。时应特别慎重。时应特别慎重。色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿v在光纤或光波导上刻上光
11、栅可以控制光在其中的反射，从在光纤或光波导上刻上光栅可以控制光在其中的反射，从而实现光信号的延时。而实现光信号的延时。v如果刻制等间距光栅，则只能反射某一个很窄的频带信号，如果刻制等间距光栅，则只能反射某一个很窄的频带信号，造成带宽过窄。所以采用啁啾光纤光栅，刻出一系列不等造成带宽过窄。所以采用啁啾光纤光栅，刻出一系列不等间距的光栅，光栅上的每一点都可以看成一个本地布喇格间距的光栅，光栅上的每一点都可以看成一个本地布喇格光栅的通带和阻带滤波器。光栅的通带和阻带滤波器。v经光纤传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉经光纤传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端
12、就反射，而短波长分量位于冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿啁啾光纤光栅色散补偿的特点啁啾光纤光栅色散补偿的特点体积小体积小体积小体积小损耗小损耗小损耗小损耗小价格便宜价格便宜价格便宜价格便宜补偿带宽窄补偿带宽窄补偿带宽窄补偿带宽窄, , , ,实现宽带的实现宽带的实现宽带的实现宽带的WDMWDMWDMWDM多信道补偿技术多信道补偿技术多信道补偿技术多信道补偿技术: : : :-
13、 - - -长啁啾光纤光栅长啁啾光纤光栅长啁啾光纤光栅长啁啾光纤光栅( ( ( (Southampton Southampton Southampton Southampton 大学制出作大学制出作大学制出作大学制出作3 3 3 3米长的光栅米长的光栅米长的光栅米长的光栅- - - -级联光栅级联光栅级联光栅级联光栅- - - -取样光纤光栅取样光纤光栅取样光纤光栅取样光纤光栅需要环型器需要环型器需要环型器需要环型器色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿偏振模色散偏振模色散 在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂在理想的单模光纤中
14、，基模是由两个相互垂在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使这两直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使这两直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使这两直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏振模的迭个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏振模的迭个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏振模的迭个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。单模光纤中的偏振模色散单模光纤中的偏振模色散色
15、散补偿色散补偿色散补偿色散补偿国内外研究的现状国内外研究的现状 偏振模色散对高速大容量光纤通信系统有着不可忽偏振模色散对高速大容量光纤通信系统有着不可忽偏振模色散对高速大容量光纤通信系统有着不可忽偏振模色散对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响，并被认为是视的影响，并被认为是视的影响，并被认为是视的影响，并被认为是限制光纤通信系统传输容量和距限制光纤通信系统传输容量和距限制光纤通信系统传输容量和距限制光纤通信系统传输容量和距离的最终因素离的最终因素离的最终因素离的最终因素。所以自九十年代以来，已引起业界的广。所以自九十年代以来，已引起业界的广。所以自九十年代以来，已引起业界的广。所以自九十
16、年代以来，已引起业界的广泛关注，并已成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。泛关注，并已成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。泛关注，并已成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。泛关注，并已成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。 按照国际标准技术规范小组的观点：为保证按照国际标准技术规范小组的观点：为保证按照国际标准技术规范小组的观点：为保证按照国际标准技术规范小组的观点：为保证PMDPMDPMDPMD导致导致导致导致的系统功率代价在的系统功率代价在的系统功率代价在的系统功率代价在1 1 1 1dBdBdBdB以下，偏振模色散的平均值必须小以下，偏振模色散的平均值必须小以下，偏振模色散的平均值必须
17、小以下，偏振模色散的平均值必须小于一比特周期的十分之一于一比特周期的十分之一于一比特周期的十分之一于一比特周期的十分之一。 当大于这一规定值时，需对当大于这一规定值时，需对当大于这一规定值时，需对当大于这一规定值时，需对系统偏振模色散进行补偿！在单信道速率达系统偏振模色散进行补偿！在单信道速率达系统偏振模色散进行补偿！在单信道速率达系统偏振模色散进行补偿！在单信道速率达40404040Gb/sGb/sGb/sGb/s的系统的系统的系统的系统中中中中, , , ,PMDPMDPMDPMD问题较为突出问题较为突出问题较为突出问题较为突出. . . .有关有关有关有关PMDPMDPMDPMD的补偿技术处于研究阶段的补偿技术处于研究阶段的补偿技术处于研究阶段的补偿技术处于研究阶段. . . .偏振模色散对信号传输的影响偏振模色散对信号传输的影响偏振模色散对信号传输的影响偏振模色散对信号传输的影响色散补偿色散补偿色散补偿色散补偿
