动态色散补偿系统中色散监测技术的研究进展
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文章 编 号 ： ０ ７ ３ ４ （ ０ １ ｏ — ０ ８ ０ １０ — ０ ３ ２ １ ） ４ ０ ２ — ４
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光纤通信系统中的色散补偿问题综述
光纤通信系统中的色散赔偿问题综述1.Introduction光纤通信含有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。
但损耗和色散是长久妨碍光纤通信向前发展的重要因素。
随着着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的重要因素。
如何控制色散方便提高光纤通信系统的性能，成为光纤通信研究的热门课题之一。
现在对于光纤的色散已经提出了诸多赔偿办法，重要有色散赔偿光纤（DCF），啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转），全通滤波器、预啁啾等。
随着以上各办法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散赔偿技术，又相继提出了色散管理孤子，密集色散管理孤子等技术。
色散管理成为近年来光纤通信前沿研究的重要热点。
2.Concept of Dispersion由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传输速率，从而引发色散。
也能够从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传输期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。
3.Dispersion Causes普通把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。
a)模式色散模式色散是多模光纤才有的。
多模光纤中，即使是同一波长，模式不同传输速度也不同，它所引发的色散称为模式色散。
不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光波之间产生了群时延差，假设光纤能够传输多个模式，其中高次模达成输出端所需的时间较长，成果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式达成的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽。
b)模内色散模内色散亦称颜色色散或多色色散。
重要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量含有不同的群速度，成果造成光脉冲的展宽。
模内色散涉及材料色散和波导色散。
c)偏振色散普通的轴对称单模光纤是违反“单模”名称的。
事实上有可能传输着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向(设为x 方向与y 方向)上偏振的(即在这些方向上含有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着某些轴不对称，那么，光纤会存在双折射，模传输常数β对于x，y 方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引发的色散叫偏振色散。
利用1550nm技术结合色散补偿实现黔东南州市县联网数字电视传输
穗— — 榕 江—— 雷 山 ， 远点 距 离 ６ ０８ ｋ 凯 里 市 最 ９ ．２ ｍ； 中心— — 丹寨 ； 里市 中心 —— 麻 江 。传输 节 目为 全 凯 数 字传 输共 计 ３ ４个 频点 ， 频率 覆盖 ２ ３ ５ ６ ｚ ８ ～ ８ ＭＨ 。所 以分前 端实 现 了双 路 由备份 ，没有成 环 的分 前 端 ， 利
号传 送 到县 乡 以下 地 区 ， 力 推动 数 字 电视 的联 网以 大
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２ １年第 ５期（ １ ０ 总第 ２ ７期） ５
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２２ 色 散 补 偿 技 术 ．
有线 电视技 术
光纤 色散 是 由于 光纤 中光 信 号 的光 频 率 不 同或
络建 设提 供借 鉴 ， 对我 国有 线 电视 的数 字平 移 工作 具
有 重 大意 义 。
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问题 ： 针对 １ ５ ｎ 外调 制 传 输 系统 中应用 光 纤类 型 ５ ０ｍ 的不 同 ， 供 相 匹配 的色 散补 偿 模 块 ； 对不 同 的 网 提 针
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光学系统中的色散补偿技术研究
