色散平坦光纖設計在密集波分復用系統(tǒng)的研究

陳吳奇 呂政達

摘要:光通訊發(fā)展至今,長距離的光纖傳輸仍有一個問題存在,此問題就是色散(Dispersion)。色散對密集波分復用(DWDM,Dense Wavelength-Division Multiplexing)系統(tǒng)而言,由于色散的積累,各通道的色散都會隨傳輸距離的增長而增大。然而,由于色散斜率的作用,各通道的色散積累量是不同的,其中位于兩側(cè)的邊緣信道間的色散積累量差別最大。當傳輸距離超過一定值后,具有較大色散積累量通道的色散值超標,從而限制整個DWDM系統(tǒng)的傳輸距離。

將研究如何設計色散平坦光纖(DFF,Dispersion Flattened Fiber),可以使用在DWDM系統(tǒng)上。DWDM使用波段為C-Band和L-Band,其波長使用分別為1520—1570nm和1570—1620nm,我們將利用OptiFbert這軟件,將此波長范圍的色散值,當色散等于零時,會有非線性現(xiàn)象,如四波混合,故本研究為設計接近零值且平坦斜率的光纖,在設計上,我們有考慮制造成本,故不做復雜的Profiles設計,故不需做多層鍍膜,我們利用四包層折射率分布(Quadruple-Clad Index Profile)。

關鍵詞:色散平坦光纖;DFF;Dispersion Flattened Fiber

中圖分類號:TN929.11文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)23-0279-02

1引言

高速率訊號和超長傳輸距離的光通訊系統(tǒng)中,傳送距離越遠,光功率就會不斷的減弱,然而色散則會使訊號脈沖波形變形。因為光纖的非線性效應會降低DWDM系統(tǒng)的訊號質(zhì)量,通常有大量殘余的色散,即使是傳輸過程中使用色散補償技術(shù),如色散補償光纖,被擴大的脈沖波行可以在接收端放放后置色散補償(Post-Dispersion Compensation,PDC)還原波形。另外還有一種方式就是使用光弧子系統(tǒng),因為光弧子系統(tǒng)作為全光非線性方案是消除色散的一種方式,長距離傳輸且不變形。在未來的光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)中,可以使用色散平坦光纖,因為這些光纖可以提供非常低色散在很寬的光譜范圍。在單模光纖的色散作用起因是從光纖結(jié)構(gòu)特性的波導以及玻璃材料的色散特性,因此本研究會設定不同參數(shù),來觀察材料色散與波導色散的相對關系,此關系會影響最終的色散值。色散平坦光纖卻是將從1300nm到1650nm的較寬波段的色散,都能作到很低,幾乎達到均勻零色散的光纖稱作DFF。由于DFF要作到1300nm-1650nm范圍的色散都減少。如果想要控制色散的特性,就需要對光纖的折射率分布進行復雜的設計,它又稱為Depressed Cladding Fiber,核心外圍有厚度較薄且折射率低的外殼層,更外面一層為折射率稍高的外殼,這種光纖可適用于1300nm-1650nm范圍的光波長。

不過這種光纖對于高密度分波多任務系統(tǒng)(DWDM)的線路卻是很適宜的。

2色散平坦光纖的設計原理

典型的色散平坦光纖有復雜的Profiles,這個Profiles包括有多個steps,去調(diào)整它的折射率來減少損失,大部份的色散平坦設計是基于相當簡單的W-Profiles,W-Profiles的設計往往能得到在廣大的波長范圍有低色散的一段平坦的區(qū)域,一般W-Profiles有三個區(qū)域:core折射率;內(nèi)部的cladding的折射率;外部的cladding的折射率.外部的cladding扮演一個重要的角色在于決定波導的性質(zhì),在兩個零色散波長點之間,有一段低色散波長平坦的的區(qū)域,所以我們能夠改變波導的幾合形狀,去產(chǎn)生一段波長平坦的的區(qū)域.在低色散波長平坦的的區(qū)域,允許波長多任務,去使用多通訊頻道,以增加它的傳輸容量。

3設計與仿真色散平坦光纖之分析

因為在DWDM系統(tǒng)中,所使用的波段包含C波段(Wavelength:1520nm—1570nm)與L波段(Wavelength:1570nm-1620nm),所以我們必須在此波段中,設計平坦色散的光纖,而且色散值是接近為零之值。

首先,四包層折射率分布(Quadruple-Clad Index Profile),如圖1所示。針對光纖之Profile進行設計,在此我先把結(jié)構(gòu)分為四層:Region0、Region1、Region2與Region3,如圖2所示。

在模擬過程中,當Region0、Region1、Region2與Region3分別為4.3nm、2.5nm、6.5nm與49.2nm時,色散為正值且明顯過大,如圖3所示。當Region0、Region1、Region2與Region3分別為3.9nm、2.5nm、6.5nm與49.6nm時,色散值為負值且也是很大,因此也是不符合本研究的結(jié)果,如圖4所示。本設計結(jié)構(gòu)可以了解Region的寬度之間的比值會影響到波導色散。當Region0、Region1、Region2與Region3分別為3.7nm、3.3nm、4.3nm與51.2nm,可得最佳的色散平坦度,如圖5所示。此外,我們的模場分布,如圖6所示亦顯示單模。最終本研究設計一色散平坦光纖,如圖5所示,當在C-band時,其色散范圍約在-0.36681±0.09514ps/km?nm;當在L-band時,其色散范圍約在-051123±0.007798ps/km?nm。

圖1色散平坦光纖之結(jié)構(gòu)

圖2光纖Profile結(jié)構(gòu)之設計

圖3色散為最大正值之結(jié)果

圖4色散為最大負值之結(jié)果

圖5色散平坦光纖之結(jié)果

圖6單模之色散平坦光纖的表現(xiàn)結(jié)果

4結(jié)論

本研究是采用光纖仿真軟件OptiFiber來設計一色散平坦光纖,我們用Quadruple-Clad Index Profile采取階段折射率分布,針對色散平坦光纖的結(jié)構(gòu),進行不一樣的寬度設計,本設計結(jié)構(gòu)可以了解Region的寬度之間的比值會影響到波導色散,當最佳參數(shù)Region0、Region1、Region2與Region3分別為3.7nm、3.3nm、4.3nm與51.2nm,可得最佳的色散平坦度,如圖5所示,當在C-band時,其色散范圍約在-0.36681±0.09514ps/km?nm;當在L-band時,其色散范圍約在-0.51123±0.007798ps/km?nm。當此光纖應用在長距離傳輸系統(tǒng)的情況下,可以節(jié)省中間很多的補償組件,如此可以大量節(jié)省成本,在一段極廣的波長的范圍內(nèi),它有個極低色散且分布非常平坦,所以這個光纖極適合用在分波多任務光纖網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)上,來增加它的傳輸容量。

參考文獻

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