南邮光纤讲义 第十一章 光纤通信新技术.ppt

光纤通信与数字传输 南京邮电大学 通信与信息工程学院 本章要点 本章主要介绍包括色散补偿技术、相干光通信 、光交换技术、光孤子通信技术和自由空间光通信FSO等光纤通信新技术。 本章教学课时为2学时。 11.1 色散补偿技术 高速光纤通信系统中，光纤损耗、色散和非线性效应是限制系统传输性能的主要因素。 光放大器的普遍采用解决了光纤损耗补偿问题。随着光纤通信单信道传输速率的不断增大，色散补偿就成为高速光纤通信的关键技术之一。国内、外已对色散补偿技术进行了广泛的理论和实验研究，提出了许多各具特色的色散补偿技术方案。 11.1.1 色散补偿光纤DCF 对光纤一阶群速度色散（GVD）完全补偿的条件为 （11-1） 式中 ——传输光纤在波长处的色散系数； ——色散补偿光纤在波长处的色散系数； ——传输光纤的长度； ——色散补偿光纤的长度。 1. 色散补偿光纤的基本结构和补偿原理 采用双模DCF的色散补偿技术，是由C.D.Poole等人提出来的，它是利用双模光纤的第1高阶模（LP11）在截止波长附近具有很大负波导色散的特点来实现色散补偿的。 基于LP01模的单模DCF在设计时采用较小的光纤内径，得到较高的相对折射率差Δ，从而实现在1550nm处较大的负色散。 2. DCF的品质因数 DCF的品质因数FOM（Figure of Merit）定义为 （11-3） 式中 FOM为品质因数，单位（ps/nm·dB）； D——色散系数，单位（ps/nm·km） α——衰减系数，单位（dB/km）。 FOM是DCF的重要参数，可以用来对不同类型的DCF进行性能比较。 色散补偿光纤DCF与常规单模光纤色散特性 11.1.2 预啁啾技术 啁啾（chirp）是指产生光脉冲（包括调制）时引入的附加线性调频，也即光脉冲的载频随时间变化。预啁啾技术（Pre-chirp）是在发送端引入预啁啾（和传输光纤色散引起的啁啾相反），使发送的光脉冲产生预畸变，结果经光纤传输后抵消传输光纤色散引起的啁啾，延长了传输距离。图11-3给出了预啁啾技术原理。 图11-3 预啁啾技术原理 11.1.3 色散均衡器 典型的色散均衡器是利用与光纤相反色散特性（相反群时延斜率）的器件补偿光纤色散。色散均衡的种类有许多。这里介绍啁啾光纤光栅和F-P腔色散均衡器两种。 1. 啁啾光纤光栅 啁啾光纤光栅（Chirped Fiber Grating）是在光学波导上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上的每一点都可以看成是一个本地布拉格波长的通带和阻带滤波器，不同波长分量光在其中传输的时延不同，且与光纤的色散引起的群时延正好相反，从而可补偿由于光纤色散引起的脉冲展宽效应。 啁啾光纤光栅的优点是体积小，插入损耗低。 用于色散补偿的啁啾光纤光栅 2. F-P腔色散均衡器 F-P腔全通色散均衡器的基本结构如图11-4所示。 F-P腔色散均衡器的优点是体积小，插入损耗较低，且具有周期的频率特性，可应用于多波长系统。缺点是带宽窄，仅适用于10Gbit/s速率系统。不能完补偿光纤色散，且补偿距离有限（约100km左右）。 图11-4 F-P腔全通色散均衡器的基本结构 11.1.4 光相位共轭色散补偿 光相位共轭（OPC）色散补偿法又称中间频谱反转法。光相位共轭器是利用光介质中的非线性效应——“四波混频”获得输入光脉冲的频谱反转脉冲，即相位共轭脉冲。光相位共轭色散补偿是在两根长度和色散特性相同的传输光纤之间插入光相位共轭器，经第一根光纤传输后发生畸变的信号脉冲经相位共轭器转换为相位共轭脉冲，再经第二根光纤的传输而被整形恢复。图11-7示出光相位共轭器的色散补偿系统原理。 图11-7 光相位共轭器的色散补偿系统原理 11.1.5 色散支持传输 色散支持传输（DST）是采用频移键控（FSK）调制方式在常规单模光纤上传输。图11-9示出色散支持传输原理。 DST的优点是无需外调制，线路上也不用加色散补偿器。结构相对简单、易于实现。在远距离点对点通信中有良好的应用前景。缺点是要求光源有良好的调频特性。在码速率较高时，激光器瞬态啁啾的存在会使误码率变大。而且，DST需改造现有系统的光发送和接收部分。它不适用波分复用系统。 图11