光学系统中的色散补偿技术研究光学系统中，色散是一种常见的现象，它指不同频率的光在传播过程中，由于介质折射率引起的相位差异，导致波的形态变化。
色散会导致光束的扩散和色散，严重影响传输质量和信号传输距离。
因此，色散补偿技术成为了光学系统研究领域中一个热门话题。
一、色散问题的发生原理光的波长范围较为广泛，因而一串光波分为几个频率组。
在光线穿过介质时，不同频率的组成成分其在材料中传播的光程可不同，进而部分波会在穿过材料时受到更多或更少的相位移。
这样就会导致光的波形变形而出现色散现象。
而在光学系统中，光线的路径在不同环节中会经过许多介质，色散现象的累积作杂化解更为困难。
二、色散补偿技术的发展历程在过去的几十年中，光学系统依赖于发光二极管不同频率的发光器件中的发射点来解决这一问题，但其复杂性以及成本高昂等问题导致这种方法并不能得到广泛应用。
随着新光技术的出现，如电子学、通讯技术和光学材料的不断进展，色散补偿技术也得到了发展。
目前，色散补偿技术的研究重点是解决在光学系统中色散效应的问题。
色散补偿技术主要有以下几个：1. 光纤同轴干涉法在解决色散问题时，需要一种可靠的方法，来测量出不同波长下两个光波差异距离。
光纤同轴干涉法就是这种方法之一。
其原理是光信号通过一个长度为几毫米的光纤将信号发送到比较设备，利用不同波长下光线的色散特性测量出差异距离。
该技术无需外部控制元件和整个系统的智能控制单元，安装简便、使用方便、精度高、成本低。
2. 光纤单模脉冲压缩光纤单模脉冲压缩是一种实现色散补偿的技术，它利用光纤的色散效应压缩脉冲宽度，从而实现色散抑制。
该技术适用于无线电通信、雷达、太阳系探测、光学中继和微波光电子、激光制造等领域。
其优点是可以在光纤传输系统和光学通讯中使用，具有简单可行的可靠性高的特点。
同时，光纤单模脉冲压缩技术性能稳定，可以在实际应用中进行量化测试。
3. 非线性自相位调控技术非线性自相位调控技术是一种有效的色散补偿技术，它通过非线性波段之间的相交作用，在功率调节下实现对光信号的色散补偿。
色散补偿技术研究
色散补偿技术研究色散补偿技术是一种在光通信中应用广泛的技术。
随着高速光通信的发展，色散补偿技术变得愈加重要。
本文主要介绍了色散补偿技术的基本原理、常用方法以及未来发展趋势。
一、色散补偿技术的基本原理色散是光在介质中传播时由于介质对不同波长的光折射率不同而引起的波长分散现象。
由于波长越长的光在介质中的折射率越低，所以波长越长的光在介质中需要走更长的路程才能到达终点。
这就导致了波长越长的光比波长越短的光传播速度更慢，进而使它们在一定距离后逐渐被分离出来。
这种现象被称为色散。
在光通信中，信号传输过程中会经过多段光纤。
如果传输的信号是多波长混合信号，由于不同波长的光在光纤中传播速度不同，就会导致信号的失真和衰减。
因此，需要采用色散补偿技术来抵消这种影响。
色散补偿技术的基本原理是在传输信号的过程中引入一个与色散相反的系数，使得不同波长的光信号能够在适当的距离后达到同步。
这样就可以有效消除信号的失真和衰减，提高传输质量。
二、常用的色散补偿方法1. 主动补偿法主动补偿法是指在发送端或接收端引入一定的调制方式来实现色散的抵消。
主要包括电气域和光域两种方式。
电气域的主动补偿方法是在发送端对光信号进行调制，通过引入相位调制或频率调制来抵消色散。
这种方法的优点是可以实现高速调制，缺点是需要增加设备复杂度和成本。
光域的主动补偿方法是通过采用具有反色散特性的光学元件，如光纤光栅或光纤光图案等来实现。
这种方法的优点是可以进行实时补偿，缺点是需要较高的功率和成本。
被动补偿法是指直接在光纤路径中引入补偿元件来实现色散的抵消。
主要包括单模光纤、分散补偿光纤、分布式反射器和灰色翻转等方法。
单模光纤是一种直径较小的光纤，具有较低的色散特性。
在一定的波长范围内，单模光纤可以保持较好的色散性能，因此可以用来减小色散的影响。
分散补偿光纤是一种具有负色散特性的光纤。
当信号经过分散补偿光纤时，由于其色散特性的反相，就能够抵消光纤传输过程中所引起的正色散。
色散补偿技术研究
色散补偿技术研究
色散补偿技术是一种光通信中常用的技术，主要用于抵消由于光信号在传输过程中产生的色散效应。
色散是指不同波长的光信号在传输过程中以不同的速度传播，导致信号在时间上发生扩展和形状上发生畸变。
这种畸变会影响光信号的质量和传输距离，因此需要采取相应的色散补偿技术来解决这个问题。
色散补偿技术主要通过在光纤通信系统中引入相应的色散补偿模块来实现。
其中最常用的方法是利用时域上的色散补偿技术，主要包括预色散补偿和后向色散补偿两种。
预色散补偿是指在信号发射前对信号进行处理，使其在传输过程中的色散效应得到抵消。
这种方法主要通过在发射端引入色散补偿器，根据信号的波长、速度和传输距离来选择相应的补偿参数，使得信号在传输过程中能够实现完全的色散补偿。
预色散补偿技术能够有效地抑制系统中的色散效应，提高信号的传输质量和传输距离。
除了时域上的色散补偿技术之外，还有一些频域上的色散补偿技术被广泛应用于光通信系统中。
这些技术主要通过引入特殊的光纤结构来改变光信号在频域上的传播特性，使得不同波长的光信号在光纤中传播的速度一致，从而实现色散的补偿。
