近年來(lái)提出了一種以周期配置的級(jí)聯(lián)相敏光放大器（PSA）同時(shí)補(bǔ)償光纖的損耗和色散的全新色散補(bǔ)償技術(shù)相敏光放大器是具有相敏特性的光參量放大器。它利用光纖介質(zhì)的二階（或三階）非線性效應(yīng)來(lái)獲得參量益。同時(shí)，通過(guò)控制泵浦光的相位來(lái)跟蹤信號(hào)光的相位，使得信號(hào)光脈沖的中心部位得到放大，而展寬的兩翼得到衰減，從而抑制光脈沖的展寬，實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。
    相對(duì)于摻餌光纖放大器（EDFA），相敏光放大器除了具有色散補(bǔ)償特點(diǎn)之外，還沒有附加放大的自發(fā)發(fā)射（ASE）2，3噪音，因此不會(huì)由于ASE噪音的積累而使系統(tǒng)的信噪比劣化，從而延長(zhǎng)了系統(tǒng)的無(wú)中繼傳輸距離。另外，應(yīng)用PSA可以抑制四波混頻噪音強(qiáng)效應(yīng)引起的調(diào)制不穩(wěn)定1和消除孤子的定時(shí)抖動(dòng)效應(yīng)（Gordon-Haus限制）4‘5等。因此，相敏光放大色散補(bǔ)償技術(shù)相對(duì)于其它的光放大和色散補(bǔ)償技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。
    本文采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真方法對(duì)應(yīng)用PSA補(bǔ)償光纖色散的高速單模光纖（SMF）通信系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行了研究。仿真中考慮了光纖的群速度色散（GVD）二階群速度色散以及自相位調(diào)制（SPM）效應(yīng)。同時(shí)，也仿真了采用EDFA作為中繼放大器SMF系統(tǒng)，并對(duì)兩種系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行了比較。
    1相敏光放大器的構(gòu)成及放大原理實(shí)現(xiàn)相敏光放大的物理方法是利用簡(jiǎn)并光參量放大器（DOPA）作為其核心部分。通常，典型的相敏光參量放大器都要包括三部分8：泵浦光源，光鎖相環(huán)以及非線性光纖塞格納克（Sagnac）干涉儀。和其它光放大器相同，PSA也是將泵浦光能轉(zhuǎn)化為信號(hào)光能使信號(hào)光獲得放大，只是其機(jī)理是利用光簡(jiǎn)并四波混頻效應(yīng)。光鎖相環(huán)用來(lái)鎖定泵浦光和信號(hào)光之間的相對(duì)相位，以使信號(hào)光獲得相敏益和色散補(bǔ)償效果。采用非線性光纖塞格納克干涉儀是因?yàn)槠渑c光纖的耦合效率較高。泵浦光和信號(hào)光在其中混合，發(fā)生簡(jiǎn)并四波混頻效應(yīng)，對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大。且由于這種光放大器益的相敏特性，輸出光脈沖相對(duì)于輸入光脈沖脈寬得到壓縮。
    相同的峰值功率且其脈寬遠(yuǎn)大于信號(hào)光脈沖的寬度。且由于zTzi，所以可忽略PSA中益光纖的損耗和色散，即T=.由此可導(dǎo)得光纖鏈路中第n個(gè)PSA的輸入輸出關(guān)系為由（其它）zi是參量放大器之間的距離，zt為PSA中的益光纖長(zhǎng)度，且zz1.一階色散參量，U是二階色散參量方程中忽略了二階以上色散參量），V是非線性系數(shù)，其定義為V= /cSff，n2是克爾常量，k為光載波的角頻率，c是真空中光速，Sf為光纖有效纖芯截面。
    我們通過(guò)求解非線性薛定諤方程來(lái)獲得A隨z及T變化的函數(shù)，從而研究光脈沖在非線性光纖中的演變，以及光纖的色散和非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。由于此方程中存在非線性項(xiàng)，因此采用分步傅里葉方法對(duì)其進(jìn)行數(shù)值解。
    在計(jì)算中，脈沖碼型采用非歸零（NRZ）16比特偽隨機(jī)序列（PRBS）碼，其計(jì)算模型為這里，P為脈沖峰值功率，an是偽隨機(jī)序列，Tb是脈沖周期，B（f是超高斯脈沖包絡(luò)，表達(dá)式為，隨著放大器間距的增大，PSA色散補(bǔ)償能力的增強(qiáng)，ISI限制距離隨之增大。但是，當(dāng)放大器間距較大，即光纖殘余色散量較大，PSA有限的色散補(bǔ)償使得ISI限制距離的減少。因此，存在一相應(yīng)于ISI限制距離的放大器間距。
