光纤通信中的色散补偿实验仿真

1、光纤通信中色散补偿的实验仿真介绍了光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响和补偿方法，并利用光学系统软件对色散补偿光纤、fbg补偿和啁啾光纤光栅等色散补偿方案进行了仿真。关键词：光纤通信色散补偿光学系统仿真光纤通信中的色散补偿袁延龙(北京理工大学光电学院，电子科学与技术)本文介绍了光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响和补偿方法，并利用光学系统软件模拟了色散补偿光纤、fbg补偿、啁啾光纤光栅、色散补偿方案。关键词：光纤通信色散补偿光学系统仿真1.概观目前，光纤线性通信已经不能满足信息处理和传输的要求，因为它存在三个主要缺陷：一是光纤色散，二是光纤损耗，三是非线性。低损耗光纤和掺铒光纤放大器的广泛应用

2、解决了高速光纤通信系统的传输损耗问题。光纤的色散可以有效抑制四波混频等非线性效应，因此色散问题已经成为光纤通信系统升级和扩展的主要障碍。受色散影响，传输速率为10gbit/s，光脉冲宽度为50ps的系统只能传输40 km。当传输速率为80 gbit/s时，传输距离小于2千米。为了兼顾色散和非线性，提出了一种折衷方案，即光纤的零色散点偏离1.55 m的窗口，使1.55 m波长处的色散不为零，色散约为2 6 ps/km nm，称为g.655光纤。当光纤传输速度低、距离短时，采用g，655光纤传输是可行的。然而，g.655光纤并没有解决色散问题，在高速长距离传输中仍然需要色散补偿。由于光纤的低色散，

3、光纤的非线性效应使其难以实现信道间隔为50千兆赫的波分复用(wdm)系统。然而，g.652光纤在1.55 um窗口的大色散可以有效地抑制非线性，通过色散补偿实现50千兆赫信道间隔的wdm系统传输不成问题。到目前为止，全世界已经铺设了2亿多公里的光纤干线，其中80%是g.652光纤。在中国，g.652光纤基本铺设在八条垂直和八条水平干线上。随着全球信息流量的快速增长，通信网络必将朝着高速大容量的方向进一步发展。为了在g.652光纤上开发现有光通信系统和开放式高速系统的潜力，关键问题是色散补偿。近年来，光纤通信发展迅速，速度很快。wdm系统和edfa已经商业化，实验室的wdm光纤通信速率已经达到1

4、000 gbit/s。在edfa级联的高速wdm系统中，光纤损耗问题已经基本解决，光纤色散已经成为系统的一个重要限制因素。2.分散及其分类2.1分散及其表现由于光纤中传输信号的频率成分不同或信号能量的模式成分不同，在传输过程中，由于群速度不同，它们会相互散射，导致传输信号波形失真。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失真，限制了光纤的传输容量和带宽。色散就是不同频率的光在传输介质中有不同的群速度。从机理上讲，光纤色散可分为材料色散、波导色散和模式色散。前两种色散是由信号不是单一频率引起的，后一种色散是由信号不是单一模式引起的。(1)模间色散：多模光纤中模间色散是由差异引起

5、的(2)波导色散：这是导模在不同波长(光源有一定的光谱宽度)下不同群速度引起的色散，与光纤结构的波导效应有关，也称为结构色散。(3)材料色散：这是因为光纤材料的折射率随光频非线性变化，且光源具有一定的光谱宽度，因此不同的波长导致不同的群速度。(4)偏振模色散：普通单模光纤实际上传输两种相互正交的模式。事实上，单模光纤中存在各种随机不确定性和不对称性，导致两种偏振模的群时延不同，导致偏振模色散。当电磁波与电介质中的束缚电子相互作用时，电介质的响应通常与光波的频率有关。这种特性称为色散，它表示折射率n()对频率的依赖性。光纤的色散效应可以用波矢k或传播常数与频率 ()的关系来表示。在中心频率0处扩展 ()，得到：在公式中，0=n0c表示介质在中心频率0时的传播常数；1=1cn dnd，等于群速度的倒数， 2=1c2dn d2nd 2表示群速度色散，与脉冲展宽有关。3是三阶色散参数。2.2二阶色散效应引起的脉冲展宽当不考虑高阶色散效应时，单模光纤中光脉冲传播的nls方程可以表示为：在这个公式中，a