频域上的色散补偿技术具有结构简单、补偿效果好等优点，被广泛应用于光纤通信系统和光网络中。
色散补偿技术是一种重要的光通信技术，能够有效地改善光信号的传输质量和传输距离。
目前，随着光纤通信技术的不断发展，对色散补偿技术的研究也越来越深入，各种新的色散补偿方法和技术不断涌现，将进一步提高光通信系统的性能和可靠性。
光子晶体光纤色散补偿研究
光子晶体光纤色散补偿研究随着科技的发展和变革，光子晶体光纤技术已经取得了令人瞩目的进展。
光子晶体光纤已经被广泛的应用到电信、计算机网络、汽车电子、医学等行业，并在解决远程传输和宽带通信等方面发挥着重要作用。
但是，光子晶体光纤也存在一些不足，其中之一就是色散，传输信号需要经过一定的补偿，以保证较高的信号质量。
因此，光子晶体光纤色散补偿的研究是提高光子晶体光纤的性能的关键环节。
光子晶体光纤色散补偿技术主要包括两类，即时间域和频域补偿。
时间域补偿技术是将信号在接收端进行处理的一种技术。
它的主要原理是通过对信号做出不同时间上的变换来消除色散对信号的影响，从而改善信号质量。
频域补偿技术是通过使用低通滤波器在处理信号时将其分解，然后根据色散曲线对信号进行补偿以改善信号质量，这种技术具有不受采样频率影响的优点。
在时间域色散补偿技术中，延迟线反射补偿技术是一种受欢迎的技术，它主要是通过反射在延迟线上的接收信号来恢复传输的信号，从而消除色散的影响。
在频域色散补偿技术中，带通滤波器补偿是一种常用的技术，它主要通过滤除低频信号和超高频信号的干扰以维护信号的原有结构，这样就可以改善信号的质量。
随着光子晶体光纤技术的发展，色散是光子晶体光纤传输中必须要解决的问题。
光子晶体光纤色散补偿研究是提高光子晶体光纤的传输性能的关键环节，时间域补偿技术和频域补偿技术是解决色散问题的两种不同的补偿方法。
它们的研究不仅能够提高光子晶体光纤的传输性能，而且还能够有效地提高传输的质量和可靠性，使用户得到更好的服务体验。
综上所述，光子晶体光纤色散补偿研究有助于提高光子晶体光纤的传输性能，为用户提供更好的服务体验。
时间域和频域补偿技术是解决色散问题的有效方法，其研究也应该受到重视，以继续推动光子晶体光纤技术的发展。
光纤通信系统中色散补偿技术
光纤通信系统中色散补偿技术————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2光纤通信系统中色散补偿技术蒋玉兰(浙江华达集团富阳，31 1400)【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数—色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。
文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。
最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。
1概述光纤通信的发展方向是高速率、大容量。
它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s 发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。
现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。
同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C 类。
光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。
色散就是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。
单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。
这些色散都会导致光脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。
对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。
G655光纤在1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.1~10.0pb/nm·km）。
其色散值可以是正，也可以是负。
若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。
同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。
自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。
所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。
