4. 色散补偿技术
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1 R 2 tan 1 tan(kL) 1 R
时延函数：
c( f )
1 d ( f ) 2 df
通过适当设计干涉腔长L和部分反射 镜的反射率R，可以得到线性时延曲 线，对光纤色散进行补偿。
基于GTI的色散补偿器
考虑到器件的温度稳定性，GTI干涉器的隔圈一般采用铟钢材料。 以压电陶瓷作为隔圈材料，可以制成可调色散补偿器。 以MEMS技术制作GTI干涉器，也可以制成可调色散补偿器。
色散与带宽
在光纤中传输的光脉冲，并非绝对的单色光，因色散作用，脉宽 逐渐展宽，以致相邻脉冲之间不能分别，引起码间串扰。
芯 包层
t
数据速率越高，越容易产生码间串扰 传输距离越长，越容易产生码间串扰 因此色散影响了光纤的传输带宽=速率×距离
t
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
第四章 色散补偿技术
张敏明：mmz@hust.edu.cn 万助军：zhujun.wan@gmail.com 华中科技大学光电学院
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
n
h(t )
n
C (t nT)
通过对接收光信号在电域进行抽样、软件优化和信号复原，能有效 地调整接收信号的波形，恢复由于色散、偏振模色散(PMD)和非线 性引起的光信号展宽和失真，从而达到色散补偿的效果。
EDC技术的实现方式
FFE—前馈均衡器，是一个线性滤波器，具有与光纤相反的传输特性， 抵消色散的线性成分。 DFE—判决反馈均衡器，补偿失真信号的非线性成分。
k 0
傅立叶变换
H ( ) ak e jk
k 0
格状光路的色散和光谱特性
8级延迟线构成的格状光路
随着补偿量的增加，时延曲线出现失真，光谱平坦度劣化。
色散补偿效果
30km
50km
在信道中心频率±5GHz的带宽 内，时延差异小于5ps。 需要补偿的是信道之内的色散，信 道之间的色散对通信系统无影响。
传统的色散补偿光纤
G.652@C+L波段
DCF@C+L波段
采用多层波导结构，并对参数进行优化， 产生与普通单模光纤相反的色散特性。 DCF对G.652的补偿比大约为1:6.5
DCF截面折射率分布
光子晶体光纤
PCF可以进行灵活的波导结构设计，产生与普通单模光纤相反的色散 特性，其色散补偿能力比DCF强得多。 尚未商用
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
近似线性的光纤时延曲线
S 0 L 2 4 0 L f ( ) 8 2
50km
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
GTI干涉器
GTI―Gires-Tournois interferometer 与FP干涉器类似，一面反射镜镀高反 膜，另一面反射镜镀部分反射膜。 IIR―Infinite Impulse Response 无限冲击响应系统，输入一个光脉冲， 在时域上得到无数个等时延的输出脉 冲。 多光束干涉叠加，反射光相对于入射 光的相移为：
S 0 L c 2 4 f 2 2 0 2 L f (f) 8 f c
线性拟合： l ( f ) a f f c L
传输函数的构造与实现
构造一个传输函数：
f H ( f ) exp j cos 2 f p
EDC技术的基本原理
t
在数据判决前加一个横向滤波器，总传 输函数为光纤与滤波器传输函数之积：
H ' () H () T ()
横向滤波器传输函数为谐波叠加，总传 输函数可消除码间干扰：
通过傅立叶逆变换得到横向滤波器的时 域特性，为一系列冲击函数的叠加：
T ( )
n
Cn e jnT
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
升余弦切趾啁啾FBG的色散特性
取样啁啾FBG的色散特性
基于FBG的色散补偿器
光信号通过啁啾FBG后，短波长的光比长波长的光时延大。 通过应力改变光栅周期，可调节色散补偿量。 成功商用的技术
GTI型色散补偿器的光谱和时延曲线
具有很好的通带平坦度
色散补偿量取决于干涉器的 腔长和部分反射镜的反射率
www.hust.edu.cn
主要的EDC模块供应商：Broadcom、Scintera 、Infineon/Finisar 、 Agilent等。 单模光纤应用：80km→120km 多模光纤应用：支持10G以太网传输300m。
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
c( f )
1 d argH ( f ) sin 2 f 2 df fp fp
2
时延曲线为正弦型：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
aLf p 在中心频率附近为近似线性， 调整斜率以补偿光纤色散： 2
以上传输函数可由基于PLC技术的格状光路来实现：
H (t ) ak (t k )
光纤中的色散
模间色散
材料色散
G.652光纤中的色散：普通单模光 纤，零色散点位于1310nm处。
波导色散
光纤的分类
G.652 G.653
单模光纤，典型直径8.3/125um，阶跃折射率： G.652－普通单模光纤，零色散点1310nm，在高速通信中会因色散引起误码； G.653－色散位移光纤（DSF），零色散点1550nm，DWDM非线性效应，四波混频； G.655－非零色散位移光纤（NZDSF），零色散点偏离1550nm，避免四波混频； G.654－在1550nm损耗最低0.185dB/公里，适应海底光缆长距离通信要求； G.656－全波光纤，标准酝酿中，为城域网优化设计，可用波长增加100nm； G.657－小弯曲半径单模光纤，适用于FTTH室内布线。 多模光纤： OM1－直径62.5/125um，阶跃折射率； OM2－直径50/125um，渐变折射率，优化设计模间色散； OM3－直径50/125um，渐变折射率，支持10Gbps传输300米.
