高速光通信系统中的色散补偿
光纤通信第9章 色散限制补偿和管理解析
色散引起单模光纤输出脉冲展宽
1
光发射 包层 光输出 Vg ( 1 ) 纤芯 Vg ( 2 ) 包层 光强 光接收
2
光强
光强
t
1 o 2
输入光谱
t o 输入光脉冲
0
输出光脉冲
光纤色散的补偿
1、色散补偿光纤（DCF）
用负色散的色散补偿光纤对正色散标准单模光 色散 纤的色散进行补偿。 累积
光发 射机 色散补偿 光纤模块 传输 光纤
600 500 400 色散 300 累积 (ps/nm) 200 光接 收机 100 0 100 补偿后 补偿前
(ps/nm) 光接 收机
0
500
1000 1500 (km) 传输距离
2000
光纤色散的补偿
1、色散补偿光纤（DCF）
. nm) 色散补偿条件为： ps/(km 色 散 系 数 D
低频 入射光
高频
光纤色散的补偿
纤芯
啁啾光栅：光栅间距 n 在整个长度上线性变 化的光栅。
低频
2、光纤布拉格啁啾光栅色散补偿 反射光
n
高频 纤芯
2500 2000
折 入射光 射பைடு நூலகம்率 反射光 n (z )
折 射 率 图 9.6.6 n (z )
n n
群 延 1500 迟 ps 1000 500
z 光纤布拉格啁啾光栅色散 补偿 0 原理 155
光纤色散的补偿
2、光纤布拉格啁啾光栅色散补偿
光纤光栅
Lg
普通光纤
高频
低频 低频 高频
光环形器
250 260 270 280 290 300 310
光纤通信系统中色散补偿技术.doc
光纤通信系统中色散补偿技术光纤通信系统中色散补偿技术蒋玉兰浙江华达集团富阳，31 1400 【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。
文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。
最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。
1概述光纤通信的发展方向是高速率、大容量。
它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。
现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。
同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C类。
光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。
色散就是指不同颜色不同频率的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。
单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。
这些色散都会导致光脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。
对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。
G655光纤在 1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.110.0pb/nm·km）。
其色散值可以是正，也可以是负。
若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。
同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。
自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤G652的光缆，这类光缆工作在1550nm 波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。
所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。
光纤色散产生的因素有材料色散、波导色散、模式色散等等。
但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。
解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。
色散补偿原理
色散补偿原理色散补偿是指在光通信系统中，由于光纤的色散效应而引起的信号失真问题，需要采取一定的措施来进行补偿的原理。
色散是指不同波长的光在光纤中传输时由于光速不同而导致的信号传输延迟不同的现象，这会使得信号在传输过程中发生扭曲，影响系统的传输质量。
因此，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一个环节。
首先，我们来看一下色散补偿的原理。
色散补偿的主要方法有预色散补偿和后色散补偿两种。
预色散补偿是在光发射端进行的补偿，通过在光发射端加入特定的色散补偿器件，可以在光信号传输过程中对色散进行补偿，从而减小色散对信号的影响。
