光纤通信第六章2-色散补偿
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2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪 12
6）色散管理技术
色散管理技术的基本思想是在通信链路中交替使 用正色散光纤和负色散光纤.
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
13
将相移系数在中心频率附近展成泰勒级数
( ) n( )
c
1 1 2 0 ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) 3 2 6 1 d m m m ( ) 0 m d m m! d m 0 d 1 d vg d 群速度
2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪 9
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3) 预啁啾技术
对光源加一小的正 弦调制,使初始脉冲 前沿的频率低,后沿 的频率高。
2015-5-21
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10
4）色散支持传输法（DST）
（Dispersion Supported Transmission）是利用激光器 的调频特性，采用频移键控 （FSK）调制方式，先对激光 器进行频率调制，由于传输中 的色散作用，在接收端，再转 换为光强的变化。
发射波形
t DL 2 DL / c =1/B
瞬态啁啾和光强调制影响性 能。
北京邮电大学顾畹仪 11
接收波形
2015-5-21
5）频谱反转法
频谱反转器
E1(t)
SMF1
SMF2
E2(t) z
0
L1
L1+L2
频谱反转法基本设想是在线路中间位置加一个非线性 器件进行四波混频，混频所生成的信号频谱与原信号频谱 反转，即具有相反的啁啾，继续传输时便可抵消前一段传 输时积累的色散。
对G652光纤，在1.55um为正色散(D为正)， 越短， vg越大，时延越小.
2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪 3
光源的频率啁啾
调制过程中的频率啁啾，对DFB激光器，
d (t ) { ln p(t ) kp(t )} 4 dt k 2 /(Vact h )
第6.2节 色散的积累和色散的补偿
1、光纤的色散
1）群速度色散 2）偏振模色散
2、群速度色散补偿方案
1) 2) 3) 4) 5)
2015-5-21
DCF（Dispersion Compensation Fiber) 啁啾光纤光栅 预啁啾技术 色散支持传输法 预啁啾技术
北京邮电大学顾畹仪 1
1）群速度色散（Group Velocity Dispersion)
Ds Ls Dc Lc 0
Ds Ls ( 1 ) Dc Lc ( 1 ) 0
' '
2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪 8
2) 啁啾光纤光栅
光纤布拉格光栅原理 示意图
B 2neff
基本设想是在光学波导上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上的
每一点都可以看成是一个本地布拉格光栅的通带和阻带滤波器； 由于群速度色散，入射光脉冲中的短波长分量（高频分量）群速 度高，经过光纤传输以后位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被 反射，而长波长分量位于脉冲的后沿，使其在脉冲的起始端就被反 射，于是就补偿了群速度色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原； 优点是器件的体积小，补偿效率高，其缺点是补偿带宽较窄，目 前人们正在研制宽带啁啾光纤光栅以适应WDM系统的需要。
2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪 2
为群速度色散, 光纤的色散参数D与 的关系:
2
d d 1 d D d d v g d d d 2 d 2C 2 ( ps / nm km) 2 d d DL 群时延差
Ï à¶ÔÕÛÉä Ê
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
6
经DCF补偿前 （OpticSimu 平台仿真结果）
2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪
经DCF补偿后
7
利用LP11模在截止频率附近巨大的负色散来补偿常规光纤中的正色散 关键技术是如何有效地进行模式转换，激励起所需要的高阶模； 这种补偿光纤的负色散可达－600ps/nm.km，总品质因数通常只能达 到－100ps/nm.dB； 不但可以补偿群速度色散（GVD），还可以补偿二阶色散。
--LD的线宽增强因子
k — 比例系数 Г为光限制因子 为增益饱和因子… 上式第一项为瞬态啁啾， 第二项为绝热啁啾
2015-5-21 北京邮电大学顾畹仪 4
2) 偏振模色散
d x d y 1 1 v gx v gy d d
2015-5-21
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5
2、群速度色散补偿方案 1) 色散补偿光纤（DCF）
p
rc
rd
d
rr
° ë ¾¶ r
基于基模LP01模色散补 偿光纤折射率的分布
采用较小的光纤芯径和 适当的折射率设计得到较 大的光纤波导色散，从而 使得该光纤在＝1.55m 处呈现较大的负色散。 负色散光纤的色散值可 达到-300 ps/nm.km 补偿光纤品质因数可达 -300ps/nm/dB
6）色散管理技术
色散管理技术的基本思想是在通信链路中交替使 用正色散光纤和负色散光纤.
