光传输系统中色散补偿问题的探讨
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。
色散对光纤通信系统的影响与补偿
编号：审定成绩：×××××××××××××××届毕业设计（论文）色散对光纤通信系统的影响与补偿设计（论文）题目：——基于Optisystem运用学院名称：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：日期：××××年××月中文摘要色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。
对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，因而对色散补偿的研究是一项极有意义的课题。
色散是影响光纤通信质量的一个主要因素，啁啾光纤光栅色散补偿技术是一种实用的色散补偿方式，因而成为目前光纤通信领域的一个研究热点。
本论文以光纤传输通信系统为研究对象，对系统的模型，仿真方法和系统的性能进行了深入的研究和探索，通过对仿真结果的研究验证系统的性能，得到最佳系统参数，采取了较佳的方案。
论文主要工作如下：1）介绍、分析布拉格光纤光栅的基本原理及其相关基础知识；2）分析研究色散对光纤的短程及远程传输信号的影响；3）利用OptiSystem仿真软件对色散对光纤传输的影响进行适当的仿真分析。
4）利用OptiSystem仿真软件实现布拉格光纤光栅对光纤脉冲信号传输中色散的补偿作用。
关键词：光纤光栅，色散补偿，时延，带宽，补偿距离，光通信系统，OptiSystem，仿真ABSTRACT IN CHINESEDispersion is an important optical properties of the fiber, which causes optical pulse broadening, and severely limits the transmission capacity of optical fiber. Play a major role for actual use on a long haul single-mode fiber, chromatic dispersion, polarization mode dispersion in high-speed transmission, can’t be ignored. Pulses in optical fibers, the pulse width broadening the extent of degradation increases with the square of the data rate, and thus the study of the dispersion compensation is a very significant issue.So dispersion is an important factor that impact the optical communication. Chirped fiber grating is considered to be one of the most useful technology for high-bit-rate optical communication. Therefore, it has been a hot topic in recent years. The communication optical fiber transmission system, the system model, simulation method and system performance conducted in-depth study and exploration of the performance of the verification system through the simulation results, the optimal system parameters, adopted a more excellent program.The research works in the dissertation are summarized as follows:1) Introduction and analysis of the basic principles and basic