非線性效應(yīng)

　　非線性效應(yīng)是指強(qiáng)光作用下由于介質(zhì)的非線性極化而產(chǎn)生的效應(yīng)，包括光學(xué)諧波，倍頻，受激啦曼散射，雙光子吸收，飽和吸收，自聚焦，自散焦等。

光纖傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)

　　光纖傳輸的衰耗和色散與光纖長(zhǎng)度是呈線性變化的，呈線性效應(yīng)，而帶寬系數(shù)與光纖長(zhǎng)度呈非線性效應(yīng)。非線性效應(yīng)一般在WDM系統(tǒng)上反映較多，在SDH 系統(tǒng)反映較少，因?yàn)樵赪DM 設(shè)備系統(tǒng)中，由于合波器、分波器的插入損耗較大，對(duì)16 波系統(tǒng)一般相加在10dB 左右，對(duì)32 波系統(tǒng)，相加在15dB 左右，因此需采用EDFA進(jìn)行放大補(bǔ)償，在放大光功率的同時(shí)，也使光纖中的非線性效應(yīng)大大增加，成為影響系統(tǒng)性能，限制中繼距離的主要因數(shù)之一，同時(shí)，也增加了ASE 等噪聲。

　　光纖中的非線性效應(yīng)包括：①散射效應(yīng)（受激布里淵區(qū)散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等）、②與克爾效應(yīng)相關(guān)的影響，即與折射率密切相關(guān)（自相位調(diào)制SPM 、交叉相位調(diào)制XPM 、四波混頻效應(yīng)FWM ），其中四波混頻、交叉相位調(diào)制對(duì)系統(tǒng)影響嚴(yán)重。

　　A、受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射SRS

　　從本質(zhì)上說(shuō)，任何物質(zhì)都是由分子、原子等基本組成單元組成。在常溫下，這些基本組成單元在不斷地作自發(fā)熱運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。光纖中的受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是激光光波通過(guò)光纖介質(zhì)時(shí)，被其分子振動(dòng)所調(diào)制的結(jié)果，而且SBS 和SRS都具有增益特性，在一定條件下，這種增益可沿光纖積累。SBS 與SRS 的區(qū)別在于，SBS 激發(fā)的是聲頻支聲子，SRS激發(fā)的是光頻支聲子。受激布里淵散射SBS 產(chǎn)生原理：SBS是光纖中泵浦光與聲子間相互作用的結(jié)果，在使用窄譜線寬度光源的強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)中，一旦信號(hào)光功率超過(guò)受激布里淵散射SBS 的門(mén)限時(shí)（SBS的門(mén)限較低，對(duì)于1550nm 的激光器，一般為7~8dBm ），將有很強(qiáng)的前向傳輸信號(hào)光轉(zhuǎn)化為后向傳輸，隨著前向傳輸功率的逐漸飽和，使后向散射功率急劇增加。

　　在WDM+EDFA 的系統(tǒng)中，注入到光纖中的功率大于SBS 的門(mén)限值，會(huì)產(chǎn)生SBS 散射。SBS 對(duì)WDM系統(tǒng)的影響主要是引起系統(tǒng)通道間的串?dāng)_及信道能量的損失。布里淵頻移量在1550nm 處約為10~11GHz ，當(dāng)WDM系統(tǒng)的信道間隔（即波長(zhǎng)間隔）與布里淵頻移量相等時(shí)，就會(huì)引起信道間的串?dāng)_，但目前的WDM 系統(tǒng)，在32 波( 包括32 波)以下時(shí)，其信道間隔不小于0.8nm ，既信道間隔不小于100GHz ，可以避免由于SBS 產(chǎn)生的信道串?dāng)_，但隨著WDM朝密集方向的發(fā)展，信道間隔越來(lái)越小，但信道間隔靠近10~11GHz 時(shí)，SBS 將成為信道串?dāng)_的主要因數(shù)。此外，由于SBS會(huì)引起一部分信道功率轉(zhuǎn)移到噪聲上 ，影響功率放大。目前抑制SBS 的措施通常在激光器輸出端加一個(gè)低頻調(diào)制信號(hào)，提高SBS 的門(mén)限值。

　　受激拉曼散射SRS 產(chǎn)生原理：受激拉曼散射SRS是光與硅原子振動(dòng)模式間相互作用有關(guān)的寬帶效應(yīng)，在任何情況下，短波長(zhǎng)的信號(hào)總是被這種過(guò)程所衰減，同時(shí)長(zhǎng)波長(zhǎng)信號(hào)得到增強(qiáng)。

　　在單信道和多信道系統(tǒng)中都可能發(fā)生受激拉曼散射SRS 。僅有一個(gè)單信道且沒(méi)有線路放大器的系統(tǒng)中，信號(hào)功率大于1W時(shí)，功率會(huì)受到這種現(xiàn)象的損傷，在較寬信道間隔的多信道系統(tǒng)中，較短波長(zhǎng)信號(hào)通道由于受激拉曼散射SRS，使得一部分光功率轉(zhuǎn)移到較長(zhǎng)波長(zhǎng)的信號(hào)信道中，從而可能引起信噪比性能的劣化。由于受激拉曼散射SRS激發(fā)的是光頻支聲子，其產(chǎn)生的拉曼頻移量比布里淵頻移量大得多，一般在100GHz~200GHz ，且門(mén)限值較大，在1550nm處約為27dBm ，一般情況下不會(huì)發(fā)生。但對(duì)于WDM 系統(tǒng)，隨著傳輸距離的增長(zhǎng)和復(fù)用的波數(shù)的增加，EDFA放大輸出的光信號(hào)功率會(huì)接近27dBm ，SRS 產(chǎn)生的機(jī)率會(huì)增加。

