光纤通信系统中的色散补偿问题综述

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1、光纤通信系统中的色散补偿问题综述1.Introduction光纤通信具有髙速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。但损耗和色散是长期阻碍光纤通信向前发展的主要因素。伴随着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的主要因素。如何控制色散以便提高光纤通信系统的性能，成为光纤通信研究的热门课题之一。目前对于光纤的色散已经提出了很多补偿方法，主要有色散补偿光纤（DCF）,啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转），全通滤波器、预啁啾等。随着以上各方法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散补偿技术，又相继提出了色散管理孤子，密集色散管理孤子等技术。色散管理成为近年来光纤通信前沿研

2、究的重要热点。2.ConceptofDispersion由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传播速率，从而引起色散。也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传播期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。3.DispersionCauses通常把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。a）模式色散模式色散是多模光纤才有的。多模光纤中，即使是同一波长，模式不同传播速度也不同，它所引起的色散称为模式色散。不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光

3、波之间产生了群时延差，假设光纤可以传输多个模式，其中高次模到达输出端所需的时间较长，结果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式到达的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽。b）模内色散模内色散亦称颜色色散或多色色散。主要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量具有不同的群速度，结果导致光脉冲的展宽。模内色散包括材料色散和波导色散。c）偏振色散通常的轴对称单模光纤是违背“单模”名称的。实际上有可能传播着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向（设为X方向与y方向）上偏振的（即在这些方向上具有场分量的）偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着一些轴不对称

4、，那么，光纤会存在双折射，模传输常数P对于X,y方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引起的色散叫偏振色散。4.ImpactontransmittedsigalduetoDispersiona）色散限制光信号一次传输的距离在信号的传输过程中，信号靠波形的有无来判断。由于色散使脉冲变形，为了准确地判断波形的有无，需要减少单位时间内传输的脉冲数（也就是减少比特率），或在波形未过度展宽时，就进行波形的恢复和放大，故色散的存在限制了光信号一次传输的距离。另外，在传输距离相同的情况下，色散越大，单位时间内传输的信息量越小。b）色散引起脉冲信号失真，产生码间干扰光纤通信都是采用

5、脉冲编码形式，即传输一系列的“1”、“0”光脉冲，一个非零线宽的实际光源被基带进行强度调制。强度调制就是使光波的强度与调制信号电流成正比地变化。调制信号等同地调制光源的每一波长成分。不同波长在光纤中的传输速度不同，它们到达终端的时间不同，即有时延差。由于各波长成分到达的时间先后不一致，因而使叠加后的脉冲加宽，这叫做脉冲展宽。传输的距离越远，展宽越严重，这表明光纤的色散引起脉冲信号失真，使前后码产生码间干扰。1.ResearchonthemethodsofDispersionCompensation为了去除色散的影响，人们研究了多种色散补偿方法，主要有色散补偿光纤，均匀光纤光栅，相位共

6、轭(中点谱反转)，全通滤波器，预啁啾以及色散管理孤子等。a)DispersionCompensationFiber(DCF)色散补偿光纤(DCF)是一种在1550nm波长有很高负色散的光纤(-50〜-500ps/nm.km)。色散补偿光纤是通过控制石英掺杂量以及光纤结构设计，使光纤的材料色散和波导色散相加后，零色散波长移到大于1550mn的位置，从而在1550nm附近有较大的负色散。使用DCF进行色散补偿，只需要增加少量色散补偿光纤和掺铒光纤放大器，就可达到色散补偿的目的；DCF的色散补偿量可以控制，且性能稳定。但是，DCF也有一些缺点：1)有插损，2)DCF的损耗系数比普通单模光纤

7、的损耗大,3)不利于实现器件的小型化，DCF可以提供比普通光纤大得多的色散(5-10倍)，但要补偿100km的光纤色散需要上十km的DCF。4)非线性效应，为获得更大的色散，DCF的芯径通常在4um左右，远小于约为9um的普通单模光纤，由于芯区面积的减小，致使DCF中的非线性比普通光纤大2-4倍，在高速波分复用系统中这种非线性将进一步限制传输距离。b)UniformFiberGrating(UFG)均匀光栅是指光栅周期沿光纤方向是均匀的。可以利用均匀光纤光