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收稿日期:2006-07-19. 基金项目:国家“973”计划项目(2003CB314907);国家自然科学基金资助项目(90604026,60320130174);清华信息科学与技术国家实验室基础研究基金资助项目.动态综述动态色散补偿系统中色散监测技术的研究进展陈 明,张冶金,司治建,贺丽娜,孙 杰,陈宏伟,杨四刚,谢世钟(清华大学电子工程系,北京100084)摘 要: 光纤色散是限制光信号传输质量和距离的主要因素之一,动态色散补偿是高速光通信系统中迫切需要解决的问题。
色散监测技术是动态色散补偿系统的关键。
系统地总结了色散监测技术的研究情况及其进展。
对几种动态色散监测技术的机制、特点及其实现进行了分析比较。
关键词: 色散监测;色散补偿;色散;光纤通信中图分类号:TN929.11 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2006)05-0503-05R esearch Progresses of Chromatic Dispersion MonitoringT echniques in Dynamic Compensation SystemsC H EN Ming ,ZHAN G Ye 2jin ,SI Zhi 2jian ,H E Li 2na ,SUN Jie ,C H EN Hong 2wei ,YAN G Si 2gang ,XIE Shi 2zhong(Department of E lectronics E ngneering ,Tsinghu a U niversity ,B eijing 100084,CHN )Abstract : Fiber chromatic dispersion is a major limiting factor for ult rahigh bit 2rate t ransmission in optical fiber communications ,which rest rict s t he transmission velocity and distance.chromatic dispersion is an urgent p ro blem needing to be solved for high bite 2rate optical communication systems.Effective monitoring techniques are heart s of t he dynamical compensation systems.Some dynamical monitoring techniques are discussed.Their mechanism ,properties and performance are analyzed and compared.K ey w ords : chromaticdispersionmonitoring ;chromaticdispersioncompensation ;chromatic dispersion ;optical fiber communication1 引言光纤通信系统色散容限与比特速率成反比,随着传输速率的增加,系统的色散容限迅速下降。
如40Gb/s 系统的色散容限仅仅是10Gb/s 系统的1/16。
在将来的智能化全光通信网络中,各个节点信道上下话路及交换情况越来越复杂,接收端无法预知光信号的具体通路,因此链路色散具有不确定性,残余色散很容易达到或超过系统的色散容限,对系统性能产生严重影响[1]。
因此如何经济有效地对系统色散进行动态补偿已成为研究的热点,是高速光纤通信系统急需要解决的问题。
在动态色散补偿系统中,色散监测技术和补偿器件具有核心地位。
色散监测的范围和监测精度及色散补偿器件的调节范围和调节精度直接决定了动态色散补偿系统的范围和精度,它们的复杂程度也直接决定了补偿系统的总成本[1]。
本文主要对几种色散监测技术的机制、特点、实现和优缺点进行比较研究。
展望了高速光纤通信中色散补偿系统中的动态色散监测技术的发展趋势。
2 各种监测技术目前文献报道的各种色散监测技术主要分成两大类[1]:一种是基于信号波形的色散监测技术;一种・305・是基于信号频谱的色散监测技术,下面我们对其分别进行探讨。
2.1 基于信号波形的色散监测技术2.1.1 基于光纤频谱展宽的色散监测技术[2]光信号经过经过高非线性光纤传输时,其光谱由于SPM 效应会发生形变而被展宽。
当链路信号残余色散较小时,信号波形较窄,光脉冲峰值较大,由于光纤的SPM 效应正比于光强的平方,此时SPM 较大;而线路残余色散增大时,脉冲被展宽,峰值变小,SPM 效应会减弱,对应的光谱展宽就减弱。
使用一个窄带光滤波器滤出光谱的边带,通过监测输出功率就可以监测光谱展宽程度,从而实现在线监测系统的残余色散。
图1所示为利用光纤频谱展宽效应的色散监测原理图[2],残余色散较小时滤波器的输出功率较大;色散增加后,脉冲展宽,滤波器输出减小。
值得注意的是当残余色散较大,使得脉冲展宽过大,相邻脉冲发生干涉使滤波器输出出现起伏。
此方法的监测范围约为±50p s/nm ,监测精度小于5p s/nm 。
此方法不要求高速的处理电路,以光处理为主,但是存在对光功率要求较高,非线性光纤的输入功率高达75mW [3],需两级光放大,受PMD 的影响较敏感等缺点。