knowledge of fiber Bragg gratings;2) Analyze the impact of dispersion on the short-and long-range transmission signal of the fiber;3) The use of appropriate simulation analysis the simulation OptiSystem software dispersive optical fiber transmission.4) Fiber Bragg gratings for dispersion compensation in optical pulse signal transmission of OptiSystem simulation software.Key words：Optical fiber grating, the dispersion compensation and time delay, bandwidth, compensation distance, optical communication system, OptiSystem, simulation目录中文摘要 (1)ABSTRACT IN CHINESE (2)第一章绪论 (4)1.1 光纤通信的发展历程 (4)1.2 光纤通信研究的目的和意义 (5)1.3 光纤通信系统的概述 (6)第二章光纤色散与布拉格光纤光栅的补偿 (8)2.1 光色散与光时延 (8)2.1.1 光的色散、相速、群速和时延 (8)2.1.2 色散和时延 (10)2.2 光纤光栅的色散 (11)2.3 光纤光栅的色散特性及其应用 (13)第三章 OptiSystem系统仿真设计 (16)3.1 OptiSystem系统简介 (16)3.2 OptiSystem系统运用及仿真 (18)3.2.1 系统一：光纤通信光信号传输中时域与频域的变化 (18)3.2.2 系统二：光纤光栅对光信号传输中的色散补偿分析 (21)3.2.3 系统三：光纤光栅色散补偿系统改进及数据分析 (25)结论 (27)附录 (28)参考文献 (29)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
WDM光传输系统中色散补偿技术
０ ． 绪 论
十 ］
则人 射光 脉 冲的形状 如 图 １ 所示 ． 其 中：
１ ． 光 纤 色 散 的 基 本 介 绍
光纤通信 的发展方 向是高速率 、 大容量 。 它从 Ｐ Ｄ Ｈ ８ Ｍ ｂ ／ ｓ ， ３ ４ Ｍ ｂ ／ Ｉ ｖ （ ｏ ｓ ． １ ４ ０ Ｍｂ ／ ｓ ， ５ ６ ５ Ｍ ｂ ／ ｓ 发展到 Ｓ Ｄ Ｈ １ ５ ５ Ｍ ｂ ／ ｓ ． ６ ２ ２ Ｍｂ ／ ｓ ， ２ ． ５ Ｇ ｂ ／ ｓ ， １ ０ Ｇ ｂ ／ ｓ 。 现 第一 步 ：求入 射光脉 冲 的宽 在 又进展 为波分复用 ＷＤ Ｍ、 密集型波分 复用 Ｄ ＷＤ Ｍ。同时 ， 光纤 的结 便于 与展宽后 的脉 冲作 比较 。 构从 Ｇ ６ ５ ２ 、 Ｇ ６ ５ ３ 、 Ｇ ６ ５ ４ ， 发展到 Ｇ ６ ５ ５ ， 以及 Ｇ ６ ５ ２ Ｃ类 。 光纤 的技术指 度 ． １ ． ５ ． １ 半极大值处 的半宽度 标很 多 ． 其中色散是其 主要 的技术指标之一 。
２ ０ １ ４ 年０ ３ 期
科技 置向导
◇ 科技论坛◇
ＷＤ Ｍ 光传输 系统中色散补偿技术
张汶东 （ 中国电信集 团公司沧州市分公司 １ ）
要】 本文叙述 了光通信 系统 中一 个重要的参数一 一色 散， 以及 Ｇ ６ ５ ２ 光纤通信 系统的色散补偿技术 。文章还详 细分析说 明了各种补偿
１ ． １光纤 色散 的基本概念 光纤色散是 指由于光纤所 传送信号 的不同频率成分 或不同模式 成分的群速度不同 ． 而引起 传输信 号畸变 的一种物理现象 。所谓群速 ２ 度就是光能在光纤中的传输速度。 所谓光信号畸变 ， 一般指 脉冲展 宽。 两边取对数 ： １＝ ｌ ｎ ２ 即 ＝ 、 ／ 了 色散是 光纤 的一种 重要 的光学特性 ． 色 散会引起光脉冲 的展宽 、 Ｔ ０ 严重限制了光纤的传输容量及 带宽 所以半极大值 的全 宽度为 Ｔ ｒ ＝ ２ Ｔ Ｉ ＝ ２ 、 ／ ｒ ｏ ＝ １ ． ６ ６ ５ Ｔ ｏ ｌ ＿ ２光纤色散的种类 １ ． ５ ． ２ 入射光脉冲高斯 ｉ ￥ ｉ 数 曲线下 降到 处 的半宽度 由于光纤有不同的种类 ． 