色散补偿光纤不同补偿方式的仿真研究.docx

色散补偿光纤不同补偿方式的仿真研究摘要：从非线性薛定谔方程入手分析光纤色散和非线性效应对光纤传输系统的影响提出利用色散补偿光纤（DCF）对色散进行补偿。比较不同的色散补偿方案（即DCF放置在系统中的不同位置进行色散补偿）补偿性能的优劣；分析占空比、啁啾系数、入射功率等参量对于方案的影响。仿真结果表明混合补偿为最佳补偿方案同时选取合适的参量能获取更佳补偿效果。关键词：色散；非线性；色散补偿光纤（DCF）；色散补偿方案中图分类号：TN913.7文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2012.05.003引言光纤通信技术由于其自身的优越性逐渐成为通信网中主要的传输技术。从早期的模间色散限制和损耗限制再到如今的光纤非线性和色散综合限制面临的问题也在逐渐变化。随着传输速率的提高信号的频谱宽度不断增加群速度色散引起的脉冲展宽也迅速增加系统对链路的残余色散更加敏感；随着光功率的增加使得光纤的非线性效应增强不仅限制中继距离而且也严重影响系统的传输质量。目前色散补偿方法有：色散补偿光纤（dispersioncompensationfiberDCF）技术、光纤光栅补偿技术、虚像相位阵列法、光孤子传输技术、中点频谱反转法、色散支持传输等。DCF技术以其补偿带宽大、技术成熟、对传输格式和比特率透明、性能稳定及与WDM兼容等优点而得到广泛应用。但由于DCF纤芯面积小、非线性系数大当光功率越大光纤的非线性效应越强。针对以上问题需要采用灵活的补偿技术来对光纤中色散及非线性效应进行有效的抑制。1影响光信号传输的因素初始宽度T0>5ps的光脉冲在单模光纤中的传输方程可用简化薛定谔方程来描述：Az+12β22AT2-16β33AT3+α2A=iγA2A（1）式（1）中A（zT）是脉冲包络的慢变振幅T是随脉冲以群速度Vg移动的时间量度（T=t-Vg）；β2和β3分别是二阶和三阶色散系数α为光纤损耗系数γ为非线性系数。现定义归一化振幅为U=A（zT）/P0则薛定谔方程可改写为Uz+12β22UT2-16β33UT3+α2U=iγP0U2U（2）1.1色散的影响光纤色散是指光纤所传输的光信号由于其不同频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起传输信号的畸变。当色散严重时会导致光脉冲前后相互重叠造成码间干扰增加误码率。它不仅影响光纤的传输容量也限制了光纤通信系统的中继距离。群速度色散（groupvelocitydispersionGVD）在脉冲演变中发挥着主要作用。假设光纤的损耗以及非线性系数为零只考虑光纤中的GVD效应时归一化振幅U（zT）满足线性微分方程[1]Uz+12β22UT2=0（3）光学仪器第34卷第5期邹亚琪等：色散补偿光纤不同补偿方式的仿真研究利用傅里叶积分变换法求得U（zT）=12π∫∞-∞U～（0ω）expj2β2ω2z-jωTdω（4）假设注入为高斯脉冲[2]U（0T）=exp-T22T20应用傅里叶变换的方法对微分方程求解得到光纤任意一点z处的振幅为U（zT）=T0（T0-iβ2z）12exp-T22（T20-iβ2z）（5）式（5）表明高斯光脉冲经光纤传输后其脉冲形状维持高斯形状不变仅产生了附加相位事实上就产生了频率啁啾。经过光纤传输后的脉冲宽度为T（z）=T01+zβ2T0212=T01+zLD212（6）这样高斯脉冲在传输过程中其形状仍保持为高斯形经传输距离z后其脉宽T1与初始脉宽T0的关系为T1T0=1+zLD212（7）其中色散长度LD=T20/β2。1.2非线性效应的影响在输入功率较高情况下应考虑光纤的非线性效应。光纤的结构使得光波以较高的能量集聚在很小的截面上传输导致光纤中出现显著的非线性效应这主要通过自相位调制效应（selfphasemodulationSPM）体现出来。与色散导致光脉冲时域展宽不同它将导致光脉冲的频域展宽即导致光脉冲产生新的频谱分量。当脉冲的峰值功率较高（大于1W）且脉宽相对较宽（大于100ps）时脉冲在光纤中传输光纤的色散效应可以忽略。根据式（2）定义的归一化振幅传输方程在β2=0的极限条件下变为Uz=iγP0exp（-αz）U2U（8）解式（8）得U（zt）=U（0T）expiNL（zT）（9）式（9）中U（0T）是z=0处的场振幅且NL（zT）=U（0T）2zeffLNL（10）式（10）中LNL是非线性长度定义为LNL=（γP0）-1；zeff为有效长度定义为zeff=1α1-exp（-αz）。式（10）表明非线性效应产生随光强变化的相位由U（0T）2决定的脉冲形状在传输过程中保持不变而非线性相移随光纤长度的增大而增大。最大相移max出现在光脉冲的中