时延函数：
c( f )
1 d ( f ) 2 df
通过适当设计干涉腔长L和部分反射 镜的反射率R，可以得到线性时延曲 线，对光纤色散进行补偿。
基于GTI的色散补偿器
考虑到器件的温度稳定性，GTI干涉器的隔圈一般采用铟钢材料。 以压电陶瓷作为隔圈材料，可以制成可调色散补偿器。 以MEMS技术制作GTI干涉器，也可以制成可调色散补偿器。
色散与带宽
在光纤中传输的光脉冲，并非绝对的单色光，因色散作用，脉宽 逐渐展宽，以致相邻脉冲之间不能分别，引起码间串扰。
芯 包层
t
数据速率越高，越容易产生码间串扰 传输距离越长，越容易产生码间串扰 因此色散影响了光纤的传输带宽=速率×距离
t
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
第四章 色散补偿技术
张敏明：mmz@hust.edu.cn 万助军：zhujun.wan@gmail.com 华中科技大学光电学院
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
n
h(t )
n
C (t nT)
通过对接收光信号在电域进行抽样、软件优化和信号复原，能有效 地调整接收信号的波形，恢复由于色散、偏振模色散(PMD)和非线 性引起的光信号展宽和失真，从而达到色散补偿的效果。
EDC技术的实现方式
FFE—前馈均衡器，是一个线性滤波器，具有与光纤相反的传输特性， 抵消色散的线性成分。 DFE—判决反馈均衡器，补偿失真信号的非线性成分。
k 0
傅立叶变换
H ( ) ak e jk
k 0
格状光路的色散和光谱特性
8级延迟线构成的格状光路
随着补偿量的增加，时延曲线出现失真，光谱平坦度劣化。
色散补偿效果
30km
50km
在信道中心频率±5GHz的带宽 内，时延差异小于5ps。 需要补偿的是信道之内的色散，信 道之间的色散对通信系统无影响。
传统的色散补偿光纤
G.652@C+L波段
DCF@C+L波段
采用多层波导结构，并对参数进行优化， 产生与普通单模光纤相反的色散特性。 DCF对G.652的补偿比大约为1:6.5
DCF截面折射率分布
光子晶体光纤
PCF可以进行灵活的波导结构设计，产生与普通单模光纤相反的色散 特性，其色散补偿能力比DCF强得多。 尚未商用
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
近似线性的光纤时延曲线
S 0 L 2 4 0 L f ( ) 8 2
50km
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
GTI干涉器
GTI―Gires-Tournois interferometer 与FP干涉器类似，一面反射镜镀高反 膜，另一面反射镜镀部分反射膜。 IIR―Infinite Impulse Response 无限冲击响应系统，输入一个光脉冲， 在时域上得到无数个等时延的输出脉 冲。 多光束干涉叠加，反射光相对于入射 光的相移为：
S 0 L c 2 4 f 2 2 0 2 L f (f) 8 f c
线性拟合： l ( f ) a f f c L
传输函数的构造与实现
构造一个传输函数：
f H ( f ) exp j cos 2 f p
EDC技术的基本原理
t
在数据判决前加一个横向滤波器，总传 输函数为光纤与滤波器传输函数之积：
H ' () H () T ()
横向滤波器传输函数为谐波叠加，总传 输函数可消除码间干扰：
通过傅立叶逆变换得到横向滤波器的时 域特性，为一系列冲击函数的叠加：
T ( )
n
Cn e jnT
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
升余弦切趾啁啾FBG的色散特性
取样啁啾FBG的色散特性
基于FBG的色散补偿器
光信号通过啁啾FBG后，短波长的光比长波长的光时延大。 通过应力改变光栅周期，可调节色散补偿量。 成功商用的技术
GTI型色散补偿器的光谱和时延曲线
具有很好的通带平坦度
色散补偿量取决于干涉器的 腔长和部分反射镜的反射率
www.hust.edu.cn
主要的EDC模块供应商：Broadcom、Scintera 、Infineon/Finisar 、 Agilent等。 单模光纤应用：80km→120km 多模光纤应用：支持10G以太网传输300m。
第四章 色散补偿技术
4.1 色散对光纤通信系统的影响 4.2 电子色散补偿技术 4.3 色散补偿光纤 4.4 基于FBG的色散补偿器 4.5 基于PLC技术的色散补偿器 4.6 基于GTI的色散补偿器
c( f )
1 d argH ( f ) sin 2 f 2 df fp fp
2
时延曲线为正弦型：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
aLf p 在中心频率附近为近似线性， 调整斜率以补偿光纤色散： 2
以上传输函数可由基于PLC技术的格状光路来实现：
H (t ) ak (t k )
光纤中的色散
模间色散
材料色散
G.652光纤中的色散：普通单模光 纤，零色散点位于1310nm处。
波导色散
光纤的分类
G.652 G.653
单模光纤，典型直径8.3/125um，阶跃折射率： G.652－普通单模光纤，零色散点1310nm，在高速通信中会因色散引起误码； G.653－色散位移光纤（DSF），零色散点1550nm，DWDM非线性效应，四波混频； G.655－非零色散位移光纤（NZDSF），零色散点偏离1550nm，避免四波混频； G.654－在1550nm损耗最低0.185dB/公里，适应海底光缆长距离通信要求； G.656－全波光纤，标准酝酿中，为城域网优化设计，可用波长增加100nm； G.657－小弯曲半径单模光纤，适用于FTTH室内布线。 多模光纤： OM1－直径62.5/125um，阶跃折射率； OM2－直径50/125um，渐变折射率，优化设计模间色散； OM3－直径50/125um，渐变折射率，支持10Gbps传输300米.