而后色散补偿则是在光接收端进行的补偿，通过在光接收端对接收到的信号进行处理，来消除色散引起的失真。
其次，色散补偿的原理是基于对光信号的频率特性进行调整。
由于色散效应导致不同频率的光信号在光纤中传输时产生不同的传输延迟，因此可以通过对光信号的频率特性进行调整来进行色散补偿。
预色散补偿可以通过在光发射端加入特定的色散补偿器件，来对光信号的频率特性进行调整，从而实现对色散的补偿。
后色散补偿则是通过在光接收端对接收到的信号进行数字信号处理，来对光信号的频率特性进行调整，从而消除色散引起的失真。
最后，色散补偿的原理是光通信系统中保证信号传输质量的重要手段。
在光通信系统中，由于光纤的色散效应会对信号的传输质量产生影响，因此需要采取一定的措施来进行色散补偿。
通过预色散补偿和后色散补偿两种方法，可以有效地对光信号的频率特性进行调整，从而减小色散对信号的影响，保证系统的传输质量。
综上所述，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一个环节，通过对光信号的频率特性进行调整，可以有效地消除色散引起的失真，保证系统的传输质量。
在实际应用中，需要根据具体的系统要求选择合适的色散补偿方法，从而实现对色散的有效补偿，保证光通信系统的正常运行。
光纤传输色散补偿与色散管理
色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。
对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，决定了电中继器之间的距离。
色散补偿是单纯地采用各种手段减小系统最终的残余色散，而色散管理除了考虑色散补偿外，同时还要考虑光纤非线性的影响，即使系统具有较大的本地色散和较小的残余色散。
这是因为光纤非线性的抑制和完全色散补偿是存在矛盾的，例如当光纤具有很低的色散时，则互相位调制和四波混频等非线性的危害就比较严重。
简单的色散补偿只考虑一阶色散补偿，但一阶色散补偿只能补偿零色散波长处附近的几个波长的色散，而对于长距离传输和高速率传输系统则需要考虑高阶色散补偿，即对色散斜率的补偿。
常用的色散补偿器件包括单模和光纤布拉格光栅。
单模色散补偿光纤DCF 是当前使用最广泛、技术最成熟的器件。
它具有特殊设计的折射率分布，因此具有较大的波导色散（表现为负色散），能和具有正色散的G .652、G .655光纤适配，完成色散补偿的功能。
但是DCF 的色散斜率偏小，不能完全补偿单模传输光纤的色散斜率，必要时需要对部分信道进行单独的色散补偿，另外，DCF 的有效面积小，非线性阈值功率低、光纤损耗大，所以在色散管理中需要综合考虑。
为了克服单模色散补偿光纤的缺点，高阶模色散补偿光纤（HOM-DCF ）被开发出来，它的优点是具有较大的负色散，较大的有效面积较大的相对色散斜率，从而能匹配各种NZDSF 。
其缺点是需要分立的模式转换器，既增加了成本又增加了插损，还会引入不同模式之间的多径干涉噪声（应该限制在-40dB 以下）。
高阶模色散补偿光纤的可靠性和实用性还有待进一步的研究，和单模DCF 一样，HOM-DCF 的色散补偿量不可以调节，限制了使用的灵活性。
光纤布拉格光栅的工作原理是利用啁啾光栅对不同波长信号的反射点不同，改变了信号的差分群时延，从而完成色散补偿的功能。
色散补偿技术研究
色散补偿技术研究色散补偿技术是一种在光通信中应用广泛的技术。
随着高速光通信的发展，色散补偿技术变得愈加重要。
本文主要介绍了色散补偿技术的基本原理、常用方法以及未来发展趋势。
一、色散补偿技术的基本原理色散是光在介质中传播时由于介质对不同波长的光折射率不同而引起的波长分散现象。
由于波长越长的光在介质中的折射率越低，所以波长越长的光在介质中需要走更长的路程才能到达终点。
这就导致了波长越长的光比波长越短的光传播速度更慢，进而使它们在一定距离后逐渐被分离出来。
这种现象被称为色散。
在光通信中，信号传输过程中会经过多段光纤。
如果传输的信号是多波长混合信号，由于不同波长的光在光纤中传播速度不同，就会导致信号的失真和衰减。
因此，需要采用色散补偿技术来抵消这种影响。
色散补偿技术的基本原理是在传输信号的过程中引入一个与色散相反的系数，使得不同波长的光信号能够在适当的距离后达到同步。
这样就可以有效消除信号的失真和衰减，提高传输质量。
二、常用的色散补偿方法1. 主动补偿法主动补偿法是指在发送端或接收端引入一定的调制方式来实现色散的抵消。
主要包括电气域和光域两种方式。
电气域的主动补偿方法是在发送端对光信号进行调制，通过引入相位调制或频率调制来抵消色散。
这种方法的优点是可以实现高速调制，缺点是需要增加设备复杂度和成本。
光域的主动补偿方法是通过采用具有反色散特性的光学元件，如光纤光栅或光纤光图案等来实现。
这种方法的优点是可以进行实时补偿，缺点是需要较高的功率和成本。
被动补偿法是指直接在光纤路径中引入补偿元件来实现色散的抵消。
主要包括单模光纤、分散补偿光纤、分布式反射器和灰色翻转等方法。
单模光纤是一种直径较小的光纤，具有较低的色散特性。
在一定的波长范围内，单模光纤可以保持较好的色散性能，因此可以用来减小色散的影响。
分散补偿光纤是一种具有负色散特性的光纤。