    在20Gb/s系統(tǒng)中上述現(xiàn)象并不明顯，而在10Gb/s系統(tǒng)中看不到此現(xiàn)象。之所以如此，我們認(rèn)為是由于在相對(duì)低速率的系統(tǒng)中，色散引起的脈沖展寬造成的碼間干擾不如高速系統(tǒng)顯著，即低速率系統(tǒng)允許較大的脈沖展寬。放大器間距值相應(yīng)地應(yīng)該出現(xiàn)在大的放大器間距下。由于受現(xiàn)有放大器增益水平的限制，放大器間距不可能取很大的值。因此，在有限的放大器間距下（有限的光纖色散量下），這一現(xiàn)象并未顯示出。
（b）給出以EDFA作為中繼放大器的系統(tǒng)中，同樣信號(hào)速率下ISI限制距離隨放大器間距增大而變化的情況?？傮w上，在放大器間距相同的條件下，系統(tǒng)碼間干擾限制距離隨信號(hào)速率增大而顯著減小。以放大器間距為40km為例，10Gb/s系統(tǒng)的碼間干擾限制距離為2560km，20Gb/s系統(tǒng)的碼間干擾限制距離為720km，而40Gb/s系統(tǒng)的碼間干擾限制距離僅為160km.這比以PSA作為中繼放大器的系統(tǒng)的值要小得離與放大器間距之間的關(guān)系。
    在中，我們將縱坐標(biāo)換成眼圖劣化為1dB時(shí)系統(tǒng)中所使用的放大器個(gè)數(shù)，橫坐標(biāo)依然為放大器間距，則系統(tǒng)所能允許的放大器個(gè)數(shù)隨放大器間距增大呈現(xiàn)出規(guī)律性在（b）中，對(duì)放大器間距增大，在保證傳輸性能的前提下系統(tǒng)所能承受的放大器個(gè)數(shù)均呈減小趨勢(shì)。
    級(jí)聯(lián)在線光放大器光傳輸系統(tǒng)ISI限制距離是放大器間距與放大器個(gè)數(shù)的乘積。對(duì)EDFA系統(tǒng)，ISI限制距離由光纖殘余GVD以及EDFA的累積ASE噪音所共同決定。由于我們對(duì)EDFA系統(tǒng)仿真中采用的是按光纖長(zhǎng)度比例的欠補(bǔ)償，放大器間距增大，放大器間殘余的色散隨之增大，GVD造成的碼間干擾的增強(qiáng)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的劣化。于是從GVD的影響色度考慮，在EDFA的間距增大的同時(shí)為保證系統(tǒng)性能，要求減少放大器的個(gè)數(shù)。
    對(duì)10Gb/s的系統(tǒng)，在放大器間距較小時(shí)，GVD的影響相對(duì)于ASE噪音要弱。因此放大器間距增大，EDFA個(gè)數(shù)減少導(dǎo)致累積ASE噪音的減弱的影響超過(guò)GVD增大的影響，ISI限制距離反而略有增大。而當(dāng)EDFA間距較大使得GVD增大的影響超過(guò)EDFA個(gè)數(shù)減少導(dǎo)致累積ASE噪音的減弱的影響，ISI限制距離隨放大器間距增大而減小。
    造成的碼間干擾比10Gb/s系統(tǒng)中要強(qiáng)得多，因此隨著EDFA間距增大，ISI限制距離便始終趨于減小。但這種減小的趨勢(shì)并不十分迅猛，尤其是40Gb/s系統(tǒng)。這是因?yàn)樵贕VD影響為主時(shí)，ISI限制距離由整個(gè)線路總的殘余GVD決定。
    在線路總長(zhǎng)不變的情況下，增大放大器間距并不改變總的殘余GVD.對(duì)40Gb/s的EDFA系統(tǒng)，即使象40km這樣短的放大器間距，ISI限制距離己經(jīng)很短，放大器的個(gè)數(shù)很少，其累積ASE噪音的影響可以忽略，所以ISI限制距離的變化范圍也就非常小了。
    下面我們解釋（a）反映的規(guī)律。對(duì)PSA系統(tǒng)，ISI限制距離由PSA的色散補(bǔ)償能力和光纖殘余GVD所共同決定。PSA的色散補(bǔ)償能力隨放大器間距的增大（PSA增益的增大），放大器個(gè)數(shù)的增多而增強(qiáng)，隨信號(hào)速率的提高而減弱。
