基于光纤布拉格光栅的色散补偿技术研究

论文摘要

光通信系统始终朝着长距离、高速率、大容量的方向不断演进,非线性效应和色散效应成为限制传输系统性能的主要因素。由于光纤光栅在其反射带宽范围内可提供较大的色散补偿,使得光纤光栅成为当今最具吸引力的色散补偿器件之一。色散管理技术通过优化的色散分布,在减少色散对光纤传输系统性能影响的同时,又能有效地抑制非线性效应。本文重点研究了基于光纤布拉格光栅的色散补偿技术,讨论了色散补偿系统中的一些关键参数,同时对几种色散补偿方案进行了仿真分析,主要研究内容如下：1.利用分步傅立叶法数值求解了非线性薛定谔方程,讨论了光脉冲在光纤中的传输过程,分析了光纤的损耗、色散、非线性效应等传输特性,得出了入纤功率对系统性能有较大影响的结论,并利用成熟的光通信模拟实验平台optisystem搭建了光纤传输系统,通过仿真验证了上述结论的正确性。2.通过对四种典型的光纤光栅色散补偿方案进行比较分析,得出FBG后置色散补偿方案较优,同时与前人研究所得的基于色散补偿光纤的最优方案,即DCF后置色散补偿方案相比,得出FBG后置色散补偿方案性能更优的结论。3.根据编码方式、入纤光功率、放大器间距、FBG反射带宽等参数对传输性能的影响程度设计系统参数优化流程图,既而优化设计了基于FBG的2500km-10Gbps无电中继光通信色散补偿系统。结果表明,优化后的系统能有效提高信号传输质量及延长传输距离。4.采用FBG级联的方式组合成梳状滤波器形式的模块充当WDM光纤传输系统的色散补偿器件,并在光通信仿真软件optisystem中设计相应模型实现多信道均衡色散补偿。5.分析了波分复用系统中的非线性效应,讨论了基于色散补偿光纤和光纤布拉格光栅色散补偿技术的WDM系统的传输性能,并通过模拟仿真实验对两者分别进行了性能评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤通信的发展与现状
• 1.2 光纤光栅的发展和国内外研究现状
• 1.3 光纤光栅在光传输系统中的应用
• 1.3.1 光纤光栅的分类
• 1.3.2 波分复用光传输系统的结构和特点
• 1.3.3 光纤光栅在WDM光传输系统中的应用
• 1.4 本文的工作安排
• 第2章 光纤的传输特性及色散补偿技术
• 2.1 光信号的传输理论
• 2.1.1 麦克斯韦方程
• 2.1.2 波动方程
• 2.1.3 传输方程
• 2.21 光纤的传输特性
• 2.2.1 光纤的损耗
• 2.2.2 光纤的色散
• 2.2.3 光纤的非线性效应
• 2.3 色散对光通信传输系统的影响
• 2.3.1 传输区域分类
• 2.3.2 色度色散对光脉冲的影响
• 2.4 光通信系统中的色散补偿技术
• 2.4.1 色散补偿光纤
• 2.4.2 啁啾光纤光栅
• 2.4.3 线性预啁啾技术
• 2.4.4 色散支持传输法
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于光纤光栅的色散补偿技术
• 3.1 光纤传输系统的数值分析方法
• 3.2 光纤光栅色散补偿模型及性能分析
• 3.2.1 仿真原理及系统模型
• 3.2.2 仿真结果及分析
• 3.2.3 FBG和DCF对光通信系统进行色散补偿的性能比较
• 3.3 FBG后置色散补偿方案的优化设计
• 3.3.1 系统优化流程图
• 3.3.2 编码方式的选择
• 3.3.3 最优占空比
• 3.3.4 最优入纤光功率
• 3.3.5 最优放大器间距
• 3.3.6 最优FBG带宽
• 3.3.7 优化后的系统性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于光纤光栅色散补偿技术的色散图谱研究
• 4.1 色散图谱的原理及仿真模型
• 4.2 传输链路周期内的色散图谱优化
• 4.2.1 传输循环链路始端的色散优化
• 4.2.2 传输循环链路末端的色散优化
• 4.2.3 传输循环链路中的色散优化
• 4.2.4 传输循环链路及链路始端的色散优化
• 4.2.5 传输循环链路及链路末端的色散优化
• 4.3 传输链路周期外的色散图谱优化
• 4.4 本章小结
• 第5章 波分复用系统中光纤光栅色散补偿技术的研究
• 5.1 基于FBG的多信道色散补偿器
• 5.2 波分复用系统的仿真模型与参数设计
• 5.3 非线性效应对系统传输性能的影响
• 5.4 两种色散补偿方案的系统性能评价
• 5.5 基于16Ch×10Gbit/s波分复用系统的新型色散图谱研究
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录