当信号经过分散补偿光纤时，由于其色散特性的反相，就能够抵消光纤传输过程中所引起的正色散。
高速光通信系统中色散补偿
高速光通信系统中的色散补偿1．前言随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加，色散问题日益显著。
已经铺设的常规光纤规G.652线路的零色散点位于1310nm，在1550 nm 处时则具有较大的色散系数(17ps/nm/km)，光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的积累引起脉冲展宽，导致严重的码间串扰，使得接收端产生误码现象，从而使传输特性变坏。
光纤色散补偿技术的研究，对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的容量具有尤其重要的意义。
色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用，发展高速全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。
色散补偿器件在高速传输系统及下一代智能光网络中有着广泛应用。
2. 技术方案简介目前商用的光学色散补偿模块，包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类，分别是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、GT标准具这三种技术方案。
2.1 色散补偿光纤色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值，通过改变光纤的芯径、掺杂浓度等结构参数，使零色散波长移至大于1550nm波长的位置，于是在1550nm 处得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。
为了得到高的负色散值系数，必须减小光纤芯径，增加相对折射率差，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0. 5~1dB/km)。
为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。
该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。
色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都是通过DCF+G.652光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿,能够从100GHz间隔系统平滑升级到50GHz间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、非线性效应以及模块尺寸大等缺点。
2.2 啁啾光纤光栅啁啾通常是指一种频率变化的现象。
如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光纤光栅。
用于高速光传输系统的色散补偿技术
术 特 点 以 及 国 内 外 研 究 情 况 ， 在 不 同 的 色 现
散补偿 技 术 正逐 步 成 熟并 走 向应 用 ， 于 系 基
统 的 需 要 ，色 散 补 偿 器 件 在 向 宽 带 、 调 谐 可
光 纤 通 过 工 艺 的 改 进 ， 以有 效 的 抑 制 Ｐ 可 ＭＤ。
ＶＩ ＰＡ ａｅ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｒ ｎｒ ｕ ｅ ｎ ｈ ｓ ａ ｅ ． ｏ
Ｎｏ 。 ｗ
ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｄ ｓ ｅ ｓ ｏ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｉ ｓ ｉ ｒ ｎ ｉｐ ｒ ｉ ｎ ｏ ｅ ｓ ｔ传 输 系 统 用 到 的 光 纤 主 要 有 常 规 单 模 光 纤 Ｇ．５ ６ ２、 色 散 位 移 光 纤 （ Ｓ Ｇ．５ Ｄ Ｆ） ６ ３以 及 非 零 色 散 位 移 光 纤 （ Ｚ Ｄ Ｆ） ．５ Ｎ — Ｓ Ｇ ６ ５， 其 中 Ｇ．５ ６ ３光 纤 的 零 色 散 位 置 在 １５ ｕ ．５ ｒ ｎ 附 近 ， 适 合 用 来 传 输 Ｃ 波 段 Ｄ Ｄ 信 号 。早 期 的 Ｎ — Ｓ 不 Ｗ Ｍ Ｚ ＤＦ 色 散 值 比 较 小 ， 载 Ｄ Ｄ 信 号 时 非 线 性 现 象 比较 严 重 ， 承 Ｗ Ｍ 于 是 康 宁 和 朗 讯 分 别 研 制 出 了 新 一 代 的 大 有 效 面 积 Ｌ ＡＦ光 Ｅ 纤 和 低 色 散 斜 率 的 Ｔｕ ｗ ｖ Ｓ 光 纤 ， 适 用 于 高 速 或 超 长 ｒｅ ａ ｅＲ Ｄ Ｄ 光 传 输 系 统 ， 散 略 高 于 早 期 的 Ｎ — ＭＦ， 效 面 积 Ｗ Ｍ 色 Ｚ Ｓ 有
方 向发 展 。
