電子與信息工程畢業(yè)論文光纖通信中衰減、色散及非線性特性的研究

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　光纖通信中衰減、色散及非線性特性的研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　光纖通信因其具有的損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等

3、優(yōu)點(diǎn)，備受業(yè)內(nèi)人士青睞，發(fā)展非常迅速。目前，光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入了有線通信的各個領(lǐng)域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領(lǐng)域。為了使光纖通信能更好的發(fā)展，必須對其特點(diǎn)進(jìn)行深入的研究。光纖材料的本征吸收和本征散射是光纖的固有衰減機(jī)理，光纖材料的本征散射主要指瑞利散射。光纖的損耗包括光纖自身的損耗和光纖通信中的插入損耗。色散是指不同頻率的電波以不同的相速度和群速度在介質(zhì)中傳播的物理現(xiàn)象。光纖的色散包括模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散。非線

4、性折射率波動效應(yīng)可分為三大類：自相位調(diào)制（SPM），交叉相位調(diào)制（XPM)以及四波混頻（FWM）。非線性受激散射可分為布里淵散射和拉曼散射兩種形式。本文給出了光纖衰減、色散、非線性的定義，分析了衰減、色散及非線性的機(jī)理、分類、抑制方法及改善措施，并分別對衰減、色散及非線性特性進(jìn)行了仿真。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光纖通信;衰減;色散;非線性</p><p><b>　　AB

5、STRACT</b></p><p>　　The loss of optical fiber communication because of its low transmission frequency bandwidth, large capacity, small size, light weight, resistance to electromagnetic interference, cr

6、osstalk, etc. is not easy, much favored by the industry to develop very rapidly. Currently, optical fiber cable has been wired into all areas of communications, including posts and telecommunications, radio communication

7、s, power communications and military communications. Fiber materials and the intrinsic absorption o</p><p>　　Key words: attenuation ;dispersion ;nonlinear ;optical fiber communication 目錄</p><p>

8、<b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第2章 光纖通信中的衰減特性研究與仿真3</p><p>　　2.1 光纖通信中的衰減分析3</p><p>　　2.2 光纖自身的衰減3</p><p>　　2.3 光纖通信鏈路上的衰減4</p><p>　　2.4 衰減對中繼距

9、離的影響分析5</p><p>　　2.5 光纖衰減與能量補(bǔ)償5</p><p>　　2.6 對光纖通信中衰減的仿真7</p><p>　　第3章 光纖的色散特性研究與仿真10</p><p>　　3.1 色散機(jī)理10</p><p>　　3.2 色散的分類10</p><p>　　

10、3.2.1 模式色散10</p><p>　　3.2.2 材料色散11</p><p>　　3.3.3 波導(dǎo)色散11</p><p>　　3.3 色散對通信的影響及對策11</p><p>　　3.3.1 色散對通信容量的限制11</p><p>　　3.3.2 色散補(bǔ)償技術(shù)及色散補(bǔ)償方案12</p&

11、gt;<p>　　3.4 光纖通信中的色散仿真分析13</p><p>　　第4章 光纖的非線性特性研究與仿真16</p><p>　　4.1 非線性光學(xué)效應(yīng)16</p><p>　　4.2 受激色散及其對光纖通信的影響16</p><p>　　4.2.1自相位調(diào)制SPM16</p><p>　

12、　4.2.2 四波混頻FWM17</p><p>　　4.2.3 受激布里淵散射SBS17</p><p>　　4.2.4 受激拉曼散射SRS17</p><p>　　4.3 非線性折射率調(diào)制引起的非線性光學(xué)效應(yīng)18</p><p>　　4.4 非線性光學(xué)效應(yīng)的抑制19</p><p>　　4.5光線通信中非

13、線性效應(yīng)的仿真20</p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　自1982年以后，光纖通信迅速發(fā)展，促進(jìn)了光纖的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，光纖的需求量呈指數(shù)規(guī)律上升。無論是在陸地，還是在

14、海底都敷設(shè)了光纖，光線甚至已經(jīng)延伸到了我們的辦公桌和家中。光纖之所以在世界各國的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，成為高質(zhì)量信息傳輸?shù)闹饕侄?，是因?yàn)楣饩€與傳統(tǒng)的金屬銅軸電纜相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　通信容量大。由于光線的可用帶寬較大，一般在10GHz以上，使光線通信系統(tǒng)具有較大的通信容量。而金屬電纜存在的分布電容和分布電感實(shí)際起到了低通濾波器的作用，使傳輸頻率、帶寬以及信息承載能力受限?，F(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)

15、能夠?qū)⑺俾蕿閹资瓽b/s以上的信息傳輸上百英里，允許大約數(shù)百萬條話音和數(shù)據(jù)信道同時在一根光纜中傳輸。實(shí)驗(yàn)室里，傳輸速率達(dá)Tb/s級的系統(tǒng)已研制成功。光纖通信巨大的信息傳輸能力，使其成為了信息傳輸?shù)闹黧w。</p><p>　　傳輸距離長。光纜的傳輸損耗比電纜低，因而可傳輸更長的距離。光纖系統(tǒng)僅需要少量的中繼器，而光纜與金屬電纜的造價基本相同，少量的中繼器使光纖通信系統(tǒng)的總成本比相應(yīng)的金屬電纜通信系統(tǒng)的要低。<

16、/p><p>　　抗電磁干擾。光纖通信系統(tǒng)避免了電纜間由于相互靠近引起的電磁干擾。金屬電纜發(fā)生干擾的主要原因就是金屬導(dǎo)體向外泄漏電磁波。由于光纖的材料是玻璃或塑料，都不導(dǎo)電，因而不會產(chǎn)生電磁波的泄漏，也就不存在相互之間的電磁干擾。</p><p>　　抗噪聲干擾。光纖不導(dǎo)電的特性還避免了光纜受到閃電、電機(jī)、熒光燈及其他電氣源的電磁干擾（EMI），外部的電噪聲也不會影響廣播的傳輸能力。此外，光纜

17、不輻射射頻（RF）能力的特性也使它不會干擾其他通信系統(tǒng)，這在軍事上的運(yùn)用是非常理想的，而其它種類的通信系統(tǒng)在核武器的影響下（電磁脈沖干擾）會遭到毀滅性的破壞。</p><p>　　適應(yīng)環(huán)境。光纖對惡劣環(huán)境有較強(qiáng)的抵抗能力。它比金屬電纜更能適應(yīng)溫度的變化，而且腐蝕性的液體或氣體對其影響極小。</p><p>　　重量輕，安全，易敷設(shè)。光纜的安裝和維護(hù)比較安全、簡單，這是因?yàn)椋菏紫?，玻璃或塑?/p>