　　因G.653 光纖的等效芯經(jīng)面積小于G.652 光纖，受激拉曼散射SRS 門(mén)限值要低于采用G.652 光纖的系統(tǒng)，在G.653光纖上產(chǎn)生SRS 的概率要大。

　　B、自相位調(diào)制SPM和交叉相位調(diào)制XPM

　　光纖中的克爾效應(yīng)是一種折射率的非線性效應(yīng)，即光纖中激光強(qiáng)度的變化導(dǎo)致光纖折射率的變化，引起光信號(hào)自身的相位調(diào)整，這種效應(yīng)叫做自相位調(diào)制。

　　由于折射率對(duì)光強(qiáng)存在依賴關(guān)系，在光脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)折射率發(fā)生變化，脈沖峰值的相位對(duì)于前、后沿來(lái)說(shuō)均是延遲的，這種相移隨著傳輸距離的增加而積累起來(lái)，達(dá)到一定距離后顯示出相當(dāng)大的相位調(diào)制，從而使光譜展寬導(dǎo)致脈沖展寬，這就稱為自相位調(diào)制SPM。在DWDM 系統(tǒng)中，光譜展寬是非常嚴(yán)重的，可使一個(gè)信道的脈沖光譜與另一個(gè)信道的脈沖光譜發(fā)生重疊，影響系統(tǒng)的性能。

　　一般情況下，自相位調(diào)制SPM 效應(yīng)只在超長(zhǎng)系統(tǒng)中表現(xiàn)比較明顯，同時(shí)在色散大的光纖中也表現(xiàn)比較明顯，所以，采用G.653光纖，且將信道設(shè)置在零色散區(qū)附近，有利于減小自相位調(diào)制效應(yīng)，對(duì)于使用G.652 光纖，且長(zhǎng)度小于1000km的系統(tǒng)，可以在適當(dāng)?shù)拈g隔進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)控制自相位調(diào)制SPM 效應(yīng)。

　　在多波長(zhǎng)系統(tǒng)中，一個(gè)信道的相位變化不僅與本信道的光強(qiáng)有關(guān)，也與其它相鄰信道的光強(qiáng)有關(guān)，由于相鄰信道間的相互作用，相互調(diào)制的相位變化稱為交叉相位調(diào)制XPM。XPM 引起的頻譜展寬度與信道的間隔有關(guān)，越小，則產(chǎn)生的效應(yīng)就越大，反之，則小。XPM 引起的展寬會(huì)導(dǎo)致多信道系統(tǒng)中相鄰信道間的干擾。

　　SPM 和XPM 在色散大的光纖中產(chǎn)生的效應(yīng)要比在色散小的光纖中產(chǎn)生效應(yīng)要大，在實(shí)際系統(tǒng)中可通過(guò)采用色散小的G.653 和G.655光纖來(lái)減小SPM 和XPM 效應(yīng)。

　　C、四波混頻

　　四波混頻FWM亦稱四聲子混合，是光纖介質(zhì)三階極化實(shí)部作用產(chǎn)生的一種光波間耦合效應(yīng)，是因不同波長(zhǎng)的兩三個(gè)光波相互作用而導(dǎo)致在其它波長(zhǎng)上產(chǎn)生所謂混頻產(chǎn)物，或邊帶的新光波，這種互作用可能發(fā)生于多信道系統(tǒng)的信號(hào)之間，可以產(chǎn)生三倍頻、和頻、差頻等多種參量效應(yīng)。

　　在DWDM 系統(tǒng)中，當(dāng)信道間距與光纖色散足夠小且滿足相位匹配時(shí)，四波混頻將成為非線性串?dāng)_的主要因數(shù)。當(dāng)信道間隔達(dá)到10GHz以下時(shí)，F(xiàn)WM 對(duì)系統(tǒng)的影響將最嚴(yán)重。

　　四波混頻FWM 對(duì)DWDM系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在：(1)產(chǎn)生新的波長(zhǎng)，使原有信號(hào)的光能量受到損失，影響系統(tǒng)的信噪比等性能；(2)如果產(chǎn)生的新波長(zhǎng)與原有某波長(zhǎng)相同或交疊，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的串?dāng)_。四波混頻FWM 的產(chǎn)生要求要求各信號(hào)光的相位匹配，當(dāng)各信號(hào)光在光纖的零色散附近傳輸時(shí)，材料色散對(duì)相位失配的影響很小，因而較容易滿足相位匹配條件，容易產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)。

　　目前的DWDM 系統(tǒng)的信道間隔一般在100GHz ，零色散導(dǎo)致四波混頻成為主要原因，所以，采用G.653 光纖傳輸DWDM 系統(tǒng)時(shí)，容易產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，而采用G.652 或G.655 光纖時(shí)，不易產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)。但G.652 光纖在1550nm 窗口存口存在一定的色散，傳輸10G 信號(hào)時(shí)，應(yīng)加色散補(bǔ)償，G.655 光纖在1550nm 窗口的色散很小，適合10GDWDM系統(tǒng)的傳輸。