产生色散的机理也不尽相 同。光纤 的色 散主要归结为三类 ， 即材料色散 、 波导色散 、 模式色散 。材料色散 和波 导色散也称为模 内色散 ， 模式色散也称为模间色散。 Ｉ ｕ （ ｏ ， ｏ ） １ Ｚ ＝ ｅ ｘ ｐ （ 一 ） ： １， 即 ： １ 。 ｌ ’ ０ ｌ 材料色散是 由于光纤材料的折射率随光源频率 的变化 引起的 ， 不 同光源频率所对应的群速度不同 ． 从而引起脉冲展宽。 所以Ｔ ｚ ＝ Ｔ ｏ ． 所以全宽度为 ２ Ｔ ｏ 波导色散是 由于模传播常数随波长的变化引起 的， 与光纤 波导结 第二步 ： 求光脉冲通过光纤的线性色散后的展宽情况。 构参数有关 ． 它 的大小可 以和材料色散相 比拟 。材料色散 和波导色散 利用光波在色散介质 中传播的麦克斯韦方程 ， 以及 傅里叶 函数把 在单模光纤 和多模光纤 中均存在 模式 色散是 由于不 同传导模 在某一相 同光 源频率下具有 不同 的 群 速度 ， 所引起 的脉 冲展宽 。模式色散主要存在于多模光纤 中。 由公式 可知 ， 即为入射光脉冲的半宽度 ， 上式方 程表明 ， 群速度色散 简而言之 ． 材料 色散和波 导色散是 由于光纤 传输的信号不是单一 展宽了脉冲 ． 其展宽程度 取决于色散长度 Ｌ ｏ 对于给定长度 的光纤 ， 由
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。
光纤色散在光信息处理中的应用探讨
光纤色散在光信息处理中的应用探讨一、光纤色散的基本原理光纤色散是指在光纤中由于不同波长的光在传输过程中由于光的介质折射率随波长的不同而产生的传播速度差异。
在光纤中传输的光波长不同，就会出现由于色散引起的光脉冲展宽，为了克服这个不利因素，人们采取了许多方法来减小光纤色散对信号的影响。
在实际的光纤传输中，光纤色散主要分为色散补偿和色散管理两种方式。
色散补偿是通过将光信号分解成多个波长组成的分波器，再通过不同的路径长度延迟，将各个波长组分都达到同一目标平面，这样可以最大程度地抵消色散引起的波束展宽。
色散管理是通过改变光纤的折射率分布，使得光在光纤中传输时，不同波长的光具有相同的传播时间，这样就可以有效地管理光纤色散。
二、光纤色散在光通信中的应用在光通信中，光纤色散是一个非常重要的影响因素。
由于光纤色散会导致光脉冲展宽，使得光信号难以正确地接收和解析。
在光通信系统中，需要采取一系列的措施来克服光纤色散对信号的影响。
光通信系统中常常采用分波多路复用技术，通过将多个波长的光信号复用到同一条光纤传输线路上，从而减小光纤色散对单个信号的影响。
在光通信系统中还可以采用光纤光栅、光纤非线性效应等技术来补偿或管理光纤色散，从而提高光信号的传输质量。
通过在光通信系统中引入先进的调制技术和解调技术，也可以有效地减小光纤色散对信号的影响。
光纤传感是一种基于光纤的传感技术，通过对光纤中的光信号进行检测和分析，可以实现对光纤周围环境的监测和控制。
在光纤传感中，光纤色散是一个重要的影响因素，它会影响光信号的传输质量和灵敏度。
在光学成像中，可以采用光纤色散补偿和管理技术来减小光纤色散对成像质量的影响。
通过优化光源、光学透镜、光栅等光学元件，可以实现对光纤色散的补偿和管理。
在光学成像中还可以采用数字信号处理技术来校正光纤色散引起的成像畸变，从而提高光学成像系统的成像质量。
光纤色散在光信息处理中有着重要的应用，可以通过色散补偿和管理技术来减小对光信号的影响，在光通信、光传感和光学成像等领域都有着广泛的应用前景。
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。
色散补偿原理
色散补偿原理色散补偿是指在光通信系统中，由于光纤的色散效应而引起的信号失真问题，需要采取一定的措施来进行补偿的原理。
色散是指不同波长的光在光纤中传输时由于光速不同而导致的信号传输延迟不同的现象，这会使得信号在传输过程中发生扭曲，影响系统的传输质量。
因此，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一个环节。
首先，我们来看一下色散补偿的原理。
色散补偿的主要方法有预色散补偿和后色散补偿两种。
预色散补偿是在光发射端进行的补偿，通过在光发射端加入特定的色散补偿器件，可以在光信号传输过程中对色散进行补偿，从而减小色散对信号的影响。
而后色散补偿则是在光接收端进行的补偿，通过在光接收端对接收到的信号进行处理，来消除色散引起的失真。
