非线性效应及举例
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• 光学克尔效应。当所加的是光频电场时，如果 光足够强 ,也会发生同样的现象。此时Δn正比 于作用在介质中的激光束的光强,即Δn =K*|E*E|。
6
自相位调制SPM
• 即光纤中激光强度的变化导致光纤折射率的变化，引起光信号自身的 相位调整，这种效应叫做自相位调制SPM 。
• 由于折射率对光强存在依赖关系，在光脉冲持续时间内折射率发生变 化，脉冲峰值的相位对于前、后沿来说均是延迟的，这种相移随着传 输距离的增加而积累起来，达到一定距离后显示出相当大的相位调制， 从而使光谱展宽导致脉冲展宽，这就称为自相位调制SPM。
距离的增长和复用的波数的增加，EDFA放大输出的光信号功率会接近27dBm ，
SRS 产生的机率会增加。
•
因G.653 光纤的等效芯经面积小于G.652 光纤，受激拉曼散射SRS 门限值
要低于采用G.652 光纤的系统，在G.653光纤上产生SRS 的概率要大。
5
克尔效应的理论公式
• 各向同性的介质如玻璃，石蜡，水，硝基苯等， 在强电场作用。由于其分子受到电力的作用而 发生取向(偏转)，呈现出各向异性的光学性质， 表现出双折射现象，即沿两个不同方向物质对 光的折射能力有所不同。折射率差值Δn与电场 强度的平方成正比，这种与电场二次方成正比 的电感应双折射现象ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为克尔效应。
非线性效应及举例
开发二部 唐明星
1
非线性效应及举例
非线性效应是指强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应，包 括光学谐波，倍频，受激啦曼散射，双光子吸收，饱和吸收，自聚焦， 自散焦等。
光纤传输的非线性效应
• 在光通信系统中，光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的， 呈线性效应。增加入纤光功率可以在增加传输距离的同时保持足够大的 OSNR。实践表明这会造成各种各样的非线性问题。通常情况下，玻璃材 料中的非线性效应非常微弱。但是当光信号在光纤中传输时，由于光纤 的芯径非常小，致使光纤中光信号的功率密度很高。
• 信道越密集、传输跨段数越多，XPM效应对DWDM系统的 影响越大。
8
四波混频
•
四波混频FWM亦称四声子混合，是光纤介质三阶极化实部作用产生的一种光
波间耦合效应，是因不同波长的两三个光波相互作用而导致在其它波长上产生所
3
受激布里渊散射SBS
• SBS是光纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用窄谱 线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激 布里渊散射SBS 的门限时（SBS的门限较低，对于1550nm 的 激光器，一般为7~8dBm ），将有很强的前向传输信号光转 化为后向传输，表现为信号光功率抖动及光纤损耗显著变 大。
• SBS效应可以将信号光能量转移给频率下移且反向传输的 Stokes光。SBS效应不仅给系统带来噪声，而且造成信号的 一种非线性损耗，限制入纤光功率的提高，并且降低了系 统光信噪比，影响功率放大，严重限制传输系统性能提高。
• SBS 对WDM系统的影响主要是引起系统通道间的串扰及信 道能量的损失。布里渊频移量在1550nm 处约为10~11GHz ， 信道间隔靠近10~11GHz 时，SBS 将成为信道串扰的主要因 数。
•
光纤中的非线性效应包括：①散射效应、②源于克尔效应的那些非线
性效应，包括自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频
（FWM）等。SPM是某光信道激发的光纤非线性折射率对该信道本身产
生的附加相位调制，XPM和FWM是某个信道受邻近信道的非线性干扰。
这些效应是造成传输代价的主要原因。
•
非线性效应一般在WDM系统上和长跨距系统上反映较多，因需采用
伤，在较宽信道间隔的多信道系统中，较短波长信号通道由于受激拉曼散射
SRS，使得一部分光功率转移到较长波长的信号信道中，从而可能引起信噪比
性能的劣化。由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，其产生的拉曼频移
量比布里渊频移量大得多，一般在100GHz~200GHz ，且门限值较大，在
1550nm处约为27dBm ，一般情况下不会发生。但对于WDM 系统，随着传输
• 光脉冲的频谱展 vs 光谱展宽。 • 一般情况下，自相位调制SPM 效应只在超长系统中表现比较明显，同
时在色散大的光纤中也表现比较明显，所以，采用G.653、G.655光纤， 且将信道设置在零色散区附近，有利于减小自相位调制效应，对于使 用G.652 光纤，且长度小于1000km的系统，可以在适当的间隔进行色 散补偿的方法来控制自相位调制SPM 效应。
