自相位调制
光纤通信系统中的信号传输失真与补偿方法
光纤通信系统中的信号传输失真与补偿方法随着信息技术的飞速发展，光纤通信系统作为一种高速、大容量、低损耗的通信方式，得到了广泛的应用。
然而，在光纤通信系统中，信号传输过程中会受到多种因素的影响而产生失真，从而降低了通信系统的性能和可靠性。
因此，研究和采用有效的信号传输失真补偿方法，对于提高光纤通信系统的性能至关重要。
一、信号传输失真的原因1. 色散效应：色散是指光信号在光纤中传输过程中，由于不同波长的光的传播速度不同而引起的传输延迟差异。
这种传输延迟差异导致光信号脉冲宽度扩展，从而影响光信号的解调和识别。
2. 线性损耗：光信号在光纤中传输时会受到光纤弯曲、扭曲等因素的影响而产生线性损耗。
线性损耗会导致光信号的能量衰减，从而降低信号的强度和质量。
3. 非线性效应：非线性效应主要包括自相位调制（XPM）、互相位调制（FWM）和自发光（ASE）等。
这些效应会导致光信号的频谱扩展、相位畸变和增加噪声等，从而使信号失真。
二、信号传输失真补偿方法为了解决光纤通信系统中信号传输失真的问题，科学家们提出了多种信号传输失真补偿方法，可以有效地提高光纤通信系统的性能和可靠性。
1. 光纤衍射补偿方法光纤衍射是由于光信号的传输过程中受到了光的波动性的影响而产生的失真。
为了减少光纤衍射引起的传输失真，可以采用预加权、均衡和衍射抑制等技术。
其中，预加权技术可以在发送端对光信号进行预处理，减少光纤衍射的影响；均衡技术可以在接收端对光信号进行均衡处理，使信号的频率响应变得平坦；衍射抑制技术可以通过设计光纤的结构参数来抑制光纤衍射效应。
2. 色散补偿方法色散是光纤通信系统中主要的信号传输失真因素之一。
为了解决色散引起的信号传输失真问题，可以采用主动或被动补偿方法。
主动补偿方法主要包括光纤光栅衍射、电调制与光调制的联合补偿等技术；被动补偿方法主要包括单模与多模光纤的混合传输、多中心光纤的设计等。
3. 光纤放大器补偿方法光纤放大器是光纤通信系统中放大光信号的重要设备，但它也会引起信号传输失真。
光纤的非线性效应
• At very high power it is possible for all of the signal power to be transferred to the Stokes Wave.
• 增加信道间隔，增加信道之间的群速度不匹配。但缺点 是增加了总的系统带宽，从而要求放大器在较宽的带宽 范围内有平坦的增益谱，另外还增加了SRS引起的代价。
• 增加光纤的有效截面，降低光纤中光功率密度。 • 对于DSF使用大于1560nm的波长。这种方法的思路是：
即使对于DSF，这一范围内也存在显著的色散量，从而 可以减小FWM的效率。这依赖于L-band的EDFA。
穿插相位调制(XPM)
• 穿插相位调制〔XPM〕的产生是由于外信道光 功率引起的折射率非线性变化，导致相位变化
• 相位正比于 (E122E2E1)z，其中第一项来源于SPM， 第二项即穿插相位调制(XPM)。
• 假设E1=E2 那么XPM的效果将是SPM的两倍。 因此XPM将加剧WDM系统中SPM的啁啾及相应 的脉冲展宽效应。
• In remote pumping of an erbium doped fibre amplifier (EDFA) through a separate fibre. EDFA pumps typically put out about four lines of around only 80 MHz wide. Each of these lines is limited by SBS in the amount of power
啁啾光脉冲的振幅调制和相位扰动对压缩光脉冲的影响
第17卷 第10期强激光与粒子束Vol.17,No.10 2005年10月H I GH P OW ER LASER AND P ARTI CLE BEAMS Oct.,2005 文章编号: 100124322(2005)1021484205啁啾光脉冲的振幅调制和相位扰动对压缩光脉冲的影响3马再如1, 冯国英1, 朱启华2, 陈建国1(1.四川大学电子信息学院,四川成都610064; 2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要: 通过采用分步傅里叶变换法求解非线性薛定谔方程,模拟了啁啾光脉冲有振幅调制和相位扰动下的自相位调制(SP M)对压缩光脉冲对比度和预脉冲宽度的影响。
