本課演示了OptiSystem如何與OptiGrating一起設計光學系統中色散補償元件。
色散補償背後的物理思想如下：創建線性啁啾光柵允許我們在信號的不同頻譜分量之間創建時間延遲。
例如，在1.55μm的SMF中，群速度色散會產生脈衝的負啁啾，這意味著較高的頻率（傳播更快）位於脈衝的前導部分，而較低的頻率（傳播較慢）位於尾隨部分。由於不同光譜成分的傳播速度不同，脈衝就會擴散。如果我們創建沿光柵週期線性減小的光纖光柵，由於高頻率比低頻率光在光柵中傳播較長時間後才發生反射，因此會出現低頻和高頻分量之間的時間延遲，這與SMF中產生的時間延遲正好相反。
因此，在該系統中傳播和反射的脈衝將允許補償脈衝的色散展寬。
色散係數Dg [ps/nm.km]。對於線性啁啾光纖布拉格光柵，由以下簡單運算式給出：
其中n為平均模式指數，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給出的）。
本次案例的目的是利用根據上述公式產生線性啁啾的光纖光柵，在OptiSystem中實現色散補償。
專案佈局如圖1所示。
圖1 線性啁啾光纖光柵色散補償專案佈局圖
當位元速率為40 Gb/s時，在光學高斯脈衝發生器中產生12.5 ps的初始脈衝，並在10 km的SMF內傳播。初始脈衝和經過SMF脈衝的輸出如圖2和圖3所示：
圖2 初始脈衝
圖3 脈衝在SMF中傳輸10km後
由於色散，脈衝寬度增加到約50 ps，在SMF中傳播10 km後的累積色散為160 ps/nm。
為了補償累積色散，我們將使用OptiGrating設計線性啁啾光纖光柵。光纖和光柵的相應資料如圖4和圖5所示。
圖4 纖芯數據
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 光柵定義對話方塊
我們考慮啁啾頻寬Δλchirp=0.35的線性啁啾FBG。假設平均模折射率為 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。得到的結果保存為txt格式，將檔載入到OptiSystem的OptiGrating組件中。
得到的補償結果如圖6所示。
圖6經過線性啁啾光纖光柵色散補償後脈衝
我們可以看到，用光纖光柵設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設計的光柵獲得的反射光譜來實現OptiSystem中的色散補償。
|
