常见光学基础概念

4、色散：色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，
因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通 信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码 间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率 降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。 因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。光纤的色散可分为： 1．模式色散又称模间色散 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展 宽，从而出现色散现象。 2．材料色散 含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不 同就会引起脉冲展宽，导致色散。 3．波导色散又称结构色散 它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包 层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致 模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折 射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。
大的有源光器件。掺铒光纤放大器的诞生是光纤通信领域革命性的突破，它使长距离、大容 量、高速率的光纤通信成为可能，是 DWDM 系统及未来高速系统、全光网络不可缺少的重 要器件。其研发和应用，对光纤通信的发展有着重要的意义。在我国，武汉邮科院研制开发 的 EDFA 系列产品，是目前唯一的国产商用化产品，并已大量应用到工程中。 8.波数：是原子、分子和原子核的光谱学中的频率单位。符号为σ 或者 v。等于真实频率 除以光速， 即波长的倒数， 或者在光的传播方向上每单位长度内的光波数。 常用单位是 cm-1. 在波传播方向上单位长度的额波周数目称为波数，其导数为波长。K=1/
3、消光比：对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很重要，它定义为全“0”时平均光功率
p0
和全“1”时平均光功率 p1 之比，可用 EXT 表示，定义式如 EXT=10lg(p1/p0)(dB) ， 消光比的不足容易 引起对码元的误判等一系列问题。 假如二个偏振元件 P1 和 P2 左右排置放着，如我们称 P1 为起偏器，透过 P1 的光为线偏振光，称 P2 为 检偏器， 如果 P1 和 P2 的光轴一致， 则透过 P2 的光强最强， 如果 P1 和 P2 的光轴相差 90 度， 则光强为零。 假如通过 P1 的线偏振光的振幅为 E，则光强为 I0=E^2。E 可以分解为 Ecosθ 和 Esinθ 两个互相垂直的分 量，其中 Ecosθ 分量平行于检偏器的透光轴，而 Esinθ 分量则是垂直于该透光轴，故这两个分量中只有 Ecosθ 分量才能从检偏器通过，因此 I=（Ecosθ ）^2=I0(cosθ )^2。此式称为马吕定律消光比：实际上偏 振器件并不都是理想的，也就是说自然光通过 P1 后得到的不是完全的偏振光，而是部分偏振光；即使 P1 和 P2 互相垂直，透过光强也不为零。当它们相对转动时，最大透过光强与最小透过光强之比称为消光比。 消光比是衡量偏振器质量的重要参数。 在实际生产中，由于设备及环境差异的问题，消光比很难控制，只能将消光比控制在某一范围。由于 消光比的决定因素是功率，所以消光比的影响因素可以从两大方面考虑。第一，温度差异。温度的差异会 导致电路元件参数的改变，影响功率，从而引起消光比变化。第二，光路洁净度差异。光路的洁净度会影 响光功率的损耗，但是 P1 与 P0 的功率变化值不是线性关系（分子分母减去Βιβλιοθήκη 一个值） ，根据定义消光比会 变大。
4、偏振模色散（PMD）又称光的双折射 单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场 HE11x 和 HE11y 所 组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x 和 HE11y 存在相位差，则合成光场是一 个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即 x 和 y 方向的折射率不同。 因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振 色散。PCVD 工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD） 。
5、全光波长变换：全光波长变换是指不经过光/电处理，直接在光域内将某一波长（频率）的
光信号直接转换到另外的一个波长（频率）上。全光波长变换技术主要是依靠光的非线性效应。实现全光 交换（AOWC）的器件主要有：半导体光放大器（SOA） 、饱和吸收双稳态激光器、注入锁定 Y 型激光器、强 度调制（或者频率调制）的分布式布拉格反射（DBR）激光器、基于光波混频的铌酸锂波导和铝镓砷波导、 非线性光纤环境（NLOM）等。
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谓混频产 物，或边带的新光波，这种互作用可能发生于多信道系统的信号之间，可以产生三倍频、和频、差频等多 种参量效应。 发生四波混频的原因是入射光中的某一个波长上的光会使光纤的折射率发生改变，则在不同的频率上 产生了光波相位的变化，从而产生了新的波长的光波。 在 DWDM 系统中，当信道间距与光纤色散足够小且满足相位匹配时，四波混频将成为非线性串扰的主要 因数。当信道间隔达到 10GHZ 以下时，FWM 对系统的影响将最严重。 四波混频对 DWDM 系统的影响主要表现在：(1)产生新的波长，使原有信号的光能量受到损失，影响系 统的信噪比等性能；(2)如果产生的新波长与原有某波长相同或交叠，从而产生严重的串扰。四波混频的产 生要求要求各信号光的相位匹配，当各信号光在光纤的零色散附近传输时，材料色散对相位失配的影响很 小，因而较容易满足相位匹配条件，容易产生四波混频效应。 目前的 DWDM 系统的信道间隔一般在 100GHZ ， 零色散导致四波混频成为主要原因， 所以， 采用 G.653 光 纤传输 DWDM 系统时，容易产生四波混频效应，而采用 G.652 或 G.655 光纤时，不易产生四波混频效应。 但 G.652 光纤在 1550nm 窗口存口存在一定的色散， 传输 10G 信号时， 应加色散补偿， G.655 光纤在 1550nm 窗口的色散很小，适合 10G DWDM 系统的传输。
受激拉曼散射： 色散：光纤的色散指的是光信号在光纤中传输，随着传输距离的增加，由于不
同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。 色散的大小常用时延差表 示。 时延差是光脉冲中不同模式或者不同波长成分传输同样距离而产生的时间差。
2、四波混频：四波混频(Four-Wave
Mixing,FWM) 亦称四声子混合，是光纤介质三阶极化实部作
6、SOA：Semiconductor Optical Amplifier(半导体光放大器)
7、LMS 算法（是数字信号处理的一种算法） ：是一种自适应滤波算法，LMS 自适应滤波器是 使滤波器的输出与期望响应的均方差达到最小的一种滤波器， 因此叫做最小均方自适应滤波 器。
Ts=0.01; % 采样间隔 num=1500; % 采样点数 delay=100;% 延迟间隔 N=10; % 滤波器抽头数 u=0.001; % 调整步长 k=1:num; x_in=[x zeros(1,delay)]; % 当前的输入信号 x_delay=[zeros(1,delay),x]; % 延迟的输入信号 M=num+delay; y=zeros(1,M); % 输出初始值 w=zeros(1,N); % 滤波系数初始值 for n=N:M-N+1 xx=x_delay(n+N-1:-1:n); % 滤波器输入值 y(n)=w*xx'; % 滤波器输出值 e(n)=x_in(n)-y(n); % 误差值 w=w+2*u.*e(n).*xx; % 系数调整 end 8、EDFA（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier）:掺铒光纤放大器，是一种对信号光进行放