18、都不導(dǎo)電，沒有電流通過或電壓的干擾；其次，它可以在易揮發(fā)的液體和氣體周圍使用不必?fù)?dān)心會引起爆炸或起火；第三，它比相應(yīng)的金屬電纜體積小，重量輕，更便于機(jī)載工作，而且它占用的存儲空間小，運(yùn)輸也方便。</p><p>　　保密。由于光纖不向外輻射能量，很難用金屬感應(yīng)器對光纜進(jìn)行竊聽，因此，它比銅纜保密性強(qiáng)。這也是光纖通信系統(tǒng)對軍事應(yīng)用具有吸引力的又一方面。</p><p>　　壽命長。盡管還沒有

19、得到證實(shí)，但可以斷言，光線通信系統(tǒng)遠(yuǎn)比金屬設(shè)施的使用壽命長，因?yàn)楣饫|具有更強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境變化和抗腐蝕的能力。</p><p>　　當(dāng)然光纖系統(tǒng)也存在一些不足：</p><p>　　接口昂貴。在實(shí)際使用中，需要昂貴的接口器件將光纖接到標(biāo)準(zhǔn)的電子設(shè)備上。</p><p>　　強(qiáng)度差。光纜本身與同軸電纜相比抗拉強(qiáng)度要低的多。這可以通過使用標(biāo)準(zhǔn)的光纖包層PVC得到改善。<

20、;/p><p>　　不能傳輸電力。有時需要為遠(yuǎn)處的接口或再生設(shè)備提供電能，光纜顯然不能勝任，在光纜系統(tǒng)中還必須使用金屬電纜。</p><p>　　需要專用的工具、設(shè)備以及培訓(xùn)。需要使用專用工具完成光纖的焊接以及維修；需要專用測試設(shè)備進(jìn)行常規(guī)測量；光纜的維修既復(fù)雜又昂貴，從事光纜工作技術(shù)人員要通過相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)并掌握一定的專業(yè)技能。</p><p>　　未經(jīng)受長時間的檢驗(yàn)

21、。光纖通信系統(tǒng)的普及時間短，還沒足夠的時間證實(shí)它的可靠性。</p><p>　　光纖系統(tǒng)鏈路的簡化框圖如圖1.1所示。通信鏈路中最基本的三個組成部分是光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖鏈路。光發(fā)射機(jī)由模擬或數(shù)字電接口、電壓—電流驅(qū)動、光源和光源與光纖之間的耦合接口等組成。光纖是高純度的玻璃或塑料光纖，長距離大容量的光纖鏈路普遍采用玻璃光纖，對于低速率短距離的傳輸系統(tǒng)可以采用塑料光纖。光接收器包括光纖與光檢波器之間的耦合器件

22、、光檢測器、電流—電壓轉(zhuǎn)換器、放大器和模擬或數(shù)字接口等[1]。</p><p>　　圖1.1光纖通信系統(tǒng)鏈路的框圖</p><p>　　光纖是光纖通信系統(tǒng)中最重要的一部分，光纖本身具有很多的特點(diǎn)。光纖材料的本征吸收和本征散射是光纖的固有衰減機(jī)理，光纖材料的本征散射主要指瑞利散射。光纖的損耗特性主要包括光纖自身的損耗和通信系統(tǒng)的插入損耗等。色散是指不同頻率的電波以不同的相速度和群速度在介質(zhì)中

23、傳播的物理現(xiàn)象。光纖的色散包括模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散。非線性折射率波動效應(yīng)可分為三大類：自相位調(diào)制（SPM），交叉相位調(diào)制（XPM)以及四波混頻（FWM）。非線性受激散射可分為布里淵散射和拉曼散射兩種形式。</p><p>　　光纖的損耗決定了光纖通信系統(tǒng)中的無中繼傳輸距離，光纖的色散導(dǎo)致光脈沖的展寬，從而從兩個方面影響系統(tǒng)的傳輸性能，在傳輸距離一定的情況下，色散限制系統(tǒng)的傳輸速率；在傳輸速率一定的條件下色

24、散限制系統(tǒng)的傳輸距離。光纖的衰減效應(yīng)、色散效應(yīng)、非線性效應(yīng)嚴(yán)重的影響了光纖通信的質(zhì)量與傳輸距離，所以對光纖的衰減效應(yīng)、色散效應(yīng)、非線性效應(yīng)的研究，是對光纖通信的發(fā)展有重大意義的。</p><p>　　本文從這些方面出發(fā)，在第一部分介紹了光纖在傳輸中的衰減及其自身的一些基本特性，并進(jìn)行仿真，第二部分介紹了光纖的色散特性對其做了比較細(xì)致的討論和仿真，第三部分介紹了光纖的非線性特性以及一些基本的抑制和仿真。</p

25、><p>　　第2章 光纖通信中的衰減特性研究與仿真</p><p>　　2.1 光纖通信中的衰減分析</p><p>　　傳輸衰減是光纖很重要的一項(xiàng)光學(xué)性質(zhì)，它在很大程度上決定著傳輸系統(tǒng)的中繼距離。損耗的降低依賴于工藝的提高和對石英材料的研究。</p><p>　　對于光纖來說，產(chǎn)生損耗的原因較復(fù)雜，它不像金屬波導(dǎo)那樣容易計(jì)算衰減量的大小，衰減

26、量的具體確定往往依賴于實(shí)驗(yàn)測量。簡單的說明衰減機(jī)理：</p><p>　　(1)纖芯和包層物質(zhì)的吸收衰減，包括石英材料的本證吸收和雜質(zhì)吸收；</p><p>　　(2)纖芯和包層材料的散射衰減，包括瑞利散射衰減以及光線在強(qiáng)光場作用下誘發(fā)的受及喇曼散射和受及布力源散射；</p><p>　　（3）由于光纖表面的隨機(jī)畸變或粗糙所產(chǎn)生的波導(dǎo)散射衰減；</p>

27、<p>　?。?）光纖彎曲所產(chǎn)生的輻射衰減；</p><p><b>　?。?）外套衰減。</b></p><p>　　這些衰減機(jī)理又可分為不同的情況：一是石英光纖的固有衰減機(jī)理，像石英材料的本證吸收和瑞利散射，這些機(jī)理限制了光纖所能達(dá)到的最小衰減；二是由于材料和工藝所引起的非固有衰減機(jī)理，它可以通過提純材料或改善工藝而減小，甚至消除其影響，如雜質(zhì)的吸收、

28、波導(dǎo)的散射等[2]。</p><p>　　2.2 光纖自身的衰減</p><p>　　光纖材料的本征吸收和本征散射是光纖的固有衰減機(jī)理。光纖材料的本征吸收有兩個兩個頻帶：一個在紅外波段，其吸收峰在8~12µm波長區(qū)域，對光纖通信影響不大；另一個在紫外波段，其尾巴會拖到0.7~1.1µm的波段，對于光纖通信產(chǎn)生一定的影響。</p><p>　　光纖