色散补偿技术
4、光相位共轭色散补偿
光相位共轭（OPC）色散补偿法又称中间频 谱反转法。光相位共轭器是利用光介质中的非线 性效应——“四波混频”获得输入光脉冲的频谱反转 脉冲，即相位共轭脉冲。光相位共轭色散补偿是 在两根长度和色散特性相同的传输光纤之间插入 光相位共轭器，经第一根光纤传输后发生畸变的 信号脉冲经相位共轭器转换为相位共轭脉冲，再 经第二根光纤的传输而被整形恢复。
高速光纤通信系统中，光纤损耗、色散和非线 性效应是限制系统传输性能的主要因素。
光放大器的普遍采用解决了光纤损耗补偿问题。 随着光纤通信单信道传输速率的不断增大，色散 补偿就成为高速光纤通信的关键技术之一。国内、 外已对色散补偿技术进行了广泛的理论和实验研 究，提出了许多各具特色的色散补偿技术方案。
色散补偿技术
PMD补偿方法
由于已敷设的大量标准单模光纤在短期内还 不可能被完全取代，为了充分利用已有资源，发 展高速光通信系统一种比较经济的方法就是对 PMD进行补偿。因此，在国际上如何补偿PMD已 成为研究热点。目前，用于PMD补偿的技术有很 多，概括起来主要有电补偿方法、光电结合法和 光补偿方法。
光相位共轭器的色散补偿系统原理
5、色散支持传输
色散支持传输（ DST ） 是采用频移键控 （FSK）调制方式在常规单模光纤上传输。
DST的优点是无需外调制，线路上也不用加 色散补偿器。结构相对简单、易于实现。在远距 离点对点通信中有良好的应用前景。缺点是要求 光源有良好的调频特性。在码速率较高时，激光 器瞬态啁啾的存在会使误码率变大。而且，DST 需改造现有系统的光发送和接收部分。它不适用 波分复用系统。
2、预啁啾技术
啁啾（chirp）是指产生光脉冲调制时引入的附加线性 调频，也即光脉冲的载频随时间变化。 预啁啾技术（Pre-chirp）是在发送端引入预啁啾 （和传输光纤色散引起的啁啾相反），使发送的光脉冲 产生预畸变，结果经光纤传输后抵消传输光纤色散引起 的啁啾，延长了传输距离。
高速光通信系统中的色散补偿解析
高速光通信系统中的色散补偿1．前言随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加，色散问题日益显著。
已经铺设的常规光纤规G.652线路的零色散点位于1310nm，在1550 nm处时则具有较大的色散系数(17ps/nm/km)，光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的积累引起脉冲展宽，导致严重的码间串扰，使得接收端产生误码现象，从而使传输特性变坏。
光纤色散补偿技术的研究，对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的容量具有尤其重要的意义。
色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用，发展高速全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。
色散补偿器件在高速传输系统及下一代智能光网络中有着广泛应用。
2. 技术方案简介目前商用的光学色散补偿模块，包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类，分别是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、GT标准具这三种技术方案。
2.1 色散补偿光纤色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值，通过改变光纤的芯径、掺杂浓度等结构参数，使零色散波长移至大于1550nm波长的位置，于是在1550nm处得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。
为了得到高的负色散值系数，必须减小光纤芯径，增加相对折射率差，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0. 5~1dB/km)。
为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。
该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。
色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都是通过DCF+G.652光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿,能够从100G Hz间隔系统平滑升级到50GHz间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、非线性效应以及模块尺寸大等缺点。
2.2 啁啾光纤光栅啁啾通常是指一种频率变化的现象。
如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光纤光栅。
高速光通信系统色散补偿技术研究