EDFA进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大
大增加，成为影响系统性能，限制中继距离的主要因数之一。
2
散射效应
• 包括受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等；从本质 上说，任何物质都是由分子、原子等基本组成单元组成。 在常温下，这些基本组成单元在不断地作自发热运动和振 动。光纤中的受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是 激光光波通过光纤介质时，被其分子振动所调制的结果， 而且SBS 和SRS都具有增益特性，在一定条件下，这种增益 可沿光纤积累。SBS 与SRS 的区别在于，SBS 激发的是声频 支声子，SRS激发的是光频支声子。
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交叉相位调制XPM
• 在多波长系统中，一个信道的相位变化不仅与本信道的光 强有关，也与其它相邻信道的光强有关；每一频率成分的 光束会通过光纤的非线性极化率，影响其它频率光束的有 效折射率而实现对后者的调制，这种相互调制的相位变化 就是交叉相位调制XPM。 XPM通过GVD（Group Velocity Dispersion ）将信号的相位调制转化为强度调制，导致脉 冲波形畸变；XPM 引起的频谱展宽度与信道的间隔有关， 越小，则产生的效应就越大。XPM 引起的展宽会导致多信 道系统中信道间的串扰。
4
受激拉曼散射SRS
• 受激拉曼散射SRS是光与硅原子振动模式间相互作用有关的宽带效应，在任何 情况下，短波长的信号总是被这种过程所衰减，同时长波长信号得到增强。
•
在单信道和多信道系统中都可能发生受激拉曼散射SRS 。仅有一个单信道
且没有线路放大器的系统中，信号功率大于1W时，功率会受到这种现象的损
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自相位调制SPM
• 即光纤中激光强度的变化导致光纤折射率的变化，引起光信号自身的 相位调整，这种效应叫做自相位调制SPM 。
• 由于折射率对光强存在依赖关系，在光脉冲持续时间内折射率发生变 化，脉冲峰值的相位对于前、后沿来说均是延迟的，这种相移随着传 输距离的增加而积累起来，达到一定距离后显示出相当大的相位调制， 从而使光谱展宽导致脉冲展宽，这就称为自相位调制SPM。
距离的增长和复用的波数的增加，EDFA放大输出的光信号功率会接近27dBm ，
SRS 产生的机率会增加。
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因G.653 光纤的等效芯经面积小于G.652 光纤，受激拉曼散射SRS 门限值
要低于采用G.652 光纤的系统，在G.653光纤上产生SRS 的概率要大。
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克尔效应的理论公式
• 各向同性的介质如玻璃，石蜡，水，硝基苯等， 在强电场作用。由于其分子受到电力的作用而 发生取向(偏转)，呈现出各向异性的光学性质， 表现出双折射现象，即沿两个不同方向物质对 光的折射能力有所不同。折射率差值Δn与电场 强度的平方成正比，这种与电场二次方成正比 的电感应双折射现象ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为克尔效应。
非线性效应及举例
开发二部 唐明星
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非线性效应及举例
非线性效应是指强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应，包 括光学谐波，倍频，受激啦曼散射，双光子吸收，饱和吸收，自聚焦， 自散焦等。
光纤传输的非线性效应
• 在光通信系统中，光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的， 呈线性效应。增加入纤光功率可以在增加传输距离的同时保持足够大的 OSNR。实践表明这会造成各种各样的非线性问题。通常情况下，玻璃材 料中的非线性效应非常微弱。但是当光信号在光纤中传输时，由于光纤 的芯径非常小，致使光纤中光信号的功率密度很高。
• 信道越密集、传输跨段数越多，XPM效应对DWDM系统的 影响越大。
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四波混频
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四波混频FWM亦称四声子混合，是光纤介质三阶极化实部作用产生的一种光
波间耦合效应，是因不同波长的两三个光波相互作用而导致在其它波长上产生所