29、材料的本征散射主要指瑞利散射，它是由于光線中折射率在微觀上的隨機(jī)起伏所引起的。石英光纖在加熱拉制過程中，由于熱騷動，使原子得到的壓縮不均勻，這使物質(zhì)的密度不均勻，進(jìn)而使折射率不均勻，這種不均勻性在冷卻的過程中被固定下來。這種不均勻度與波長相比是小尺寸的，因此產(chǎn)生的散射稱為瑞利散射。瑞利散射按1/λ的比例產(chǎn)生衰減，在較長的波長上傳輸時，瑞利散射衰減大大減小。</p><p>　　光纖中的雜質(zhì)對光纖的衰減特性產(chǎn)生重要

30、影響，尤其是OH¯離子在1.39µm處有一個吸收峰，殘存的OH¯離子的吸收導(dǎo)致光纖的通信波段在0.8~1.65µm范圍內(nèi)形成了三個衰減相對較低的窗口，即0.85µm、1.31µm和1.55µm。目前1.31µm處光纖衰減在0.3~0.4dB/km范圍內(nèi)，1.55µm處衰減已低于0.2dB/km.除了石英玻璃以外，還可以采用塑料作為光纖的材料?？赡艿?/p>

31、光纖結(jié)構(gòu)有纖芯使用石英玻璃、包層使用塑料；纖芯使用塑料而包層則使用另一種塑料。使用塑料作為光纖材料，其衰減要明顯地大于石英?？┎牧稀Ｔ诮t外波段，塑料包層石英光纖的典型衰減值為8dB/km左右，而全塑料的典型衰減值則可達(dá)到每千米幾百分貝。但塑料光纖在短距離、中低傳輸速率系統(tǒng)中是很有競爭力的傳輸介質(zhì)[3]。</p><p>　　光纖有一定的曲率半徑的彎曲時就會產(chǎn)生附加的輻射衰減，光纖可以呈現(xiàn)兩類彎曲：①曲率半徑比光

32、纖直徑大得多的宏彎曲，例如，光纜拐彎時就會產(chǎn)生此種彎曲；②光纖成纜時產(chǎn)生，沿軸向的隨機(jī)性微彎曲，產(chǎn)生委婉的另一個重要原因是光纖材料與護(hù)套層材料的熱膨脹系數(shù)不一致。</p><p>　　從光纖的彎曲處輻射出的能量取決于彎曲段的曲率半徑R。曲率半徑R越小，彎曲衰減越大。輕微的彎曲所產(chǎn)生的附加衰減非常小，基本上光測不到。</p><p>　　為減小微彎曲衰減，一種方法是在光纖表面壓一層彈性保護(hù)層

33、，當(dāng)受外力作用時，保護(hù)層發(fā)生形變而光纖仍然可以保值直線狀態(tài)。另外，如果是在晝夜、冬夏溫度差很大的高度地區(qū)建設(shè)光纖線路，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)盡可能將系統(tǒng)的功率富余度留得大一些。這樣就可以保證室外氣溫驟然變化時，系統(tǒng)仍然可以正常運(yùn)行。</p><p>　　2.3 光纖通信鏈路上的衰減</p><p>　　光纖作為光波導(dǎo)遇到不連續(xù)點(diǎn)會產(chǎn)生光功率的衰減和反射。固定接頭和活動接頭都是光纖通路上的一種特定

34、的不連續(xù)點(diǎn)，會引起一定的功率衰減，稱為插入衰減，定義為連接器輸入功率與輸出功率之比的分貝數(shù)。它是衡量光纖連接器的主要指標(biāo)之一。引起光纖連接衰減的原因很多，包括光纖的幾何參數(shù)、光纖端面情況和光纖本身特性參數(shù)的不匹配等。連接錯位一般有以下幾種情況：軸向位移、連接間隔、傾斜位移。這些損耗如圖2.3.1所示。</p><p>　　圖2.1光纖錯位連接損耗</p><p>　?。╝)軸向位移；（b)

35、連接間隔；（c）傾斜錯位</p><p>　　軸向位移即兩根光纖連接處有軸向錯位。其耦合損耗在零點(diǎn)幾分貝到幾個分貝之間，若錯位距離小于光纖直徑的5%，則損耗一般可忽略不計(jì)。</p><p>　　連接間隔有時又稱端分離。如果兩根光纖直接對接，則必須接觸在一起，光線分得越開，廣的損耗越大。如果兩根光纖通過連接器連接，則不必接觸，因?yàn)檫B接器接觸產(chǎn)生的相互摩擦?xí)p壞光纖。</p>&

36、lt;p>　　傾斜錯位又稱角錯位。如角錯位小于2º，則耦合損耗不會超過0.5dB。</p><p>　　2.4衰減對中繼距離的影響分析</p><p>　　在光纖通信系統(tǒng)中，光線線路的傳輸性能主要體現(xiàn)在其體現(xiàn)在其衰減特性和色散上。而這恰是在光纖通信系統(tǒng)的中繼距離設(shè)計(jì)中所考慮的兩個因素。后者直接與傳輸速率有關(guān)，告訴傳輸情況下甚至成為決定因素，因此在高比特系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，必須

37、對這兩個因素的影響都給予考慮。</p><p>　　一個中繼段上的傳輸衰減包括兩部分內(nèi)容，其一是光線本身的固有衰減，再者就是光纖連接損耗和微彎曲帶來的附加損耗。</p><p>　　光纖的傳輸損耗是光纖通信系統(tǒng)中一個非常重要的問題，低損耗實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光纖通信的前提。構(gòu)成光纖損耗的原因很復(fù)雜，歸結(jié)起來主要包括兩大類：吸收損耗和散射損耗。除此之外，引起光纖損耗的還有光纖彎曲產(chǎn)生的損耗以及纖芯和包

38、層中的損耗等。綜合考慮，發(fā)現(xiàn)有許多材料，如純硅石等在1.3μm附近損耗最小，色散也接近零；還發(fā)現(xiàn)在1.55μm左右，損耗可降低到0.2dB/km；如果合理設(shè)計(jì)光纖，還可以使色散在1.55μm除達(dá)到最小。這對長距離、大容量通信提供了比較好的條件[4]。</p><p>　　中繼距離是光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要任務(wù)。在中繼距離的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮衰減和色散這兩個因素。</p><p>　　在衰減受限

39、系統(tǒng)中，中繼距離越長，則光纖通信系統(tǒng)的成本越低，獲得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越高。因而這個問題一直受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的重視。當(dāng)前，廣泛采用的設(shè)計(jì)方法是ITU-T G.956所建議的極限值設(shè)計(jì)法。在工程設(shè)計(jì)中，一般光纖通信系統(tǒng)的中繼距離可以表示為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 （2-2）&l

40、t;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　2.5光纖衰減與能量補(bǔ)償</p><p>　　所謂孤子，是一種特殊脈沖波，是非線性波動方程的一種特殊的不彌散解。這種波在傳播中能保持形狀不變，并且相互碰撞后不影響各自波型和傳播。光纖可支持光孤子，由于光孤子在傳播中可保持形狀不變，若采用光孤子作為信息載體，則可從根本上克服色散對通