ｇ ａ ｉ ｇｓ ｉ ｈｅ ｍ ｏｓ ｏｍ ｉｉ ｃ ｍ ｅ Ｆｉ ａ ｌ ｈ ｆ ｒ ｒ ｅｖ ｌ ｒ ｔｎ ｓ ｔ ｔｐｒ ｓｎｇ ｓ ｈｅ ． ｎ ｌｙ ｔ ｅ ｕ ｕ ｅ ｄ ｅｏｐｍ ｅ ｏｆｄｉｐｅ ｓｏｎ ｃ ｐｅ ａｔｏｎ ｔ ｃ ｎｔ ｓ ｒ ｉ ｏｍ ｎｓ ｉ ｅ ｈｎｏ ｏ ｅ ｎ— ｌ ｇｉｓ ａ ｔｃｐａ ｅ ｉｉ ｔ ｄ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｄｉｐ ｓｏｎ ｃ ｐｅ ａ ｉ ｓ ｅｒ ｉ ｏｍ ｎｓ ｔｏｎ；ｆｂ ｒ Ｂｒ ｇｇ ｇｒ ｔｎ ｉ ｅ ａ ａ ｉｇ； ｄｉｐ ｒ ｉｎ ｃ ｓ ｅ ｓｏ ｏｍ ｐ ｓ ｔｏｎ ｆｂ ｒ；ｒｉｕ ｌｉ ａ ｅ ｐ ｓ ｄ ｅｎ ａ ｉ ｉ ｅ ｔ ａ ｍ ｇ ｈａ ｅ
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光纤通信中的色散补偿技术研究
光纤通信中的色散补偿技术研究随着现代通信技术的不断发展和应用，网络通信的传输速率已达到了Gbps级别，如光纤通信作为现代化通信技术的代表，也在不断地创新和进步中。
光纤通信中的一大难题就是色散补偿技术研究。
本文将从色散补偿的定义、作用及发展历程、常见的色散补偿技术以及未来展望四个方面阐述光纤通信中的色散补偿技术研究。
一、色散补偿的定义、作用及发展历程光在光纤中的传输损耗分为衰减损耗和色散损耗。
而色散是指在光纤中传输的短脉冲信号由于频率成分不同，传输速度也不同，导致在接收端时产生的信号失真，从而影响通信质量。
色散是光纤通信中最主要的非线性影响之一，对光纤的信号传输质量影响非常大。
因此，为了降低色散对信号的影响，提高光纤通信的传输质量，产生了色散补偿技术。
所谓色散补偿，就是为了抵消被随着光在光纤中的传输而带来的色散效应，使得信号在光纤中的传输过程中保证其波形的完整性和稳定性，从而使得与光纤通信相关的应用得到了进一步的提高。
色散补偿技术起源于20世纪70年代。
最初的色散补偿方案是采用相对简单的信号加上反向的信号渐变来补偿色散。
随着光棒、皮尔斯反射器、光纤布拉格光栅等新颖元件的发明及其不断的发展，导致色散补偿技术逐渐趋于完善。
二、常见的色散补偿技术目前，色散补偿技术主要分为被动色散补偿、主动色散补偿和混合色散补偿三种。
其中，被动色散补偿技术的原理是利用专用的光学器件把传输信号的波长进行引导，并通过一定的制造工艺，实现信号波形的优化，从而减少或抵消色散效应。
主动色散补偿技术则是利用光载荷流体进行调制，使得不同波长的光速度发生变换，从而达到调整光信号的效果。
混合色散补偿其实就是将前两种技术相结合，产生更加复杂的色散补偿方案，实现色散的更高效减少。
从具体的应用范围来看，被动色散补偿技术主要适用于高速中长距离传输。
这是由于，被动色散补偿的补偿机制固定、稳定，适用于光路在传输过程中对信号进行的完整性保护。
而主动色散补偿技术，适用于灵活的波长调制应用。
高速光相干通信系统中的混合色散补偿
ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅ
ｈｙｂｒｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ
ｏｎ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
ｔｏ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
２混合色散补偿中的ＥＥＰＮ
考虑如图１的光相干通信系统模型，发送信号Ｘ（ｔ）是一组复信号ｘ。经过传输波形滤波器 ｂ（ｔ）后的波形，其表示为：
髫（ｆ）＝∑‰ｂ（ｔ—ｎ￡）
（１）
图１
混合色散补偿的光相干通信系统
其中Ｔ。为符号周期，ｅ’币‘’和ｅＪ‘ｐＲ（Ｉ）分别是发射机激光器Ｔｏ和本征激光器Ｌｏ引入的相位
１０８
的６５％左右，在更长距离和高速率的光纤传输中，其累积的残留色散的值将更大，对系统的影 响也更大，根据混合色散光相干通信系统模型，不同的残留色散与ＤＣＦ补偿的总色散的比率 在不同信噪比情况下的相位噪声方差不同，可以看出，残留色散的值越大，由于使用ＥＤＣ而引 入的ＥＥＰＮ导致相位噪声方差越大，要求接收机接收信号的光信噪比（ＯＳＮＲ）更高。残留色 散比率的值为ｌ时，对应于无ＤＣＦ，完全使用ＥＤＣ进行色散补偿的情况，即使信噪比增加到 ３０ｄＢ，相位噪声方差仍大于０．０１，而过大的相位噪声方差使得载波相位估计模块难以很好的 滤除载波相位噪声，严重影响系统性能。而在使用混合色散补偿的方式中，残留色散比率的值 为０时，对应于波长１５５０ｎｍ处的情况，此时色散被ＤＣＦ完全补偿，没有残留色散，此波长的信 号不存在ＥＥＰＮ，所以相位噪声方差也是最小。参照合理的残留色散的比率，取残留色散值比
ＺＨＡＮＧ Ｈｕ ＣｏＵｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
光纤通信系统中的色散补偿问题综述
光纤通信系统中的色散补偿问题综述1.Introduction光纤通信具有高速率、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究的重要热点。
