6、色散补偿技术

1色散补偿技术2色散补偿技术第1节概述第2节预啁啾技术第3节色散补偿光纤第4节啁啾光纤光栅第5节全通光均衡器第6节光相位共轭技术3第1节概述4一.色散补偿技术1.光纤色散和色散斜率对系统性能的影响1.群速度色散（GVD）导致脉冲展宽，引起码间干扰，结果系统产生误码2.色散斜率（高阶色散参数有关）S的影响对单信道系统：光脉冲产生拖尾对WDM系统：光纤对各个信道的色散（GVD）不同、色散对各信道传输性能影响不同、涉及宽带色散补偿技术352.降低色散对系统性能影响的措施3.色散补偿1.含义：在系统中采取的补偿色散影响（即限制或削弱光脉冲的展宽）的措施2.色散补偿技术：色散支持传输、预啁啾、色散补偿光纤、色散均衡器（全通光均衡器和啁啾光纤光栅）、光相位共轭、色散管理技术和光孤子传输等。61.现状G.652光纤10Gb/s单信道系统色散补偿技术，已经实用化，如：DCF、全通光均衡器、预啁啾技术、啁啾光纤光栅等。2.发展的几个特征1.宽带色散补偿:开发新的宽带DCF是一个发展趋向2.动态色散补偿：也称为自适应色散补偿，针对系统中光纤色散和斜率的变化能自动调整确保精确补偿动态色散补偿技术：啁啾光纤光栅色散补偿、连接基于高阶模光纤的长周期光栅的光开关，多腔反射滤波器等。二.色散补偿技术的进展7第2节预啁啾技术8一.工作原理D0反常色散中，在输入脉冲中引入一个正啁啾，会使脉冲展宽程度变缓（先压缩后再展宽），实现色散补偿9二.实现方案要求采用外调制方式。在DFB产生的激光输出上加上一个额外的正弦调制，使激光器光频率变化起始低逐渐快10三.特点1.实现简单，无需对传输和光接收部分作改动2.可根据传输距离不同改变正弦调制深度，达到对不同传输距离的色散补偿四.应用10Gb/s的NRZ码采用预啁啾技术可在G.652光纤传输120Km11第3节色散补偿光纤（DCF）12一.工作原理1.基本原理:DCF在1550nm具有较大负色散特性，使其与G.652光纤线路串接，抵消其正色散的影响。2.两种DCF1)基于基模的DCFI.原理：这种光纤基模(LP01)在1550nm具有很大负色散II.特点：a.左右b.简单易行，有足够大的带c.损耗较大KmnmpsD/300132)基于高阶模的DCFI.原理：这种光纤对高阶模等模式，在一定条件下（接近截止时）能产生很大的负色散。需要模式转换器把基模变化高阶模，然后把高阶模再变化基模。II.特点：a.b.补偿效率高c.可同时补偿色散和色散斜率d.系统较复杂，DCF光纤对微弯很敏感11LP02LP21LPKmnmpsD/60014二.精确补偿条件1.群速度色散（GVD）补偿条件式中，，分别为G.652光纤和DCF在工作波长上的色散系数，分别为G.652光纤和DCF在工作波长上的传输距离Km2.色散斜率补偿条件或式中，，分别为G.652光纤和DCF在工作波长上的色散斜率，工作波长的偏移nmKmnmps/0CCSSLDLDSDCDSLCLss1SSLS10CCSSLSLS011CCSSLSLSKmnmps2/15三.DCF的应用1.DCF的品质因素（FOM）式中，，分别为DCF的色散系数（）和衰减系数（）,目前商用DCF的FOM2.DFC的接入位置考虑光纤中非线性影响，DCF后置较好CDCCCDFOMdBnmps/Kmnmps/KmdB/dBnmps/300~200RXTXDCFDCFG.652光纤EDFA163.欠补偿和过补偿欠补偿过补偿考虑到光纤中非线性效应的影响，欠补偿的色散补偿效果较好4.DCF与G.652的连接损耗由于模场直径失配会引起较大的连接损耗，需采取降低连接损耗的措施5.DCF的发展趋势：发展趋于高FOM,宽波段S+C+LCorning公司：工作在L波段（1570～1620nm）的DCF。＝1595nm时，，ALCatel：用于S波段的DCF。＝1475nm时，日本藤仓信友公司：用于S+C+L波段的DCF（1510～1620nm），同时补偿色散和色散斜率CCSSLDLDCCSSLDLDKmnmpsD//225~70KmnmpsS//7.02KmnmpsD//40KmnmpsS//16.0217第4节啁啾光纤光栅18一.工作原理1.