41、信容量的制約，所以對光孤子傳輸?shù)难芯恳恢笔枪馔ㄐ蓬I(lǐng)域的熱點(diǎn)。</p><p>　　光孤子能夠保持形狀不變是以忽略光纖衰減為前提的。但實(shí)際的光纖是有衰減的，這會導(dǎo)致光脈沖能量的減少，不再滿足孤子條件，孤子脈沖展寬[5]。</p><p><b>　　衰減導(dǎo)致光孤子展寬</b></p><p>　　考慮光纖衰減的影響時，利用歸一化幅度U，則非線性薛

42、定諤方程可表示為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中為歸一化衰減，并且</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　當(dāng)《1時，項(xiàng)的影響較小，（2-1）式仍可使用逆散射法求解。輸入脈沖為基態(tài)光孤子波形，（2-1）式的近似解如下式</p

43、><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　這說明在存在衰減的條件下，其輸出幅度將衰減，設(shè)表示輸入光孤子脈寬，光孤子脈沖寬度則為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　光纖衰減的補(bǔ)償</b></p><p&

44、gt;　　光纖衰減的存在導(dǎo)致了光孤子脈沖的展寬和幅度減小，從而限制了傳輸距離。為了克服光纖衰減的影響，需要對光孤子周期性放大以恢復(fù)最初寬度和峰值功率。圖2.2（a）為光孤子放大的最簡單示意圖，它與非光孤子通信系統(tǒng)相同。光放大器周期性地插入光纖線路中，調(diào)整增益正好補(bǔ)償兩個放大器之間的光纖衰減。它的重要設(shè)計(jì)參數(shù)是兩個放大器之間的距離L，L應(yīng)該盡可能大，以減小整個系統(tǒng)的費(fèi)用。對于非光孤子光纖通信系統(tǒng)，L一般為50~100km，由工作波長、光纖

45、衰減和色散決定。對于光孤子通信系統(tǒng)，L一般為10~30km，比前者小。其原因是需要在相當(dāng)短的距離內(nèi)插入光放大器，適時地增加光孤子能量，使其達(dá)到輸入電平[6]。</p><p>　　補(bǔ)償光纖衰減的另一種方法是使用受激拉曼散射（SRS）的分布式放大光孤子技術(shù)。當(dāng)用強(qiáng)泵浦光泵浦光纖時，在整個光纖線路上它對輸入的光孤子信號提供拉曼增益。圖2.2（b）描述了采用受激拉曼放大光孤子來補(bǔ)償光纖衰減引起的脈沖展寬。圖中使用波分復(fù)

46、用器在光纖的兩個方向上周期性地連續(xù)泵浦光。選擇泵浦頻率使它超過光孤子載波頻率為拉曼頻移。因?yàn)檎麄€光纖長度上提供拉曼增益，可獨(dú)立地放大光孤子，所以，盡管有光纖損耗，也可保持N接近1。事實(shí)上，假如拉曼增益在光纖內(nèi)每點(diǎn)上精確地補(bǔ)償了光纖衰減，N就有可能保持1，光孤子夜就有可能在任意長的距離內(nèi)保持不變。</p><p>　　2.6對光纖通信中衰減的仿真</p><p>　　對于啁啾等號，色散效應(yīng)被

47、放大。在對不同的啁啾跡象的情況下，脈沖色散效應(yīng)可以降低，有效地領(lǐng)導(dǎo)到脈沖壓縮。要使用正啁啾脈沖在SOA中擴(kuò)增壓縮過程中產(chǎn)生的，我們要宣傳與創(chuàng)建負(fù)啁啾脈沖色散介質(zhì)。媒體可以是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的零色散波長比波長較大的使用，換言之，在反常色散區(qū)群速度。這種想法已經(jīng)提出并在實(shí)現(xiàn)。本仿真將用SOA組件，試圖解釋。SOA脈沖壓縮如圖2.3。</p><p>　　圖2.3 SOA脈沖壓縮仿真鏈路圖</p><

48、p>　　用戶定義的位序列發(fā)生器發(fā)出的信號以內(nèi)調(diào)制的方式經(jīng)光學(xué)高斯脈沖發(fā)生器后輸出（其信號由一號時域示波器和一號頻域示波器觀測），再經(jīng)半導(dǎo)體光放大器（SOA）放大后（其信號由二號時域示波器和二號頻域示波器觀測），最后經(jīng)過3公里的光纖（其信號由三號時域示波器和三號頻域示波器觀測）。</p><p>　　由圖2.4（a）可知初始信號在100ps附近功率最大，由圖2.4（b）可知波長在1.55um時功率最大。<

49、;/p><p>　　一號時域示波器 （b）一號頻域示波器</p><p>　　圖2.4 初始脈沖</p><p>　　經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器（SOA）后，由圖2.5（a）可知在100ps時功率最大，將近1000mW，功率明顯被放大而且波形傾斜略有失真。有圖2.5（b）可知在 1.55um功率最大超過16mW，但在1.55um附近波形寬

50、度較大說明略有失真。</p><p>　?。╝）二號時域示波器 （b）二號頻域示波器</p><p>　　圖2.5放大后的脈沖</p><p>　　由圖2.6（a）可知脈沖通過3公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖通過放大脈沖后，在100ps附近功率最大，超過3W，由圖2.6(b)可知在1.55um附近功率最大超過11mW并伴有有外溢的現(xiàn)象.說明經(jīng)過3公里的光纖

51、后有明顯衰減。</p><p>　?。╝）三號時域示波器 （b）三號頻域示波器</p><p>　　圖2.6 OTDV和OSA放大脈沖通過3公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖</p><p>　　由本次仿真可知光纖本身的衰減會使信號減弱，SOA放大器的放大效果不是很好，失真較大。</p><p>　　第3章 光纖的色散特性研究與仿真

52、</p><p><b>　　3.1 色散機(jī)理</b></p><p>　　色散是指不同頻率的電波以不同的相速度和群速度在介質(zhì)中傳播的物理現(xiàn)象。色散導(dǎo)致光脈沖在傳播過程中展寬，致使前后脈沖相互重疊，引起數(shù)字信號的碼間串?dāng)_。在多模光纖中，不同的傳播模式具有不同的相位常數(shù)，因而有不同的相速度和群速度。在光纖的輸入端，一個光脈沖的能量分配到不同的模式上，以不同的速度傳播到輸

53、出端，同樣會導(dǎo)致光脈沖的展寬。這種效應(yīng)與不同頻率（也就是不同的顏色）成分以不同的速度傳播所產(chǎn)生的作用是一樣的，這種現(xiàn)象廣義地也可以稱為色散[7]。</p><p><b>　　3.2 色散的分類</b></p><p>　　在光纖傳輸理論中為了區(qū)分不同的物理機(jī)理引起的色散效應(yīng)，把色散分為波長色散和模式色散。引起波長色散的原因主要有兩個，其一是由于光纖材料本身的色散效應(yīng)

