一种抑制OCDMA系统色散和非线性效应的方法
色散补偿方法
色散补偿方法一、背景介绍色散是光在介质中传播时，不同频率光的传播速度不同所引起的现象。
在光纤通信中，色散会导致光脉冲扩展，从而限制了信号传输的速率和距离。
为了克服色散对光纤通信系统性能的影响，人们提出了各种色散补偿方法。
二、色散的分类根据色散现象的产生原理，色散可以分为两种类型：色散和相位色散。
色散是由于介质导致光在传播过程中速度的频率依赖性而引起的；相位色散则是由于介质对光的频率的相位响应不同而引起的。
在光纤通信中，我们主要关注两种类型的色散：色散和相位色散。
三、色散补偿方法1. 电子色散补偿电子色散补偿是通过使用光纤通信系统中的电子器件来减小或消除色散效应。
常见的电子色散补偿方法包括预计算和数字后处理两种。
1.1 预计算预计算方法通过事先对传输系统的特性建立模型，利用数值计算方法来评估和补偿色散效应。
它需要在系统设计阶段进行复杂的计算和建模工作，预测色散对光信号的影响，并提前进行补偿。
预计算方法的优点是可以准确地估计和补偿色散效应，但需要大量的计算和建模工作，并且对系统的实时性要求较高。
1.2 数字后处理数字后处理方法是通过对接收到的光信号进行数字信号处理来补偿色散效应。
这种方法在接收端引入了一些算法和电子器件，对接收到的光信号进行补偿。
数字后处理方法的优点是不需要对系统进行复杂的计算和建模，且实时性较好。
然而，它需要更高的计算能力和复杂的信号处理算法，且对噪声和非线性效应敏感。
2. 光纤色散补偿器光纤色散补偿器是一种被动光学元件，通过引入具有逆色散特性的光纤来补偿传输过程中产生的色散效应。
光纤色散补偿器通常包括光纤光栅和光纤光波导等结构。
它能够在光信号传输过程中引入逆色散效应，可以有效地补偿色散引起的脉冲扩展问题。
光纤色散补偿器的优点是结构简单、易于集成和应用，并且具有较好的逆色散特性。
但是，光纤色散补偿器的逆色散效应对频率的补偿范围有限。
3. 相位共轭相位共轭是一种通过光学器件来反转光波的相位特性，从而消除色散效应的方法。
色散调控的方法
色散调控的方法
色散调控的方法主要包括以下几种：
1. 材料法：通过选择或设计不同的材料来调控色散。
例如，可以采用不同折射率或不同厚度的材料来改变光的传播速度，从而调控色散。
2. 光学元件法：利用各种光学元件来调控色散。
例如，可以采用棱镜、光栅或其他光学元件来改变光的传播路径或方向，从而调控色散。
3. 数字信号处理法：通过数字信号处理技术来调控色散。
例如，可以采用数字滤波器、傅里叶变换或其他数字信号处理方法来调整信号的频率成分，从而调控色散。
4. 光学超表面法：利用光学超表面来调控色散。
这种方法可以摆脱传统光学元件的尺寸限制，实现宽频域范围的连续光谱的色散控制。
具体而言，通过选择合适的光线轨迹来实现增强色散或者消除色散，并利用光学超表面来设计色散系统。
5. 结构设计法：通过精心设计光路的物理结构或对光束进行操控实现色散调控。
例如，可以利用特定的光学器件或微纳结构的光波导等手段实现不同波长的光波在空间上分开或者特定波长的光波聚焦，从而达到色散调控的目的。
以上方法各有特点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的色散调控方法。
色散补偿的原理
色散补偿的原理色散补偿（dispersion compensation）是一种常见的光纤通信技术，它是为了弥补光在光纤内因色散而引起的信号失真而发展出来的一种技术。
色散是光在介质中传输时，由于不同频率的光波速度不同而引起的现象，它会导致光信号在光纤中传输时出现信号失真、色散扩展等问题。
因此，为了保持信号品质、提高光纤通信效率，需要对光信号进行色散补偿。
色散补偿的原理是在光纤通信系统中增加一个补偿器件，使补偿器件能够补偿因色散而引起的信号失真。
如图1所示，信号在传输过程中会因为时间延迟而出现失真。
