光纖課程設(shè)計——色散補(bǔ)償分析

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1、目錄1課程設(shè)計題目12課程設(shè)計目的I3課程設(shè)計時間14課程設(shè)計環(huán)境15課程設(shè)計任務(wù)16課程設(shè)計原理16.1概述16.2色散及其分類26.3色散補(bǔ)償光纖（DCF）36.4碉啾光纖光柵（CFBG）色散補(bǔ)償46.5偏振模色散補(bǔ)償法（PMD）57課程設(shè)計過程及調(diào)試、結(jié)果67.1負(fù)色散光纖補(bǔ)償（DCF）67.2光纖光柵色散補(bǔ)償（FBG）87?3偏振模色散補(bǔ)償（PMD）138課程設(shè)計體會16參考文獻(xiàn)161課程設(shè)計題目色散補(bǔ)償分析2課程設(shè)計目的要求學(xué)生根據(jù)題目要求，尋找相關(guān)資料，了解理論知識，并且掌握一種光通信系統(tǒng)設(shè)計軟件OptiSystem的使用；要求學(xué)生熟悉色散補(bǔ)償原理，熟悉軟件，會應(yīng)用軟件

2、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，調(diào)試，獲得相關(guān)結(jié)果，并可以對結(jié)果進(jìn)行分析；同時也考驗同學(xué)們的白學(xué)能力、解決問題的能力以及合作精神。3課程設(shè)計時間1周（2014年6月23fl-2014年6月27FI）4課程設(shè)計環(huán)境基丁-windows7系統(tǒng)，用Optisystem7.0軟件進(jìn)彳亍仿真5課程設(shè)計任務(wù)熟悉OptiSystem軟件的使用，基于OptiSystem軟件完成色散補(bǔ)償?shù)姆抡嬖O(shè)計，對色散補(bǔ)償元件的性能做相應(yīng)的性能測試和模擬，增強(qiáng)研究問題解決問題的動手能力。6課程設(shè)計原理6.1概述冃前，光纖線性通信己不能滿足現(xiàn)在信息處理傳輸?shù)囊螅驗樗嬖谥齻€主要的缺陷：其一是光纖的色散，其二是光纖損耗，其三是非

3、線性。低損耗光纖和摻餌光纖放人器的廣泛應(yīng)用解決了高速光纖通信系統(tǒng)的傳輸損耗問題。光纖的色散又能有效抑制四波混頻等汕線性效應(yīng)，因此，色散問題已成為光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行升級擴(kuò)容的主要障礙。受色散的影響，傳輸速率為10Gbit/s、光脈沖寬度為50ps的系統(tǒng)只能傳輸40km。傳輸速率為80Gbit/s時，傳輸距離不足2km0為了兼顧色散和非線性兩種要索，人們提出了一種折衷方案，即將光纖的零色散點(diǎn)偏離1.55um窗口使Z在1?55um波長處的色散不為零，約冇2?6ps/km.nm的色散，這就是G.655光纖。當(dāng)光纖傳輸?shù)乃俾瘦^低、距離較短時，采用G、655光纖進(jìn)行傳輸?shù)霓k法是可行的。但是，G.

4、655光纖并沒有解決色散問題，高速、長距離傳輸中仍然需要色散補(bǔ)償。并且由于其低色散，光纖的非線性效應(yīng)使通道間距為50GIIz的波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)。而G.652光纖在1.55um窗口處的人色散可以冇效的抑制非線性，通過色散補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)通道間距為50GH7的WDM系統(tǒng)的傳輸毫無問題。迄今為止，全世界鋪設(shè)的光纖干線長達(dá)2億公里以上，其中的80%為G.652光纖。我國的八縱八橫主要干線鋪設(shè)的基本也都是G.652光纖。隨著全球信息業(yè)務(wù)量的迅猛增加,通信網(wǎng)絡(luò)必然要進(jìn)一步向高速大容量方向發(fā)展，開發(fā)已冇光通信系統(tǒng)的潛力，在G.652光纖上開通高速系統(tǒng)，關(guān)鍵問題是色散補(bǔ)償。6.2色散及其分

5、類光信號在光纖傳輸中不但幅度會因損耗而減小，波形亦會發(fā)生愈來愈大的失真，脈沖展寬，從而限制了光纖的最高信息傳輸速率。這種失真是由丁信號屮的各種分量在光纖屮的群速度不同（因而時延不同）引起的。這些分量包括發(fā)送信號調(diào)制和光源譜寬屮的頻率分量及光纖屮的不同模式分量。時延失真是由于光纖色散而產(chǎn)生的，光纖色散包括以下四種：（1）模間色散：多模光纖屮由于各個導(dǎo)模Z間群速度不同造成模間色散在發(fā)送機(jī)多個導(dǎo)模同時激勵時，各個導(dǎo)模貝有不同的群速，到達(dá)接收端的時刻不同。（2）波導(dǎo)色散：這是某個導(dǎo)模在不同波長（光源有一定的譜寬）下的群速度不同引起的色散，它與光纖結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)效應(yīng)有關(guān)，又稱為結(jié)構(gòu)色散。（3）材

6、料色散：這是由于光纖材料的折射率隨光頻率呈非線性變化，而光源有一定譜寬，于是不同的波長引起不同的群速度。（4）偏振模色散：普通單模光纖實(shí)際上傳輸兩個相互正交的模式，實(shí)際在單模光纖存在各種少量隨機(jī)的不確定性，不對稱性，造成了兩個偏振模的群時延不同，導(dǎo)致偏振模色散。在這四項色散中，波導(dǎo)色散和材料色散正比于光源的譜寬，故總稱波長色散，它們的相對大小，與光源本身譜寬及調(diào)制邊帶寬度冇關(guān)。對單模光纖，沒冇模間色散，波導(dǎo)色散與材料色散是主要的，它們的相對大小又與工作波長冇關(guān)。對于多模光纖，模間色散與材料色散是主要的，波導(dǎo)色散可略去不計。6.3色散補(bǔ)償光纖(DCF)其基木原理是通過對光纖的芯徑及折

7、射率分布的設(shè)計，利用光纖的波導(dǎo)色散效應(yīng)，使其零色散波長大于1.55微米，即在1.55微米波長處產(chǎn)生較大的負(fù)色散，這樣當(dāng)常規(guī)光纖和色散補(bǔ)償光纖級聯(lián)使用吋，兩者將會互相抵消。若用IX和幾分別表示常規(guī)光纖和色散補(bǔ)償光纖在X處的色散系數(shù)，J和L.分別表示常規(guī)光纖和色散補(bǔ)償光纖的傳輸距離，則當(dāng)滿足2厶+pc￡=O(6_1)時，群時延色散被補(bǔ)償，當(dāng)滿足&厶(44)+DZ(2—4)=0?2)時，二階色散被補(bǔ)償。式中DJ和D,是氏和IX的微商。斜率補(bǔ)償型DCF的優(yōu)點(diǎn)是帶寬不受限制，產(chǎn)