光纤传输中的色散特性

光纤色散补偿技术
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，因而对色散补偿的研究是一项 极有意义的课题。
色散补偿光纤（DCF）
L 1D 1()L 2D 2()0
(10)
色散补偿前后累积色散随距离变化的典型图样
光纤布喇格光栅色散补偿（FBG）
虚拟图像相移阵列技术(VIPA)
偏振模色散PMD补偿方法
偏振模色散的补偿技术也称均衡技术，是在接收端利用电域的技术或光 域的技术,以及光电混合的技术,对于由效应引起的信号损伤进行恢复。
光纤传输中的色散
主要内容
• 历史背景及发展现状 • 色散的基本概念、原理和分类 • 色散补偿技术研究
10G
历史背景及发展现状
数据业务爆炸式增长 单信道速率正向40Gbit/s，甚至更高速率发展 影响光纤通信系统的因素
622M
2.5G
色散的来自百度文库义：
色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速 度不同 ,而引起传输信号畸变的一种物理现象。在光纤中 ,脉冲色散越小 , 它所携带的信息容量就越大。其链路的色散累积直接影响系统的传输性能 , 这在波分复用(WDM)系统中尤为重要。
D L
(6)
其中
2 In 2
c
2 0
(7)
色散的测量
相移法测量单模光纤色散的实验原理示意图
2N i(2N2)
i1i d D()
(8)
i1i d
单模光纤色散测量实验装置示意图
光纤色散种类
材料色散 波导色散 偏振模色散 模式色散
单模光纤总色散导致的脉冲展宽为：
t m a t w P M D [ D m a t () D w () ] L D P M D L(9)
(z)0
1(42zIn2)2 02
(2)
群速度色散：
2c d2 D(d2)0
2c2
其中，
0
(2In2)1/2
(3)
飛び
那么传播一段距离L后，脉冲宽度表达式为：
(L)0 1(2Inc2D L02 2)2
(4)
在 DL2 02 下，上式化简为：
(L) 2In2 DL2
(5)
c 0
我们可以把式(5)改写成：
光域补偿
光域补偿是在光纤传输链路中插入光学器件来控制光的偏振态和调整延时, 从而实现 PMD 的补偿。一个完整的光域补偿器设备基本上都由三个部分 构成: 补偿单元, 反馈信号和控制单元。下图 所示为偏振模色散补偿结构 示意图。
色散补偿技术的展望
(1)色散管理光缆系统 (2)色散补偿光纤放大器 (3)动态可调谐色散补偿器件
色散展宽：
三维图
脉冲展宽的成因
我们从麦克斯韦方程出发，得到光脉冲振幅 A 在时域中的表达式为：
A % ( z ,t ) 2 1 A % ( 0 , ) e i te x p [ ( 2 i 2 A % 2 6 13 A % 3 ) z ] d (1)
为了简化计算，我们忽略三阶色散，并且只考虑单模光纤下情况。那么 上式包络在z处的脉冲持续时间可以写成半峰宽度（FHWM）的形式，即
谢谢 观赏
1
d d 0
1
Vg
为群速度色散的倒数
2
d 2 d 2
0
为群速度色散(GVD)
3
d 3 d 3
为三阶色散
0
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电域补偿
电域补偿是最先出现的偏振模色散补偿方案, 它利用分集接收技术分别接 收不同的偏振分量后, 再在接收电路中分别插入不同的相移达到消除偏振模色 散的目的。
优点：结构紧凑, 性能稳定, 技术比较成熟, 缺点：补偿能力不可避免的要受到电子瓶颈的限制, 响应速率不高, 对 40Gbit/s 及以上传输系统不适用。