色散补偿就是在发送端（transmitter）或者接收端（receiver）添加一些器件，减少这种时间延迟的影响，保证信号能够按照原先的信号速率传输，并且在传输距离较远的时候能够保持高质量的传输。
图1：光信号因色散引起的失真为了实现色散补偿，技术人员可以采用一些具体的策略。
比如，在传输端，可以使用预失真技术（pre-emphasis）来强化信号的宽带，从而降低信号的失真和色散；或者可以采用限制带宽的技术，减少信号受到色散的影响；或者选择合适的光纤材质，使纤芯的折射率变化能够与色散的变化呈反向变化，从而实现一定程度的补偿。
在接收端，可以采用时间反激励技术（time-reversal），将补偿器件与光接收器组合在一起，保证信号的补偿效果。
时间反激励技术利用了一个非线性反馈回路，来将通过光传输通道的信号进行恢复，并调整信号的相位、幅度等特征，来改善信号传输的质量。
除此之外，还可以采用其他的补偿技术，比如项链状补偿和光子晶体补偿等，来实现对光信号的补偿。
这些技术都是基于对光信号相位、幅度等特征进行有效调整，能够降低信号失真、提高光纤通信的效率。
综上所述，色散补偿是一种关键的光纤通信技术，它的实现需要引入一定的器件和技术，以解决光信号在传输过程中由于色散而引起的失真问题。
通过合理的方案设计，可以为光纤通信系统提供高性能、高效率的信号传输。
浅谈超高速光纤通信的实现方法
收稿日期))作者简介孙晓雅(5)),女,山东单县人,工程师。
浅谈超高速光纤通信的实现方法孙晓雅(济南市公安消防分局,山东济南250101)摘要:在光纤传输系统中,光WD M 、OTD M 、光孤子、OCD MA 等多种技术并存并飞速发展,使超高速光纤通信系统的实现成为可能。
关键词:OTD M ;WD M ;光孤子;CD MA 中图分类号:TN914;TP274.2文献标识码:AO n th e app roaches to th e rea liza tion of u ltra-h i gh speed op tica l fiber co mm un i ca ti onSU N X i ao-ya(J i nan C it y Pu blicSec u rit y F ire C o ntro l Detach men t ,Shando ng J i nan 250101Ch in a )Ab stract :In the op tical fiber co mmun i cation syste m,tec hnologies li k e WD M ,OTD M,arcs and OC DMA aredevelop i ng f as,t wh ic h makes it poss i b le f or t h e realiz a -tion of u ltra-h i gh speed op tical fi ber co m m un icatio n .K ey word s :OTD M;WD M;arcs ;OCD MA引言光纤通信自问世以来,因其通信容量大、传输距离长、重量轻、抗电磁干扰能力强,资源丰富、环保等优越性,已日益成为当今通信网络的中坚力量。
在高速公路通讯系统中由于对传输稳定性要求高,传输容量需求大,光纤通信得到广泛应用。
但因为光信号的传输受损耗和色散两个因素的限制,光纤通信系统的传输速率受到严重制约。
光复用技术
1、复用技术复用技术的主要目的是扩容，传统的扩容方法采用ETDM（电时分复用）方式，但由于现代通信网对传输容量要求的急剧提高，利用TDM方式已日益接近硅和砷化镓技术的极限，并且传输设备的价格也很高，光纤色散和极化模色散的影响也日益加重。
因此人们正越来越多地把兴趣从电时分复用转移到光复用。
光复用有3种技术，即光时分复用（OTDM）、光波分复用（OWDM）以及正处于研究阶段的光码分复用（OCDMA）。
1.WDM技术及OTDM技术迄今为止，WDM技术是研究最多、发展最快、应用最为广泛的技术，经过数年的发展和应用，已趋于成熟，而且越来越成为现代通信系统中不可替代的传输技术。
