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我是一個普通人。如果我接受皇家學(xué)會希望加在我身上的榮譽,那么我就不能保證自己的誠實和正直,連一年也保證不了。—法拉第(M.Faraday)
一、系統(tǒng)色散補償原理——設(shè)法消去色散使光信號展寬的相位系數(shù)
由于光纖放大器的實用化,光纖損耗已不再是光纖通信系統(tǒng)的主要限制因素。的確,最先進的光波系統(tǒng),如DWDM系統(tǒng)被光纖色散所限制,而不是損耗。在某種意義上說,光放大器解決了損耗問題,但同時加重了色散問題,因為與電中繼器相比,光放大器不能把它的輸出信號恢復(fù)成原來的形狀。其結(jié)果是輸入信號經(jīng)多個放大器放大后,它引入的色散累積使輸出信號展寬了。隨著比特率的增加,色散已成為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸距離超過100km時的主要限制。
越來越受到重視的色散補償技術(shù),其概念可用脈沖傳輸方程
來理解,式中,A是輸出脈沖包絡(luò)的幅度,z是光纖長度,三階色散效應(yīng)包括在β3項中,實際上,當(dāng)二階色散>1ps2/km時,β3項可以忽略不計,此時輸出脈沖包絡(luò)的幅度
式中,Ã(0,ω)是A(0,t)的傅里葉變換。
色散使光信號展寬是由相位系數(shù)exp(iβ2zω2/2)引起的,它使光脈沖經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生了新的頻譜成分。所有的色散補償方式都試圖取消該相位系數(shù),以便恢復(fù)原來的輸入信號。具體實現(xiàn)時可以在接收機、發(fā)射機或沿光纖線路進行補償。
二、色散補償方法——負(fù)色散光纖補償、電子濾波均衡DSP等色散補償光纖(DCF)是目前使用最廣泛的技術(shù)。今天使用的大多數(shù)色散補償是對標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的色散和色散斜率進行的補償。如果入射到光纖的平均功率足夠低,光纖的非線性響應(yīng)就可以忽略,此時就可以利用接收機輸出脈沖包絡(luò)的幅度式(10.2.2)的線性特性對色散進行完全的補償。最簡單的方式是在具有正色散值的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖之后,接入一段在該波長下具有負(fù)色散特性的色散補償光纖。其色散補償?shù)脑砜梢赃@樣理解,在這兩段光纖串接的情況下,色散補償條件變?yōu)?/p>
色散補償光纖的長度應(yīng)滿足
從實用考慮,L2應(yīng)該盡可能短,所以它的色散值D2應(yīng)盡可能大。
對于單波長系統(tǒng),一般使用色散接近零但又不為零的G.655負(fù)色散光纖,在少數(shù)色散補償段上使用具有很大正色散值的色散補償光纖。
對于多波長系統(tǒng),大多數(shù)線路使用低負(fù)色散值[-2ps/(nm·km)]光纖;有時在一個中繼段內(nèi),采用兩種光纖級聯(lián),段首使用G.655大有效截面非零色散位移光纖,段尾使用G.652小色散斜率、正常有效芯徑面積為60~80μm2的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SSMF),兩種光纖的距離比是1∶1,前者在于降低非線性影響,后者在于提高傳輸帶寬,同時在色散補償段使用具有較高正色散值的光纖。
如果中繼段使用色度色散為-2~-3ps/(nm·km)的G.655光纖,每隔7個這樣的中繼段配置一段G.652光纖,作為色散補償段,典型的傳輸容量是64×10Gbit/s,中繼距離是3000km。
圖10.2.1表示陸地系統(tǒng)和海底光纜系統(tǒng)色散補償線路構(gòu)成圖和色散補償圖。
圖10.2.1陸地系統(tǒng)和海底光纜系統(tǒng)通常使用的色散補償圖
a)陸地系統(tǒng)色散補償線路構(gòu)成b)海底光纜系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色散補償線路構(gòu)成c)海底光纜系統(tǒng)平坦色散補償圖
三、系統(tǒng)色散管理——正負(fù)色散光纖交替鋪設(shè)如果系統(tǒng)每100~200km采用光-電-光再生中繼器,在整段距離上,各種使性能下降的因素都不會累積。然而,當(dāng)周期性地使用光放大器,自相位調(diào)制(SPM)和四波混頻(FWM)等一些非線性效應(yīng),對于不同的色散補償制式將以不同的方式影響系統(tǒng)性能。