图1 基于光纤频谱展宽的色散监测原理图2.1.2 基于四波混频的色散监测技术四波混频是指四个相互作用的电磁场参与的非线性过程。
光信号在非线性介质中传输时,因为非线性介质的克尔效应而发生四波混频效应,产生新频率的光波(共轭光),这个新产生的光波在光纤中传输时会受到光纤色散的影响,利用它可以监测系统的残余色散。
这里我们介绍两种基于四波混频效应(光纤和SOA )的色散监测技术。
图2为利用光纤四波混频效应监测色散的原理图(a )和其实验结果(b )[4],被监测信号经过放大后和探测光一同输入色散位移光纤(DCF ),由于光纤克尔效应发生四波混频产生新频率的共轭光。
当色散增大时,DCF 中的四波混频效应减弱,对应的共轭光功率也随之减弱,使用滤波器滤出共轭光,通过监测其功率可以监测光谱展宽程度,从而可以监测系统的残余色散。
从实验结果可以看出,色散监测范围约为±40p s/nm ,监测精度小于10p s/nm 。
此方法以光信号处理为主,不需要高速处理电路,但是由于光纤四波混频效应较弱,监测精度不高,而且对PMD 敏感,实验中使用功率高达21mW。
图2 基于光纤四波混频的色散监测示意图与实验结果为了克服光纤非线性效应较小的特点,可以使用半导体光放大器的四波混频效应来实现色散监测。
图3给出了基于SOA 四波混频的色散监测示意图。
此方法的色散监测范围为±40p s/nm ,监测精度高于±5p s/nm ,完全在光域处理信号,无需电信号处理,成本较低,结构简单。
图3 基于SOA 四波混频的色散监测示意图2.1.3 基于双光子吸收的色散监测技术图4为基于双光子吸收的色散监测的原理图(a )和实验结果图(b )[5]。
被监测信号经过扰偏后送入半导体光探测器,半导体的能带跃迁能量在输入光子能量的一倍到两倍之间。
因此半导体光探测器只有在发生双光子吸收的时候才能产生光电流。
发・405・生双光子吸收的概率与输入光功率的平方成正比,即和输入光功率的峰值有关。
通过探测器输出光电流可以监测信号光峰值的变化,从而监测到系统的残余色散。
如图4(b )所示,该方法的色散监测范围约为±30p s/nm ,监测精度小于5p s/nm 。
此方法对输入功率的要求较低,在很多时候不需要额外的光放大就能够工作,减少了系统成本,但是存在输出信号的对比度低,对PMD 敏感等缺点。
图4 基于双光子吸收的色散监测实验和结果2.1.4 基于电吸收调制器互吸收调制的色散监测技术[6]图5为电吸收调制器互吸收调制的色散监测原理图(a )和实验结果(b )。
在该方法中,首先采用两个不同中心波长的窄带滤波器得到被监测光信号的两个残余边带,对其中一个边带加入时延而另一个边带进行放大后,将其相向输入电吸收调制器,如图5所示。
由于调制器中互吸收调制使得输出光信号携带了两路光信号的相关量,通过监测输出光的功率可以得到此相关量,通过调节延时器的值可以监图5 基于电吸收调制器互吸收的色散监测实验和结果测系统残余色散的变化。
该方法的优点是可以区分被监测系统的残余色散的符号,缺点是监测精度低,由于监测过程中需要扫描延时器,监测速度受到限制。
2.1.5 基于SOA 交叉增益调制效应的色散监测技术在利用SOA 交叉增益调制效应的色散监测技术中,被监测信号经过光窄带滤波器分为两个残余边带信号,其中之一经过延迟送入SOA ,而另一路经过放大后从相反方向送入SOA ,如图6所示[1]。
前一路信号经过SOA 时会受到后一路信号的交叉增益调制,输出将带有两路信号的相关信息。
由于两残余边带的相位差和输入信号的色散有关,所以最终输出结果是链路色散的函数,可以用于监测系统残余色散。
通过在前一路残余边带信号的时延上加入1M Hz 的正弦扰动,则在接收端电信号的相应扰动输出频谱的2阶谐波和链路色散将具有很好的关系[1],可得到更高的色散监测精度。
此方法的监测范围约为±80ps/nm ,可以区分色散符号,但是较易受到PMD 和非线性作用的影响且系统较为复杂。
图6 基于SOA 交叉增益调制的色散监测2.2 基于信号频谱的色散监测技术2.2.1 基于信号时钟提取的色散监测技术[7]对于N RZ 码来说,信号本身不具有时钟分量,但是经过具有一定色散的光纤链路后,信号会产生时钟分量;而对于RZ 码来说恰好相反,信号本身具有时钟分量,在色散媒质传播时由于色散的原因造成时钟分量减弱,通过提取信号并监测其输出功率则可以得到系统残余色散。
从图7中(a )、(b )分别为10Gb/s 系统中NRZ 码和RZ 码在不同色散情况下的电谱变化情况可以看出上述变化趋势。
图7中(c )、(d )为10Gb/s 系统中相应的实验结果。
可以看出其监测范围约为±700p s/nm ,精度小于100p s/nm 。
该方法在接收端进行电域上的时钟提取,由时钟的幅度和色散的关系监测色散,对N RZ 和・505・RZ 码都适用,结构简单,对信号无损伤,缺点是功率较大时会受到非线性影响。
图7 基于信号时钟提取的色散监测技术实验结果2.2.2 基于残余边带、单边带较相的色散监测技术[8]光通信系统中普遍采用的NRZ 、RZ 、和CSRZ 都具有携带相同信号的两个边带,利用带宽近似等于信号速率的滤波器可将其分别滤出,如滤波器中心频率偏离光载波中心波长,则可得到两个残余边带(VSB )[1]。