光纤课程设计——色散补偿分析.docx

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1、书目1课程设计题目2课程设计目的3课程设计时间4课程设计环境5课程设计任务6课程设计原理6.1概述6.2色散及其分类26.3色散补偿光纤(DCF)36.4明啾光纤光栅(CFBG)色散补偿46.5偏振模色散补偿法(PMD)57课程设计过程及调试、结果67.1负色散光纤补偿(DCF)672光纤光栅色散补偿(FBG)873偏振模色散补偿(IWD)138课程设计体会16参考文献161课程设计题目色敢补偿分析2课程设计目的要求学生依据题目要求，找J相关资料，了解理论学问，并且驾驭一种光通信系统设计软件OPtiSyaem的运用：要求学生熟识色散补偿原理，熟识软件，会应用软件进行系统设计，调试，获得相关结果

2、，并可以对结果进行分析；同时也考验同学们的自学实力、解决问题的实力以及合作精神。3课程设计时间1周（2014年6月23日-2014年6月27日）4课程设计环境ST-windows7系统，用Optisysiem7.0软件进行仿真5课程设计任务熟识OPIiSywem软件的运用，基丁OpUSyaem软件完成色故补偿的仿真设计，对色散补偿元件的性能做相应的性能测试和模拟，增加探讨问题解决问题的动手实力。6课程设计原理6.1 概述目前，光纤线性通信已不能满意现在信息处理传输的要求，因为它存在着三个主要的缺陷：其一是光纤的色散，其二是光纤损耗,其三是非线性。低损耗光纤和掺饵光纤放大器的广泛应用解决了高速光

3、纤通信系统的传输损耗问题。光纤的色散又能有效抑制四波混频等非线性效应，因此，色散问题已成为光纤通信系统进行升级扩容的主要障碍。受色散的影响,传输速率为IoGbit/s、光脉冲宽度为50PS的系统只能传输40km传输速率为80Gbit/s时，传输距离不足2km.为了兼顾色散和非线性两种要素,人们提出/一种折史方案，即将光纤的零色敢点偏离1.55Um窗口使之在1.55Um波特长的色散不为零，约有26ps/km.nm的色散，这就是G.655光纤。当光纤传输的速率较低、距离较短时，采纳G、655光纤进行传输的方法是可行的。但是，G.655光纤并没有解决色散问题，高速、长距离传输中仍旧须要色敢补偿。并且

4、由于其低色散，光纤的非线性效应使通道间距为50GHZ的波分反用（WDM）系统很难实现。而G.652光纤在1.55uIn窗口处的大色敢可以有效的抑制非线性，通过色散补偿，实现通道间距为50GHZ的WDM系统的传输考无问题。迄今为止，全世界铺设的光纤干线长达2亿公里以上，其中的80%为G.652光纤。我国的八纵八横主要干线铺设的掂本也都是G.652光纤。随着全球信息业务收的迅猛增加,通信网络必定要进一步向高速大容量方向发展，开发已有光通信系统的潜力，在G.652光纤上开通高速系统，关键问题是色敢补偿。6.2 色散及其分类光信号在光纤传输中不但幅度会因损耗而减小，波形亦会发生愈来愈大的失真，脉冲展宽

5、，从而限制了光纤的最高信息传输速率。这种失真是由信号中的各种重量在光纤中的群速度不同（因而时延不同）引起的。这些求量包括发送信号调制和光源谙宽中的频率重珏及光纤中的不同模式重S1.时延失真是由于光纤色散而产生的，光纤色敬包括以下四种：（1）模间色散：多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色散在发送机多个导模同时激励时，各个导模具有不同的群速，到达接收端的时刻不同。（2）波导色散：这是某个导模在不同波长（光源有肯定的谱宽）下的群速度不同引起的色敢，它与光纤结构的波导效应有关，又称为结构色故.（3）材料色散：这是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变更，而光源有肯定谱宽，于是不同的波长引起不