结果表明:啁啾光脉冲的振幅调制深度和相位扰动深度越大,则压缩后的光脉冲对比度越小;啁啾光脉冲的振幅调制周期和相位扰动周期越小,则压缩光脉冲的预脉冲宽度越大。
关键词: 振幅调制; 相位扰动; 自相位调制; 压缩光脉冲 中图分类号: T N24 文献标识码: A 啁啾脉冲放大(CP A)技术[1]的提出及其演示的成功,极大地推动了高峰值功率激光器的发展。
目前,该类激光系统的输出功率达到了P W量级,其聚焦的功率密度更是达到了1020～21W/c m[2,3],为高能量密度物理实验、高次谐波产生和I CF等领域的研究提供了强有力的工具[4]。
而在这些实验中,对激光脉冲的时间波形有较严格的要求。
实验研究表明,在高功率激光与物质相互作用中,若激光的功率密度达到1011～12W/c m2,就会有等离子体的产生[5,6],从而破坏更高功率密度的主脉冲激光与物质的作用初始条件,给实验分析带来困难。
对于CP A系统而言,光脉冲的聚焦功率密度可达1018～1019W/c m2。
常常用对比度来描述主脉冲的峰值功率与预脉冲(光脉冲的前沿达到产生等离子体的阈值强度)的功率之比,实验的光脉冲的对比度很高,为107～8,同时,对预脉冲宽度(预脉冲和主脉冲的时间间隔)不能超过几p s。
光纤通信仿真知识分享
光纤通信仿真光纤通信仿真实验光纤模型实验：自相位效应姓名：万方力学号：2013115030305班级：1303班指导老师：胡白燕院系：计算机科学与技术学院光纤模型实验：自相位效应一、实验目的1、通过进行本次实验，加深光纤结构以及特性的理解，通过实验现象的分析，结合理论知识获得进一步的认识。
2、本次实验是对自相位调制在脉冲传播上的模型进行模拟和验证，是基于光纤性质上的实验，通过本次实验，了解自相位效应的产生及影响，加深光纤相关知识的理解。
二、实验原理1、光纤的色散特性色散（Dispersion）是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传输时间不同而产生的一种物理效应。
色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。
1）模式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。
2、自相位调制信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制。
在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频谱逐渐展宽。
这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。
在光纤的正常色散区中,由于色散效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输的信号将经历暂时的较大展宽。
但在异常色散区,光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。
在一般情况下,SPM效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。
受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。
自相位调制
在一般情况下,SPM效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。
在G.652光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制效应将引起脉冲的压缩,但同时使传输光谱展宽。对于基于异常色散特性的G.655光纤,这种信号的自相位调制效应应是发射机功率的函数。脉冲压缩能抑制色散和提供一定的色散补偿,但最大色散限制和相应的传输距离限制依然存在。
自相位调制
信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制：