其次，色散补偿的原理是基于对光信号的频率特性进行调整。
由于色散效应导致不同频率的光信号在光纤中传输时产生不同的传输延迟，因此可以通过对光信号的频率特性进行调整来进行色散补偿。
预色散补偿可以通过在光发射端加入特定的色散补偿器件，来对光信号的频率特性进行调整，从而实现对色散的补偿。
后色散补偿则是通过在光接收端对接收到的信号进行数字信号处理，来对光信号的频率特性进行调整，从而消除色散引起的失真。
最后，色散补偿的原理是光通信系统中保证信号传输质量的重要手段。
在光通信系统中，由于光纤的色散效应会对信号的传输质量产生影响，因此需要采取一定的措施来进行色散补偿。
通过预色散补偿和后色散补偿两种方法，可以有效地对光信号的频率特性进行调整，从而减小色散对信号的影响，保证系统的传输质量。
综上所述，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一个环节，通过对光信号的频率特性进行调整，可以有效地消除色散引起的失真，保证系统的传输质量。
在实际应用中，需要根据具体的系统要求选择合适的色散补偿方法，从而实现对色散的有效补偿，保证光通信系统的正常运行。
色散补偿原理
色散补偿原理色散补偿原理是指在光通信系统中，由于光纤对不同波长的光信号传输速度不同而产生的色散效应，通过一定的方法或器件来抵消或补偿这种色散效应，以保证光信号的传输质量和稳定性。
色散补偿技术是光通信系统中非常重要的一部分，对于提高光信号的传输速率、扩大传输距离、提高系统性能都起着至关重要的作用。
光纤通信系统中的色散效应是由于光在光纤中传输时不同波长的光信号由于色散导致传输速度不同而产生的。
一般来说，光纤通信系统中的色散效应主要包括色散的模式，即色散的波长和色散的位相。
在光通信系统中，色散效应会导致光信号的波形失真、频率偏移、相位畸变等问题，从而影响光信号的传输质量和稳定性。
为了解决光纤通信系统中的色散效应，人们提出了多种色散补偿原理和技术。
常见的色散补偿原理包括预补偿原理、后补偿原理、混合补偿原理等。
预补偿原理是指在光信号传输前通过一定的方法对光信号进行预处理，使得光信号在光纤中传输时能够抵消或减小色散效应。
后补偿原理是指在光信号传输后通过一定的方法对光信号进行处理，以抵消或减小色散效应。
混合补偿原理则是指在光信号传输前后均进行补偿处理，以最大程度地减小色散效应。
色散补偿技术主要包括电子补偿技术、光子补偿技术和光纤设计优化等。
电子补偿技术是指通过在光信号传输前后加入特定的电子器件或电路来对光信号进行处理，以抵消或减小色散效应。
光子补偿技术是指通过光学器件或光学方法对光信号进行处理，以减小色散效应。
光纤设计优化则是指通过改变光纤的结构或材料，以减小色散效应。
总的来说，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一部分，对于提高光信号的传输质量和稳定性具有至关重要的作用。
随着光通信技术的不断发展，人们对色散补偿原理和技术也在不断进行研究和改进，以满足日益增长的光通信需求。
希望通过不断的努力和创新，能够更好地解决光纤通信系统中的色散效应，提高光信号的传输速率和质量。
光纤传输色散补偿与色散管理
色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。
对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，决定了电中继器之间的距离。
色散补偿是单纯地采用各种手段减小系统最终的残余色散，而色散管理除了考虑色散补偿外，同时还要考虑光纤非线性的影响，即使系统具有较大的本地色散和较小的残余色散。
这是因为光纤非线性的抑制和完全色散补偿是存在矛盾的，例如当光纤具有很低的色散时，则互相位调制和四波混频等非线性的危害就比较严重。
简单的色散补偿只考虑一阶色散补偿，但一阶色散补偿只能补偿零色散波长处附近的几个波长的色散，而对于长距离传输和高速率传输系统则需要考虑高阶色散补偿，即对色散斜率的补偿。
常用的色散补偿器件包括单模和光纤布拉格光栅。
单模色散补偿光纤DCF 是当前使用最广泛、技术最成熟的器件。
它具有特殊设计的折射率分布，因此具有较大的波导色散（表现为负色散），能和具有正色散的G .652、G .655光纤适配，完成色散补偿的功能。
但是DCF 的色散斜率偏小，不能完全补偿单模传输光纤的色散斜率，必要时需要对部分信道进行单独的色散补偿，另外，DCF 的有效面积小，非线性阈值功率低、光纤损耗大，所以在色散管理中需要综合考虑。