目前，WDM系统的传输容量正以极快的速度向前发展，直接基于WDM传输的业务也越来越多。
WDM技术正对光通信的发展起着重要的作用，其作为现代超大容量传输规模的复用技术的优越性将体现得越来越为明显。
随着WDM系统单信道速率越来越高、复用的路数越来越多、信道之间的间隔也越来越窄，WDM 系统表现出来的色散（包括偏振模色散）、互相位调制（XPM）和4波混频（FWM）等非线性效应严重地影响了系统的性能，同时对所用光纤的性能、光放大器的带宽范围及增益平坦度、偏振模控制器的性能、分会波器的隔离度等等件的性能都提出了很高的要求。
OTDM指利用高速光开关把多路光信号复用到1路上传输，利用OTDM技术可以。
获得较高的速率带宽比，可克服EDFA增益不平坦、4波混频（FWM）非线性效应等诸多因素限制，而且可解决复用端口的竞争，增加全光网络的灵活性。
虽然，OTDM有以上的优点，但由于其关键技术（高重复率超短光脉冲源、时分复用技术、超短光脉冲传输技术、时钟提取技术和时分解复用技术）比较复杂，更为重要的是实现这些技术的器件特别昂贵，而且制作和实现均很困难，所以这项技术迟迟没有得到很大的发展和应用。
但随着系统扩容的需要、技术的不断创新、器件制造水平的不断提高以及克服单单依*WDM技术不足以解决的困难，最终OTDM 也将得到很大的发展和应用。
光的非线性效应解析与应用
光的非线性效应解析与应用光的非线性效应是指当光与物质相互作用时，光的性质会发生改变，产生一系列与输入光强度不成比例的响应现象。
这些非线性效应在光学领域具有重要的理论研究和实际应用价值。
本文将对光的非线性效应进行解析，并介绍一些相关的应用。
一、非线性光学效应的分类非线性光学效应可根据物质的响应特性进行分类。
常见的非线性光学效应包括自发参量下转换（SPDC）、倍频效应、自聚焦效应以及模式锁等。
1. 自发参量下转换（SPDC）自发参量下转换是一种光子的非线性相互作用过程，通过该过程，一个高能量的光子分裂成两个具有较低能量的光子，称为信号光和辐射光。
这一效应在量子通信中具有重要的应用，可用于光量子密钥分发和量子纠缠态的生成。
2. 倍频效应倍频效应是指将输入光的频率提高到其倍数的过程。
其中最常见的倍频效应是二次谐波发生，将红光频率升高到其二倍的绿光。
倍频效应在激光技术中应用广泛，如用于激光打标、激光医疗等领域。
3. 自聚焦效应自聚焦效应指的是光在传播过程中由于非线性效应而导致的光束变窄和集中的现象。
这一效应可应用于超分辨成像、光束整形和光纤通信等领域。
4. 模式锁模式锁是指将连续激光转化为脉冲激光的过程。
通过非线性效应，连续激光的强度和相位会被调整，使得光变为具有高峰值功率和快速时域特征的脉冲激光。
模式锁在激光器技术中有着广泛的应用，如超快激光、光频梳等。
二、非线性光学效应的应用非线性光学效应在许多领域具有广泛的应用价值。
1. 光纤通信光纤通信是一种高速、大容量的通信技术，而非线性光学效应在光纤通信中发挥着重要的作用。
例如，利用自聚焦效应可以实现超高速光纤通信系统，提高传输距离和带宽。
2. 激光医疗非线性光学效应可应用于激光医疗，如通过倍频效应获得更短波长的激光用于皮肤去色、痤疮治疗等。
此外，光动力疗法和光学相干断层扫描（OCT）等技术也是基于非线性光学效应的。
3. 光子学器件非线性光学效应在光子学器件中起着关键作用，如光开关、光放大器和光学逻辑门等。
光纤通信中的光学非线性效应研究
光纤通信中的光学非线性效应研究光纤通信已经成为现代通信领域的重要技术，其核心是光学纤维的应用。
在光纤中传输的光信号不仅要经过传输距离较长的光纤，还要经过其他各种光学器件的作用，这就导致了一系列的光学非线性效应。
本文将对光纤通信中的光学非线性效应进行探讨。
光学非线性效应是指在光学器件中，光在介质中传播时呈现的非线性特性。
光纤中的光学非线性效应主要有光自相位调制（SPM）、非线性色散（NL-DS）和光学Kerr效应。
其中，光自相位调制是最为常见的一种效应。