    對(duì)10Gb/s的系統(tǒng)，在放大器間距較小時(shí)，PSA的色散補(bǔ)償能力隨放大器間距的增大足以克服放大器間GVD增大的影響，ISI限制距離隨放大器間距的增大而增大，允許放大器的個(gè)數(shù)也就增多。放大器個(gè)數(shù)的增多又增強(qiáng)了色散補(bǔ)償能力。因此，對(duì)10Gb/s的系統(tǒng)，在有限的放大器間距下，允許放大器的個(gè)數(shù)隨放大器間距的增大始終增多。
    對(duì)20Gb/s的系統(tǒng)，當(dāng)放大器間距（放大器間殘余色散）較大時(shí)，雖然ISI限制距離隨放大器間距的增大而有所增大，但增大趨勢(shì)減緩，允許放大器的個(gè)數(shù)反而減少。
    而對(duì)40Gb/s系統(tǒng)，光纖殘余GVD的影響尤為顯著，或者說(shuō)PSA的色散補(bǔ)償能力顯著減弱。因此，當(dāng)放大器間距（放大器間殘余色散）較小，PSA的色散補(bǔ)償能力隨放大器間距的增大還足以克服放大器間GVD增大的影響時(shí)，雖然ISI限制距離隨放大器間距的增大而增大，但允許放大間殘余色散）較大，PSA的色散補(bǔ)償能力不足以克服光纖殘余GVD的影響時(shí)，ISI限制距離將隨放大器間距的增大而減小，允許放大器的個(gè)數(shù)當(dāng)然也就減少。
    為了明顯地看出PSA作為在線放大器的優(yōu)良性能，我們將以上兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行直接對(duì)比，如所示（a）為40Gb/s系統(tǒng)，（b）為5結(jié)論本文采用數(shù)值系統(tǒng)仿真的方法，對(duì)單獨(dú)應(yīng)用PSA于10Gb/s常規(guī)單模光纖通信系統(tǒng)的傳輸性能，以及附加DCF色散補(bǔ)償?shù)?0Gb/s 20Gb/s和40Gb/s常規(guī)單模光纖通信系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行了研究分析，并和相同速率的EDFA系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行了比較。獲得以下結(jié)論：雖然PSA作為中繼放大器具有一定的色散補(bǔ)償效果。但由于SMF光纖的色散系數(shù)過(guò)大，單獨(dú)應(yīng)用PSA對(duì)其進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)男Ч^差，不能滿足高速率長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸?shù)囊蟆ＲM(jìn)行高速率長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸，還必須附加其它的色散補(bǔ)償方法，如DCF.光纖傳輸系統(tǒng)的信號(hào)速率傳輸距離均有大幅提高。放大器間距在40~ 40Gb/s系統(tǒng)，碼間干擾限制的信號(hào)傳輸附加DCF的PSA常規(guī)單模光纖傳輸系統(tǒng)具有放大器間距。對(duì)信號(hào)速率為40Gb/s的系統(tǒng)，其放大器間距值在70km左右。
    這時(shí)系統(tǒng)的碼間干擾限制傳輸距離可高達(dá)1330km.對(duì)于信號(hào)速率較低的系統(tǒng)，如20Gb/s和10Gb/s系統(tǒng)，理論上也應(yīng)有碼間干擾限制距離的zui大值，但對(duì)應(yīng)的放大器間距較大。
    4）在SMF通信系統(tǒng)中，從系統(tǒng)碼間干擾限制距離的角度考慮，使用PSA作為中繼放大器的系統(tǒng)傳輸性能（傳輸速率和無(wú)中繼傳輸距離）要遠(yuǎn)好于EDFA作中繼放大器的系統(tǒng)。
之所以有以上結(jié)果是由PSA益相敏特性以及不存在ASE噪音所決定的。但是，為了獲得相敏特性要求PSA中泵浦光始終能夠跟蹤信號(hào)光的相位變化，這就決定了PSA本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且它只能進(jìn)行窄帶的光放大和色散補(bǔ)償，所以PSA不適合應(yīng)用于密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)。然而，由于采用PSA作為中繼放大器的光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率可以達(dá)到很高，所以適合于光時(shí)分復(fù)用（OTDM）。