光纤传输中的色散特性分析新方法.doc

光纤传输中的色散理论 2011.2.14 摘要： 随着光纤通信系统中信号速率的提高和传输距离的增加，光纤的色散、非线性效应，以及二者之间的相互作用成为限制系统性能的重要因素。目前，在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等实际应用中，色散特性显得十分重要。本文首先简单介绍了光纤通信的发展，重点讲述了光纤传输过程中的色散特性。接着我们从麦克斯韦方程组出发 ,建立了光脉冲在光纤中传播的理论模型。在只考虑色散效应的情况下 ,对该理论模型进行进一步的研究 ,数值模拟出高斯光脉冲在光纤中的传输状态 ,并讨论了色散对光脉冲传播特性的影响。最后分别研究了光纤传输系统的几种色散补偿技术。 关键词：光脉冲，色散 ，麦克斯韦方程组 ，色散补偿 Dispersion in Fiber Transmission ABSTRACT：Fiber dispersion ,fiber nonlinearity and their interaction become the essential limiting factors of fiber communication systems with theincreasing of bit rate and transmission distance. At present, dispersion characteristics are very important for realistic applications of optical fiber communications, dispersion compensation and nonlinear optics. The article introduces development of fiber communication ，and undertakes a detailed study of dispersion in fiber transmission. then we proceed from Maxwell’s equations to built a theoretic model that describes the propagation of optical pulse in fiber. A further discussion about this theoretic model is proposed in the case of only considering dispersion. The transmission state of Gauss optical pulse in fiber was simulated numerically ,and the influence of dispersion on transmission characteristics of optical pulse is discussed. Finally,the fundamental principle of dispersion compensation are given. Key words: optical pulse , dispersion, Maxwell’s equations ,dispersion compensation 一 引 言 数据业务，特别是占主导地位的IP业务量的爆炸式增长，对数据网的带宽、传输距离、容量等性能提出了更高的要求。在主干传输网中，光纤通信技术以其高速、长距离、大容量的特性而明显地优于其他技术[1]。近年来，随着人们对通信带宽需求的迅速增长，光纤通信骨干网上单通道传输速率一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向发展[2]，在过去的10年里，光传输速率提高了100倍。在我国，随着经济的迅速发展，通信技术和通信市场也得到了飞速的发展。单通道速率为10Gbit/s的系统已经商用化，单信道速率正向40Gbit/s，甚至更高速率发展[3]。 光纤通信发展的初期，甚至没有人怀疑过光纤传输的容量，但是随着光纤通信系统传输速率的不断提高，影响光纤通信系统的因素逐渐显露出来，如光纤损耗、各种色散、偏振相关、非线性等。光纤损耗使光纤中光信号的能量不断衰减，实现长距离传输时需要在一定距离建立中继站，增强衰弱的信号。损耗影响了光信号在光纤中被增强之前可以传输的最大距离[4]。而在高速光通信系统中随着光纤制造技术的改进和提高，由于光放大器的出现，传统的光一电一光型中继器被光纤放大器所取代，新型光纤衰减系数不断减小以至于衰减己不是限制光纤传输的主要因素，色散受限距离己经取代了功率受限距离，而成为一个焦点[5] 二 光纤色散基础 2.1色散及其原理 定义：色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度