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受激布里渊散射SBS
• SBS是光纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用窄谱 线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激 布里渊散射SBS 的门限时（SBS的门限较低，对于1550nm 的 激光器，一般为7~8dBm ），将有很强的前向传输信号光转 化为后向传输，表现为信号光功率抖动及光纤损耗显著变 大。
• SBS效应可以将信号光能量转移给频率下移且反向传输的 Stokes光。SBS效应不仅给系统带来噪声，而且造成信号的 一种非线性损耗，限制入纤光功率的提高，并且降低了系 统光信噪比，影响功率放大，严重限制传输系统性能提高。
• SBS 对WDM系统的影响主要是引起系统通道间的串扰及信 道能量的损失。布里渊频移量在1550nm 处约为10~11GHz ， 信道间隔靠近10~11GHz 时，SBS 将成为信道串扰的主要因 数。
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光纤中的非线性效应包括：①散射效应、②源于克尔效应的那些非线
性效应，包括自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频
（FWM）等。SPM是某光信道激发的光纤非线性折射率对该信道本身产
生的附加相位调制，XPM和FWM是某个信道受邻近信道的非线性干扰。
这些效应是造成传输代价的主要原因。
•
非线性效应一般在WDM系统上和长跨距系统上反映较多，因需采用
伤，在较宽信道间隔的多信道系统中，较短波长信号通道由于受激拉曼散射
SRS，使得一部分光功率转移到较长波长的信号信道中，从而可能引起信噪比
性能的劣化。由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，其产生的拉曼频移
量比布里渊频移量大得多，一般在100GHz~200GHz ，且门限值较大，在
1550nm处约为27dBm ，一般情况下不会发生。但对于WDM 系统，随着传输
• 光脉冲的频谱展 vs 光谱展宽。 • 一般情况下，自相位调制SPM 效应只在超长系统中表现比较明显，同
时在色散大的光纤中也表现比较明显，所以，采用G.653、G.655光纤， 且将信道设置在零色散区附近，有利于减小自相位调制效应，对于使 用G.652 光纤，且长度小于1000km的系统，可以在适当的间隔进行色 散补偿的方法来控制自相位调制SPM 效应。
EDFA进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大
大增加，成为影响系统性能，限制中继距离的主要因数之一。
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散射效应
• 包括受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等；从本质 上说，任何物质都是由分子、原子等基本组成单元组成。 在常温下，这些基本组成单元在不断地作自发热运动和振 动。光纤中的受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是 激光光波通过光纤介质时，被其分子振动所调制的结果， 而且SBS 和SRS都具有增益特性，在一定条件下，这种增益 可沿光纤积累。SBS 与SRS 的区别在于，SBS 激发的是声频 支声子，SRS激发的是光频支声子。
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交叉相位调制XPM
• 在多波长系统中，一个信道的相位变化不仅与本信道的光 强有关，也与其它相邻信道的光强有关；每一频率成分的 光束会通过光纤的非线性极化率，影响其它频率光束的有 效折射率而实现对后者的调制，这种相互调制的相位变化 就是交叉相位调制XPM。 XPM通过GVD（Group Velocity Dispersion ）将信号的相位调制转化为强度调制，导致脉 冲波形畸变；XPM 引起的频谱展宽度与信道的间隔有关， 越小，则产生的效应就越大。XPM 引起的展宽会导致多信 道系统中信道间的串扰。
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受激拉曼散射SRS
• 受激拉曼散射SRS是光与硅原子振动模式间相互作用有关的宽带效应，在任何 情况下，短波长的信号总是被这种过程所衰减，同时长波长信号得到增强。
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在单信道和多信道系统中都可能发生受激拉曼散射SRS 。仅有一个单信道
且没有线路放大器的系统中，信号功率大于1W时，功率会受到这种现象的损