啁啾光纤光栅（啁啾光纤布拉格光栅）1):折射率沿光纤长度变化规律：幅度不变，但周期变化辐射光透射光反射光入射光Ln192)特性：a.对某一波长（）的一定带宽范围内的光有反射作用b.发射带宽内具有负色散2.补偿原理1549.61549.71549.81549.915501550.11550.21550.300.20.40.60.81波长(nm)反射率1549.61549.71549.81549.915501550.11550.21550.3-100100300500700900110013001500时延(ps)Z光输入光输出L长波长光短波长光20二.特点1.结构紧凑，插入损耗低，极化不敏感2.可提供较大的负色散值，最大可达6000ps/nm3.带宽较窄，带宽和负色散值成反比4.带宽和色散可调三.应用单信道：10Gb/s外调制系统，在G.652传输270KmDWDM:通过温度调制（对啁啾光栅），利用光栅实现8、16信道的色散和色散斜率的补偿。21第5节全通光均衡器（色散补偿滤波器）22一.工作原理1.全通光均衡器（色散补偿滤波器）1)F-P腔组成2)特性：a.,d一定,F-P腔会对一些特定的波长—谐振波长的光产生反射。n＝1，2，3…反射带宽较窄0nndn223b.在反射带宽范围内，不同频率分至的时延不同，即具有色散。时为正色散，时为负色散。色散补偿时工作带宽色散特性曲线上色散峰的半幅全宽（FWHM）约为40～60pm，宽带补偿B=10Gb/snn24c.色散特性随前反射镜反射率R增大而变化，随R增大，最大色散系数增大，色散波长曲线变尖锐252.色散补偿原理1)系统配置图，前置补偿和后置补偿262)补偿原理全通光均衡器具有负色散特性，即，工作波长高于谐振波长。从时延特性曲线看色散补偿原理。单模光纤线路总色散为1400ps/nm。光均衡器：R=0.55,d=1.9995nm，一个谐振波长为＝1550nmns027二.特点1.体积小，成本低，实施简单灵活2.插入损耗小3.色散补偿值可调整4.窄带补偿60pm，相当于7.5GHz三.应用1.目前已有成品出售(JDS公司DC2500-EC型)，在北美工程上已实用化。典型应用：采用DFB激光器，采用EDFA,采用单个色散补偿滤波器，10Gb/s，G.652光纤，120Km2.对长距离高速率系统可采用多个全通道光均衡器串联使用方式。典型应用：采用两个DC2500-EC,两个EDFA级联放大，10Gb/s，G.652光纤，160Km283.在DWDM系统中应用：全通光均衡器是个窄带色散补偿器，要用在WDM系统，解决方案：对不同信道配置不同谐振波长全通光均衡器分别补偿。采用全通多腔反射滤波器技术制成的可调色散补偿器在10Gb/s和40Gb/sDWDM系统进行多信道的色散补偿29第6节光相位共轭补偿技术30一.工作原理1.光相位共轭器①功能(1)光载频变换(2)光相位共轭（频谱反转）。光载频的相位原来是，经OPC变成了-，即若输入光脉冲为正啁啾，输出脉冲变成了负啁啾。②实现方法利用色散移位光纤中的四波混频效应或采用激光放大器采用DSF四波混频效应，泵浦光p，输入光0，输出光c=p－0312.色散补偿原理：以G.652单模光纤组成线路为例，OPC接在线路中间，前后两段光纤色散同一性质。3233二.同时精确补偿GVD和SPM影响的条件和式中，为OPC前后两段光纤的色散系数，为OPC前后两段光纤的非线性系数，为OPC前后两段光纤的长度，分别为两段光纤中的通道平均光功率，分别为两段光纤的始端输入峰值功率，分别为两段光纤的衰减系数对于OPC接在链路中点，两段光纤特性一样，则只需取即可同时满足上述两条件。2211LDLD222111LPLP1D2D1L2L121P2P111111exp1LLPP222222exp1LLPP1P2P1221PP34三.特点1.可以同时补偿GVD和SPM的影响，补偿效果显著。2.实现大容量长距离的色散补偿（OPC本身有放大作用，插入损耗小）。3.设备比较复杂。四.应用单信道的试验：采用DSF光纤四波混频作OPC，G.652光纤10Gb/s系统传输200Km；激光放大器组成的OPC对G.652光纤10Gb/s中继距离延长至360Km。