54、；其二是光纖中的傳播模式就是色散模式。所以又可以將波長色散區(qū)分為材料色散和波導(dǎo)色散。</p><p>　　3.2.1 模式色散</p><p>　　在多模光纖中，光信號耦合進(jìn)光纖以后，會激勵起多個模式。這些模式有不同的相位常數(shù)和不同的傳播速度，從而導(dǎo)致光脈沖的展寬。這種脈沖展寬與波長色散的機(jī)理不同，它與光信號的譜寬無關(guān)。這種魚光信號普寬無關(guān)，僅由傳播模式間相位常數(shù)的差異導(dǎo)致的色散效應(yīng)，稱為

55、模式色散或模間色散。如果將不同的傳播模式理解為不同的傳播路徑，則可以認(rèn)為不同的導(dǎo)波模式從始端到終端走過了不同的路程，從而導(dǎo)致光脈沖展寬。所以又可以將模式色散稱為多徑色散。</p><p>　　在多模光纖中，模式色散起決定作用，它最終限制了光纖的傳輸帶寬距離積。所以高速傳輸系統(tǒng)和長途通信線路中只用單模光纖作為傳輸介質(zhì)。</p><p>　　模式色散是多模光纖的主要色散因素。根據(jù)幾何光學(xué)近似，

56、可以求得階躍（SI）光纖中因?yàn)槎嗄鬏攲?dǎo)致的光脈沖展寬為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　而纖芯中因?yàn)檎凵渎拾磼佄锢w函數(shù)分布的梯度（GI）光線中尤為多模傳輸導(dǎo)致的光展寬</p><p><b>　　則為 </b></p><p><b>　　(3-2)&

57、lt;/b></p><p>　　式中c是真空中的光速，是纖芯軸上的折射率，是纖芯與包層的相對折射率差[8]。</p><p>　　3.2.2 材料色散</p><p>　　材料色散是石英的折射率隨波長所引起。石英材料的都是波長的函數(shù)，而實(shí)際的半導(dǎo)體有意非零的光譜寬度，結(jié)果使不同波長的光傳輸時延不同，產(chǎn)生材料色散。</p><p>　　

58、構(gòu)成介質(zhì)的分子、原子可以看成是一個個諧振子，它們有一系列固有的諧振頻率或諧振波長。在外加高頻電磁場作用下，這些諧振子產(chǎn)生受迫振動。利用經(jīng)典電磁理論求解這些諧振子的振動過程，可以求出介質(zhì)在外加電磁場作用下的電極化規(guī)律。介質(zhì)的電極化率、相對介電常數(shù)或者折射率都是頻率的函數(shù)，而且都是復(fù)數(shù)。由于折射率是復(fù)數(shù)，多以高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時不僅色散，而且還伴隨著損耗，損耗的大小也是頻率的函數(shù)。將介質(zhì)的折射率寫成</p><p&g

59、t;<b>　　(3-3)</b></p><p>　　則n和都是頻率的函數(shù)。</p><p>　　實(shí)際制造通信光纖時，將純石英玻璃中參進(jìn)不同成分的雜質(zhì)，以增大或減小玻璃材料的折射率，分別構(gòu)成光線的纖芯和包層。在純石英中參入二氧化鍺（）或五氧化二磷（）折射率會增大，可以作為纖芯材料。如果在純石英中參入三氧化二硼（）或氟（F）折射率會減小，可以作為包層材料[9]。<

60、;/p><p>　　3.3.3 波導(dǎo)色散</p><p>　　波導(dǎo)色散在工作模式確定以后，通常決定于光纖的工作參數(shù)，也就是歸一化頻率V。對于多模光纖，波導(dǎo)色散的影響甚微。對于普通的單模光纖，波導(dǎo)色散相對于材料色散相對較小，它與光纖波導(dǎo)參數(shù)有關(guān)，隨V、光纖的纖芯、光波長的減小而變大。波導(dǎo)色散為負(fù)色散。</p><p>　　3.3 色散對通信的影響及對策</p>

61、<p>　　3.3.1 色散對通信容量的限制</p><p>　　色散導(dǎo)致光脈沖在傳播過程中被展寬，這一稱謂數(shù)字光纖通信系統(tǒng)容量的基本限制。對于任意形狀的脈沖，常用均方根脈寬來標(biāo)征脈沖寬度，其定義為</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　式中</b></p>

62、<p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中U（z,T）是廣脈沖的歸一化包絡(luò)函數(shù)。為脈沖的m階距i。顯然即為脈沖的2階矩與其1階距的平方之差。在傳播過程中，高斯脈沖的均方根脈寬的展寬因子可以表示為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中是初始脈沖寬度，則是傳

63、播距離z以后的脈沖寬度。由于光源的非單色性，則高斯光脈沖的展寬因子又可以表示為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　此式是考慮色散對通信容量限制的基本依據(jù)。</p><p>　　設(shè)傳輸系統(tǒng)的彼特律為B、傳輸距離為L，則定義傳輸容量為BL。下面分三種情形討論色散對BL的影響。</p><p>

64、;<b>　　光源譜寬限制</b></p><p>　　假設(shè)光源的譜寬比起信號本身的譜寬要打得多，也就是V〉〉1。忽略三階色散的影響，則傳播距離L以后光脈沖的寬度為</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中，是光纖的色散系數(shù)，是光源的以波長度量的均方根譜寬。為了提高信道傳輸容量有兩條措施：一

65、是采用窄線寬光源，二是采用色散位移光纖[10]。</p><p>　　3.3.2 色散補(bǔ)償技術(shù)及色散補(bǔ)償方案</p><p>　　光纖的損耗和色散是限制光纖圖像系統(tǒng)物種及傳輸距離的兩個主要制約因素。近年隨著光放大技術(shù)的成熟，尤其是摻鉺光纖放大器（EDFA）在石英光纖的最低損耗窗口，即1.55μm波段友誼的性能，使光功率的損耗得到了有效的補(bǔ)償，這就使得色散成為高速光纖通信系統(tǒng)最主要的制約因素

66、。對色散的補(bǔ)償可以在光纖線路上實(shí)現(xiàn)，也可以在發(fā)送端或接收端實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　色散補(bǔ)償光纖</b></p><p>　　最簡單的再現(xiàn)補(bǔ)償方案是在光纖線路中采用色散特性相反的兩種光纖級聯(lián)，使得線路中總的色散為零。假設(shè)光纖線路由長為和的兩段級聯(lián)而成，其群速度色散系數(shù)分別為和，如果滿足條件,則色散將得到完全補(bǔ)償，輸出光脈沖將保持其形狀不變。</p>

67、;<p>　　假設(shè)長度為的光纖是常規(guī)單模光纖，在1.55μm頻段上〈0，〉0,呈反常色散。長度為的光纖為色散補(bǔ)償（DCF）〉0，〈0，呈正常色散。為使色散得到完全補(bǔ)償，線路中色散補(bǔ)償光纖的長度應(yīng)滿足關(guān)系</p><p><b>　　（3-9）</b></p><p>　　為了減小線路總的衰耗，通常應(yīng)盡可能小，所以色散補(bǔ)償光纖的色散系數(shù)應(yīng)盡可能大。實(shí)際上，