为了克服单模色散补偿光纤的缺点，高阶模色散补偿光纤（HOM-DCF ）被开发出来，它的优点是具有较大的负色散，较大的有效面积较大的相对色散斜率，从而能匹配各种NZDSF 。
其缺点是需要分立的模式转换器，既增加了成本又增加了插损，还会引入不同模式之间的多径干涉噪声（应该限制在-40dB 以下）。
高阶模色散补偿光纤的可靠性和实用性还有待进一步的研究，和单模DCF 一样，HOM-DCF 的色散补偿量不可以调节，限制了使用的灵活性。
光纤布拉格光栅的工作原理是利用啁啾光栅对不同波长信号的反射点不同，改变了信号的差分群时延，从而完成色散补偿的功能。
光纤通信系统中偏振模色散及其补偿技术的研究的开题报告
光纤通信系统中偏振模色散及其补偿技术的研究的开题报告一、选题背景随着社会的不断发展和科技的不断进步，人们对通信技术的需求越来越多。
在通信技术中，光纤通信系统被广泛应用于长距离通信领域。
然而，在光纤通信系统中，偏振模色散对信号的传输距离和传输质量产生了严重的影响，因此，研究偏振模色散及其补偿技术是提高光纤通信系统性能的重要途径。
二、选题意义偏振模色散是制约现代光纤通信系统高速、长距离传输的主要影响因素之一。
研究偏振模色散及其补偿技术，对于提高光纤通信系统的传输质量和距离具有重要意义。
同时，研究结果也将对光纤通信技术的未来发展产生深远的影响。
三、研究内容本研究将对光纤通信系统中偏振模色散的产生机理和对信号传输的影响进行深入分析，研究偏振模色散的量化表达式和测量方法。
同时，本研究将探索偏振模色散的补偿技术，包括电光效应、非线性光学效应、光纤光栅等方法，并对这些方法的优缺点进行比较和分析，最终提出一种最适合光纤通信系统的偏振模色散补偿技术。
四、研究方法本研究将采用数学分析、仿真和实验相结合的方法，对偏振模色散和偏振模色散补偿技术进行研究。
通过对光纤通信系统的信号传输过程进行仿真，分析偏振模色散对信号的影响，同时对比各种补偿技术的效果和实际应用情况。
通过实验验证，在实际光纤通信系统中验证偏振模色散补偿技术的可行性和实用性。
五、研究预期成果本研究旨在研究出一种适合光纤通信系统的偏振模色散补偿技术，以提高光纤通信系统的传输质量和传输距离。
预计研究结果将能够完善光纤通信技术的理论体系，对光纤通信技术的发展具有重大意义。
六、研究计划第一年：1.研究偏振模色散的产生机理和对信号传输的影响，量化表达式和测量方法；2.研究电光效应的补偿方法，并进行仿真和实验验证。
第二年：1.研究非线性光学效应和光纤光栅的补偿方法，并进行仿真和实验验证；2.对各种补偿方法的优缺点进行比较和分析，综合提出一种最适合光纤通信系统的偏振模色散补偿技术。
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光传输系统中色散补偿问题的探讨赵怀罡【摘要】文章通过对光纤色散的产生及其对传输系统影响的介绍,引出了色散补偿技术.在多种色散补偿方法中,侧重探讨了应用比较普遍的色散补偿光纤(DCF)技术,并在此基础上,联系实际工程,具体阐述了光纤色散补偿模块大小在工程中如何计算、如何配备、如何放置等,获得了一些对实际色散补偿系统有参考价值的结论.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2007(000)003【总页数】3页(P10-12)【关键词】光纤色散;色散补偿模块;色散补偿光纤【作者】赵怀罡【作者单位】中国联通,网络建设部,北京,100032【正文语种】中文【中图分类】TN915近年来，随着电信业务的发展和需求的不断增长，需要传输系统提供更高的容量，目前普遍采用波分复用(WDM)技术或提高传输速率来增加系统的容量。
我们知道，影响光纤通信系统的两个主要问题是光纤的衰减和色散。
随着掺铒光纤放大器(EDFA)的实用化，光纤损耗不再是限制系统性能提高的主要因素。
在光放大器实现对光纤的衰减补偿之后，色散成为限制密集波分复用(DWDM)和10 Gbit/s及以上速率传输系统传统距离的主要因素之一。
传输距离增加，色散量也随之增大；另外现有G.652和G.655单模光纤中存在色散斜率，使得传输同样距离的不同波长信号光具有不同的色散量；这些最终导致通信质量劣化，严重时会使系统无法正常工作。
因此需对通信链路实行色散补偿，以使各波长信号的色散量限制在系统容限内。
1 光纤色散及其分类色散是指因为光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的传播速度不同，使得这些频率成分或模式到达光纤终端有先有后，从而产生信号传播过程中的光脉冲的展宽。