Δφ(2πn2Leff/λAeff)P
相位调制导致的频率调制为：
从而使信号频谱展宽。
在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频谱逐渐展宽。这种展宽与信号效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输的信号将经历暂时的较大展宽。但在异常色散区,光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。
自相位调制
在折射率与光强相关的媒质中， 时变的信号强度将产生时变的 折射率，因此，脉冲顶端的折 射率与脉冲后沿的折射率有微 小的不同。
时变的折射率产生了时变的相位 和频率，其结果是脉冲上各点的 频率与初始值v0不同，脉冲不同 部分所经历的相移也不同，这就 导致了频率啁啾，脉冲上升沿频 率红移（低频），向下降沿的频 率发生蓝移（高频）。
对于某些光纤，时变的相位会导致一定的功 率代价，这是由于脉冲沿光纤传播时，GVD致脉 冲展宽所引起的，在正常色散区，色度色散为负 且群时延随波长降低，意味着红光比蓝光的波长 更长，红光传播快，在这种情况下，啁啾加剧了 GVD导致脉冲展宽效应。而在反常色散区，色散 为正，群时延随波长增加，红移的脉冲前沿传播 较慢，它向脉冲中心方向移动，蓝衣后延传播较 快，向脉冲中心方向移动，SPM导致脉冲变窄， 部分补偿了色度色散。
由于spm效应产生的频移可用下式表dtdp根据上式信号功率的瞬时变化将会导致信号频率变化在折射率不光强相关的媒质中时变的信号强度将产生时变的折射率因此脉冲顶端的折射率不脉冲后沿的折射率有微时变的折射率产生了时变的相位和频率其结果是脉冲上各点的频率不初始值v0丌同脉冲丌同部分所经历的相移也丌同这就导致了频率啁啾脉冲上升沿频率红移低频向下降沿的频率发生蓝移高频
度量SPM效应强弱的主要参数是γ，具体公式为
2 n2 Aeff
式中λ，Aeff
Γ在二氧化硅的值介于1W-1km-1至5W-1km-1之间，这个值取决于 光纤型号和信号光波长。
由于SPM效应产生的频移△φ 可用下式表
示
ddtLeffddPt
很多光材料的折射率n跟光强I相关，具体计算公式
为：
nn0n2I
n0n2
P Aeff
其中，n0是材料的常态折射率，n2是非线性折射率系数， 在二氧化硅中，n2的值大约为2.6*10-8um2/W,在氟化 物玻璃中，n2的变化范围在1.2*10-6um2/W到5.1*106um2/W之间，在As40Se60硫属化合物中，n2的值为 2.4*10-5um2/W，这种折射率为传输信号光强所调制 的非线性现象称为克尔效应。在单波长链路中，这种非 线性会引起传输过程中与载波强度相关的相位调制 （SPM），SPM会使光波的功率波动转化成相位波动。
自相位调制
3
0. 简介
A pulse (top curve) propagating through a nonlinear medium undergoes a selffrequency shift (bottom curve) due to selfphase modulation. The front of the pulse is shifted to lower frequencies, the back to higher frequencies. In the centre of the pulse the frequency shift is approximately linear.
13
1.2 脉冲谱变化
实验观察到的谱 加宽情况。 加宽情况。
自相位调制效应 能引起相当大的 谱加宽！ 谱加宽！
14
1.3 脉冲形状与初始啁啾对谱加宽的影响
15
2. 群速度色散 群速度色散(GVD)的影响 的影响
考虑GVD和SPM共同作用时，脉冲时域轮廓和频 和 共同作用时， 考虑 共同作用时 谱演化规律。 谱演化规律。 1. 反常色散区 反常色散区——光孤子。 光孤子。 光孤子
自相位调制 (SPM)
王占新
0. 简介
考虑一个超短高斯型激光脉冲，它的强度为： 考虑一个超短高斯型激光脉冲，它的强度为：
当该脉冲在透明介质中传输时， 当该脉冲在透明介质中传输时，光Kerr效应引起 效应引起 Intensity-dependent折射率 折射率: 折射率