6、同的群速度。（4）偏振模色敢：一般单模光纤事实上传输两个相互正交的模式，实际在单模光纤存在各种少量随机的不确定性，不对称性，造成了两个偏振模的群时延不同，导致偏振模色敢。在这四项色散中，波导色散和材料色散正比丁光源的谱宽，故总称波长色散，它们的相对大小，与光源本身谱宽及调制边带宽度有关。对单模光纤，没有模间色收，波导色散与材料色散是主要的，它们的相对大小又与工作波长有关。对r多模光纤，模间色散与材料色散是主要的，波导色敢可略去不计。6.3 色散补偿光纤(DCF)其基本原理是通过对光纤的芯径及折射率分布的设计，利用光纤的波导色散效应，使其零色故波长大丁1.55微米，即在1.55微米波特长产生较大

7、的负色故.这样当常规光纤和色散补偿光纤级联运用时，两者将会相互抵消.若用D,和D,分别表示常规光纤和色散补偿光纤在3处的色故系数，1.和1.分别表示常规光纤和色敢补偿光纤的传输距离,则当满意DJs+玄4=(6-1)时，群时延色散被补偿，当满意以(j)+以()=0(6-2)时,二阶色敌被补偿。式中D和Dj是D,和H的微商。斜率补偿型DeF的优点是带宽不受限制，产品供应商多，稳定性而。目前，斜率补偿DCF模块已获广泛应用，在全球葩围内，它是1550nm外调制光纤干线/超干畿长距离传输系统实现色敌补偿的首选方案。它的缺点是#线性效应较明显，输入光功率不能过高，插入损耗较大。此外，DCF制成的Da1.

8、色敌量不行调，而且不同类蟹的光纤须要不同类型的J1.S0500100015002000传始距离(km)收机光纤模块600500-400_300-200100-0100初始脉冲标准标准单模光纤单模光纤一叫须线件明啾光纤光梯光纤环行器光纤图6-1用仪色般的色散补偿光纤对正色散标准单模光纤的色散进行补偿6.4 掰啾光纤光捌(CFBG)色散补偿其基本原理是：例啾光纤光栅中，谐振波是位置的函数，因此不同波长的入射光在例啾光纤光椭的不同位置上反射并具有不同的时延，短波长重量经受的时延长，长波长重员经受的时延短，光栅所引入的时延与光纤中传输时造成的时延正好相反，二名引入的时延差相互抵消，使脉冲宽度得以药原。

9、图6为光纤光栅的反射谱和时延曲线。可以看到带宽范围内的时延曲线基本为条直线，其斜率就是该光纤光栅所能补偿的色数量。图6-2哒嗽光纤光梗色散补偿原理光杆光栅图6-3用光环形器将收啾光梯的反射信号分别出来明啾光纤光栅与现有光纤系统兼容性好，具有较低的传输损耗和插入损耗，色散补偿量大，能够实现光纤色散和色散斜率的同时补偿，折射率调制可以依据须要来通过不同的曝光过程加以限制，口价格低廉，易于大批用生产。因此，我啾光纤光栅色散补偿器已被公认为具有很好应用前兔的色散解决方案。6.5 偏振模色散补偿法(PMD)单模光纤中，基模是由两个相互垂直的偏振模组成的。两偏振模的群速度由于受到外界一些不稳定因素的影响而

10、产生差异，在传播中两偏振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。PMD是由以下几个方面的因素造成的：光纤所固有的双折射,即光纤在生产过程中产生的几何尺寸不规则和在光纤中残留应力导致折射率分布的各项异性：光缆在铺设运用过程中，由于受到外界的挤压、弯曲、扭转和环境温度变更的影响而产生偏振模耦合效应,从而变更两偏振模各自的传播常数和幅度,导致当光信号通过些光通信罂件如隔离器、耦合器、滤波罂时，由于器件结构和材料本身的不完整性，也能导致双折射，产生PMD。目前国际上主要是以两种方式对Pm)进行补偿，即在传输的光路上干脆对光信号进行补偿或在光接收机内对电信号进行补偿。两者的实侦都是利用某种光的或电