光自相位调制是指光在光纤中传输时，由于介质的非线性特性导致光的相位发生变化。
这种现象是由光强引起的，光强越大，光自相位调制效应越明显。
光自相位调制会导致光脉冲的形状失真，从而降低信号的传输质量。
为了减小这种非线性效应的影响，可以采取一些方法，如增加纤芯的有效面积、优化光纤的材料特性等。
非线性色散是光在介质中传播时，频率组成发生变化的现象。
在光纤通信中，非线性色散主要表现为信号的频率发生畸变，从而影响信号的传输速率。
为了降低非线性色散效应，可以采用光纤的主动抗色散技术，即通过在光纤中引入一定的色散系数，使光在传输过程中经过一系列的反射和折射，从而降低色散效应对信号的影响。
光学Kerr效应是指光在光纤中传播时，光强的增大导致光的折射率发生变化的现象。
这种变化会导致信号在传输过程中发生相位畸变，进而影响信号的质量。
为了减小光学Kerr效应对光信号传输质量的影响，可以采用一些解决方案，如采用非线性光纤等。
光纤通信中的光学非线性效应是一个复杂的问题，需要综合考虑光信号的特性、光纤的材料特性以及整个通信系统的结构等因素。
通过对光学非线性效应的深入研究，可以找到适合的解决方案，提高光纤通信的传输效率和可靠性。
此外，光纤通信中的光学非线性效应也为其他领域的研究提供了新的思路和方法。
例如，在光学计算、光学信号处理等领域都可以借鉴光纤通信中对非线性效应的研究成果。
总之，光纤通信中的光学非线性效应对于光信号的传输质量有着重要的影响。
群速度色散对二维异步OCDMA系统误码率的影响
ｐ ＝ ・一
Ｉ
，
， （－） （ Ｒ２ １ Ｎ １ ， Ｗ， ） ＋ 一￡ ｐ Ｉ
。
扎
２
Ｎ ＿Ｉ
（ （ ２・－－ Ｒ Ｉ 一ＺＪ Ｗ －
ｐ
—
。 ＋
、ｖ（ － Ｒ２，－ ｒ Ｗ， 一Ｚ 三］ Ｊ
一） ” （ 号 ２ ）
式 中 ： 为光地 址码矩 阵 的行数 ， 为列 数 ，
， 。
‰ 亍 卜ｂ／ ２ｂ ２ Ｒ ， ＩＷＪ ／ Ｒ Ｗ ￣ （
（ Ｌ ） 程描 述 ： ＮＳ 方
ａ Ａ
＋ ＝ 一
， （ ， 一＿． 一） 】 （ １ Ｎ￣、Ｗ／ ｂ 卜 号 ｝ ３ ） － ￣／（ Ｒ ， 州 ＋Ｉ Ｒ ￣／ ｃ ・ ／ ）
其中， ｂ为光 纤 的输 出光脉 冲和输 入光 脉 冲 Ｆ Ｍ 比值 。 ＷＨ
统性 能进 行研 究 。
２ 理 论分 析 ．
Ｏ Ｄ Ａ系统采用的光地址码序列是～组 （ ， ） ＣＭ ０ １ 序列 ， 其主要的设计参数为（ ， ，。Ａ ） Ｆ 码字长 ＦＫＡ， 为
度 ， ０ １ 序列的切普总数 ； 即（ ，） Ｋ为码字重量 ， ０ １ 码序列中“ ” 即（ ，） １ 的总数； 。 自 Ａ 为 相关； Ａ 为互相关。 本文
码分 多址 系统误码 率与传输距 离的关 系曲线和 与 用户数 关 系曲线 。数 值 结果表 明， 群速度 色散会 严重影 响二 维光
码 分 多 址 系统 的 性 能 。
关键词 ： 群速度 色散 ； 二维光正交码 ； 维 Ｏ Ｄ 二 平步 Ｃ ＭＡ 中图分 类号 ：Ｎ ５ Ｔ ２２ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ８— ７ ５ ２ １ ）６一 １ ０ １０ ３ １ （０ １ ０ 叭 ７— ３
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(1. 西华大学数学与计算机学院 成都 610039; 2. 西南技术物理研究所 成都 610041)
【摘要】色散和非线性效应对光CDMA系统性能会产生严重影响。针对此类问题，该文通过对采用严格最佳 (F,k,1) 光正
交码的单极性光CDMA系统进行理论分析，得到了色散和非线性效应对光CDMA系统性能的影响的量化表达式。数值结果表
−λ λ)
)
⎥ ⎥⎦
可得此时系统最大活动用户数N=50，光码片速率为
90.15 Gb/s，脉冲宽度T0=11.1 ps。
为减小传输信道的群速度色散对OCDMA系统
