2.2.4 非线性效应和偏振模色散

1. 光纤的非线性效应

（1）光纤的非线性机理

通常在光场较弱的情况下，可以认为光纤的各种特征参数随光场的强弱进行线性变化。在强光场的作用下，光纤则呈非线性变化。

光纤中的非线性效应就是一个信道的光强和相位将受到其他相邻信道的影响，从而形成串扰。

（2）主要的非线性效应

光纤中典型的非线性效应有自相位调制效应、交叉相位调制效应、受激拉曼散射、受汽船布里渊散射和四波混频（Four-Wave Mixing，FWM）等。

① 自相位调制效应：光脉冲在光纤中传播时相位的改变分为线性部分和非线性部分，其中，非线性部分与光场强度的平方呈正比，故自相位调制是光场自身引起相位变化，进而导致光脉冲频谱扩展。从原理上说，自相位调制可用来实现调相，但实现调相需要很强的光强，且需选择折射率大的材料。自相位调制效应的真正应用是在光纤中产生光孤子，实现光孤子通信，这是光纤非线性特性的重要应用。

② 受激拉曼散射：由光纤物质中原子振动参与的光散射现象。受激拉曼散射对光纤通信的不利影响主要表现在两个方面：一是造成光纤损耗增加，频率转换，因此必须加以抑制，主要是限制光纤中传输的最大功率；二是引起波分复用系统中的串扰。

③ 四波混频：两个以上不同波长的光信号在光纤的非线性影响下，除了原始的波长信号，还会产生许多额外的混合成分（或叫边带）信号。

在波分复用系统中，特别是当信道间隔很小时，有相当大的信道功率通过四波混频被转换到新的光场中，这一转换直接导致信道功率损耗，同时还会引起邻近通道间的串话，引起信道干扰。四波混频是波分复用系统中最主要的限制系统性能的非线性现象。

2. 偏振模色散

（1）偏振模色散的定义

光纤的几何尺寸不均匀，x轴、y轴的模传输速度有偏差，形成偏振模色散。偏振模色散示意如图2.3所示。

图2.3　偏振模色散示意

（2）偏振模色散的指标

A. 1550nm偏振模色散单盘值≤0.15ps/。

B. 1550nm偏振模色散链路值（≥20盘）。