一种光纤非线性和色散效应补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光纤非线性和色散效应补偿装置，由多段反向传输模块级联而成，该装置的非线性补偿参数成线性变化。该装置中的反向传输模块的实现方式包括数字信号处理方式或光学器件方式，采用数字信号处理方式时肝两个参数a，b控制非线性补偿参数线性变化；采用光学器件方式时，每段反向传输模块包括硅波导、波导耦合器、环形谐振腔和色散补偿波导。与现有技术相比，本发明专利技术能够进一步优化非线性补偿的效果，具有实现复杂度低、误码率低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤非线性和色散效应补偿装置
本专利技术涉及光纤传输系统，尤其是涉及一种光纤非线性和色散效应补偿装置。
技术介绍
在高速光纤传输系统中，引起传输损耗以及波形失真的两个最主要的因素就是光纤的色散以及非线性效应。光纤色散会导致脉冲的展宽，从而会影响数据传输速率以及传输距离。光纤非线性效应的强弱取决于入射光强，它会限制发送端信号的功率。因此，光纤色散以及非线性效应成为了实现超高速、超长距离光纤传输的一个最大障碍。反向传输能够同时补偿光纤的色散以及非线性效应，因而在光纤传输系统中得到了广泛应用。反向传输实质是光纤传输的一个逆过程，该过程可以通过数字信号处理或采用具有与原光纤相反的参数的光学器件来实现。在反向传输过程中，由于色散和非线性效应的相互作用，色散需要被完全补偿而光纤非线性需要被部分补偿。在光纤传输过程中，非线性效应会使信号产生非线性相移，因此补偿光纤非线性需要产生相应的负的非线性相移。但是由于噪声等随机因素对信号幅值的影响，需要补偿的相位值是很难确定的。在零色散光纤中，有噪声时的最佳相移值大约是无噪声时相移值的一半，并且这个比例会随着色散值的不同而发生改变。现有的基于反向传输的接收机中，控制非线性补偿的参数大多是不可变的，即每一段反向传输所补偿的相移值是恒定的。虽然通过仿真以及实测可以找到一个最佳的相移值使得接收信号的误码率达到最小，但这种方法并不能完全的补偿光纤的非线性效应，仍具有很大的改良空间。另外也有对每一段的非线性补偿系数都进行优化的方法，该方法虽然能得到很好的补偿效果，但是其复杂度高，工作量大，不易于操作。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现复杂度低、误码率低的光纤非线性和色散效应补偿装置本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种光纤非线性和色散效应补偿装置，由多段反向传输模块级联而成，该装置的非线性补偿参数成线性变化；所述反向传输模块满足以下反向传输方程：其中，A为光纤信号的包络，z为传输距离，分别为线性算子与非线性算子，α，β2，β3分别代表衰减、群速度色散以及色散斜率，γ代表非线性系数，ξ为非线性补偿参数，0≤ξ≤1，ξ随着反向传输模块的段数成线性变化。所述反向传输模块的实现方式为数字信号处理方式，具体为：采用两个参数a，b控制ξ的大小，使ξ值随反向传输段数成线性变化，即ξ＝an+b，n表示第n段反向传输模块，n＝1，2，...，N，N为反向传输模块的总段数。所述参数a，b采用梯度下降法实现自适应调节。所述反向传输模块的实现方式为光学器件，此时，每段反向传输模块包括硅波导、波导耦合器、环形谐振腔和色散补偿波导，每段反向传输模块的所述硅波导、色散补偿波导依次顺序连接，所述环形谐振腔设在硅波导上，所述波导耦合器设置在硅波导和环形谐振腔之间，多段反向传输模块级联后的两端分别设有光纤-波导耦合器。所述环形谐振腔产生用于补偿光纤的非线性效应的非线性相移，该非线性相移的值随着硅波导和环形谐振腔之间耦合系数的改变成线性变化。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、与固定的非线性补偿参数相比，本专利技术误码率大大降低，能够适用于更长距离、更高速率的光纤传输；与对每一段非线性补偿参数都进行优化的方法相比，本专利技术只需优化最多两个系数，大大降低了系统复杂度，减少了工作量。二、采用数字信号处理实现的非线性补偿参数成线性变化的光纤非线性和色散效应补偿装置能够灵活的改变非线性的补偿值，其非线性补偿值的控制参数可以随接收信号误码率的大小进行自适应调节。