11、的延迟线对PMD造成的两偏振模之间的时延差进行补偿。其基本原理为：首先在光或电上将两偏振模信号分开，然后用延迟线分别对其进行延时补偿，在反馈回路的限制下，使两偏振模之间的时延差为零，最终将补偿后的两偏振模信号混合输出.7课程设计过程及调试、结果本次课程设计是通过OPtiSyStem光纤系统仿真软件对色散补偿系统进行仿真，主要采纳了一:种方法，即负色散光纤补偿（DCF）,光栅色散补偿（FBG）和偏振模色散补偿（PMD）。通过这些不同的方法得到了较为志向的色散补偿系统的仿或图，从而验证了设计方案的正硬性和可行性。7.1负色散光纤补偿（DCF）如图7-1所示，利用OPIiSyStem设计这样的布局对

12、其色散补偿进行仿真和分析。对初始时的脉冲波形，以及经过IOkm非线性色散光纤或的脉冲波形，以及最终经过FBG色散补偿器后的脉冲波形进行检测和分析，从而设计和改善系统中的色散补偿性能。1.bd:0ica1.FiberCost$:|QoOMainIDisp.PMDNon1.Num.Gr.Smu.NoiseRandDispNameVa1.ueUnitsModeUserdefinedreferencewPNorma1.Referencewave1.ength1550rvniNorma1.F1.ength20kmNorma1.AttenuationeffectPNorma1.Attenuationdat

13、atypeConstant-NormaiAttenuation0.2：dB/kmINOfCMiAttenuationvs.waveIengtMenuationdst城Worm图71经过IOkm后的脉冲波形图图7-5经过色散补偿器的光脉冲波形可见，模拟出的结果和我们经计算预期的结果相当一样，这也为我们对供应的色敌补偿元件的性能做了很好的性能测试和模拟。图7-6为光纤光栅色敌补偿(FBG)系统仿真结构，本试验同样以随机序列发生器作为信号源，通过马赫曾德调制器调制后进入光纤传输系统。信号先经过SMF再通过志向接饵光纤放大器进入色放补偿光栅光纤，这个补偿线路由一个闭环限制器限制。输出的信号通过一个探测

14、器针再与贝塞尔低通/波器项链，然后将输出的信号发送到分析仪潴进行分析。试验通过将原信号，调制后的信号和色散补偿后的信号进行比较，通过它们的仿真图探讨其中产生何种变更，同时将得出最佳仿典的效果值.图7-7至7-10为信号调制后的通过光功率视察仪视察到的各种功率大小:图7-7调制信号的总功率图78词制信号的噪声功率图7-9调制信号功率图710抽样信号功率图711至7-13为调制信号经光栅补偿后的各种光谱图:图7TI抽样信号光谱图图7-12噪声信号光谱图图7T3调制信号经过光栅补偿后的光谱图1.1.1.deriDiipMitonCofroontAUonFBGC3:OOOr*0ca4vncyBa1.w1.NCtiotIoawDeptKD1.e*4on，93，e,THzdBM,JAkzwAfcrw/M?rwe/MR1.nsimu1.ationNo1.so底一一1.i-I1.-1&SOJpJ1.PVnmca图7-b1.FBG参数示意图图7-15至7-I8为调制信号经过光栅补偿后的波形，可以从中发觉噪声信号基本被屏蔽掉了，因此我们得出光捌补偿能较好的防止噪声信号的干扰同时保证信号不失真（即误码率降低）.图776抽样怕号波形视察结果图777噪声佶号波形视察结果图7-18总信号波形视察结果图为调制信号经过光栅补偿后的波形，由此可知噪声信号基本被过渡