BER性能的影响，可采用DCF在线补偿技术[7]，利用
基模色散补偿光纤是较理想的色散及色散斜率补偿
办法，但同时也会带来较大的非线性效应，其中一
明：光纤信道的色散和非线性效应会导致系统性能明显下降，因此，色散补偿技术必不可少。不同于传统的色散补偿方案，
该文提出采用非零色散位移光纤(NZ-DSF)搭配色散补偿光纤(DCF)的新方案，在进行色散补偿的同时，尽可能弱化非线性效
应的影响,从而有效地改善系统性能。
关 键 词 色散补偿光纤; 色散; 非线性效应; 非零色散位移光纤; 光码分多址
法，根据系统传输信道的具体色散特性与发射机和
接收机间的通信距离，确定色散补偿光纤的长度，
实现信道色散的在线补偿。具体色散补偿方案如图1
所示。
902
电子科技大学学报
第 36 卷
...
...
光学
CDMA 编码器 i
NZ-DSF DCF
/SMF ...
N×N 星型 耦合器
其他用户
NZ-DSF DCF /SMF
光纤信道色散和非线性效应影响下的系统误码率公
式。此时单个用户产生的多址干扰的概率相应增大
为原来的 TFWHM 倍。其中， Q( x) 表达式同前。
2 数值分析
以下的分析和仿真均采用以无源星型耦合器为
中心的非相干单极性OCDMA系统[6]，光学编/解码
器采用并行光纤延迟线结构，用户地址码采用严格
最 佳 (601, 4,1) 光 正 交 码 ， 接 收 机 为 雪 崩 探 测 器
TFWHM F
K
2
⎞N −3 ⎟ ⎠
×
∫ ∑ ∞ th
F (I1)
dI1
+
N −1 ⎛ ⎜
i=3 ⎝
N
− i
1⎞ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
TFWHM F
K
2
⎞i ⎟ ⎠
×
⎛⎜⎝1 −
TFWHM F
K
2
⎞N −1−i ⎟⎠
Q
⎛ ⎜⎝
th
−i/2 i /12
⎞ ⎟⎠
(6)
式(6)为系统采用严格最佳 (F, k,1) 光正交码时，
1 单极性光CDMA系统性能分析
在使用普通单模光纤(SMF)的单极性光CDMA 系统中，基于对单模光纤中色散和非线性效应的理
论分析[4]，考虑到单极性编码系统中光脉冲工作在 皮秒甚至以上量级，此时高阶色散效应不可忽略。 因此，在对非线性薛定锷方程分析时引入高阶色散
参量：
∂A ∂z
+ β1
∂A ∂t
+ i β2 2
1.471Dzλ0 2C p T02
⎞2 ⎟⎟⎠
+
1
⎛ ⎜ ⎝
1.471Dzλ0 T02
2
⎞2 ⎟ ⎠
⎤2 ⎥ ⎥⎦
(5)
式中 T0表示光脉冲的初始宽度，单位为ps，通常 定义为半强度最大值(Full Width of Half Maximum， FWHM)的带宽；D表示单模光纤的色散系数，Dz的
单位为ps/nm；λ0为光脉冲的峰值波长，单位为μm； Cp表示光源的啁啾效应大小。
些非线性效应在零色散波长处尤为严重。G.655光纤
为非零色散位移光纤，在1 550 nm波长具有最小衰
减系数和合适的低色散(非零色散)，不仅克服了SMF
在1 550 nm波长的高色散值对传输系统的限制，也
克服了G.653光纤因在1 550 nm波长零色散造成的非
线性效应的缺点。因此本文采用NZ-DSF搭配DCF方
∂2 A ∂t 2
+αA 2
= iγ
|
A |2
A+
β3 6
∂3A + ∂t 3
i β4 24
∂4 A ∂t 4
−
a1
∂ (|
∂t
A |2
A)
−
a2
A
∂
|A ∂t
|2
(1)
式中 A是沿光纤传播方向的慢变振幅，本文采用高
斯模式：
A(0,T
)
=
A0
exp
⎡ ⎢−
1
+
iC
⎢⎣ 2
⎛ ⎜ ⎝
t T0
⎞2 ⎟ ⎠
中图分类号 TN 929.11
文献标识码 A
A Method of Cotrol of Dispersion and Non-Linear Effect in OCDMA System
LI Yue-hui1，AN Xiao-qiang2