2.Concept of Dispersion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.Dispersion Causes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，那么,光纤会存在双折射，模传输常数β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。
高速光通信系统色散补偿技术研究
高速光通信系统色散补偿技术研究高速光通信系统色散补偿技术研究本文关键词：色散，技术研究，补偿，光通信，系统高速光通信系统色散补偿技术研究本文简介：为了满足人们对信息日益增长的需求，干线光通信系统正在朝长距离、高速率密集波分复用(DWDM)系统演进。
此时，光纤的色散及非线性对系统的影响日益突出。
光纤色散使光脉冲在传输中时域展宽，导致通信系统的误码增加，限制了系统的无中继传输距离。
因此，如何经济有效的对色散进行补偿，成为人们研究的重点之一。
随着光高速光通信系统色散补偿技术研究本文内容：为了满足人们对信息日益增长的需求，干线光通信系统正在朝长距离、高速率密集波分复用(DWDM)系统演进。
此时，光纤的色散及非线性对系统的影响日益突出。
光纤色散使光脉冲在传输中时域展宽，导致通信系统的误码增加，限制了系统的无中继传输距离。
因此，如何经济有效的对色散进行补偿，成为人们研究的重点之一。
随着光通信系统的进一步发展，当传输速率发展到10Gb/s，40Gb/s 甚至更高时，就遇到了偏振模色散(PMD)的困扰。
在普通的一阶色散和高阶色散均被补偿以后，如果不消除光纤及CFBG色散补偿器件的PMD，传输皮秒量级的光脉冲将很困难。
CFBG的PMD情况已引起人们的重视。
要想真正实现CFBG色散补偿的普通单模光纤高速、长距离传输系统走向实用化，色散补偿传输系统的PMD是一个重要问题。
早在1978年，S.C.Rashleigh和R.Ulrich就发现光纤中的随机双折射会造成脉冲展宽，这种现象被称为偏振模色散(PMD：polarizationmodedispersion)。
在以前的低速率光纤通信系统中，PMD的影响不是很明显，因为普通色散效应对系统的限制作用远远超过PMD的影响。
但是随着色散补偿技术的出现与应用，在利用色散补偿光纤解决色散问题的光纤链路中，由于色散补偿光纤具有较小的面积，因此对纤芯的椭圆度比较敏感，通常具有较大的PMD系数。
光纤通信系统中的色散问题及其补偿研究
高速光纤通信的色散补偿技术2015学年第1学期考试科目光纤通信原理姓名年级2014级专业电子科学与技术2015年1月15日高速光纤通信系统的色散补偿问题###（重庆邮电大学光电工程学院重庆400065）摘要：本文首先对色散进行了较全面的概述，提出并分析各项光纤参数对通信系统的影响。
简单的说明了色散补偿的原理，介绍了当代的几种光纤色散补偿技术，进而将这些方法进行多方面的比较分析，展望色散补偿研究前景。
关键词：光纤通信；色散补偿；脉冲展宽；比较；Optical communication system of dispersion problems andcompensation research####(The Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China) Abstract:This paper first to dispersion is comprehensive overview of, put forward and analysis the optical fiber parameters on the influence of the communication system. A short description of the dispersion compensation principle, this paper introduces several kinds of contemporary optical fiber dispersion compensation technology, and a lot of these methods of comparative analysis, looking to the dispersion compensation research prospect.Key word:Optical Fiber Communication;Dispersion Compensation;Pulse Broadening;Compare;0 前言近年来，随着电信业务的发展和需求的不断增长，需要传输系统提供更高的容量，目前普遍采用波分复用技或提高传输速率来增加系统的容量。
高速光通信系统中偏振模色散自适应补偿器的设计与实现的开题报告
高速光通信系统中偏振模色散自适应补偿器的设计与实现的开题报告一、题目高速光通信系统中偏振模色散自适应补偿器的设计与实现二、研究背景及意义随着光通信技术的不断发展，高速光通信系统已经成为光通信技术的主流。