68、色散補(bǔ)償光纖就是具有高色散系數(shù)的光纖。</p><p>　　2. 光纖光柵用于色散補(bǔ)償</p><p>　　光纖光柵是一段長度為L，折射率呈周期變化的光纖。其折射率分布為</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中為光柵常數(shù)。光纖光柵在布拉格波長上呈全反射，因而光纖布拉格光纖可以用作反射濾

69、波器[11]。</p><p>　　具體均勻周期的光纖光柵，其傳輸函數(shù)的相位因子幾乎是頻率的線性函數(shù)，因而很難用作色散補(bǔ)償。將光纖光柵用于色散補(bǔ)償可以采用如下措施：</p><p>　?。?）將折射率變化的幅度做成隨z變化。利用這種技術(shù)有人用長為11cm的光纖光柵作為色散補(bǔ)償元件，實(shí)現(xiàn)了10Gb/s的信號在100km的常規(guī)單模光纖中的傳輸，而群速度色散GVDde影響得到了很好的補(bǔ)償。<

70、;/p><p>　?。?）采用啁啾光纖光柵作為色散補(bǔ)償元件。這里的啁啾是指光柵常數(shù)=（z），即光柵常數(shù)在整個光柵長度范圍內(nèi)是變化的。一般采用線性啁啾，即在光柵長度范圍內(nèi)呈線性變化。由布拉格反射波長可知，進(jìn)入光纖光柵的光信號中不同頻率成分在不同位置反射，從而輸出信號不同頻率成分有不同的反射時延。</p><p>　　3.4 光纖通信中的色散仿真分析</p><p>　　仿

71、真鏈路圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1理想色散補(bǔ)償仿真鏈路圖</p><p>　　用戶定義的位序列發(fā)生器發(fā)出的信號以內(nèi)調(diào)制的方式經(jīng)光學(xué)高斯脈沖發(fā)生器后輸出，由一號時域示波器和一號頻域示波器觀測，再經(jīng)10km的單模光纖（SMF）后，由二號時域示波器和二號頻示波器觀測，最后進(jìn)入理想色散補(bǔ)償元件，由三號時域示波器和三號頻域示波器觀測。</p><p>　　

72、圖3.2（a）可知初始脈沖在200ps左右有波峰，峰值在1mw左右。由圖3.2（b）可知初始脈沖在1.55um左右有波峰，峰值超過2w 。</p><p>　?。╝）一號時域示波器 （b）一號頻域示波器</p><p><b>　　圖3.2初始脈沖</b></p><p>　　由圖3.3（a）可知脈沖展寬，在20

73、0ps附近出現(xiàn)波峰，由圖3.3（b）可知脈沖功率衰減。</p><p>　?。╝）二號時域示波器 （b）二號頻域示波器</p><p>　　圖3.3脈沖在10km的SMF傳播后的波形</p><p>　　由圖3.5（a）可知之前的脈沖展寬有明顯改善，由圖3.5（b）可知功率無變化。</p><p>　　

74、（a）三號時域示波器 （b）三號頻域示波器</p><p>　　圖3.5經(jīng)理想色散補(bǔ)償元件后的波形 </p><p>　　由以上仿真結(jié)果可知色散在傳播中會引起脈沖展寬，并使信號衰減，所以在實(shí)際中需要多加注意盡量抑制。可以在傳輸過程中加入色散補(bǔ)償光纖等。</p><p>　　第4章 光纖的非線性特性研究與仿真</p>&l

75、t;p>　　4.1 非線性光學(xué)效應(yīng)</p><p>　　任何介質(zhì)（如玻璃纖維）對功率的響應(yīng)都是非線性的。由于光注入光線介質(zhì)產(chǎn)生了電偶極子，電偶極子反過來與光波會產(chǎn)生相互調(diào)制的相互作用。在光功率小時引起的振蕩即線性響應(yīng)，在光功率大時振蕩產(chǎn)生非線性響應(yīng)。電偶極子的極化強(qiáng)度P與光場E的關(guān)系為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><

76、;p>　　式中，為真空中的電介常數(shù)；為系統(tǒng)n階響應(yīng)系數(shù)，n=1時為線性系統(tǒng)，n〉1時為非線性的高階響應(yīng)。</p><p>　　對于各向同性介質(zhì)如光纖，第二項(xiàng)是正交的，因而該項(xiàng)小時，第三項(xiàng)引起的非線性效應(yīng)很大，它常稱為克爾效應(yīng)，主要有兩類：一類是由于光線的折射率隨輸入光功率的變化引起的，另一類是由散射引起的。</p><p>　　當(dāng)光纖中的光功率保持低電平時，玻璃光纖的折射率一直為常數(shù)

77、。當(dāng)光纖中的光功率提高后，光纖的折射率受到傳輸信號光強(qiáng)度的調(diào)制而發(fā)生變化。非線性折射率波動效應(yīng)可分為三大類：自相位調(diào)制（SPM），交叉相位調(diào)制（XPM)以及四波混頻（FWM）。</p><p>　　在光強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)中，當(dāng)光信號與聲波或光纖材料中振動的分子相互作用時，會散射光并把能量向更長波長移動。非線性受激散射可分為布里淵散射和拉曼散射兩種形式[12]。</p><p>　　4.2 受激色

78、散及其對光纖通信的影響</p><p>　　4.2.1自相位調(diào)制SPM</p><p>　　由克爾效應(yīng)可知，強(qiáng)光場將瞬時改變光纖的折射率，光強(qiáng)I與折射率變化δn的關(guān)系為</p><p>　　δn＝σI （4-2）</p><p>　　其中，σ是非線性克爾系數(shù)。</p><

79、p>　　當(dāng)有一光波信號在光纖中傳輸時，其相位隨距離而變化，方程為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　前一項(xiàng)是線性相移，后一項(xiàng)為非線性相移。如果輸入的光信號時強(qiáng)度調(diào)制，則非線性相移引起相位調(diào)制，這種效應(yīng)稱為自相位調(diào)制（SPM）。</p><p>　　SPM的相位調(diào)制能夠產(chǎn)生新的頻率，同時展寬了光脈沖的頻譜，

80、在波分復(fù)用系統(tǒng)中如果這種現(xiàn)象較嚴(yán)重，展寬的光譜會覆蓋到相鄰的信道。另外，自相位調(diào)制能帶來好處，它能夠與光纖的正色散作用，從而暫時壓縮傳輸?shù)墓饷}沖。</p><p>　　交叉相位調(diào)制（XPM/CPM）準(zhǔn)確的講是與自相位調(diào)制產(chǎn)生方式相同的另一種非線性效應(yīng)。然而自相位調(diào)制是光脈沖對自身相位的影響，交叉相位調(diào)制是用來描述光脈沖對其他信道信號光脈沖相位的影響，僅在多信道系統(tǒng)中才發(fā)生。</p><p>

