【正文】 DM 系統(tǒng)的基本形式 .................................................................................................... 15 WDM 系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢 ................................................................................................ 17 WDM 系統(tǒng)中存在的問題 ................................................................................................ 18 第四章 基于光子晶體光纖的 WDM 系統(tǒng)的仿真研究 ............................................................... 19 Optisystem 仿真軟件簡介 ................................................................................................ 19 光子晶體光纖 WDM 仿真系統(tǒng)的建立 ......................................................................... 22 發(fā)射功率對光子晶體光纖 WDM 傳輸性能的影響 ...................................................... 24 NRZ 碼型光子晶體光纖 WDM 系統(tǒng)的功率特性 ............................................... 24 RZ 碼型光子晶體光纖 WDM 系統(tǒng)的功率特性 .................................................. 27 RZ 碼型和 NRZ 碼型傳輸性能比較 ............................................................................... 30 傳輸距離對光子晶體光纖 WDM 系統(tǒng)的影響 .............................................................. 32 色散對光子晶體光纖 WDM 系統(tǒng)的影響 ...................................................................... 35 第五章 總結和展望 ....................................................................................................................... 39 總結 .................................................................................................................................. 39 展望 .................................................................................................................................. 39 致謝 ................................................................................................................................................ 40 參考文獻 ......................................................................................................................................... 