单模光纤的色度色散 .pdfVIP

西安科技大学自动化091李斯远

题目：

单模光纤的色度色散

一、前言

一、课题的目的及意义

在我国，随着经济的迅速发展，电信市场也得到了飞速的发展，住宅

用户和商业用户数量都大幅增长，网络业务量也呈指数般上升。巨大

的用户群带来海量的通信流量，而如此大的流量需求，对现有光网络

系统能力提出了严峻挑战，也推动了光网络建设，光纤通信系统向大

容量、高速率、长距离方向发展，使得原本对低速系统而言可以忽略

不计的非线性效应和偏振模色散（PMD）等光纤性能缺陷成为限制系

统容量升级和传输距离的主要因素。从技术角度上看，限制高速率长

距离信号传输的因素主要是光纤衰减、非线性和色散。光放大器的研

究成功，使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作用。而非线

性效应和色散对系统传输的影响随着非色散零位位移光的引入也逐

渐减少和消除。随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增

加，PMD效应对于系统性能的影响已经不可忽略且日益严重，它和色

度色散对系统性能的影响相同：即引起脉冲展宽，从而限制传输速率，

影响传输距离。正是由于PMD对高速率大容量光纤通信系统有着不可

忽略的影响，所以自20世纪90年代以来，已引起业界的关注，偏振

模色散及其补偿技术已成为目前国际光纤通信领域中研究的热点。

二、国际国内的研究状况

偏振模色散是由光纤不圆度、光纤内部残留应力、环境温度变化

等因素引起相互正交的两个偏振基模因传输速度不同而导致的脉冲

展宽。在2,5Gb/S以下的光纤通信系统中几乎感觉不到偏振膜色散的

存在。到了20世纪90年代早期10Gbps系统出现，PMD的作用开始

显现，而对于紧随其后的40Gbps系统，PMD就成为导致信号分裂畸

变的重要因素，从而制约了光网络的进一步发展。从那时起，人们真

正开始了对PMD进行系统深入的研究。从80年代中期到90年代初期

建立期初步的PMD统计模型开始，到2002年期间，逐渐发展和完善

了一阶和高阶PMD的统计理论，也有了多种适应不同环境和测量要求

的测量方法，测量仪器精度已达飞秒量级。这期间，IPU就PMD问题

专门重新定义了光纤标准，建议中给出PMD可以接收的最大值为

0.5ps。从90年代中后期发展起来的PMD补偿技术，目前已有光域和

电域的多种补偿方法，但补偿器的成本、工作可靠性以及对高阶PMD

的补偿能力都尚未解决或是解决得不太好，这些方面都是目前研究的

重点。

在90年代中后期，随着光纤传输系统进一步向高速发展和PMD

特性研究及其测量方法的日渐成熟，大量的研究集中在PMD的补偿方

法上，各研究机构相继提出了多种PMD补偿方法，这些方案可归结为

光域补偿和点与补偿两种方式。目前，我国的光纤通信事业仍保持着

较好的发展趋势，光纤传输网的发展尤为迅速，下一代系统正向单信

道传输速率为40Gbit/s的波分复用系统和对已有线路的改造升级。

因此，深入开展PMD及其补偿问题的研究，对提高我国光纤通信技术

的水平和满足通信业务的不断增长具有重大意义。

三、偏振膜色散的理论研究

1、色散的原理和分类

色散是光纤的一个重要参数。光纤的色散主要由两个方面引起：

一是光源发出的并不是单色光；二是调制信号有一定的带宽。实际光

源发出的光不是单色的，而是有一定的波长范围。这个范围就是光源

的线宽。在对光源进行调制时，可以认为信号是按照同样的方式对光

源谱线中的每一分量进行调制。一般调制带宽比光源窄得多，因而可

以认为光源的线宽就是已调信号带宽，但对高速和线宽极窄的光源，

情况不一样。进入光纤中去的是一个调制了的光谱，如果是单模光谱，

它将激发出基模；如果是多模光纤，则激发出大量模式。由此可以看

出，光纤中的信号能量是由不同的频率成分和模式成分构成的，他们

有不同的传播速度，从而引起比较复杂的色散现象。

光纤的色散可以分为下面三类：

1、）模间色散：在多模光纤中，即使是同一波长，不同模式的光由

于传播速度的不同而引起的色散称为模式色散。

2、）色度色散：是指光源光谱中不同波长在光纤中的群延时差所引

起的光脉冲展宽现象。

3、）偏振模色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基

模。当光纤存在双折射时，这两个模式