81、;　　自相位調(diào)制導(dǎo)致光信號在傳輸過程產(chǎn)生附加的非線性相移，在正常色散條件下，會導(dǎo)致光脈沖的加速展寬。這回嚴(yán)重制約高速光纖通信系統(tǒng)的比特率距離積，但在反正常色散條件下脈沖展寬的速度顯著變慢，因而有利于提高系統(tǒng)的比特率距離積。尤其是在特殊條件下會導(dǎo)致光孤子，這一現(xiàn)象對光通信技術(shù)產(chǎn)生了極大影響[13]。</p><p>　　4.2.2 四波混頻FWM</p><p>　　當(dāng)有三個不同波長的光波同

82、時注入光纖時，由于三者的相互作用，產(chǎn)生了一個新的波長或頻率，即第四個波，新波長的頻率是由入射波組合產(chǎn)生的新頻率。這種現(xiàn)象稱為四波混頻效應(yīng)。</p><p>　　四波混頻效應(yīng)能夠?qū)⒃瓉砀鱾€波長信號的光功率轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)生的波長上，從而對傳輸系統(tǒng)性能造成破壞。在波分復(fù)用系統(tǒng)中，混合產(chǎn)生的新波長會與其他信號信道的波長完全一樣，嚴(yán)重地破壞信號的眼圖并產(chǎn)生誤碼。</p><p>　　四波混頻效應(yīng)得效率與

83、波長失配、波長間隔、注入光波長的強(qiáng)度、光纖的色散、光纖折射率、光纖的長度等有關(guān)。色散在四波混頻效應(yīng)重起到了重要的作用。通過破壞相互作用的信號間相互匹配，色散能減少四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的新波長數(shù)目。目前。1550nm波長附近的波分復(fù)用系統(tǒng)能夠傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)目受到了嚴(yán)格限制。</p><p>　　4.2.3 受激布里淵散射SBS</p><p>　　當(dāng)一個窄線寬、高功率信號沿光纖傳輸時，將產(chǎn)生一個與

84、輸入信號同向的聲波，此聲波波長為光波長的一半，且以聲速傳輸。理解非線性布利源效應(yīng)扽一個簡單方法是將聲波想象為一個把入射光反射回去的移動布拉格光柵，由于光柵向前移動，因此反射光經(jīng)過多普勒頻移到一個較低的頻率值。對于工作于1.55μm的二氧化硅光纖，布里淵頻偏約為11GHz,且決定于光纖中的聲速，反射光線寬，還取決于聲波的損耗，它可在幾十至幾百兆赫茲的范圍內(nèi)變動。</p><p>　　在光纖中，光波與聲波相互作用，一

85、些向前傳輸?shù)墓獗桓淖兎较蚝髠鬏?，從而減小了向前傳輸?shù)墓獾墓夤β什⑾拗屏说竭_(dá)光檢測器的信號光功率。在所有非線性效應(yīng)中，受激布里淵散射的門限最低，它的準(zhǔn)確值取決于信號源的線寬和光纖的具體特性。典型的受激布里淵散射的門限在幾毫瓦數(shù)量級，并且與信道數(shù)目無關(guān)。由于受激布里淵散射的門限隨著信號源線寬的增加而增加，一個簡單可行的提高門限的辦法就是采用低頻、正弦小信號對激光器進(jìn)行調(diào)制。雖然受激布里淵散射是潛在的第一個帶來麻煩的非線性效應(yīng)，但它同樣也是最

86、易于處理的非線性效應(yīng)[15]。</p><p>　　4.2.4 受激拉曼散射SRS</p><p>　　當(dāng)一個強(qiáng)光信號在光纖中引發(fā)了分子共振時，拉曼非線性效應(yīng)發(fā)生了，這些分子振動調(diào)制信號光產(chǎn)生了新的光頻，除此之外還將放大新產(chǎn)生的光。在溫室下，大部分新產(chǎn)生的頻率都處于光載波的低頻區(qū)，對于二氧化硅玻璃，新峰值頻率比光載頻低13THz。換言之，當(dāng)信號波長為1.55μm處產(chǎn)生新波長。</p&

87、gt;<p>　　光纖中的光信號與光纖的材料相互作用產(chǎn)生受激拉曼散射。雖然受激拉曼散射的門限值取決于光纖的特性、傳輸新到的數(shù)目、信道間隔、每個信道的平均光功率及再生短的距離。單信道系統(tǒng)的受激拉曼散射的門限值約為1W，明顯高于受激布里淵散射的門限值。</p><p>　　總之，對于受激布里淵散射的門限，能夠通過增加信號源的線寬來提高，而對于受激拉曼散射的門限，卻不能采用相類似的辦法來改變。受激拉曼散射

88、有可能使最終限制未來光纖通信系統(tǒng)容量的障礙。但是，就目前而言，受激拉曼散射的門限還是很高的。</p><p>　　4.3 非線性折射率調(diào)制引起的非線性光學(xué)效應(yīng) </p><p>　　折射率與光強(qiáng)有關(guān)的現(xiàn)象是由引起的，光纖的折射率可以表示為</p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　　式中為原來的線

89、性折射率；為與有關(guān)的線性折射率系數(shù)，其量值約為；p為光功率。光信號在傳輸過程中，由于折射率隨功率變化，引起相位被調(diào)制，產(chǎn)生自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）及四波混頻（FWM）等現(xiàn)象。</p><p><b>　　1．SPM</b></p><p>　　由于n依賴于p，光傳輸?shù)南辔幌禂?shù)也與p油光，表示為</p><p><b&g

90、t;　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中β為不考慮非線性效應(yīng)時光傳輸?shù)南辔幌禂?shù)；為真空中的波數(shù)，。傳輸L長的距離以后，產(chǎn)生的非線性相位差可表示為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　是輸入端的光功

91、率，當(dāng)光波被調(diào)制后隨時間變化。瞬時變化的相位意味著光脈沖的嶄新漂亮的兩側(cè)有不同的瞬時光頻率的變化，也就是說，SPM導(dǎo)致頻譜展寬的值可以通過的導(dǎo)數(shù)來表示。</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　SPM導(dǎo)致的頻譜展寬也是一種頻率啁啾，但這種啁啾與GVD之間的互作用引起一些新的特點(diǎn)。在光纖的反常色散區(qū)，這兩種現(xiàn)象共同作用的結(jié)果導(dǎo)致光纖能形成光孤

92、子[16]。</p><p><b>　　2．XPM</b></p><p>　　產(chǎn)生XPM現(xiàn)象的物理機(jī)理與SPM類似。當(dāng)兩束或更多束光波在光纖中傳輸時，某信道的非線性相位漂移不僅依賴與該信道的功率變化，而且與其他信道有關(guān)，從而引起較大的頻譜展寬，以及在適當(dāng)?shù)臈l件下通過不同的非線性現(xiàn)象產(chǎn)生新的光波。</p><p><b>　　3．F