色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。
衡量光纤中色散的大小是用色散系数，它的定义是波长相距1 nm(频率间隔为124.3 GHz)的两个光信号传输1 km距离的时延差，单位是ps/(nm·km)。
而色散系数对波长曲线的斜率称为色散斜率，它反映色散系数随波长变化的情况。
不同厂家不同型号的光纤具有不同的色散特性。
而色散补偿就是通过各种手段抵消上述信号不同频率或模式成分到达终端的时延差。
光纤色散从产生的机理来分有材料色散、波导色散和模式色散。
材料色散和波导色散一起称为色度色散。
材料色散是由于材料折射率随光源频率的变化引起的，不同光源频率所对应的群速度不同，引起脉冲展宽。
波导色散是由于模传播常数随波长的变化引起的，与光纤波导结构参数有关，它的大小可以和材料色散相比拟。
材料色散和波导色散在单模光纤和多模光纤中均存在。
模式色散是由于不同传导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度所引起的脉冲展宽。
模式色散主要存在于多模光纤中。
简而言之，材料色散和波导色散是由于光纤传输的信号不是单一频率所引起的，模式色散是由于光纤传输的信号不是单一模式所引起的。
单模光纤中只存在色度色散，而多模光纤中存在色度色散和模式色散。
在此，我们只讨论单模光纤中的色度色散对系统的影响。
2 色散对系统的影响色散对系统性能的影响首先表现在引起脉冲展宽，从而导致两个相邻的脉冲发生串扰，产生判决错误。
色散对脉冲的这种影响可以从眼图中看出来：从发送端出来的初始脉冲比较规整，眼张开度大，经过一定长度有色散的光纤传输以后，眼图会呈现出色散的图样，眼张开度变小，脉冲形状变坏，在误码测试仪上表现为误码率变大。
色散对系统性能的影响还表现在和光纤中非线性效应的相互作用。
一方面色散加剧自相位调制(SPM)等非线性效应所产生的脉冲形状畸变，使其放大展宽；另一方面色散在波分复用系统中也可以抑制交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)等非线性效应。
关于色散和非线性效应间的相互作用，在系统设计时要予以综合考虑，整体把握，以实现更好的传输性能。
3 色散补偿技术为了提高系统的整体性能，尽可能地减小光纤色散对传输指标的影响，人们提出了多种色散补偿技术。
色散补偿的基本原理是使用一个或多个大的负色散器件对光纤的正色散实施抵消，对光纤中的色散累积进行补偿，从而使系统的总色散量减小。
目前，色散补偿的方法有：啁啾光纤光栅、色散补偿光纤、色散管理、谱反转技术和高阶模色散补偿光纤等。
目前业界的大部分设备提供商采用色散补偿模块(DCM)对光纤中的色散累积进行补偿。
DCM主要有两种方式，一种是色散补偿光纤(DCF)法，另一种是色散补偿光栅法，即啁啾光纤光栅(DCG)法。
当前，DCF法是高速率DWDM系统中实现色散补偿的主要方法。
在联通长途传输骨干网络中，10 Gbit/s WDM系统设备的提供厂家均主要采用DCF方法来对线路中的色度色散进行补偿。
DCF是一段具有和待补偿光纤相反色度色散系数的光纤，与待补偿光纤混用可抵消色度色散引起的时延差。
色散补偿光纤技术是为了扩大光纤线路中继距离而把其中存在的色散降低到最低程度，同时兼顾到插入损耗的技术措施，其中包括专用补偿光纤和光学元器件，使输出端的光信号足以保证系统性能，诸如跨距、速率和误码率等的实现。
DCF的放置要尽量减少非线性效应和通道衰减，这是因为DCM具有一定的插损。
大跨距系统色散补偿尽量分段进行，以免集中补偿功率代价过大。
而DCF本身也会引起色散，只是它引起的色散和待补偿光纤的色散可以互相抵消，但是DCF用量过大也引起相反方向的色散，结果可能适得其反，这就是我们常说的过补偿。
另外，色散量也不是完全补偿为零就正好的，因为这样使得不同波长传输时相位匹配会比较好，容易引起四波混频、XPM等非线性效应。
通常情况下,光源本身在不用DCM时也能传输一段距离，而我们的补偿量一般要保证一定的欠补，也就是使系统接收端仍然存在一定量的正色散(过补就是在接收端有一定负色散)，这样可以减少非线性效应的影响。
理论研究和实验结果都表明，适当过补和欠补都能减少非线性效应的影响，但是由于欠补可以减少DCF的用量，从而降低成本，所以厂家在做系统设置时一般采用欠补。