2
0. 简介
在脉冲中部（ 之间）， ），频率随时间变化近 在脉冲中部（在 t = ±τ/2 之间），频率随时间变化近 似为线性的！ 似为线性的！
8
1.OTN波分基础概述
脉冲展宽
光纤色散分类：
T
材料色散：折射率的不同导致不同频率的群速率不同，导致色散。 波导色散：导引模传播常数β会随着波长变化而变化的非线性函数，产生色散。 偏振模色散PMD：光纤基膜中相互垂直的两个偏振模，(1)如果纤芯受压力呈 椭圆度，导致横纵轴的不均匀性，(2)材料的热膨胀系统的不均匀性，导致光 纤截面上各向异性的应力，导致折射率的各向异性，导致群时延不同。 模间色散（多模光纤）：不同导引膜的群速率不同引起的色散。 第 12 页
?自相位调制spm和交叉相位调制xpm?光纤中的兊尔效应kerr是一种折射率的非线性效应即光纤中激光强度的发化导致光纤折射率的发化引起光信号自身的相位调整这种效应叫做自相位调制?在多波长系统中一个信道的相位发化丌仅不本信道的光强有关也不其它相邻信道的光强有关由于相邻信道间的相互作用相互调制的相位发化称为交叉相位调制xpm
第 13 页
1.光纤-传输特性
偏振模色散PMD的主要记忆内容
偏振模色散主要影响10Gbps速率以上的信号。 偏振模色散主要受客观环境条件影响，所以是随机性的，难以预先计算，只能 现场测试。 ITU-T规定单模光纤的平均偏振模色散系数， PMD ≤0.5ps/ km
快轴 快轴
信号传送方向 慢轴
选用新型光纤。 G.655(非零点色散位移光纤),在1550nm波长附近，光纤色度 色散系数4ps/nm· Km左右。 色散补偿技术。
色散补偿光纤（DCF）。是一种特制的光纤，其色度色散为负值，恰好与G.652光 纤相反，可以抵消G.652常规色散的影响。但衰耗大（约为0.5dB/km）需使用 EDFA来补偿，且对强光产生严重的非线性效应，应与避免。 色散补偿器DCM。如采用采用啁啾光栅做色散补偿，其色散补偿量标称值为40公 里、60公里和80公里，做成单板。【☆最常用的方法☆】 非线性光学效应压缩色散。具体是指利用Kerr效应之一的自相位调制特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
很多光材料的折射率n跟光强I相关，具体计算公式 为： P
n n0 n2 I n0 n2 Aeff
其中，n0是材料的常态折射率，n2是非线性折射率系数， 在二氧化硅中，n2的值大约为2.6*10-8um2/W,在氟化 物玻璃中，n2的变化范围在1.2*10-6um2/W到5.1*106um2/W之间，在As Se 硫属化合物中，n2的值为 40 60 2.4*10-5um2/W，这种折射率为传输信号光强所调制 的非线性现象称为克尔效应。在单波长链路中，这种非 线性会引起传输过程中与载波强度相关的相位调制 （SPM），SPM会使光波的功率波动转化成相位波动。
在折射率与光强相关的媒质中， 时变的信号强度将产生时变的 折射率，因此，脉冲顶端的折 射率与脉冲后沿的折射率有微 小的不同。 时变的折射率产生了时变的相位 和频率，其结果是脉冲上各点的 频率与初始值v0不同，脉冲不同 部分所经历的相移也不同，这就 导致了频率啁啾，脉冲上升沿频 率红移（低频），向下降沿的频 率发生蓝移（高频）。
度量SPM效应强弱的主要参数是γ ，具体公式为
2 n2 Aeff
式中λ，Aeff
Γ在二氧化硅的值介于1W-1km-1至5W-1km-1之间，这个值取决于 光纤型号和信号光波长。 由于SPM效应产生的频移△φ 可用下式表 示
Байду номын сангаас
d dP Leff dt dt
根据上式，信号功率的瞬时变化将会导致信号频率变化
THANK YOU ！！
对于某些光纤，时变的相位会导致一定的功 率代价，这是由于脉冲沿光纤传播时，GVD致脉 冲展宽所引起的，在正常色散区，色度色散为负 且群时延随波长降低，意味着红光比蓝光的波长 更长，红光传播快，在这种情况下，啁啾加剧了 GVD导致脉冲展宽效应。而在反常色散区，色散 为正，群时延随波长增加，红移的脉冲前沿传播 较慢，它向脉冲中心方向移动，蓝衣后延传播较 快，向脉冲中心方向移动，SPM导致脉冲变窄， 部分补偿了色度色散。