93、WM</b></p><p>　　FWM是起源于折射率的光致調(diào)制的參量過程，需要滿足相位匹配條件。從量子力學(xué)觀點(diǎn)描述，一個或幾個光波的光子被淹滅，同時產(chǎn)生幾個不同頻率的新光子，在此參量過程中，凈能量和動量是守恒的，這樣的過程就稱為FWM。所謂動量守恒，即波矢量守恒，也稱為為相位匹配條件[17]。</p><p>　　圖4.1所示的過程是光纖中主要的FWM過程。</p>

94、;<p>　　圖4.1 光纖中主要的FWM示意圖</p><p>　　FWM是嚴(yán)重影響WDN系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的因素。</p><p>　　4.4 非線性光學(xué)效應(yīng)的抑制</p><p><b>　　1.限制入纖功率</b></p><p>　　非線性光學(xué)效應(yīng)的強(qiáng)弱與光強(qiáng)有關(guān)，因此，對特定的光線，限制入纖功率是抑

95、制非線性光學(xué)效應(yīng)的有效途徑。入纖功率的選擇，需要在信號噪聲比和信號非線性串?dāng)_比之間均衡考慮。我國信息產(chǎn)業(yè)制定的“光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求”中規(guī)定的32x2.5Gbit/s系統(tǒng)主光通道的總功率在17~20dBm.</p><p><b>　　2.保留適當(dāng)色散</b></p><p>　　色散是一種制約非線性光學(xué)效應(yīng)的物理過程，以FWM為例，光線色散越小，服用信道間隔越小，

96、串?dāng)_越嚴(yán)重。因?yàn)楣饩€的GVD較大時，相位匹配條件難以滿足，四波混頻效率較高。這既是為什么當(dāng)WDM普遍應(yīng)用后，色散位移光線失去市場，而非零色散光線應(yīng)運(yùn)而生的原因。</p><p>　　3．加大光線的有效面積</p><p>　　NZDSF雖然具有適度的色散，但有效面積較小，使得同樣的入纖功率下光強(qiáng)較高，不利于抑制非線性光學(xué)效應(yīng)和WDM長距離傳輸。在NZDSF 基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出大有效面積

97、NZDSF 。由此增大了光線有效面積但色散斜率依舊較大[18]。</p><p>　　4.5光線通信中非線性效應(yīng)的仿真</p><p>　　非線性仿真鏈路圖如下</p><p>　　圖4.2 非線性仿真鏈路圖</p><p>　　衰減器是用來尋找功率代價。衰減器衰減的最初設(shè)置為0時進(jìn)行優(yōu)化。而后，另一項(xiàng)優(yōu)化進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)到后端的性能和傳輸鏈路

98、性能的功率代價。這是通過改變衰減器的衰減得到相同的Q值我們從后端到后端傳輸了。優(yōu)化工具參數(shù)如下：初始激光功率和DCF長度設(shè)置為20 dBm的20公里。下限和上限的權(quán)力被定義為15 dBm和25 dBm時，DCF的0和30公里長。該參數(shù)的公差是終止，即結(jié)果是0.1。</p><p>　　圖4.3顯示了在100公里的傳播與最佳參數(shù)的眼圖。</p><p>　　圖4.3在100公里的傳播與最佳參

99、數(shù)的眼圖</p><p>　　結(jié)果表明，在最佳點(diǎn)，其實(shí)RZ碼調(diào)制可以承受更大的失真，達(dá)到更長的傳輸距離。小結(jié)</p><p>　　光纖通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用。從現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流。光纖通信有很多優(yōu)點(diǎn)，但同時缺點(diǎn)也存在不少。光纖中有某些物質(zhì)或者原因，阻擋光信號通過，這就是光纖的傳輸衰減。造成光纖衰減的主要因

100、素有：固有損耗，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對接等。只有降低傳輸衰減才能使光信號在傳輸中暢通無阻。光纖色散使光脈沖在傳播中時域展寬，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的誤碼增加，限制了光脈沖無中繼傳輸，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，相信不久的將來光纖的色散問題能夠得到更好的更妥善的解決。盡管用于光纖的玻璃材料的非線性很弱，但由于纖芯小，纖芯內(nèi)場非常高，且作用距離長，使得光纖中的非線性效應(yīng)會累積到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致對信號的嚴(yán)重干擾和對系統(tǒng)傳輸性能的限制。為了有效的限制

101、非線性效應(yīng)，需要提高系統(tǒng)的性能。因?yàn)楣饫w通信有這些缺點(diǎn)，所以只有不斷的探索研究，克服其缺點(diǎn)，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，光纖通信才能有更好的發(fā)展。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　［1］王鐵軍, 黃德修.色散補(bǔ)償技術(shù)的最新進(jìn)展[J], 光通信技術(shù), 2004(6): 57~59.</p><p>　?。?］李眾.高級調(diào)制方

102、式、電子色散補(bǔ)償與低色散光纖支撐無色散補(bǔ)償[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007（3）：10~11</p><p>　?。?］趙懷罡.光傳輸系統(tǒng)中色散補(bǔ)償問題的探討[J].光通信研究,2008（4）51~52</p><p>　?。?］李廣, 黃旭光.基于雙二進(jìn)制編碼的單工光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其仿真模擬[J].華</p><p>　　南師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版,</p

103、><p>　　［5］張曉光,于麗,鄭遠(yuǎn)等.光纖通信系統(tǒng)中偏振模色散自適應(yīng)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)研究[J]. 光子學(xué)報(bào),2003,32(12):1474-1478.</p><p>　?。?］劉劍飛,于晉龍,王劍等.10Gbit/s的光纖通信系統(tǒng)中一階偏振模色散自動補(bǔ)償技術(shù)的研究.[J]中國激光,2004,30(4):349</p><p>　　［7］孫學(xué)明.高速光纖通信系統(tǒng)中偏振模色

104、散的研究[J],光通信技術(shù),2003,30(2):102</p><p>　　［8］董建軍,吳重慶,王秀彥.整段光纖的PMD 與各部分的PMD 的關(guān)系[J].半導(dǎo)體光電,2002,20(3)：23</p><p>　?。?］孫學(xué)康，張金菊.光纖通信技術(shù)[M].人民郵電出版社，2008.</p><p>　　［10］全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽

105、獲獎作品精選(2003)[M]. 北京理工大學(xué)出版社,2005.</p><p>　　［11］謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試[M]. 武漢: 華中理工大學(xué)出版社, 2000.</p><p>　?。?2］馬梅忠. 單片機(jī)的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)( 第三版) [M].北京航空航天大學(xué)出版社, 2004.</p><p>　?。?3］吳建平, 殷戰(zhàn)

106、國, 曹思榕, 等.紅外反射式傳感器在自主式尋跡小車導(dǎo)航中的應(yīng)用[J]. 中國測試技術(shù), 2004, 30( 6)</p><p>　?。?4］龔倩,徐榮,張民,等. 光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)與優(yōu)化設(shè)計(jì)[M ].北京郵電大學(xué)出版社, 2002.</p><p>　?。?5］趙梓森. 光纖通信工程(修訂本) [M ].人民郵電出版社, 2003.</p><p>　　［16］張寶