本課演示了OptiSystem如何與OptiGrating一起設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)中色散補償元件。
色散補償背后的物理思想如下:創(chuàng)建線性啁啾光柵允許我們在信號的不同頻譜分量之間創(chuàng)建時間延遲。
例如,在1.55μm的SMF中,群速度色散會產(chǎn)生脈沖的負啁啾,這意味著較高的頻率(傳播更快)位于脈沖的前導(dǎo)部分,而較低的頻率(傳播較慢)位于尾隨部分。由于不同光譜成分的傳播速度不同,脈沖就會擴散。如果我們創(chuàng)建沿光柵周期線性減小的光纖光柵,由于高頻率比低頻率光在光柵中傳播較長時間后才發(fā)生反射,因此會出現(xiàn)低頻和高頻分量之間的時間延遲,這與SMF中產(chǎn)生的時間延遲正好相反。
因此,在該系統(tǒng)中傳播和反射的脈沖將允許補償脈沖的色散展寬。
色散系數(shù)Dg [ps/nm.km]。對于線性啁啾光纖布拉格光柵,由以下簡單表達式給出:
其中n為平均模式指數(shù),c為光速,Δλchirp最大啁啾是光柵兩端的布拉格波長差(注意,這個量是由OptiGrating的Grating Manager中的光柵定義選項卡中的總啁啾參數(shù)給出的)。
本次案例的目的是利用根據(jù)上述公式產(chǎn)生線性啁啾的光纖光柵,在OptiSystem中實現(xiàn)色散補償。
項目布局如圖1所示。
圖1.線性啁啾光纖光柵色散補償項目布局圖
當(dāng)比特率為40 Gb/s時,在光學(xué)高斯脈沖發(fā)生器中產(chǎn)生12.5 ps的初始脈沖,并在10 km的SMF內(nèi)傳播。初始脈沖和經(jīng)過SMF脈沖的輸出如圖2和圖3所示:
圖2.初始脈沖
圖3.脈沖在SMF中傳輸10km后
由于色散,脈沖寬度增加到約50 ps,在SMF中傳播10 km后的累積色散為160 ps/nm。
為了補償累積色散,我們將使用OptiGrating設(shè)計線性啁啾光纖光柵。光纖和光柵的相應(yīng)數(shù)據(jù)如圖4和圖5所示。
圖4.纖芯數(shù)據(jù)
階躍折射率光纖,纖芯(折射率1.46)和包層(折射率1.45)分別為2μm和8μm。
圖5.光柵定義對話框
我們考慮啁啾帶寬Δλchirp=0.35的線性啁啾FBG。假設(shè)平均模折射率為 1.46,則補償160 ps/nm的累積色散所需的光柵長度為 6 mm。
在本文的計算中,我們使用了長度稍大的1.6 cm的光柵。得到的結(jié)果保存為txt格式,將文件加載到OptiSystem的OptiGrating組件中。
得到的補償結(jié)果如圖6所示。
圖6.經(jīng)過線性啁啾光纖光柵色散補償后脈沖
我們可以看到,用光纖光柵設(shè)計的色散幾乎可以完全補償。
綜上所述,在本課中,我們演示了如何使用OptiGrating設(shè)計的光柵獲得的反射光譜來實現(xiàn)OptiSystem中的色散補償。
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