本課演示了OptiSystem如何與OptiGrating一起設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)中色散補(bǔ)償元件。
色散補(bǔ)償背后的物理思想如下：創(chuàng)建線性啁啾光柵允許我們?cè)谛盘?hào)的不同頻譜分量之間創(chuàng)建時(shí)間延遲。
例如，在1.55μm的SMF中，群速度色散會(huì)產(chǎn)生脈沖的負(fù)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(huì)擴(kuò)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(zhǎng)時(shí)間后才發(fā)生反射，因此會(huì)出現(xiàn)低頻和高頻分量之間的時(shí)間延遲，這與SMF中產(chǎn)生的時(shí)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(bǔ)償脈沖的色散展寬。
色散系數(shù)Dg [ps/nm.km]。對(duì)于線性啁啾光纖布拉格光柵，由以下簡(jiǎn)單表達(dá)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(zhǎng)差（注意，這個(gè)量是由OptiGrating的Grating Manager中的光柵定義選項(xiàng)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(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。
項(xiàng)目布局如圖1所示。
圖1.線性啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償項(xiàng)目布局圖
當(dāng)比特率為40 Gb/s時(shí)，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(bǔ)償累積色散，我們將使用OptiGrating設(shè)計(jì)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(duì)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(bǔ)償160 ps/nm的累積色散所需的光柵長(zhǎng)度為 6 mm。
在本文的計(jì)算中，我們使用了長(zhǎng)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(bǔ)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(bǔ)償后脈沖
我們可以看到，用光纖光柵設(shè)計(jì)的色散幾乎可以完全補(bǔ)償。
綜上所述，在本課中，我們演示了如何使用OptiGrating設(shè)計(jì)的光柵獲得的反射光譜來實(shí)現(xiàn)OptiSystem中的色散補(bǔ)償。
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