光纤通信 普通高等教育十五 国家级规划教材 教学课件 作者 顾畹仪 第07章.ppt

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1、第七章扩大容量和增加功能的新光通信技术7.1色散补偿7.2光时分复用技术7.3光分组交换7.4量子通信7.1色散补偿7.1.1概述色散对光通信系统的影响G.652光纤的衰减特性及不同类型光纤的色散特性比较情况1：当系统采用内调制，即直接调制DFB激光器时，因受色散限制而可能可得的最大中继距离Lmax＜当采用G.652光纤的系统的码速率达到2.5Gbit/s时，其最大的中继距离只有42km情况2：当系统采用外调制时，脉冲的初始频率啁啾可以减小到几乎为零，这时系统因受色散限制而可能取得的最大中继距离Lmax＜当码速率为10Gbit/s时，最

2、大中继距离下降到30km色散严重地限制了系统的传输性能降低光纤的GVD，可提高系统的码速率与距离积（BL）。通常采用的方法有以下3种采用色散位移光纤（G.653DispersionShiftedFiber，DSF），在1.550m处其色散系数接近于零，损耗为0.24dB/km采用非零色散位移光纤（NZDSF）采取适当的色散补偿（DispersionCompensation）技术，减少甚至抵消光纤色散的影响7.1.2色散补偿原理将单模光纤中模式的相位系数()在中心频率0附近展开成泰勒级数其中可以用非线性薛定谔方程来描述光信号在光纤中

3、的演变过程若忽略3不计，则上式的解可写为：单一频率的光脉冲经过长为L的单模光纤的时延是T=L/vg，vg为群速度设光脉冲的谱宽为，则脉冲展宽程度由下式决定用代替色散补偿就是要通过各种线性或非线性的方法，抵消上面两式中的色散系数，使总合的色散系数趋于零，进而使T为零7.1.3色散补偿光纤色散补偿光纤（DispersionCompensationFiber，DCF）法就是用一段在1.550ｍ处具有负色散系数的光纤去抵消常规光纤或NZDSF中的正色散系数对于单信道系统，设传输光纤的长度和色散系数分别为L1和D1，色散补偿光纤的

4、长度和色散系数分别为L2和D2，则色散完全补偿的条件为D1L1+D2L2= 0对于DWDM系统，必须同时补偿色散和色散斜率，设高阶色散（即3）可忽略，补偿条件为DS1L1+ DS2L2=0用DCF法进行色散补偿7.1.4啁啾光纤光栅法啁啾光纤光栅的工作原理7.1.5预啁啾技术在光通信中，啁啾指脉冲信号的相位随时间的变化率。光信号在色散系数为负的光纤中传输时，高频成分因传播速度较快而逐渐集中到脉冲的前沿，低频成分因传播速度较慢而逐渐集中于脉冲的后沿，并且两者之间的时差越来越大，脉冲就变得越来越宽。预啁啾就是在脉冲进入光纤之前，使它的相位适

5、当地随时间变化，使脉冲从前沿到后沿的频率逐渐升高（即正啁啾），从而脉冲在传输过程中有一个初始变窄过程，抵消由于色散导致的脉冲变宽效应，起到色散补偿的作用7.1.6色散支持传输法基本原理：高速数字信号在光强度调制（IM）的同时还伴有频移键控（FSK）调制，从而使信号中的“0”和“1”因幅度不同而频移不同，光频率随光功率的增大而增大。它们之间的波长差为B为码速率，D是色散系数7.1.7频谱反转法在常规G.652光纤中继段的中间插入一个半导体光放大器（SemiconductorOpticalAmplifier，SOA）或一段DSF作为非线性介质

6、。由于非线性介质中的FWM效应，光信号通过时产生频谱反转波（又称相位共轭波）。频谱反转波与原信号波具有时间反演的性质，在光信号的继续传输过程中，原本相位超前的频率成分之相位将逐渐落后，原本相位落后的频率成分之相位将逐渐超前。因此，由色散和非线性引起的信号畸变会被补偿。7.1.7频谱反转法光孤子就是一种能在很长距离上仍保持脉冲形状不变的光通信方法，所以基于光孤子的色散补偿法自然而然地引起了人们的注意常规单模光纤加入DCF再辅以恰当的色散补偿方案，也可以进行光孤子传输，此时的孤子振幅和宽度都随着传输距离而周期性变化，因此称为准孤子或色散管理孤

7、子7.1.9偏振模色散补偿技术PMD起因于光纤的双折射现象单模光纤中两个正交的偏振模基本原理为：首先在光域或电域上将两个偏振模信号分开，然后用延迟线分别对它们进行延时，在反馈回路的控制下使两个偏振模之间的时延差为零，最后将补偿后的两个偏振模信号混合输出7.2光时分复用技术7.2.1概述光复用技术主要有两种WDM技术光时分复用（OpticalTimeDivisionMultiplexing，OTDM）技术7.2.2光时分复用原理OTDM是光域中的时分复用和解复用，它把各个支路光信号变换成高速率、窄超短脉冲信号，然后间插到复用信道中已分配好的

8、时隙上。7.2.3光时分复用关键技术1．超短光脉冲发生技术2．光复用/解复用技术OTDM复用器主要采取并行和串行两种复用结构并行复用结构串行复用结构OTDM解复用器是OTDM系统中最关键的器件