燕 山 大 学
本科毕业设计（论文）开题报告
课题名称：基于超结构光纤光栅的多信道色散补偿技术研究 学院（系）： 燕山大学电气工程学院 年级专业： 10仪表1班 学生： 指导教师：
完成日期： 2014.3.26
一、综述本课题国外研究动态，说明选题的依据和意义
1966.7，英籍、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。1970-美国康宁公司三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克用改进型化学相沉积法（MCVD 法）成功研制成传输损耗只有20dB/km的低损耗石英光纤。1974-美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（汽相沉积法），使光纤传输损耗降低到1.1dB/km。1976-美国在亚特兰大的贝尔实验室地下管道开通了世界上第一条光纤通信系统的试验线路。采用一条拥有144个光纤的光缆以44.736Mbps的速率传输信号，中继距离为10 km。采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。1978年K.O.Hill等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅。1996年，各种波长的激光器研制成功,可实现多波长多通道的光纤通信，这就是所谓波分复用(WDM)技术。在2000年，利用WDM技术，一根光纤传输速率达到640 Gb/s。各种波长的高速激光器的出现使光纤传输达到太比特/秒量级(1 Tb/s=1000 Gb/s)，这时人们才认识到光纤的发明引发了通信技术的一场革命。
在国，从20世纪90年代中后期开展光纤光栅的研究工作。光纤光栅传
感器解调技术的研究主要集中于大学和科研院所，而且绝大多数都处于实验室阶段。以南开大学光纤中心和理工大学光纤研究中心为代表。1982年，中国第一条实用化的光纤通信线路在建成 。1997年,中国首个采用国际电信联盟ITU-T SDH标准速率为622 Mb/s光纤通信线路在建成。1999年,中国首个WDM多波长光纤通信线路在至之间建成，采用8个波长,每波长传输速率2.5 Gb/s。2005年，3.2 Tb/s光纤通信线路在开通,是当时世界上容量最大的商用线路。中国光纤通信的产业已有一定规模。中国的光纤产能
约8×107km(2011年).，中国光纤通信的市场很大，因为中国广大农村的发展需要，特别是穷困地区尚无通信，而大城市需要发展光纤到户。
通信技术的进步。近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用围不断扩大。而光纤通讯的发展是以光纤为介质的，光纤的质量直接影响信号的传输。
对于现代的玻璃光纤而言，存在最严重的问题并不是信号的衰减，而是色散问题，也就是说信号在光纤传输一段距离后逐渐扩散重叠，使得接收端很难判别信号的高或低[6-8]。相对于现代的玻璃光纤的诸多不足，光纤光栅最有许多优势，而超结构光纤光栅除具有一般光纤光栅的优点之外，它还具有多个信道的反射和时延特性，极好的波长选择性，在它的反射谱图中可得到精细的阻带通带相间排列的谱特性，且它有多个周期的反射峰，它的反射谱响应还具有通道多、通道间隔稳定、通带窄的独特特性，在现代大容量高速率波分复用光纤通信网中有着广阔的应用前景。超结构光纤光栅一直是人们研究的热点，特别更具有优势，幅度超结构光栅在频域包络上能够实现为sinc函数的形式，其频谱的第一级零点限制了能够利用的信道数目。扩大信道数目的办法就是超结构光纤光栅，近来更是引起人们的重视。 二、研究的基本容，拟解决的主要问题 （一）本论文主要研究的容 1、光纤通讯的现状和发展 2、色散补偿原理和色散补偿技术 3、光纤光栅的基本理论
4、均匀超结构光栅，变迹超结构光栅和啁啾超结构光栅的光谱特性分析 5、对基于超结构光栅的色散补偿技术进行研究 （二）需要解决的关键性问题
1、掌握超结构光栅的各类分析方法，重点掌握利用传输矩阵法对超结构光栅的研究
2、采用定变量方法对超结构光栅的长度﹑折射率调制量、采样率进行分析，观察取样周期﹑变迹和啁啾系数等参数对超结构光栅反射谱的影响规律 3、研究超结构光栅的反射谱特性
4、研究中要使用到OptiGrating仿真软件，要学会熟练使用
5、完成相应的参数设置 三、研究步骤、方法及措施 (一)、研究步骤
1、掌握光纤通信的相关信息，色散补偿基本原理及相关技 2、掌握超结构光栅的反射普特性，学会用传输矩阵法进行分析 3、使用OptiGrating仿真软件，进行相关参数的设置 4、总结规律，得出相关结论 （二）、方法及措施
（1）了解色散补偿、光纤光栅基本原理
色散补偿的其基本原理，是在通信系统中插入具有负色散系数的装置，平衡掉系统中积累的色散，或者用脉冲压缩工具将被展宽的脉冲压窄。
超结构光栅是对均匀光纤布拉格光栅按照一定的规律在空间上进行采样，其结构分布图如图所示。
Uniform grating LALBSampled grating
图（1）超结构光栅结构分布图
取样函数式周期为LA，采样率为R?LBLA的矩形函数，LB为取样长度。
简便起见，本文以下讨论的均假设整个光栅为理想均匀曝光光栅，也就是整个光栅各个周期单元具有全同特性。 （2）学会传输矩阵分析方法。
光纤光栅是由空间变化的紫外光照射光纤形成的。假设形成光栅的结果仅仅是对研究的光纤导模有效折射率?neff的一种微扰，于是有
?neff(z)??neff?1??cos????2???z??(z)?? （1） ????其中，?neff：光栅周期空间平均的折射率变化，v：折射率变化的条纹可见度，?：平均光栅周期，?(z)描述光栅的啁啾。
依照耦合理论，光栅折射率分布的空间特性决定了光栅的光谱响应。经过矩形函数采样的光栅区折射率分布可表示为
???2m?LB2m??2LB?neff(z)??neff????sin()cos(LALA?LAm?????mm?0??????2?z??)???cos???(z)?1?? （2）
????????对超结构光纤光栅，模式耦合发生在传输方向相反的模式之间。设A?和
A?分别表示为前向、后向传输模的复振幅，利用耦合模理论及边界条件
A?(0)?1，A?(L)?0，我们可以得到均匀超结构光纤光栅的输入和输出关
系为
?A?(0)??A?(L)???? ? ?A?(0)??F?A?(L)? （3）????式中F为二维传输矩阵，
ikrB???cosh(rz)?isinh(rz)sinh(rz)BBB????rBrB Fi??? （4）k???isinh(rBz)cosh(rBz)?isinh(rBz)???rBrB??其中k(z)???1d?111d???neff ， ?(z)?????2?neff(?)? ， ?B?02dz??B2dzrB?k2??2 ， ?B?2neff?0为布拉格中心波长，?0为光栅中心周期。
对于超结构光纤光栅，就相当于整个光栅看成是在多个等长度均匀布拉格光栅间引入多个非曝光区，光栅所分段数由实际光栅长度及采样率决定。
非曝光区的矩阵元形式可以表示为
0?exp(?i?i/2)?Fi??? （5）
0exp(i?/2)i??'
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