光纤通信系统中色散补偿光子晶体光纤的研究.pdf

摘要

在高速长距离光纤通信系统中，色散已经成为通信系统的主要限制因素。为了提高通信

系统的传输质量，对色散进行补偿是十分必要的。色散补偿光纤因其补偿高效性和实施简便

性成为目前广泛采用的色散补偿技术。光子晶体光纤因其特殊结构而拥有传统光纤所不具备

的优良特性，如：灵活的色散特性、高双折射、低损耗等。因此，基于光子晶体光纤的色散

补偿已经成为光纤通信系统领域中的一个研究热点，同时其研究也具有重要的学术和应用价

值。

本文首先提出了一种包层空气孔呈正六边形周期结构的可调窄带色散补偿光子晶体光纤，

光纤中心区域去除空气孔形成内芯，第四层空气孔填充温敏材料形成外芯。利用全矢量有限

元法结合基于拉格朗日插值多项式的色散计算方法，对所提出的光纤结构进行了数值研究，

分析了其模式耦合特性以及不同参数对其色散特性的影响。该光纤能够在1550nm波长下获

得-27315.76ps/(nm·km)的大负色散，其半高全宽为12.40nm，负色散峰值和半高全宽的乘积

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为338.7GHz·km，且通过控制温度能够将负色散峰值所在的波长精准调节至1550nm处，

对光纤通信系统1550nm处的色散进行有效地补偿。

接着提出了一种宽带色散补偿光子晶体光纤，正六边形周期排列的包层空气孔中，最内

层采用直径较大的空气孔，第二层采用直径较小的空气孔。通过调整结构参数能够实现S+

C+L波段的宽带色散补偿，其负色散值在-1150~-2613ps/(nm·km)，其在1550nm处的相

对色散斜率与标准单模光纤相一致，这意味着该光纤能够在1550nm处同时补偿色散和色散

斜率，且其在C波段的色散特性以及补偿能力与商用色散补偿光纤相比具有优势，能够应用

于密集波分复用系统中的色散补偿。

最后提出了一种可调宽带色散补偿光子晶体光纤，通过破坏芯区的对称性使其具有高双

折射特性，同时通过填充温敏材料使其拥有色散可调特性。通过同样的数值研究方法得到该

光纤能实现E+S+C+L波段的色散补偿，x偏振方向的色散值在-309~-1140ps/(nm·km)范

围内，且其x偏振模式能够在1550nm处实现对标准单模光纤色散和色散斜率的同时补偿，

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双折射在2.26×10~2.69×10之间。该光纤能够应用于密集波分复用系统中的色散补偿，

其可调性能有利于减小系统中的残余色散，提高信号传输质量。

关键词：色散补偿，光子晶体光纤，可调性，选择性填充，高双折射

Abstract

Inhigh-speedandlong-distancefiberopticcommunicationsystems,dispersionhasbecomea

majorlimitingfactor.Inordertoimprovethetransmissionqualityofcommunicationsystems,itis

necessarytocompensatefordispersion.Dispersioncompensatingfibers(DCF)arewidelyusedin

dispersioncompensationowingtotheirhighcompensationefficiencyandsimplicityof

implementation.Comparedtotraditionalopticalfiber,photoniccrystalfibers(PCF)havemany

performanceadvantagesduetotheiruniquestructures.Therefore,dispersioncompensationbased

onPCFhasbecomearesearchhotspot,anditalsohassignificantacademicandapplicatio