非线性效应及举例解析.ppt

非线性效应及举例 开发二部 唐明星 非线性效应及举例 非线性效应是指强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应，包括光学谐波，倍频，受激啦曼散射，双光子吸收，饱和吸收，自聚焦，自散焦等。 　光纤传输的非线性效应 在光通信系统中，光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应。增加入纤光功率可以在增加传输距离的同时保持足够大的OSNR。实践表明这会造成各种各样的非线性问题。通常情况下，玻璃材料中的非线性效应非常微弱。但是当光信号在光纤中传输时，由于光纤的芯径非常小，致使光纤中光信号的功率密度很高。　 光纤中的非线性效应包括：①散射效应、②源于克尔效应的那些非线性效应，包括自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）等。SPM是某光信道激发的光纤非线性折射率对该信道本身产生的附加相位调制，XPM和FWM是某个信道受邻近信道的非线性干扰。这些效应是造成传输代价的主要原因。 非线性效应一般在WDM系统上和长跨距系统上反映较多，因需采用EDFA进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大大增加，成为影响系统性能，限制中继距离的主要因数之一。 散射效应 包括受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等；从本质上说，任何物质都是由分子、原子等基本组成单元组成。在常温下，这些基本组成单元在不断地作自发热运动和振动。光纤中的受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是激光光波通过光纤介质时，被其分子振动所调制的结果，而且SBS 和SRS都具有增益特性，在一定条件下，这种增益可沿光纤积累。SBS 与SRS 的区别在于，SBS 激发的是声频支声子，SRS激发的是光频支声子。 受激布里渊散射SBS SBS是光纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用窄谱线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激布里渊散射SBS 的门限时（SBS的门限较低，对于1550nm 的激光器，一般为7~8dBm ），将有很强的前向传输信号光转化为后向传输，表现为信号光功率抖动及光纤损耗显著变大。 SBS效应可以将信号光能量转移给频率下移且反向传输的Stokes光。SBS效应不仅给系统带来噪声，而且造成信号的一种非线性损耗，限制入纤光功率的提高，并且降低了系统光信噪比，影响功率放大，严重限制传输系统性能提高。 SBS 对WDM系统的影响主要是引起系统通道间的串扰及信道能量的损失。布里渊频移量在1550nm 处约为10~11GHz ，信道间隔靠近10~11GHz 时，SBS 将成为信道串扰的主要因数。 受激拉曼散射SRS 受激拉曼散射SRS是光与硅原子振动模式间相互作用有关的宽带效应，在任何情况下，短波长的信号总是被这种过程所衰减，同时长波长信号得到增强。 　　在单信道和多信道系统中都可能发生受激拉曼散射SRS 。仅有一个单信道且没有线路放大器的系统中，信号功率大于1W时，功率会受到这种现象的损伤，在较宽信道间隔的多信道系统中，较短波长信号通道由于受激拉曼散射SRS，使得一部分光功率转移到较长波长的信号信道中，从而可能引起信噪比性能的劣化。由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，其产生的拉曼频移量比布里渊频移量大得多，一般在100GHz~200GHz ，且门限值较大，在1550nm处约为27dBm ，一般情况下不会发生。但对于WDM 系统，随着传输距离的增长和复用的波数的增加，EDFA放大输出的光信号功率会接近27dBm ，SRS 产生的机率会增加。 　　因G.653 光纤的等效芯经面积小于G.652 光纤，受激拉曼散射SRS 门限值要低于采用G.652 光纤的系统，在G.653光纤上产生SRS 的概率要大。 克尔效应的理论公式 各向同性的介质如玻璃，石蜡，水，硝基苯等，在强电场作用。由于其分子受到电力的作用而发生取向(偏转)，呈现出各向异性的光学性质，表现出双折射现象，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同。折射率差值Δn与电场强度的平方成正比，这种与电场二次方成正比的电感应双折射现象称为克尔效应。 光学克尔效应。当所加的是光频电场时，如果光足够强 ,也会发生同样的现象。此时Δn正比于作用在介质中的激光束的光强,即Δn =K*|E*E|。 自相位调制SPM 即光纤中激光强度的变化导致光纤折射率的变化，引起光信号自身的相位调整，这种效应叫做自相位调制SPM 。 由于折射率对光强存在依赖关系，在光脉冲持续时间内折射率发生变化，脉冲峰值的相位对于前、后沿来说均是延迟的，这种相移随着传输距离的增加而积累起来，达到一定距离后显示出相当大的相位调制，从而使光谱展宽导致脉冲展宽，这就称为自相位调制SPM。 光脉冲的频谱展 vs 光谱展宽。 一般情况下，自相位