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将相移系数在中心频率附近展成泰勒级数
( ) n( )
c
1 1 2 0 ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) 3 2 6 1 d m m m ( ) 0 m d m m! d m 0 d 1 d vg d 群速度
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3) 预啁啾技术
对光源加一小的正 弦调制,使初始脉冲 前沿的频率低,后沿 的频率高。
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4）色散支持传输法（DST）
（Dispersion Supported Transmission）是利用激光器 的调频特性，采用频移键控 （FSK）调制方式，先对激光 器进行频率调制，由于传输中 的色散作用，在接收端，再转 换为光强的变化。
发射波形
t DL 2 DL / c =1/B
瞬态啁啾和光强调制影响性 能。
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接收波形
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5）频谱反转法
频谱反转器
E1(t)
SMF1
SMF2
E2(t) z
0
L1
L1+L2
频谱反转法基本设想是在线路中间位置加一个非线性 器件进行四波混频，混频所生成的信号频谱与原信号频谱 反转，即具有相反的啁啾，继续传输时便可抵消前一段传 输时积累的色散。
对G652光纤，在1.55um为正色散(D为正)， 越短， vg越大，时延越小.
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光源的频率啁啾
调制过程中的频率啁啾，对DFB激光器，
d (t ) { ln p(t ) kp(t )} 4 dt k 2 /(Vact h )
第6.2节 色散的积累和色散的补偿
1、光纤的色散
1）群速度色散 2）偏振模色散
2、群速度色散补偿方案
1) 2) 3) 4) 5)
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DCF（Dispersion Compensation Fiber) 啁啾光纤光栅 预啁啾技术 色散支持传输法 预啁啾技术
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1）群速度色散（Group Velocity Dispersion)
Ds Ls Dc Lc 0
Ds Ls ( 1 ) Dc Lc ( 1 ) 0
' '
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2) 啁啾光纤光栅
光纤布拉格光栅原理 示意图
B 2neff
基本设想是在光学波导上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上的
每一点都可以看成是一个本地布拉格光栅的通带和阻带滤波器； 由于群速度色散，入射光脉冲中的短波长分量（高频分量）群速 度高，经过光纤传输以后位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被 反射，而长波长分量位于脉冲的后沿，使其在脉冲的起始端就被反 射，于是就补偿了群速度色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原； 优点是器件的体积小，补偿效率高，其缺点是补偿带宽较窄，目 前人们正在研制宽带啁啾光纤光栅以适应WDM系统的需要。
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为群速度色散, 光纤的色散参数D与 的关系:
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d d 1 d D d d v g d d d 2 d 2C 2 ( ps / nm km) 2 d d DL 群时延差
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经DCF补偿前 （OpticSimu 平台仿真结果）
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经DCF补偿后
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利用LP11模在截止频率附近巨大的负色散来补偿常规光纤中的正色散 关键技术是如何有效地进行模式转换，激励起所需要的高阶模； 这种补偿光纤的负色散可达－600ps/nm.km，总品质因数通常只能达 到－100ps/nm.dB； 不但可以补偿群速度色散（GVD），还可以补偿二阶色散。
--LD的线宽增强因子
k — 比例系数 Г为光限制因子 为增益饱和因子… 上式第一项为瞬态啁啾， 第二项为绝热啁啾
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2) 偏振模色散
d x d y 1 1 v gx v gy d d
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2、群速度色散补偿方案 1) 色散补偿光纤（DCF）
p
rc
rd
d
rr
° ë ¾¶ r
基于基模LP01模色散补 偿光纤折射率的分布
采用较小的光纤芯径和 适当的折射率设计得到较 大的光纤波导色散，从而 使得该光纤在＝1.55m 处呈现较大的负色散。 负色散光纤的色散值可 达到-300 ps/nm.km 补偿光纤品质因数可达 -300ps/nm/dB