(1. School of Mathematics and Computer Science, Xihua University Chengdu 610039; 2. South-West Institute of Technical Physics Chengdu 610054)
则 I1 的概率密度函数为：
PI
(1) n
(
I
(1) n
)
=
q N −1δ (I1)
+
(M
− 1) pqN −2
⎡⎢I1 ⎤⎥
+
⎛ ⎜ ⎝
N− 2
1⎞ ⎟ ⎠
×
∑ p2qN −3F (I1)
+
N −1 ⎛ ⎜
i=3 ⎝
N
− i
1⎞ ⎟ ⎠
pi
q
N
−1−i
G
⎛ ⎜⎝
i 2
,i 12
⎞ ⎟⎠
(3)
式中 碰撞概率 p = K 2 ， q = 1 − K 2 ，且p+q=1；
第5期
李月卉 等: 一种抑制 OCDMA 系统色散和非线性效应的方法
901
假设系统采用严格最佳 (F, k,1) 光正交码[5]作为 地址码，系统为码片异步，接收端收到的光子数为
条件泊松变量 Y1 (1代表期望用户)。定义干扰模式矢
量 K = (k1, k2 ,", kk ) ， ki 为第i个脉冲位置上被干扰 用户脉冲所击中。当系统有N个同时用户时，定义 I1 为N−1个用户对期望用户(用户1)的多址干扰总和，
第 36 卷 第 5 期 2007 年 10 月
电子科技大学学报 Journal of University of Electronic Science and Technology of China
Vol.36 No.5 Oct. 2007
一种抑制OCDMA系统色散和非线性效应的方法
李月卉1，安晓强2
100
10−5 10−10
SMF NZ−DSF+DCF
BER
Abstract The dispersion and non-linear effect on performance of optical Code Division Multiple Access (CDMA) system based on strict optimal (F, k,1) optical orthogonal codes are analyzed. Numerical result shows that the dispersion and non-linear effect can deteriorate the system performance, so the technology of dispersion compensation is necessary. Different from the traditional schemes, a new scheme of using None Zero Dispersion Shift Fibre (NZ-DSF) and Dispersion Compensate Fibre (DCF) is proposed to weak the non-linear effect when compensating the dispersion. Therefore the performance of system can be enhanced by the NZ-DSF.
∫ Pe
=
1 2
⎛ ⎜1 ⎝
−
TFWHM K 2 F
⎞N −1 ⎟ ⎠
∞
δ (I1) dI1 +
th
∫ (N
− 1) TFWHM K 2 2F
⎛ ⎜1
−
⎝
TFWHM K 2 F
⎞N −2 ⎟ ⎠
∞
⎡⎢I1 ⎤⎥ dI1 +
th
⎛ ⎜ ⎝
N −1⎞⎛
2
⎟⎜ ⎠⎝
TFWHM K F
2
⎞2 ⎟ ⎠
⎛ ⎜1 − ⎝
∫ Pe
=
1 2
⎛ ⎜1 ⎝
−
K2 F
⎞N −1 ⎟ ⎠
∞
δ (I1)dI1 + (N −1) ×
th
∫ K 2
2F
⎛ ⎜1
−
⎝
K2 F
⎞N −2 ⎟ ⎠
∞ th