41 湖北工業(yè)大學理學院 2022 屆畢業(yè)設計（論文） 1 第一 章 緒論 隨著人類社會進入信息時代， 人們對信息量的需求不斷提高 ， 各種多媒體業(yè)務和基于 IP的實時 /準實時業(yè)務等新興數(shù)據(jù)業(yè)務不斷涌現(xiàn)，導致全球信息量呈級數(shù)增長，對通信網(wǎng)絡的帶寬、容量和傳輸速率提出了更高的要求 ，在這種背景下WDM（ Wavelength Division Multiplexing）技術應運而生。 在 WDM系統(tǒng)中，理想的想的光纖應該具有很小的衰減、適當?shù)纳?、很低的偏振模色散，較大的有效面積、 理想的彎曲損耗 特性等。 為了解決這一問題 人們開始研究新型光纖，本文所研究的光子晶體光纖就是眾多新型光纖中的一種。 光子晶體光纖以其 獨特的傳輸特性，很好的解決了光纖傳輸中遇到的損耗、色散和非線性等問題 ，因而近幾年來對光子晶體光纖的研究備受關注。 光纖 通信 技術發(fā)展和現(xiàn)狀 1980年人類史上第一個 商用光纖通信 系統(tǒng)問市 。 第二代的商用光纖通 信 系統(tǒng)也在 1980年代初期就發(fā)展出來，使用波長 1300nm的磷砷化鎵銦 激光器 。 80年代末， EDFA（摻鉺光纖放大器） 誕生，它的出現(xiàn)使得 光纖通信可直接進行光中繼，使長距離高速傳輸成為可能，并促使了 WDM系統(tǒng) 的誕生 。 這些技術上的突破使得第三代光纖通 信 系統(tǒng)的傳輸速率達到 ，而且中繼器的間隔可達到 100km遠。 光子晶體光纖 研究 背景及發(fā)展 光子晶體光纖研究背景 目前光纖通信系統(tǒng)常用光纖的有 （常規(guī)單模光纖）、 （色散位移光纖）、 （非零色散位移光纖）和大有效面積光纖。 km)。但是 1550nm的高色散限制了其傳輸速率，傳輸速率超過 ，在長距離系統(tǒng)中需要采用色散補償。 在 1550nm具有低的損耗和色散，利用 在 1550nm傳輸速率能達到 10Gbit/s以上。由于 1550nm窗口的色散值太小，使得在 WDM系統(tǒng)受四波混頻效應的影響太嚴重。當它的零色散波長小于 1550nm時具有正色散值，而 零色散波長大于1550nm時具有負色散值，因而可以有效地避免四波混頻造成的影響。為了降低非線性效應的影響，大有效面積光纖被開發(fā)出來 了，其有效面積達72 2m? ， 零色 散點處于 1510nm附近，因而在相同的光纖功率時，降低了光纖中傳輸?shù)墓β拭芏?，可以有效地克服非線性效應的影響。 盡管人們?yōu)榱私鉀Q傳統(tǒng)光纖的損耗、色散和非線性等問題，做了大量的努力，發(fā)明了很多新型光纖，但基于傳統(tǒng)理論的光纖不能很好的解決上述問題，這就促使人們開始研究新型光纖傳播理論。 相對于傳統(tǒng)光纖而言，光子晶體光纖開創(chuàng)了完全不同的光波傳輸理論，并且其性能也有很大的不同。 光子晶體光纖的發(fā)展 1996年，英國南安普頓大學光電研究中心和丹麥技術大學電 磁系首先報道了成功制備出 PCF。 2022年，英國 Bath大學 Wadsworth等人實現(xiàn)了雙包層光子晶體光纖結構。 2022年，日本 Norihiko等人以鎖模摻 Er3+光纖激光器為泵浦源，結合周期極化 LiNbO3，泵浦長 60cm的高非線性 PCF，得到波長調諧范圍為 ～ ，脈寬為55fs，所用 PCF芯徑為 ，零色散波長大 約在 [3]。 2022年初， Blaze曾發(fā)布了一款新型 PCF，該光纖是針對 Nd3+微芯片激光器特別優(yōu)化設計的，可產(chǎn)生超連續(xù)光譜，這種光譜可在單模光纖中產(chǎn)生一個寬帶 輸出，光譜亮度超過太陽 10000倍。計算得到在 2050ps/（ ），可以補償 120倍長度的 （ 17ps/（ ）），可以補償 240倍長度的 （ （ ）），從而大大縮短了色散補償光纖的長度 [5]。 2022年，英國 Bath大學 Blanch等人用 200fs的泵浦脈沖在 PCF中產(chǎn)生了超連續(xù)譜，日本電報電話公司 1562nm、脈寬 、重復頻率40GHz的光脈沖注入到 200m長的色散平坦保偏 PCF中，在 1550nm區(qū)域產(chǎn)生了超過40nm的均勻超連續(xù)譜，而美國 Rochester大學 Crystal Fiber A公司低雙折射、高非線性 PCF獲得 600～ 1000nm的超連續(xù)譜 [6]。 湖北工業(yè)大學理學院 2022 屆畢業(yè)設計（論文） 4 WDM 技術發(fā)展 及現(xiàn)狀 光纖通信技術出現(xiàn)不久，波分復用技術就被開發(fā)出來了。 雙波長波分復用系統(tǒng)（ 1310/1550nm） 80年代在美國 ATamp。 90年初，隨著光電器件（ 高精確和穩(wěn)定的波長的激光器、濾光器和光放大器 ）的迅速發(fā)展，特別是 EDFA的成熟和商用化，使在光放大器（ 1530～1565nm）區(qū)域采用ＷＤＭ技術成為可能。 