超长距离1550nm 光纤传输系统中色散补偿理论的研究

《超长距离1550nm 光纤传输系统中色散补偿理论的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、超长距离1550nm光纤传输系统中色散补偿理论的研究宋英雄,林如俭凌云光子技术集团[摘要]随着中国广电网络规模的扩大及向运营级网络的发展，出现了有线电视大范围（地市级）联网的需求。这种需求对副载波复用电视光纤传输系统提出了新的挑战和要求。本文对1550nm超干线进行了理论和实验探讨，重点研究了超长距离CATV传输的非线性失真问题及组合二阶互调(CSO)劣化的补偿技术。指出，由于光纤中非线性自相位调制（SPM）现象的存在，以往电信1550nm光纤干线的色散补偿概念和设计方法在1550nmSCM光纤干线上是无效的。又指出，迄今为止

2、许多关于1550nmSCM光纤超干线的色散补偿技术的工程技术报道都没有建立在完整的、清醒的理论认识的基础之上。本文给出了关于1550nmSCM超干线的的色散补偿技术的严格的的理论分析和实验验证。[关键词]色散补偿（FiberDispersionCompensation）,自相位调制（Self-PhaseModulation）,非线性（Non-linearity),组合二次互调（CSO），啁啾光纤光栅（ChirpedFiberGrating）I引言超长距离光纤CATV系统的主要问题是由于光纤色散和自相位调制（SPM）引起的系统C

3、SO指标的严重劣化。国际上从90年代中期开始对这个问题进行了[1-8,10-13]一些研究，但是由于在国外特别是光纤有线电视系统最发达的北美地区对超长距离光纤CATV系统传输的需求不大，对此问题的研究在90年代末以后再没有系统的研究文献发表。然而在中国，市县级长距离联网的需求强烈，近几年来已采用不同的技术进行了超长距离光纤CATV系统设计和色散补偿的一些实验和工程实践，但基本上都采用经验试凑法，缺乏理论指导，以致技术方案未臻最佳，甚至没有可移植性。要进行长距离传输，当然采用1550nm波长，因为在1550nm波长石英光纤的损耗

4、最低（0.2dB/km）,又可以利用掺铒光纤放大器延长传输距离。但是常规单模光纤（ITU-TG.652）在1550nm波长的色散常数高达17ps/km/nm。光纤在大功率下的非线性现象（如自相位调制）与光纤在长距离上的强烈色散相结合，发生光波电场的寄生调相到寄生调幅的转换，导致副载波复用光纤传输系统的非线性指标—组合二阶互调（CSO）大大劣化，同时载噪比受到制约。如何对付这个问题，是对超长距离副载波复用光纤传输系统的最大挑战。对光纤中自相位调制现象的可能的克服办法之一是在光发送机内对发送光波施加外相位调制（pre-chirp，

5、予啁啾），使其产生的效果与自相位调制的后果[7-8]抵消。但这种抵消只发生在一个特定的距离，在这个距离以前和以后的各点CSO比没有予啁啾时还要差。克服办法之二是实行对光纤的色散补偿。由于光纤中的自相位调制要通过光纤色散才能转化为额外的光波强度调制，人们希望从1控制光纤色散的角度来克服光纤非线性的影响，已提出的控制措施有：采用大有效截面的非零色散位移单模光纤（ITU-TG.654），如Corning公司的Leaf光纤，它在1550nm波长的色散常数很小，就可以避免长距离上的CSO[9]劣化。这个措施的成本较高。在ITU-TG.6

6、52常规单模光纤已经铺设的前提下不可取。对ITU-TG.652光纤链路施加色散补偿。色散补偿可用色散补偿模块（DCM）[10-12][13]或色散补偿光纤（DCF）实现。DCM有光纤Bragg光栅和G-P腔等，其中线性啁啾Bragg光纤光栅成本较低，适于应用。迄今国际上设计DCM并研究其应用效果多是针对数字通信系统。人们在实验中发现，数字通信用光纤光栅DCM在副载波复用光纤传输系统中使用时效果并不好，其原因是什么呢？从数字光纤通信系统的色散补偿原理看，DCM被放在光纤链路中哪个位置都一样，只要链路的总色散被降低到容许的数值即可

7、。但在SCM模拟光纤传输系统中，同一个DCM被放在系统中的各个部分，其对系统CSO的补偿效果是不同的。究竟把DCM放置在什么地方才好呢，不同人根据实验提出的说法不一，而对于DCM的最佳位置始终没有理论上的解答。若采用DCF，DCF的最佳色散量和最佳长度又如何决定？这些问题也有待回答。问题的解决涉及了光纤系统中的复杂的物理过程，一系列现象和过程，如激光器外部相位调制（予啁啾）对光纤中自相位调制的抵消作用及对SBS的影响；线性啁啾Bragg光栅的时延抖动对多副载波互调失真的影响及最佳切趾波形的选择；光纤放大器(EDFA)－色散补偿

8、器(DCM)多级级联链路中EDFA/DCM最佳位置）的求解及DCF最佳长度的确定等等都有待进行理论分析和实验验证。解决这些问题的理论核心是在光源予啁啾、多级EDFA级联和色散补偿条件下光纤中非线性薛定锷微分方程的求解。本文首先由非线性薛定谔方程得出多级掺铒光纤放大器（EDFA