光纤课程设计——色散补偿分析

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1、 目录 1 课程设计题目 1 2 课程设计目的 1 3 课程设计时间 1 4 课程设计环境 1 5 课程设计任务 1 6 课程设计原理 1 6.1 概述 1 6.2 色散及其分类 2 6.3 色散补偿光纤（DCF） 3 6.4 啁啾光纤光栅(CFBG)色散补偿 4 6.5 偏振模色散补偿法（PMD） 5 7 课程设计过程及调试、结果 6 7.1 负色散光纤补偿（DCF） 6 7.2 光纤光栅色散补偿（FBG） 8 7.3 偏振模色散补偿（PMD） 13 8 课程设计体会 16 参考文献 . 16 1 1 课程设计题目 色散补偿分析 2 课程设计目的 要求学生根据题目要求，寻找相关资料，了解理论

2、知识，并且掌握一种光通信系统设 计软件 OptiSystem 的使用；要求学生熟悉色散补偿原理，熟悉软件，会应用软件进行系统 设计，调试，获得相关结果，并可以对结果进行分析；同时也考验同学们的自学能力、解 决问题的能力以及合作精神。 3 课程设计时间 1 周（2014 年 6 月 23 日-2014 年 6 月 27 日） 4 课程设计环境 基于 windows 7 系统，用 Optisystem 7.0 软件进行仿真 5 课程设计任务 熟悉 OptiSystem 软件的使用， 基于 OptiSystem 软件完成色散补偿的仿真设计， 对色散 补偿元件的性能做相应的性能测试和模拟，增强研究问题

3、解决问题的动手能力。 6 课程设计原理 6.1 概述 目前，光纤线性通信已不能满足现在信息处理传输的要求，因为它存在着三个主要的 缺陷：其一是光纤的色散，其二是光纤损耗,其三是非线性。低损耗光纤和掺铒光纤放大 器的广泛应用解决了高速光纤通信系统的传输损耗问题。光纤的色散又能有效抑制四波混 2 频等非线性效应，因此，色散问题已成为光纤通信系统进行升级扩容的主要障碍。 受色散的影响，传输速率为10Gbits、光脉冲宽度为50ps的系统只能传输40 km。传 输速率为80Gbits时，传输距离不足2 km。为了兼顾色散和非线性两种要素，人们提出 了一种折衷方案，即将光纤的零色散点偏离155 u m窗

4、口使之在155 u m波长处的色散 不为零，约有26 pskmnm的色散，这就是G655光纤。当光纤传输的速率较低、距 离较短时，采用G、655光纤进行传输的办法是可行的。但是，G655光纤并没有解决色散 问题，高速、长距离传输中仍然需要色散补偿。并且由于其低色散，光纤的非线性效应使 通道间距为50GHz的波分复用(WDM)系统很难实现。而G652光纤在155 u m窗口处的大 色散可以有效的抑制非线性，通过色散补偿，实现通道间距为50GHz的WDM 系统的传输毫 无问题。迄今为止，全世界铺设的光纤干线长达2亿公里以上，其中的80为G652光纤。 我国的八纵八横主要干线铺设的基本也都是G 65

5、2光纤。 随着全球信息业务量的迅猛增加， 通信网络必然要进一步向高速大容量方向发展，开发已有光通信系统的潜力，在G652光 纤上开通高速系统，关键问题是色散补偿。 6.2 色散及其分类 光信号在光纤传输中不但幅度会因损耗而减小，波形亦会发生愈来愈大的失真，脉冲 展宽，从而限制了光纤的最高信息传输速率。这种失真是由于信号中的各种分量在光纤中 的群速度不同（因而时延不同）引起的。这些分量包括发送信号调制和光源谱宽中的频率 分量及光纤中的不同模式分量。时延失真是由于光纤色散而产生的，光纤色散包括以下四 种： （1）模间色散：多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色散在发送机多 个导模同时激励时

6、，各个导模具有不同的群速，到达接收端的时刻不同。 （2）波导色散：这是某个导模在不同波长（光源有一定的谱宽）下的群速度不同引 起的色散，它与光纤结构的波导效应有关，又称为结构色散。 （3）材料色散：这是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变化，而光源有一定 谱宽，于是不同的波长引起不同的群速度。 （4）偏振模色散：普通单模光纤实际上传输两个相互正交的模式，实际在单模光纤 3 存在各种少量随机的不确定性，不对称性，造成了两个偏振模的群时延不同，导致偏振模 色散。 在这四项色散中，波导色散和材料色散正比于光源的谱宽，故总称波长色散，它们的 相对大小，与光源本身谱宽及调制边带宽度有关。对单模光纤，没有模间色散，波导色散 与材料色散是主要的，它们的相对大小又与工作波长有关。对于多模光纤，模间色散与材 料色散是主要的，波导色散可略去不计。 6.3 色散补偿光纤（DCF） 其基本原理是通过对光纤的芯径及折射率分布的设计，利用光纤的波导色散效应，使 其零色散波长大于 1.55 微米，即在 1.55 微米波长处产生较大的负色散，这样当常规光 纤和色散补偿光纤级联