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12课程设计目的I3课程设计时间14课程设计环境15课程设计任务16课程设计原理16.1概述16.2色散及其分类26.3色散补偿光纤（DCF）36.4碉啾光纤光栅（CFBG）色散补偿46.5偏振模色散补偿法（PMD）57课程设计过程及调试、结果67.1负色散光纤补偿（DCF）67.2光纤光栅色散补偿（FBG）87・3偏振模色散补偿（PMD）138课程设计体会16参考文献161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

2、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白学能力、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23fl-2014年6月27FI）4课程设计环境基丁-windows7系统，用Optisystem7.0软件进彳亍仿真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，增强研究问题解决问题的动手能力。6课程设计原理6.1概述冃前，光纤线性通信己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

3、线性。低损耗光纤和掺餌光纤放人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频等汕线性效应，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10Gbit/s、光脉冲宽度为50ps的系统只能传输40km。传输速率为80Gbit/s时，传输距离不足2km0为了兼顾色散和非线性两种要索，人们提出了一种折衷方案，即将光纤的零色散点偏离1.55um窗口使Z在1・55um波长处的色散不为零，约冇2〜6ps/km.nm的色散，这就是G.655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，G.

4、655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50GIIz的波分复用（WDM）系统很难实现。而G.652光纤在1.55um窗口处的人色散可以冇效的抑制非线性，通过色散补偿，实现通道间距为50GH7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G.652光纤。我国的八纵八横主要干线铺设的基本也都是G.652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，开发已冇光通信系统的潜力，在G.652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

5、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。这种失真是由丁信号屮的各种分量在光纤屮的群速度不同（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屮的频率分量及光纤屮的不同模式分量。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：多模光纤屮由于各个导模Z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，各个导模貝有不同的群速，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

6、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冇关。对单模光纤，没冇模间色散，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冇关。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)其基木原理是通过对光纤的芯径及折

7、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使用吋，两者将会互相抵消。若用IX和几分别表示常规光纤和色散补偿光纤在X处的色散系数，J和L.分别表示常规光纤和色散补偿光纤的传输距离，则当满足2厶+pc£=O(6_1)时，群时延色散被补偿，当满足&厶(44)+DZ(2—4)=0©2)时，二阶色散被补偿。式中DJ和D,是氏和IX的微商。斜率补偿型DCF的优点是带宽不受限制，产