刘志超， 朱 军， 袁中保

（安徽大学 电子科学与技术学院，安徽 合肥 230039）

0 引言

光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是即将到来的信息社会的一大要素。光纤通信系统是目前的研究热点，在光纤中高速、高效的传输光信号是光纤通信系统的关键技术。影响光信号在光纤中传输的主要因素有色散和损耗。但随着掺铒光放大器的实用化，损耗不再是主要的限制因素，因此光纤色散特性的研究成为引人注目的焦点之一[1-3]。比如：群速度色散GVD (Group Velocity Dispersion)[4-6],高阶色散对光脉冲传输的影响[7-8]，高斯脉冲在单模光纤中传输特性分析[9]，群速度色散和自相位调制所致啁啾[10-11]。本文主要是在不考虑非线性效应的情况下，就 G.652光纤中群速度色散对光信号传输特性的影响作了仿真。对传输比特率分别为2.5 Gb/s、10 Gb/s的信号，有、无初始啁啾，传输距离分别为20 km、60 km的情况作了仿真分析。

1 理论分析

光脉冲在单模光纤中传输时，GVD会引起光纤内传输的光脉冲展宽，这种色散作用于输入脉冲引起脉冲展宽就产生了频率啁啾效应。在非线性光学介质中，介质的折射率与入射光的光强有关，这一现象通过自相位调制来体现，它也将导致光脉冲的频谱展宽[1]。而且带啁啾的光脉冲在光纤中传输时将会加剧色散展宽，这是不希望的。

当只考虑群速度色散2β 的影响，不考虑非线性效应时，可由非线性薛定谔方程得到如下方程[1]：其中U是归一化振幅，T是随脉冲以群速度移动的参考系中的时间量度，z是轴向坐标，2β是群速度色散。

利用傅里叶方法得到式(1)的通解为[7]：

入射光场在z=0处的傅里叶变换为：

其中(0,)U T是初始的光脉冲。

2 仿真模块设计

仿真模块搭建如图1所示，用到的仿真器件和测试仪器有：多信道等间隔光发射机、G.652光纤、眼图分析仪。其中G.652光纤的工作波长在1 300 nm时，色散很小，系统的传输距离主要受光纤损耗所限制。在1 550 nm波段的损耗较小，这种光纤可用于2.5 Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10 Gb/s的信号，传输距离超过50 km时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块，否则信号失真严重[2]。通过眼图分析仪测试模块，可以得到仿真结果——信号的眼图。

图1 仿真模块示意图

3 结果分析

3.1 无啁啾的光信号传输

仿真参数设置：原始信号的中心频率为193.1 THz,信道数1，发射功率 5 mW，啁啾参数为0，G.652光纤的长度分别设为20 km、60 km。

3.1.1 比特率为2.5 Gbit/s的情况

通过仿真，得到了如图2所示的眼图。由图2可知：从眼图的张开度来看，随着传输距离的增加，信号的失真并不是很明显；观察纵坐标，原始信号的功率峰值是12 mW，传输20 km后是4.78 mW，传输60 km后是0.767 mW。随着传输距离的增加，信号功率损耗明显。

3.1.2 比特率为10 Gbit/s的情况

将3.1.1节中的比特率2.5 Gbit/s改成10 Gbit/s，其他参数保持不变，再进行仿真，可以得到如图3所示的眼图。由图3可知，从眼图张开度可以看出，随着传输距离的增加，信号失真严重；观察纵坐标，原始信号功率峰值11.9 mW，传输20 km后是5 mW，传输60 km后是0.879 mW，信号功率损耗明显。

综上所述：在中心频率、发射功率、啁啾等参数相同的情况下，传输的距离越长，信号的失真越明显。尤其是传输距离超过50 km后，信号失真严重，需要使用价格昂贵的色散补偿模块。比较图2和图3，不难看出，当传输距离相同时，比特率越大，信号失真就越明显。

3.2 带初始啁啾的光信号传输

仿真参数设置如下：原始信号的中心频率为193.1 THz，信道数1，发射功率5 mW，比特率为2.5 Gbit/s，G.652光纤的长度设为20 km。3.2.1 正啁啾C=10的情况

图2 比特率为2.5 Gbit/s的情况

图3 比特率为10 Gbit/s的情况

如图4(a)所示，初始啁啾为10的信号经光纤传输20 km后得到眼图。将它与图2(b)作比较，其他参数相同，只有啁啾参数不同。明显可以看到带正啁啾的信号比无啁啾的信号失真要严重。

3.2.2 负啁啾C=-10的情况

如图4(b)所示，初始啁啾为-10的信号经光纤传输20 km后得到的眼图。将它与图2(b)作比较，其他参数相同，只有啁啾参数不同。明显可以看到带负啁啾的信号比无啁啾信号失真要严重。所以无论是正啁啾还是负啁啾，在光信号传输时都会引起信号失真，而且比无啁啾信号的失真更明显。

图4 带初始啁啾的光信号传输情况

4 结语

本文主要就群速度色散对光信号传输特性的影响作了仿真分析,得到的结果与理论结果吻合。但只是针对单信道，在不考虑非线性和四波混频影响的情况下，得出了有意义的结论。对于多信道，考虑非线性、四波混频影响的情况将是进一步研究的内容。

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