Ciena推出了 16 ， Lucent公司推出 8 。新的光纜干線選用了能適合 WDM系統(tǒng)的新型光纖，相繼出現(xiàn)了利用密集波分復用 (DWDM)系統(tǒng)的改造和容量升級，國內外各大通信公司紛紛推出自己的 WDM系統(tǒng)。與此同時，光纖放大器 EDFA的產(chǎn)品已經(jīng)成熟可靠，他們能與 DWDM系統(tǒng)聯(lián)合運用，大約每隔 80、 100km設置一個線路中間放大站，長途線路的傳輸距離可達 1000km。 2022年運營商引入 10Gbps的 DWDM系統(tǒng)，同時 32 WDM系統(tǒng)，并在加緊研制 8 10Gbps及 32 10Gbps的 WDM系統(tǒng)。 2022年， 國產(chǎn)大容量 ( 80 40Gbit/s ) 傳輸設備在中國電信所 屬的 上海和杭州之間的光傳輸線路上開通，且實現(xiàn)了 穩(wěn) 定運行，表明我國在超高速率、超大容量光傳輸上得了全面突破，達到世界最高的商用水平。武漢郵電科學研究院在會上宣布： 該院和中國電信聯(lián)合承建的國家“ 863”計劃重大科研項目 —— “ 3T可擴展到 80 40Gbit/sDWDM傳輸系統(tǒng)設備工程化與試驗” 實用化工程， 成功通過國家科技部 驗收。隨著 40Gbps的 DWDM系統(tǒng)的逐漸成熟，人們轉而把研究目標轉移到 100Gbps的 DWDM系統(tǒng)。2022年 9月阿爾卡特朗訊貝爾實驗室再次創(chuàng)造了 100Petab/skm的 世界紀錄，這相當于每秒鐘把 400部 DVD傳輸 7000km。當 40G已經(jīng)逐漸成為高速傳輸網(wǎng)的主要建網(wǎng)方式， 2022年 ６ 月 100GE標準的通過給 了 100G華麗的出場，將所有人的目光都拉向了 100G ，在業(yè)務的驅動下，100G正在大跨步的發(fā)展和完善，即將成為未來高速傳輸領域的主流技術。 目前 我國 WDM系統(tǒng)中普遍采用 。目前長途高速系統(tǒng)選用 1550nm波長，色散為 17～ 19ps/(nm﹒ km)，中繼段的色散值很大，而且系統(tǒng)至少要受到 。 同時 隨著中繼距離的延長，光放大器的使用，尤其是波分復用信道數(shù)的增加，使進入光纖的光功率達到 5mW以上，甚至幾十毫瓦。 正因為傳統(tǒng)光纖存在自生難以克服的缺點，限制了 WDM系統(tǒng)容量和傳輸速率的進一步提高。本文基于此，對基于光子晶體光纖的 WDM系統(tǒng)進行了研究 ，并使用仿真軟件對其傳輸性能做了仿真研究 。 第二章對光之晶體光纖做了全面的介紹， 包概括光 子晶 體光纖的概念和原理、光子晶體光纖的特性 。 第四章利用 Optisystem軟件對使用光子晶體光纖的 WDM系統(tǒng)的傳輸性能進行模擬仿真。 湖北工業(yè)大學理學院 2022 屆畢業(yè)設計（論文） 6 第二章 光子晶體光纖 1987年， Yablonovitch[8]和 John[9]在研究如何抑制自發(fā)輻射和光子局域特性時分別獨立提出了光子晶體（ Photonic Crystal， PC）的概念。光子晶體按照空問分布的周期性可以分為：一維、二維和三維光子晶體。其中一維光子晶體就是我們通常所說的光學多層膜，多層介質膜周期性地排列形成一維光子帶隙，使某些頻率范圍的光子無法穿越，產(chǎn)生高效率的反射。與電子晶體不同，光子晶體是折射率周期性變化產(chǎn)生光子能帶和能隙，頻率 (波長、能量 )處在禁帶范圍內的光子禁止在光子晶體中傳播。一些特定波長的光波可以在這個缺陷區(qū)傳播。 基于光子晶體這一特性，人們在光子晶體的基礎上進一步提出了光子晶體光纖的概念。 光子晶體光纖又被稱為微結構光纖 (Microstructured Fiber) 或多孔光纖 (Holey Fiber)。這種結構實際上是在 二氧化硅 基體中沿光纖軸向有規(guī)律地分布著許多氣孔 (氣線 )。光纖纖芯是破壞了這種周期結構的缺陷，這種缺陷可以是空氣，也可以是 二氧化硅 或其它介質。缺陷處的折射率可以大于也可以小于包層的折射率，若湖北工業(yè)大學理學院 2022 屆畢業(yè)設計（論文） 7 為前者，則可以用等效折射率法進行處理，這種處理方法有直觀、簡便的優(yōu)點。 折射率引導光纖 的結構 和導光基理如圖 ，其包層為規(guī)律排列的空氣孔，纖芯為固體硅。 通過在包層中引入空氣孔 ， 降低包層的有效折射率 cladn ， 使得纖芯折射率coren 大于包層折射率 cladn ， 其模式折射率 moden 滿足 coren moden cladn 。 圖 折射率引導 光子晶體光纖（ TIRPCF）結構及導光示意圖 [10] 光子帶隙光子晶體光纖 的結構和導光基理如圖 ， 光子帶隙光纖 導光機制 與傳統(tǒng)光纖完 全不同，