高速光通信系统中，偏振模色散是一个非常严重的问题，它会造成信号的失真和误码率的提高，从而降低系统的传输性能。
为了解决这个问题，需要引入偏振模色散自适应补偿器。
偏振模色散自适应补偿器可以在线补偿偏振模色散引起的相位差，从而提高系统的传输性能和稳定性。
因此，研究和设计高效的偏振模色散自适应补偿器具有重要意义。
三、研究目标和内容本课题的主要目标是设计和实现一种高效的偏振模色散自适应补偿器，用于高速光通信系统中。
具体研究内容包括：1. 分析偏振模色散对系统的影响，建立模型并模拟计算；2. 研究自适应控制算法，设计适用于偏振模色散自适应补偿器的算法；3. 设计硬件电路和软件程序，实现自适应补偿器的功能；4. 对自适应补偿器进行实验验证，测试并优化系统的传输性能。
四、研究方法和技术路线本课题的研究方法和技术路线包括：1. 理论分析和建模：通过理论分析和建立偏振模色散的数学模型，研究偏振模色散对系统的影响，为设计和实现自适应补偿器提供理论基础。
2. 算法研究：基于偏振模色散的数学模型和自适应控制理论，研究适合于偏振模色散自适应补偿器的算法，优化算法结构和参数设置。
3. 硬件设计和实现：根据算法设计硬件电路，实现偏振模色散自适应补偿器的功能，包括采集信号、自适应控制和输出补偿信号等。
4. 系统测试和优化：对偏振模色散自适应补偿器进行测试和优化，评估系统的传输性能，包括误码率和传输距离等指标。
五、预期成果本课题的预期成果包括：1. 对偏振模色散对高速光通信系统性能的影响进行理论分析，并建立数学模型和仿真计算模型。
2. 设计和实现高效的偏振模色散自适应补偿器，包括硬件电路和软件程序。
3. 对偏振模色散自适应补偿器进行测试和优化，并评估其在高速光通信系统中的性能。
高速光通信系统中偏振模色散补偿方案研究的开题报告
高速光通信系统中偏振模色散补偿方案研究的开题报告
一、选题背景
随着通信技术的快速发展，高速光通信系统已成为现代通信网络的重要组成部分，它具有大带宽、高速率、低损耗等优势，广泛应用于数据中心互连、城域网、广域网
等领域。
然而，高速光通信系统在传输信号时会受到许多噪声和干扰，其中偏振模色散是较为普遍的一种干扰方式，它会使信号在传输过程中失真、衰减，甚至无法被接收。
因此，如何有效地对偏振模色散进行补偿，成为高速光通信系统中的一项重要研究方向。
二、研究目的
本研究旨在探究高速光通信系统中偏振模色散的形成原因、影响机理及补偿方法，为提高高速光通信系统的可靠性、稳定性和传输性能提供参考和支持。
三、研究内容
1. 偏振模色散的概念、特点及影响机理
2. 偏振模色散补偿方法的研究现状及不足之处
3. 基于SOA（半导体光放大器）的前向纠错技术实现偏振模色散补偿
4. 系统实验平台的建设与测试
四、研究意义
1. 提高高速光通信系统的可靠性、稳定性和传输性能。
2. 探究光通信中偏振模色散的补偿方法，为开发新型光通信器件提供技术支持。
3. 深入研究光通信系统的光子学和信号处理技术，推动光通信技术的发展和进步。
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高速光通信系统中的色散补偿
1．前言
随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加，色散问题日益显著。
已经铺设的常规光纤规G.652线路的零色散点位于1310nm，在1550 nm处时则具有较大的色散系数(17ps/nm/km)，光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的积累引起脉冲展宽，导致严重的码间串扰，使得接收端产生误码现象，从而使传输特性变坏。
光纤色散补偿技术的研究，对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的容量具有尤其重要的意义。
色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用，发展高速全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。
色散补偿器件在高速传输系统及下一代智能光网络中有着广泛应用。
2. 技术方案简介
目前商用的光学色散补偿模块，包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类，分别是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、GT标准具这三种技术方案。
2.1 色散补偿光纤
色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值，通过改变光纤的芯径、掺杂
浓度等结构参数，使零色散波长移至大于1550nm波长的位置，于是在1550nm处得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。
为了得到高的负色散值系数，必须减小光纤芯径，增加相对折射率差，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0. 5~1dB/km)。
