色散补偿技术在通信网中的应用

I光纤通信课程设计题目：色散补偿技术在通信网中的应用院（系）名称信息工程学院专业班级学号学生姓名指导教师2015年6月13日I课程设计任务书2014—2015学年第二学期专业：光电信息工程学号：姓名：课程设计名称：光纤通信系统课程设计设计题目：色散补偿技术在通信网中的应用完成期限：自2015年6月14日至2015年6月28日共2周一、设计依据通过分析色散对通信系统的影响，搭建基于色散补偿技术的通信系统，分析色散补偿技术对通信系统的影响。二、要求及主要内容了解色散补偿技术的工作原理及基本结构。根据optisystem搭建了光纤传输系统平台，验证色散补偿系统的性能。掌握光脉冲在光纤中的传输过程，分析光纤的损耗、色散、非线性效应等传输特性；通过对光纤色散补偿方案的设计，仿真色散补偿技术在通信网中的应用。三、途径和方法通过查阅资料，掌握optisystem软件的使用，搭建基于色散补偿技术的通信传输系统，分析色散补偿对通信网的影响。四、时间安排1．课题讲解：2小时。2．阅读资料：10小时。3．撰写设计说明书：12小时。4．修订设计说明书：6小时。五、主要参考资料[1]黄平.线性啁啾光纤光栅及其色散补偿的理论研究[D],广西师范大学硕士学位论文,2008.[2]柴瑾.线性啁啾布拉格光纤光栅特性分析及其在光纤通信系统中的色散补偿研究[D],北京邮电大学硕士学位论文,2007.指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日I目录1绪论..........................................................................................................................III2色散补偿技术...........................................................................................................V2.1色散补偿技术概述..............................................................................................V2.1.1色散的基本概念............................................................................................V2.1.2色散补偿的概念............................................................................................V2.1.3色散补偿技术的特点...................................................................................VI2.1.4色散补偿技术的发展历程..........................................................................IX2.2色散补偿光纤传输系统的关键器件..................................................................X2.2.1光源................................................................................................................X2.2.2马赫曾德干涉仪...........................................................................................XI2.2.4贝赛尔滤波器.............................................................................................XII3色散补偿技术仿真与性能分析...........................................................................XIV3.1DGF色散补偿仿真.........................................................................................XIV3.1.1系统仿真结构............................................................................................XIV3.1.2仿真结果分析.............................................................................................XV3.2光纤光栅色散(FBG)补偿仿真....................................................................XVIII3.2.1系统仿真结构.........................................................................................XVIII3.2.2仿真结果分析........................................................................................XVIII3.3偏振模色散补偿(PMD)仿真.......................................................................XXIV3.3.1系统仿真结构........................................................................................XXIV3.3.2仿真结果分析.........................................................................................XXIV结论......................................................................................................................XXVII致谢................................................................................................................XXVIII参考文献...............................................................................................................XXIXII色散补偿技术在通信网中的应用摘要目前，光纤线性通信已不能满足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。低损耗光纤和掺铒光纤放大器的广泛应用解决了高速光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，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。本文介绍了光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案，对色散补偿元件的性能做出相应的性能测试和分析。关键词：光纤通信色散补偿Optisystem仿真III1绪论目前，光纤线性通信存在着光纤色散，光纤损耗和非线性等缺陷，已不能满足现在信息处理传输的要求。而影响光纤传偷特性的因素主要有两个：损耗和色散。色散问题已成为光纤通信系统进行升级扩容的主要障碍。同时，近些年来伴随着因特网的迅速崛起，经济的快速发展，语音、图像、数据等信息量成爆炸式的增长，除此之外，人们对通信网带宽的要求也增加。然而，解决网络容量压力的最佳选择不免为光纤通信技术，因为其超高速、大容量、长距离、高抗电磁干扰性和低成本等无可比拟的优点。自1970年以来，光纤通信技术同时也取得了突飞猛进的发展，发达国家电信骨干网上的单通逆传愉速率己经从OC-48（2.5Gbit/s）增加到OC-192（10Gbit/s）,并正在向40Gbit/s确甚至160Gbit/s迈进。单模光纤中的色散分为色度色散和偏振模色散[1]两类，它们分别受光纤材料的色散特性和光源的光潜宽度以及光纤中的偏振效应影响。近几年，掺饵光纤放大器（EDFA）和拉曼放大器的被广泛使用和研究，这样也解决光纤的损耗问题。由非零色散位移光纤（NZDSF）及预碉啾等各种补偿技术的发展，色度色散也不再对传输性能起主要制约作用，也就是一说，单模光纤中损耗和色度色散对光纤通信系统传愉特性的影响已不是阻碍光纤通信向高速率大容量方向发展的主要因素。然而，起初不被人们注意的偏振模色散[2]成为目前被普遍关注的焦点，它被认为是限制高速光纤通信系统传输特性的最终因素。根据ITU-T组织标准规定，一段光纤的PMD传愉系数、传输速率和传输距离之间满足如卜关系[3]：2][]/[]/[10..kmkmpssGbLPMDB(1-1)式中：B表示传输速率，PMD表示偏振模传输系数，L表示传输距离，由此可以看出：在PMD值一定的情况卜随着传输速率的增加，传输距离将急剧缩短。对目前己铺光缆PMD值的测试表明，80年代中期以前生产铺设的光缆PMD值较大，典型值大约为2ps/km，这就是说，2Gb/s系统的传输距离不能超过40km；而对于10Gbit/s系统的传偷距离则须小25km。80年代中期以后生产和铺设的光缆PMD系数较小，其引起的功率代价为1dB时，10Gbit/s系统的传愉距离可达IV10km至400km;而对于40Gbit/s系统则剧减为25km至625km。由此可见，在10Ghit/s及以上速率的光纤通信系统中，偏振模色散有着不可忽视的影响，它限制着系统的容量和传输距离，所以有人认为它将是高码率传输的最终限制因素。只有补偿光纤中的偏振模色散，才能提高光通信系统的传输性能，同时有效地利用全球己铺设好的上亿公里光缆，而如何补偿偏振模色散己成为发展卜一代高速光纤通信系统时所而临的重大技术挑[4]。V2色散补偿技术2.1色散补偿技术概述2.1.1色散的基本概念色散就是指不同颜色，不同频率的光在光纤传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。单模光纤主要色散是群时延色散，即波学色散和材料色散。这些色散都会导致光脉冲展宽，分致信号传输时的畸变和接收误码率增大。在这里说明4个色散术语：材料色散、波导色散、模式色散和偏振模色散[5]。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化，而光源有一定谱宽，于是不同的波长引起不同的群速度[6]。波导色散：这是某个导模在不同波长(光源有一定的谱宽)下的群速度不同引起的色散，它与光纤结构的波导效应有关，又称为结构色散。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，各个导模其有不同的群速，到达接收端的时刻不同[7]。偏振模色散：普通单模光纤实际上传愉两个相