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高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究.doc

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文档介绍:高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究.doc高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究
一、引言
随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长,尤其是因特网的迅速 崛起,人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容 量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战,也反过来推动了通信技术的 快速发展。1966年,美籍华人高棍博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗 至20dB/km,使光纤用于通信成为可能,从而开启了人类通信史的新纪元。 与传统的电通信相比,光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电 磁干扰等优势备受业界青睐,已成为一种不可替代的支撑性传输技术。新 型激光器和调制格式、波分复用(WDM)技术、宽带光放大技术的不断涌现, 大幅提高了光通信能力[15]o光纤通信的传输容量在1980~2000年间增加 了近10000倍,传输速率在过去的10年中提高了约100倍。目前,单信道 40Gbit/s的光传输系统已经广泛商用,100Gbit/s的WDM/OTN(Optical Transmission Network,光传输网)链路也开始在欧美地区进行商用部署, 400Gbit/s的传输技术成为未来的研究方向。
众所周知,信号在光纤通信系统中的传输性能会受到光纤的损耗、色 散和非线性效应的制约,而且传输速率越高、距离越长,上述效应越严重, 对系统性能的劣化十分明显。因此,对这些制约因素的削弱甚至消除是进 一步提高信息传输容量的关键,也一直是光纤传输技术的重点研究方向, 并已取得了一系列卓有成效的进展。
二、光纤损伤及补偿技术

光纤损伤主要包含上节所述的损耗、色散和非线性效应。光放大器技 术,包括 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier,掺餌光纤放大器)、FRA(Fiber Raman Amplifier,光纤拉曼放大器)和参量放大器的出现已经完美地解决了 光纤损耗问题。
光纤色散补偿技术也已十分成熟。色散作为一种线性损伤,其补偿原 理是利用光电元件实现波长或偏振相关的延时功能。单模光纤的色散分为 色度色散(CD, chromatic dispersion)和偏振模色散(PMD, polarization mode dispersion)两种。色度
色散的补偿包括预碉啾(prechirp)等前补偿方案,色散补偿光纤(DCF, dispersion compensation fiber)、光相位共轨(OPC,optical phase conjugation) 等在线补偿方案以及碉啾光纤光栅(chirped fiber grating)、基于DSP(digital signal processing,数字信号处理)的电均衡技术、虚像相位阵列法等后补偿 方案。偏振模色散一般对40Gbit/s以上的高速光通信系统才比较明显, 也可分为光域补偿和电域补偿。光域补偿利用一些光学元件在光传输链路 上直接补偿光信号,包括自适应的反向单元、反馈信号和控制算法,可以 前置补偿控制光源的输出偏振态,使之沿着光纤的偏振主态传输,也可置 于光链路末端用做后置补偿器。电域补偿一般采用基于DSP的多抽头横 向滤波器,结合前向纠错(FEC, forward error correction)技术进行均衡优化, 而偏振差异接收机技术近年来也得到了广泛关注。
光纤中的非线性效应分为两类:非弹性过程和弹性过程。由受激散射 引起的非弹性过程,电磁场和极化介质有能量交换,主要有受激布里渊散 射和受激拉曼散射;由非线性折射率引起的弹性过程,即Kerr效应,电磁 场和极化介质没有能量交换,主要有自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)

和四波混频(FWM, four wave mixing)。考虑到WDM系统的光纤链路中光功 率增大、信道数增多,上述非线性效应,特别是Kerr效应,使不同WDM 信道间产生串扰和功率代价,从而限制光纤通信的传输容量和传输距离, 使光纤非线性效应成为了影响系统性能的主要因素。
非线性效应的补偿不同于色散,其与信号的作用过程十分复杂,很难 得到定量的描述。对于非线性的抑制也有不少的技术方案,比如非线性电 均衡技术[1,2]、预编码技术⑶、数字后向传输(BP, back propagation)法[4,5]、 OPC法[6,刀和非线性管理技术[8],其中很多技术是色散补偿技术的拓展。 模拟的非线性电均衡技术是在传统电均衡技术,如前馈均衡或判决反馈均 衡的基础上加入非线性单元,考虑信号经过不同延时之间的相互作用,从 而基于最小均方误差优化均衡系数以减弱光纤非线性损伤。而基于高速模 数转换器和DSP的数字电均衡技术则是利用极大似然估计接收机或基于 接收机的电子相位偏转的算法纠正误差以抑制光纤

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高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究.doc

上传人:小雄 2021/9/20 文件大小:95 KB

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