第五章光纤色散2ppt课件

主要内容 第一节概述第二节单模光纤中的色散第三节光信号在色散光纤中的传输第四节色散优化光纤第五节偏振模色散 一 频域分析 横向坐标 光信号的中心频率 具有一定的光谱宽度 构成A z t 的各频率成分 光纤中沿z方向传输的载波中心频率为 0的线偏振的电磁波可表示为 信号各频率成分 傅立叶变换 根据Helmholtz方程的约束条件得出 标量波动方程 光信号在频域的传输方程 表明了信号中各频率成分在光纤中的传输性质 横向场分布模式特征方程不同频率下模式传输常数 光信号的频域传输方程 代入Helmholtz方程 光信号的频域传输方程推导思路 分离变量 除以E注意 分离变量形成两个方程时 需要凑 2 慢变振幅近似 略去 当光信号谱宽较小时 附近 可以展开为Taylor级数 光纤在信号中心频率处的传输常数 光纤在信号中心频率处的群时延 光纤在信号中心频率处的色散 3 4为光纤在信号中心频率处的高阶色散 的展开式 2光纤在信号中心频率处的色散 也叫群速度色散 传输方程 当光信号谱宽较小时 即 略去以上的高阶色散 在光纤中传输距离z之后的信号频谱 在光纤的零色散波长 解 0 2 0 说明在无色散情况下 时间t前进到z的波形等于时 z 0的波形 表示波形将保持相似 并以速度Vg前进 脉冲传播距离z 所需的时间为 所以 则有 A 0 t f t 无色散情况下 信号形状无畸变 信号获得传输时延 二 时域分析 目的 对光信号在光纤中的传输演化情况进行分析观察 仪器 示波器信号特点 窄 宽 交叠等 时域传输方程的获得 忽略高阶色散 与频域分析情况一致 损耗项 傅里叶变换 三 光脉冲的色散展宽 忽略高阶色散 并作变换 可获得单纯反映脉冲形状演化的传输方程 将坐标系固定在脉冲上并随脉冲一起以群速度vg运动 A z T A z t exp z 2 设定脉冲波形为 单纯反映脉冲形状变化的传输方程 得出脉冲在光纤中传输距离z之后的频域表达式 脉冲频谱的演化方程 其中A z T 由其各A z 0 傅立叶分量叠加而成 令 0 输入脉冲的傅立叶变换 脉冲的频域表达式 脉冲的时域表达式 频率响应函数H 考虑一个峰值为1的无啁啾高斯型输入脉冲 高斯型光脉冲的色散展宽 光纤中传输距离Z后的输出脉冲 LD 光纤的色散长度 当传输距离Z LD时 脉冲展宽将超过倍 系统将产生严重的码间干扰和误码 由于光纤色散所引入的相位因子 高斯脉冲的宽度 C 0时 高斯脉冲的波形 输入 输出 1 光纤中传输距离Z后 高斯脉冲仍为高斯型脉冲 2 峰值功率1 e点的半宽展宽为 3 脉冲峰值功率降低 光脉冲的色散展宽 17 色散对传输脉冲形状的影响 计算参数 T0 50ps D 17ps nm km 啁啾的含义 象声词 鸟鸣声 读作zh uji 代表产生光脉冲时引入的附加性调频 说明光脉冲的载频随时间变化 称为啁啾 是通信技术有关编码脉冲技术中的一种术语 是指对脉冲进行编码时 其载频在脉冲持续时间内线性地增加 当将脉冲变到音频时 会发出一种声音 听起来像鸟叫的啁啾声 故名 啁啾 后来就将脉冲传输时中心波长发生偏移的现象叫做 啁啾 例如在光纤通信中由于激光二极管本身不稳定而使传输单个脉冲时中心波长瞬时偏移的现象 也叫 啁啾 光纤中传输距离Z后的输出脉冲 由光纤色散所引入随时间变化的相位因子 脉冲的不同部位对其中心频率产生了不同的偏离量 四 脉冲的色散啁啾效应 脉冲的不同部位对其中心频率产生了不同的偏离量 其数值由脉冲相位因子对时间的导数给出 脉冲的色散啁啾效应 脉冲的色散啁啾效应 1 经过光纤的传输 由于色散的影响 使得脉冲的不同位置上 频率是线性变化的 T 脉冲的色散啁啾效应 2 的区域反常色散区 T0 于是 高频成分位于脉冲前沿 T 0 2T 0 于是 低频成分位于脉冲后沿 23 脉冲前后沿与T正负的关系 脉冲的色散啁啾效应 3 的区域正常色散区 T 0 2T 0 于是 高频成分位于脉冲前沿 T 0 2T 0 于是 高频成分位于脉冲后沿 脉冲的色散啁啾效应 4 色散使脉冲的不同部位具有不同的频率 即脉冲的频率啁啾 Chirp 色散导致的频率啁啾特点 频率啁啾是线性的啁啾的性质与 2的符号有关只是脉冲原有频率成份的重新安排 无新频率产生 只考虑最低阶色散时 长度为L的单模光纤的频率响应函数为 假定在光纤输入端 输入一个高斯型脉冲 在脉冲中心频率上 光纤的色散值为 试计算 1 输出脉冲功率最大值1 e点的脉冲半宽度 2 输出脉冲峰值功率降低为输入脉冲峰值功率的几分之一 提示 高斯脉冲的傅立叶变换为 应用举例 输入脉冲 傅立叶变换 输入脉冲频谱 输出脉冲频谱 输出脉冲 输