基于啁啾光纤光栅实现对光纤通信系统的色散补偿

1、设计需求

本案例是基于啁啾光纤光栅实现对光纤通信系统的色散补偿，构建了后置色散补偿系统、前置色散补偿系统和混合色散补偿系统。基于OptiSystem仿真软件实现了三种不同结构的基于啁啾光纤光栅色散补偿的光纤通信系统，通过眼图评估系统通信性能。

2、系统设计

仿真系统调制格式采用NRZ码型，激光频率为193.1 THz，传输链路采用单模光纤传输链路，利用啁啾光纤光栅进行色散色度补偿，同时利用EDFA光放大器实现损耗补偿。最后信号在接收模块进行信号解调与分析。模块中的Loop Control器件控制链路传输次数，其中，SMF的色散系数为16 ps/nm·km，色散斜率系数为0.08 ps/nm2·km，衰减量为0.2 dB/km，单程中SMF长度为80 km。光纤传输系统总共传输320 km。

2.1后置色散补偿系统

图示为后置色散补偿系统，啁啾光纤光栅置于单模光纤后，对信号传输过程中产生的色散进行补偿。在未进行色散补偿的情况下，即将光路中的啁啾光纤光栅去除，此时接收端的信号眼图如图所示，可以看到眼图混乱，误码率为1。当采用啁啾光纤光栅时，色散量设置为-1280 ps/nm·km，在10Gbit/s传输速率的情况下接收端的信号眼图如图所示，可以看到误码率为6.05e-20，Q因子为9.03，眼图张开度好，信号质量佳。

2.2前置色散补偿系统

图示为前置色散补偿系统，啁啾光纤光栅置于单模光纤前，对信号传输过程中产生的色散进行预补偿。

2.3混合色散补偿系统

图示为混合色散补偿系统，两个啁啾光纤光栅分别置于单模光纤前部和后部，对信号分别进行预补偿和产生色散后的补偿。该方案结合了后置色散补偿方式和前置色散补偿方式的特点。

3、结果分析

为了探究不同入射光功率对应的系统性能，设置仿真系统光功率在-10~10 dBm范围内扫描。图展示的是在10 Gbit/s传输速率的情况下三种光纤通信系统中的Q值随着入纤光功率的变化而变化的曲线图。

图. 入纤光功率变化与传输信号的Q值变化曲线

由图可知，传输信号的Q值变化曲线均存在峰值。当入纤光功率从-10 dBm逐渐增加的过程中，信号的Q值逐渐得到提高。但达到一定值时，信号的Q值逐渐降低。表明信号对应三种方案存在最佳入纤光功率。采用混合型方案的光通信系统的信号质量最好，混合型色散补偿方案的信号传输性能优于后置和前置色散补偿方案。混合型色散补偿方案对应最佳光功率为5 dBm，眼图如图所示，对应的误码率接近为0，Q值为46.37。

为了探究不同传输距离下对应的系统性能，设置仿真系统中的Loop Control器件链路传输次数在1~15范围内扫描，对应光纤传输系统传输160~2400 km。图展示的是在10 Gbit/s和40 Gbit/s传输速率的情况下混合色散补偿系统中的Q值随着光纤传输距离的变化而变化的曲线图。随着传输距离的增加，信号的传输质量也相应下降。同时对比10 Gbit/s和40 Gbit/s传输速率下系统性能，发现随着传输速率的提高，质量相应的下降。其中10 Gbit/s混合色散补偿系统实现了2400 km远距离的传输。

4、总结展望

本案例设计并仿真了基于啁啾光纤光栅色散补偿的光纤通信系统，对比了后置色散补偿系统、前置色散补偿系统和混合色散补偿系统的性能差异，最终10 Gbit/s混合色散补偿系统实现了2400 km远距离的传输。