光纤的色散与非线性效应幻灯片

1、光纤的色散与非线性效应，1，随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，模间色散（模式色散)色度色散（自动分散)偏振色散（偏振模式色散)，2，色散对传输的限制、3、4、材料（色度)色散，这是由于我们使用的玻璃的折射率随波长而变化（略有变化).因此，一些波长具有更高的群速度，因此比其他波长传播得更快。由于每一个脉冲都由一定范围的波长组成，因此在传播过程中会有一定程度的扩散5，群速度色散(GVD)，正常色散范围：长波长比短波长传播得快！因此，在光纤上传输之后，脉冲光谱红色端的波长将首先到达。这被称为正啁啾！反常色散区短波长（光谱的蓝色端)比长波长（红色端)传播得快。在光纤上传输后，较短的波长将首先到达

2、。这被认为是一种负啁啾6，偏振模式色散(PMD)，每个偏振的折射率通常有非常微小的差异。它可以是一种色散源，通常小于0.5 PS/nm/km .其结果是当信号沿光纤传播时，会形成圆形或椭圆形偏振。由光纤双折射特性产生的色散称为偏振模色散(PMD).光纤的形状（轮廓)对群速度有非常显著的影响。这是因为纤芯和包层之间的场重叠量强烈依赖于波长。波长越长，电磁波越深入包层。由于较短波长的波的更大部分被限制在核心内，较短的波长比较长的波长看到更高的折射率。因此，较短的波长比较长的波长传播得更慢8，传输使用的三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤(NDSF)，G.653单模光纤(DSF)，G.655单模

3、光纤(NZ-DSF)，常规G.655大有效面积G.655，9，大多数已安装的光纤低损耗大色散分布大有效面积色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600公里10Gb/s系统色度色散受限距离约34公里G.652 DCF方案升级扩容成本高结论： 不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的密集波分复用G.652单模光纤(NDSF)，10，低损耗零色散小有效面积长距离、单信道超高速EDFA系统四波混频(FWM)是主要的问题，不利于密集波分复用技术结论： 适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于密集波分复用应用，处于被市场淘汰的现状653克单模光纤(DSF)，

4、11，在15301565nm窗口有较低的损耗工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频)的发生。可以有正的或负的色散海底传输系统正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。为密集波分复用系统的应用而设计的G.655单模光纤(NZ-DSF)，结论： 适用于10Gb/s以上速率密集波分复用传输，是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。，12，三种光纤色散情况比较，正常色散区，反常色散区，13，计算色散，在典型的单模光纤中，使用光谱宽度为6纳米的激光，距离为10千米：色散=17ps/纳米/千米6纳米10千米=1020 PS 1 Gbps时，脉冲长度为1纳秒。所以这个系统

5、不会工作(20%.是可接受限值的良好指南).但在155兆位/秒(6.5纳秒的脉冲长度)的数据速率下，它可能会工作得相当好。窄光谱宽度的激光器可能只产生一条线宽为300兆赫的线。以1 Gbps调制将增加2千兆赫.2300兆赫刚好小于0.02纳米(1500纳米).所以现在：色散=17ps/nm/km .02 nm 10 km=3.4 ps在这种情况下，色散不再是一个问题14岁，色散补偿技术，控制光源线宽色散位移光纤色散补偿光纤中途谱反转啁啾光纤光栅15、16、18、19、19光谱宽度控制，简单的计划生育激光器：超过5纳米；外腔DBR激光器：01纳米调制增加了信号的带宽，是调制信号中最高频率的两倍(

6、1 Gbps。04纳米)！使用更复杂的信号编码，而不是简单的OOK .使用WDM(2.5 Gbps信号的色散问题只有10 Gbps信号的1/4).16、18、19、19色散位移光纤、色散位移光纤的色散零点设计在1550纳米左右。然而，这并不总是可能的，也不总是令人满意的：在许多情况下，我们不能拥有DSF，因为我们必须使用的光纤已经安装好了。四波混频有效地禁止了DSF的使用17岁，色散补偿光纤，18，链路上的平衡色散，19，DCF存在的问题，高损耗(0.5分贝/公里)小截面积(DCF: 20mm2 G-652: 80mm2)，比标准光纤的非线性系数高2-4个数量级非线性阈值低3-6dB较大的色散

7、斜率(DCF :-15-20ps/nm2/km；G-652: 0.09ps/nm2/km).短波长过补偿，长波长欠补偿20、中跨频谱反转，这里的概念是使用链路中间的设备来反转频谱。这个过程把短波长变成长波长，把长波长变成短波长。当脉冲到达时，它已经被完全重建由光纤的后半部分补偿。原理，这种光谱反演是通过一种叫做光学相位共轭的过程来实现的。使用四波混频或差频产生来改变波长的设备将光谱反转为其波长转换功能的两个乘积。如果我们能够容忍所涉及的波长偏移，这些可以用作光谱反相器22岁，啁啾光纤布拉格光栅，为了补偿100千米的标准(17 ps/nm/km)光纤，啁啾光栅需要每纳米信号带宽有17厘米长！在这

8、种情况下，信道分布在（比如)20纳米的WDM系统需要一个340厘米长的啁啾FBG(2017)！23，啁啾光栅用作色散补偿，啁啾光栅的色散(2neffL/c) (1/Dlc) neff:有效折射率；c:光速Dlc光栅两边缘反射波长之差5 .厘米长的线性啁啾光栅可以补偿300公里的10Gb/(光谱宽度0.1毫米)传输线的色散(5100ps/nm)光纤的非线性效应，25，发生了什么，重要性随着光纤中的光功率水平呈指数增长 .弹性效应3360光波和物质之间没有能量交换（四波混频).非弹性散射“:在所涉及的物质和光波之间有能量转移26岁，光纤非线性的形成，单信道系统，功率水平10mw，速率不超过2.5Gb/s时，光纤可以作为线性介质处理，即：光纤的损耗和折射率都与信号功率无关WDM系统中，即使在中等功率水平和比特率下，非线性效应也很显著。非线性效应的产生的原因是：光纤传输损耗（增益)和折射率以及光功率相关。非线性相互作用取决于传输距离和光