为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。
该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。
色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都是通过DCF+G.652光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿,能够从100G Hz间隔系统平滑升级到50GHz间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、非线性效应以及模块尺寸大等缺点。
2.2 啁啾光纤光栅
啁啾通常是指一种频率变化的现象。
如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光纤光栅。
啁啾可以是线性的，也可以是非线性的。
当光脉冲信号通过图1总长度为L的啁啾光栅（周期由大到小）时，信号的长、短波长分量分别在光纤的头、尾部反射，则短波分量比长波分量多走了2L的路程，从而补偿了由群速度不同而导致的色散，起到压缩由于光纤传输所导致的光脉冲展宽的作用。
对于10Gb/s及其以上的系统，系统商开始选择啁啾光纤光栅进行色散补偿。
特点
是插入损耗很小，且损耗与补偿距离无关，几乎不受光纤非线性影响，对光信号的延迟非常低，模块体积小且成本低。
图 1 啁啾光栅色散补偿原理
2.3 GT标准具
基于GT标准具技术的色散补偿模块，其核心元件GT标准具是由两个平行反射镜构成，前一片是低反镜，后一片是全反镜，镜片之间的介质折射率小于反射镜的折射率。
GT标准具使光信号中不同的光谱分量所传输的光程不同，产生周期性的色散效果。
当该色散周期与信道间隔匹配时，该方案可同时补偿所有DWDM信道的色散。
采用单级GT标准具，色散补偿范围和工作带宽有限。
通过多个GT标准具级联，参见图2中的配置，结合标准具内光学介质的热光效应，通过加热器改变温度，精确控制每个标准具群时延曲线的峰值波长位置，不仅实现大范围的色散量调节，同时也拓宽了通道工作带宽，可用于系统的可调色散补偿。
图 2 级联型GT标准具
图 3 级联型GT标准具工作原理
2.4 技术方案对比
表1对以上三种技术优缺点进行了对比，从图4和图5中插入损耗和延迟这两项指标的比较，我们发现啁啾光纤光栅具有插入损耗低和低传输延迟特征。
表 1 色散补偿技术方案对比
图 4 各类方案插入损耗指标对比
图 5 各类方案的延迟对比
3. 高速光通信系统中的色散补偿
高速光通信系统中的色散管理复杂，不同类型的传输系统对色散补偿有不同的要求，可参见表2（仅列出了部分应用） ,结合表1 我们发现现有的色散补偿技术都无法全面满足各类系统要求，实际应用当中需要具体分析系统色散特点，采用多种色散补偿技术相结合的方式
表 2 高速光通信各类应用对色散补偿要求
对于超长距离传输应用，由于啁啾光纤光栅和GT标准具存在着群时延抖动，当器件级联后，会给系统带来传输代价，此时首选色散补偿光纤技术，由于色散补偿光纤无法100%补偿色散斜率，同时也要考虑在接收端进行通道间残余色散补偿。
对于海底光缆传输系统，为了减少超长距离传输带来的色散累积问题，传输光缆采用的是不同类型的光纤混合配置，或者采用低色散系数光纤，在接收端由于传输光纤色散斜率的原因，参见图6，中间信道的色散能够得到完全补偿，两边的信道残余色散高达+/-4000ps/nm，参见图7，在接收端只能采用啁啾光栅的技术方案进行通道间残余色散补偿。
图 6 海缆传输接收端残余色散
图 7 利用啁啾光纤光栅对海缆传输的残余色散进行补偿
对于40Gb/s高速光通信系统，他们的色散补偿具有精确性及时变性的特点。
第一，由于系统色散容限与信号速率的平方成正比，40Gb/s系统的色散容限仅为50ps/nm 左右。
因此在系统当中，必须使用色散补偿技术在接收端对每个信道信号的残余色散进行精确补偿，确保在接收机工作在色散容限范围内。
第二，在实际应用当中同时还要考虑到传输系统器件的老化、长途传输线路受到沿途气候影响、运行环境的改变等众多因素，它们可能使信道中的色散随时间改变，这就要求系统在接收端对色散补偿后的信号进行残余色散的检测，需要采用基于啁啾光纤光栅或者GT标准具的可调色散补偿模块。
另外，随着运营商对网络的动态可重构性要求日益增长，可重构光分插复用、光交叉设备逐渐实用化。
可重构性网络存在着网络管理等一系列待以解决的问题，其中就包括如何对网络进行色散管理。
可重构性网络中的波长信道有可能是来自远端节点．也有可能是来自近距离的节点，信号在特定点的色散补偿量随着网络配置变化而变化，这种应用下需要大调节范围的可调色散补偿器。
4. 色散补偿产品介绍
武汉光迅科技股份有限责任公司的光学色散补偿模块，分为固定型色散补偿和可调型色散补偿两大类，产品已经通过Telcordia 1209/1221可靠性试验，产品符合Ro HS要求，除了常规指标，可以根据客户需求进行定制，满足传输系统的各项要求。
目前已经提供国内各大系统厂商使用。
图 8 光迅科技的色散补偿产品
图 9 各类产品简介。