有些厂家为了工程上的方便,在进行色散补偿计算挑选补偿模块时,简化为根据线路传输距离、光源色散受限距离和工程余量来计算，而不是通过色散量来计算。
具体计算方法为式中，色散补偿距离为超过受限距离被补偿的传输距离(km)，根据该距离选择相对应的DCF/DCM；传输距离为整个复用段链路的长度(km)；光源色散受限距离为激光器的色散容限与传输光纤色散系数之比(km)，也就是“无补偿情况下的最大传输距离”。
这里要特别说明的是为什么要加上工程余量，一方面是为了使系统适应后期的线路割接等变化所预留的余量；另一方面是厂家在做系统设计时，为了节约成本，本身就是欠补，担心欠补过多，总要根据工程经验为系统选择色散稍大一点的模块。
即使这样，整个系统仍然为欠补状态。
4 实际工程中的应用下面以华为公司OptiX BWS 1600G-III设备为例，来说明工程中是如何进行色散补偿的。
(1) 色散补偿原则OptiX BWS 1600G-III设备提供的发端10 Gbit/s NRZ编码光传送单元(OTU)，采用的激光器的色散容限为800 ps/nm。
工程计算一般取值：G.652光纤的色散系数为17 ps/(nm·km)，(OTU容限计算时光纤的最大色散值为20 ps/(nm·km))；G.655光纤的色散系数为4.5 ps/(nm·km)(OTU容限计算时光纤的最大色散值为6 p s/(nm·km))。
若在G.652光纤中传输，其色散受限距离为800/20=40 km，因此需要进行色散补偿。
若在G.655光纤中传输，其色散受限距离为800/6=130 km，因此长距离传输时需要进行色散补偿。
在进行色散补偿时，只需要考虑OTU色散容限、工程余量(G.652：10～30 km，G.655: 38～113 km)即可。
一般传输光纤都具有正的色散和正的色散斜率，华为公司所提供的DCM实际上是具有负的色散和负色散斜率的色散补偿光纤(特殊光纤)。
DCM的补偿量参数和其对应的光纤公里数基本是一致的，因此为了计算上的方便，补偿时一般以公里数来计算DCM的配置，而不采用色散量的计算方法。
(2) 色散补偿计算方法在使用普通NRZ OTU的条件下，当传输距离超过其色散受限距离时一定要实施色散补偿(华为公司认为在工程中G.652光纤色散受限距离为40 km，G.655光纤色散受限距离为130 km)。
被补偿的传输距离称为色散补偿距离，可用式(1)估算。
例如：一段长度为58 km的G.652光纤链路，其传输距离为58 km，超过无补偿最大传输距离，因此需要补偿的DCM为58-40+(10～30 )=28～48 km，配置40 km G.652 DCM即可。
3段长度为120 km的G.652复用段(目标距离120km×3)需要补偿的DCM为120×3-40+(10～30)=330～350 km，建议配置G.652 DCM 340 km。
8段长度为80 km的LEAF(大有效面积光纤)复用段(目标距离80 km×8)需要补偿的DCM为80×8-130+(38～113) =548～623 km，建议配置G.655 DCM 580 km。
线路上某点的色散量计算方法：色散量=该点前面的光纤长度(km)累积色散(为正值)+该点前面的补偿模块的色散量(为负值)。
在整个光纤链路中应尽量使各处色散量落在一个较小的范围内，即采用分布式补偿方式，尽量将模块均匀分布，补偿量同传输距离相一致。
链路上的最大色散量一般不要超出-90～90 km的范围。
即如果一光复用段由多跨段组成，其中一个跨段>100 km，则需要在这一跨段进行全补偿，而不能由下一段进行弥补，这是为了保证链路上的最大色散量不超出-90～90 km的范围。
(3) DCM的位置在实际工程中，DCM一般默认放置在OAU(光放大单元)的PA(前置放大器)和BA(功率放大器)之间的抽头部分；在OTM/OADM(光终端设备/光分插复用设备)的接收端，到达光功率减去DCM插损能够满足后端放大器(OBU(功放单元)、OPU(预放单元))工作范围时，可以放置在OBU/OPU之前。
长跨距情况下，如果OAU的增益不足，可以配置为OPU+OBU，DCM默认放在OPU和OBU之间，顺序为OPU+MVOA(可调光衰减器)+DCM+OBU；如果需要的增益更大，可以配置OPU+OAU01，放置顺序为OPU+DCM+OAU01(OAU01的PA和BA间抽头放置另外一块DCM)。
这里特别要注意的是DCM入纤光功率不能超过-3 dBm(单波)，放置在OPU和OBU之间时需要确保入纤光功率≤-3 dBm(DCM纤径小，非线性效应大)。