三、采用光学器件实现的非线性补偿参数成线性变化的光纤非线性和色散效应补偿装置具有实时补偿、体积小、易扩展的优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术数字信号处理方式的流程示意图；图3为本专利技术光学器件实现方式的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，一种光纤非线性和色散效应补偿装置，由N段用于光纤非线性和色散效应补偿的反向传输模块X级联而成，每个反向传输模块X包括色散补偿部分以及非线性补偿部分，其非线性补偿系数ξ随着所在反向传输块的段数n成线性变化。信号在光纤中的传输过程可以由下述非线性薛定谔方程描述：其中：A为信号的包络，z为传输距离，分别为线性算子与非线性算子。线性算子中α，β2，β3分别代表衰减、群速度色散以及色散斜率。非线性算子中的γ代表非线性系数。反向传输是光纤传输的逆过程，其实质是解下述反向传输方程，或者找到相应的光学器件能够满足下述反向传输方程：在光纤传输过程中，由于色散以及非线性效应的相互作用，色散需要被完全补偿，非线性效应需要被部分补偿，因此上述反向传输的方程可以修正为：其中0≤ξ≤1。本实施例中，采用数字信号处理方式实现反向传输模块X，具体如下：用数字信号处理的方法可以解出反向传输的方程从而能够补偿光纤的色散以及非线性效应。该方程通常采用分步式傅里叶变换法求解。分步式傅里叶变换法的原理是将整个的光纤分成很多段，然后一段一段的计算信号的包络。可得出反向传输方程的近似解为：其中，h为反向传输的步长。图2所示为分步式傅里叶变换法的实现流程图。这里采用两个参数a，b控制非线性补偿值ξ的大小，使ξ＝an+b，n＝1，2，...，N。为了减少色散的随机漂移对非线性的影响，本专利技术采用梯度下降法实现控制参数的自适应更新，即使控制参数的值朝着令误码率减小的方向变化，从而实现参数的最优化。实施例2本实施例中，采用光学器件实现反向传输模块X，具体如下：如图3所示，采用光学器件实现的一种非线性补偿参数成线性变化的光纤非线性和色散效应补偿装置，由N段反向传输模块级联而成，其中每个反向传输模块包括硅波导3、波导耦合器4、环形谐振腔5和色散补偿波导6，每段反向传输模块的硅波导3、色散补偿波导6依次顺序连接，环形谐振腔5设在硅波导3上，波导耦合器4设置在硅波导3和环形谐振腔5之间，多段反向传输模块级联后的两端分别设有光纤-波导耦合器2，光纤-波导耦合器2与光纤1连接。环形谐振腔5利用其非线性光学特性产生非线性相移，补偿光纤的非线性效应；色散补偿波导6具有与原光纤相反的色散参数，用以补偿光纤的色散效应。环形谐振腔5利用其非线性光学特性产生非线性相移，具体为：当环形谐振腔5处于欠耦合区时，产生负的非线性相移；当环形谐振腔5不处于欠耦合区时，利用硅波导3的四波混频效应产生输入信号的共轭信号，共轭信号经过环形谐振腔5产生正的非线性相移，等效于原信号产生负的非线性相移。通过马赫增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤非线性和色散效应补偿装置，其特征在于，由多段反向传输模块级联而成，该装置的非线性补偿参数成线性变化；所述反向传输模块满足以下反向传输方程：∂A∂z=(-D^-ξN^)A]]>其中，A为光纤信号的包络，z为传输距离，分别为线性算子与非线性算子，α，β2，β3分别代表衰减、群速度色散以及色散斜率，γ代表非线性系数，ξ为非线性补偿参数，0≤ξ≤1，ξ随着反向传输模块的段数成线性变化。

【技术特征摘要】
1.一种光纤非线性和色散效应补偿装置，其特征在于，由多段反向传输模块级联而成，该装置的非线性补偿参数成线性变化；所述反向传输模块满足以下反向传输方程：其中，A为光纤信号的包络，z为传输距离，分别为线性算子与非线性算子，α,β2,β3分别代表衰减、群速度色散以及色散斜率，γ代表非线性系数，ξ为非线性补偿参数，0≤ξ≤1，ξ随着反向传输模块的段数成线性变化；所述反向传输模块的实现方式为数字信号处理方式，具体为：采用两个参数a,b控制ξ的大小，使ξ值随反向传输段数成线性变化，即ξ＝an+b，n表示第n段反向传输模块，n＝1，2，...,N，N...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊鹤，操砚茹，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31