单模光纤的色度色散及其测量和补偿技术

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1、西安科技大学自动化091李斯远题目：单模光纤的色度色散及其测量和补偿技术一、前言一、课题的目的及意义在我国，随着经济的迅速发展，电信市场也得到了飞速的发展，住宅用户和商业用户数量都大幅增长，网络业务量也呈指数般上升。巨大的用户群带来海量的通信流量，而如此大的流量需求，对现有光网络系统能力提出了严峻挑战，也推动了光网络建设，光纤通信系统向大容量、高速率、长距离方向发展，使得原本对低速系统而言可以忽略不计的非线性效应和偏振模色散（PMD）等光纤性能缺陷成为限制系统容量升级和传输距离的主要因素。从技术角度上看，限制高速率长

2、距离信号传输的因素主要是光纤衰减、非线性和色散。光放大器的研究成功，使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作用。而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非色散零位位移光的引入也逐渐减少和消除。随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加，PMD效应对于系统性能的影响已经不可忽略且日益严重，它和色度色散对系统性能的影响相同：即引起脉冲展宽，从而限制传输速率，影响传输距离。正是由于PMD对高速率大容量光纤通信系统有着不可忽略的影响，所以自20世纪90年代以来，已引起业界的关注，偏振模色散及其补偿技术已成为目前国际光纤

3、通信领域中研究的热点。二、国际国内的研究状况偏振模色散是由光纤不圆度、光纤内部残留应力、环境温度变化等因素引起相互正交的两个偏振基模因传输速度不同而导致的脉冲展宽。在2,5Gb/S以下的光纤通信系统中几乎感觉不到偏振膜色散的存在。到了20世纪90年代早期10Gbps系统出现，PMD的作用开始显现，而对于紧随其后的40Gbps系统，PMD就成为导致信号分裂畸变的重要因素，从而制约了光网络的进一步发展。从那时起，人们真正开始了对PMD进行系统深入的研究。从80年代中期到90年代初期建立期初步的PMD统计模型开始，到200

4、2年期间，逐渐发展和完善了一阶和高阶PMD的统计理论，也有了多种适应不同环境和测量要求的测量方法，测量仪器精度已达飞秒量级。这期间，IPU就PMD问题专门重新定义了光纤标准，建议中给出PMD可以接收的最大值为0.5ps。从90年代中后期发展起来的PMD补偿技术，目前已有光域和电域的多种补偿方法，但补偿器的成本、工作可靠性以及对高阶PMD的补偿能力都尚未解决或是解决得不太好，这些方面都是目前研究的重点。在90年代中后期，随着光纤传输系统进一步向高速发展和PMD特性研究及其测量方法的日渐成熟，大量的研究集中在PMD的补偿

5、方法上，各研究机构相继提出了多种PMD补偿方法，这些方案可归结为光域补偿和点与补偿两种方式。目前，我国的光纤通信事业仍保持着较好的发展趋势，光纤传输网的发展尤为迅速，下一代系统正向单信道传输速率为40Gbit/s的波分复用系统和对已有线路的改造升级。因此，深入开展PMD及其补偿问题的研究，对提高我国光纤通信技术的水平和满足通信业务的不断增长具有重大意义。三、偏振膜色散的理论研究1、色散的原理和分类色散是光纤的一个重要参数。光纤的色散主要由两个方面引起：一是光源发出的并不是单色光；二是调制信号有一定的带宽。实际光源发出

6、的光不是单色的，而是有一定的波长范围。这个范围就是光源的线宽。在对光源进行调制时，可以认为信号是按照同样的方式对光源谱线中的每一分量进行调制。一般调制带宽比光源窄得多，因而可以认为光源的线宽就是已调信号带宽，但对高速和线宽极窄的光源，情况不一样。进入光纤中去的是一个调制了的光谱，如果是单模光谱，它将激发出基模；如果是多模光纤，则激发出大量模式。由此可以看出，光纤中的信号能量是由不同的频率成分和模式成分构成的，他们有不同的传播速度，从而引起比较复杂的色散现象。光纤的色散可以分为下面三类：1、）模间色散：在多模光纤中，即

7、使是同一波长，不同模式的光由于传播速度的不同而引起的色散称为模式色散。2、）色度色散：是指光源光谱中不同波长在光纤中的群延时差所引起的光脉冲展宽现象。1、）偏振模色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。当光纤存在双折射时，这两个模式的传输速度不同而引起的色散称为偏振模色散。二、偏振膜色散的概念偏振膜色散指单模光纤中偏振色散，简称PMD，是由光纤横截面微小的不对称性引起的色散。这种不对称性引起两个相互垂直的基本偏振模以不同的速度传播。由于经历了色散，即脉冲扩展，当接收器接收到这个合成的脉冲时要比发送端的脉冲

8、宽。起因于实际的单模光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，展宽量也不确定，便相当于随机的色散。随着传输速率的提高，该色散对通信系统的影响愈来愈明，而且越来越不可低估。三、偏振模色散对系统性能的影响在数字