光波系统中光信号的传输特性演示文稿.ppt

光波系统中光信号的传输特性演示文稿
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光波系统中光信号的传输特性
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问题的提出：
在这种系统中信号到底如何传输，其传输特性、传输能力究竟如何？
影响光纤系统信号传输特性的主要/2倍。
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为分析色散对啁啾高斯脉冲在光纤中传输的影响，在以群速移动的新坐标系中来考察光脉冲的演变，新坐标为
T=t-z／vg=t-βz
则时域慢变包络方程可改写为
利用傅氏变换，求得上式的解为
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讨论β2和β3对光脉冲传输特性的影响
(1) β2的影响。当β3=0，即光脉冲载波是远离零色散波长时，方程的积分可解析求得，结果为
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由此式可见，高斯脉冲在光纤中传输时仍保持高斯形，而脉宽则随z而增加
式中，T1类似于T0，定义为展宽后的脉冲的1/e强度点的半宽。
上式显示，光纤的色散(β2)和光源的啁啾(C)对脉冲展宽影响的定量关系。
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图3-2啁啾高斯脉冲展宽因子T1／T0随传输距离z／LD的变化曲线。(LD=T02/|β2|称为色散长度)。
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对非啁啾脉冲，C=O，脉宽随 [1+(z／LD)2]1/2成比例展宽，在z=LD处展宽为初始输入脉宽的√2-倍。
对C≠0的啁啾脉冲，在传输过程中，有可能展宽。亦有可能压窄，这取决于β2与C是同号还是异号。
同号时β2C>0，啁啾高斯脉冲单调展宽的速度比非啁啾脉冲的快；
异号时，β2C<0，在传输的初始段，脉冲宽度变窄，并在距离zmin处压缩至最窄，此处zmin值为
zmin=[C／(1+C2)]/ LD
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而最窄的脉宽为
Tmin= T0 / (1+C2)1/2
由式()和上式可得ΔωTmin =1，可见在zmin处，初始输入的啁啾高斯脉冲已演化为变换限制脉冲。β2C <0时可以实现对初始脉冲的压缩，当C<0时，可以采用正色散光纤对光脉冲进行压缩，这在光纤通信系统设计中，将可加以利用，对由负色散引起的展宽进行补偿以提高通信容量，称为色散补偿。
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(2) β3的影响。
当β3≠0，即高阶色散的影响不能忽略时，经严格分析发现，高斯脉冲在传输过程中不再保持原高斯脉冲形状，而是形成了一种振荡结构的尾部。这种脉冲就不能用T0或TFWHM来确切描述其宽度，而通常用均方根脉宽来描述，它定义为
σ=[<T2>-<T>2]1/2
角括号<>代表对强度分布的平均。
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通过分析，对具有均方根谱宽σω的高斯光谱，得到的展宽因子的解析表示为
式中V=2σωσ0 ，该式提供了一般性光源产生的光脉冲在色散影响下产生的脉冲展宽。
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(3) β2与β3影响的比较。由上分析可见，脉冲沿光纤的传输演变依赖于β2和β3相对大小，而且它们又依赖于工作波长λ与零色散波长λ0的相对偏移程度。在零色散波长处传输信号时，高阶色散的影响是不容忽视的。
为比较β2和β3对脉冲传输影响的重要程度，引入与高阶色散β3有关的色散长度L’D，定义为
式中，T0为脉宽。
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当L'D ≤LD时，高阶色散影响起主要作用，这个条件不仅与色散的相对值亦即与光源载波波长有关，而且与光脉冲宽度T0有关。因此通常情况下，β3的影响可以忽略。
图3．3展示了无啁啾高斯脉冲在z=5L'D处，β2=0(实线)和β2=β3／T0 (=LD )(虚线)两种情况下脉冲的形状，为比较，图中用点线画出了输入高斯脉冲波形。可见，考虑高阶色散时，会引起脉冲形状畸变，形成不对称的前后沿结构。
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图3．3群速色散(β2 )和高阶色散 (β3)对脉冲形状的影响
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在β3>0时，后沿出现振荡形结构，β3<0时，前沿会出现振荡结构。在β2=0时，振荡幅度增大，谷底逐渐降至零。
然而若同时引入β2时，即使不太大，这种振荡幅度就会显著减小。当引入的β2=β3／T0 ，即LD = L'D时，振荡几乎消失，但后沿出现了一个长的拖尾。
当β2增大至LD << L'D时，脉冲形状就近似为高斯形，高阶色散就不起主要作用了。
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3．色散诱导的线性频率啁啾
脉宽变化反映脉冲频谱结构发生了变化，即使初始脉冲不含啁啾成分，但在色散光纤中传输时，却变成了含啁啾成分的脉冲。这种现象称为色散诱导线性频率啁啾。
色散导致的啁啾频率分量，不同频率分量在光纤内以略微不同的速度传输，导致脉冲展宽，这是光纤色散对光脉冲传输特性影响