专利名称：利用光子晶体光纤实现10Gbit/s光信号色散补偿的设计方法
技术领域：
本发明设计涉及高速光纤通信系统，特别涉及一种利用光子晶体光纤实现10Gbit/s光信 号色散补偿的设计方法。
2.
背景技术：
对于基于10Gb/s及以上的高速或超高速光纤通信系统来说，限制光通信系统发展的主要 矛盾已由损耗受限转变为色散受限。目前全世界已经铺设了上亿公里的普通单模光纤
(G652)，它的零色散点在1.31处，在1.55um低损耗窗口有17ps nm" km—'左右的色散， 这己成为普通单模光纤通信系统升级到高速或超高速光纤通信系统的主要障碍之一。后来人 们又针对于WDM系统研制出了非零色散位移光纤(NZDSF)G.655，从而使传输距离扩大到 600km也不必在光纤中间进行色散补偿，但当系统升级到40Gb/s时，随着信号带宽和传输距 离的增加不仅普通单模光纤即使是NZDSF也需要进行色散补偿。目前提出的色散补偿方案 主要包括色散补偿光纤(DCF)、预啁啾、频谱反转、色散管理传输及啁啾光纤光栅等。其中， DCF技术以其补偿带宽大、技术相对成熟和简单、对传输格式和比特透明、升级潜力大、性 能稳定以及与WDM兼容等优点而得到广泛应用。
近几年， 一种新型的光纤一光子晶体光纤(PCF)受到了人们的广泛的关注，同时也成 为诸多科研工作者研究的热点。原因就是光子晶体光纤相对于普通光纤具有许多突出的优点， 例如允许改变纤芯面积，以削弱或加强光纤的非线性效应；可灵活地设计色散和色散斜率， 提供宽带色散补偿。PCF可以把零色散波长的位置移到lum以下；通过改变光子晶体光纤的 包层结构参数可以制作出具有高双折射效应的光子晶体光纤。这些优越特性将在光通信、光 电子学和信息科学等方面有广泛的应用，在这里我们主要关注光子晶体光纤的色散特性。由
于光子晶体光纤独特的色散特性，使得它在色散管理方面具有突出的优势。而这些研究设计 已经成为国内外研究的热点。
3.
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺点，本申请提出一种利用大色散光子晶体光纤补偿普通单 模光纤色散的设计方法。用26米大色散光子晶体光纤实现了对10Gb/s光脉冲信号在2. 163km 普通单模光纤中传输所积累色散的完全补偿，得到了很好的色散补偿效果。
为达到上述目的所采用的技术方案是通过合理调节光子晶体光纤中空气孔及孔间距的 大小和气孔的排列方式，可以获得具有较大色散量(或正或负)、大范围色散平坦及零色散点在几百纳米等特性的光子晶体光纤。在本设计中所用的光子晶体光纤(英国blaze-photonics 公司生产)在1550波段附近具有很大的负色散，我们将利用它的这一特性对普通单模光纤进 行色散补偿。图1为该光纤的截面扫描电镜图。图2为我们利用相移法测得的该光纤色散随 波长变化关系曲线。通过进一步计算可得在1550、 1545nm波长处的色散值分别为1023.9、 1003. 4ps/km. nm，这是普通色散补偿光纤所不能达到的。
利用大色散光子晶体光纤补偿普通单模光纤色散的设计有益效果是，光子晶体光纤可以 在很大的频率范围内支持光的单模传输；通过改变光子晶体光纤的包层结构参数可以制作出 具有高双折射效应的光子晶体光纤；利用中空光子晶体光纤可以实现超低损耗光传输等。这 些优越特性将在光通信、光电子学和信息科学等方面有广泛的应用，在这里我们主要关注光 子晶体光纤的色散特性。由于光子晶体光纤独特的色散特性，使得它在色散管理方面具有突 出的优势。其中利用光子晶体光纤的色散特性用于色散补偿、光孤子产生和传输、有源器件 的制作等。
4.
图l光子晶体光纤截面图
图2色散参量D随波长变化关系
图3基于光子晶体光纤的10Gb/s色散补偿系统实验装置图 图4初始脉冲形状
图5经过2. 163kmG. 652光纤后脉冲形状
图6经过26米光子晶体光纤补偿后的脉冲形状
图7调节偏振控制器得到两个偏振模式输出
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具体实施例方式
设计装置如图3所示，其中TMLL1550型激光器由德国U2T公司生产，输出脉冲形状为 Sech2型，脉宽2ps，接近变换极限脉冲。选择脉冲中心波长为1545nm，满足ITU-T建议的波 长标准。重复频率为10GHz的光脉冲信号从激光器出射后经过普通单模光纤(长飞公司生产 的标准G.652光纤)被展宽。利用掺铒光纤放大器(EDFA)提高光功率，用光纤型偏振控制 器来改变入射光的偏振态，然后使光脉冲进入具有很大负色散的光子晶体光纤中进行色散补 偿。最后用数字通信分析仪(Agilent 83480A)观察脉冲形状的变化。
实验中激光器出射脉冲宽度为2ps，重复频率为10GHz，我们用带宽为40GHz的数字通信 分析仪观测脉冲初始形状如图4所示。需要说明的是，由于脉冲宽度太窄，光电探测器在响 应时使脉冲的一边出现下凹，但这并不影响我们的实验结果。图5所示为脉冲经过2. 163kmG.652光纤后的形状，我们可以看到脉冲明显展宽，而且脉冲形状几乎无法分辨。用 EDFA对光脉冲信号进行功率补偿，并调节偏振控制器使得脉冲形状达到最佳，这时得到脉冲 形状如图6所示。可以看到，经过G.652光纤被展宽的脉冲通过26m长光子晶体光纤后基本 恢复到了原来的形状，色散补偿效果很好。同时我们注意到，如果调节偏振控制器波片方向， 我们会得到如图7所示的输出脉冲。图中，两个正交偏振方向的脉冲经过26长光子晶体光纤 已经分开，这证明光纤确实具有较大的偏振模色散。理论与实践证明，合理设计光子晶体光 纤结构参数即可以获得较大的色度色散同时可以获得较大的偏振模色散，这也正提示了我们， 可以利用这种类型的光子晶体光纤对光通信系统中的色度色散和偏振模色散进行协同补偿。
权利要求
1、一种利用光子晶体光纤实现10Gbit/s光信号色散补偿的设计方法，其特征在于通过合理调节光子晶体光纤中空气孔及孔间距的大小和气孔的排列方式，可以获得具有较大色散量、大范围色散平坦及零色散点在几百纳米等特性的光子晶体光纤。
全文摘要
本申请涉及利用光子晶体光纤对普通单模光纤中传输的10Gbit/s光信号进行色散补偿的设计，通过合理调节光子晶体光纤中空气孔及孔间距的大小和气孔的排列方式，可以获得具有较大色散量(或正或负)、大范围色散平坦及零色散点在几百纳米等特性的光子晶体光纤。仅用26米长光子晶体光纤便实现了10Gbit/s、2.163km普通单模光纤的色散补偿传输，而且得到了很好的补偿效果。
文档编号H04B10/12GK101552643SQ20081008883
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者任晓敏, 超 刘, 嵘 李, 杨广强 申请人:刘 超;李 嵘;杨广强