淺談波分系統(tǒng)的光纖色散及補償

李強

【摘要】 光纖色散（色度色散CD）是由于光纖所傳送信號的不同頻率成分或不同模式成分的群速度不同，而引起傳輸信號畸變的一種物理現(xiàn)象。所謂群速度就是光能在光纖中的傳輸速度。所謂光信號畸變，一般指脈沖展寬。偏振模色散PMD偏振模色散是由于光纖制造工藝造成纖芯截面一定程度的橢圓度，或者是由于材料的熱漲系數(shù)的不均勻性造成光纖截面上各向異性的應(yīng)力而導(dǎo)致光纖折射率的各向異性，這兩者均能造成兩個偏振模傳播常數(shù)的差異，從而產(chǎn)生群時延的不同，形成了偏振模色散。當(dāng)前，光纖通信正向超高速率、超長距離的方向發(fā)展。EDFA的出現(xiàn)為1550nm波長窗口實現(xiàn)大容量、長距離光通信創(chuàng)造了條件，并使光纖通信中衰耗的問題得到了一定的解決。然而光纖的色散影響仍然是制約因素之一。

【關(guān)鍵詞】 ps/nm （皮秒每納米） DCM （Dispersion Compensation Module ） DCF（Dispersion Compensation Fiber） CD（Chromatic Dispersion） PMD（Polarization Mode Dispersion）

引言

隨著光通信技術(shù)的的迅速發(fā)展，光纖通信正向超高速率、超長距離的方向發(fā)展，但隨之而來也出現(xiàn)了許多的問題影響光纖通信的傳輸速率、傳輸距離、傳輸性能。承載光信號的光纖的色散影響仍然是制約傳輸速率、傳輸距離、傳輸性能因素之一。為了解決色散對光傳輸速率和距離的影響，通過色散補償?shù)姆绞较鬏斝阅艿挠绊憽?/p>

一、光纖中色散的種類和表示法

光纖中的色散（色度色散CD）可分為材料色散、波導(dǎo)色散、模式色散。材料色散和波導(dǎo)色散也稱為模內(nèi)色散，模式色散也稱為模間色散。1.材料色散是由于光纖材料的折射率隨光源頻率的變化引起的，不同光源頻率所所應(yīng)的群速度不同，引起脈沖展寬。2.波導(dǎo)色散是由于模傳播常數(shù)隨波長的變化引起的，與光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，它的大小可以和材料色散相比擬。材料色散和波導(dǎo)色散在單模光纖和多模光纖中均存在。3.模式色散是由于不同傳導(dǎo)模在某一相同光源頻率下具有不同的群速度，所引起的脈沖展寬，模式色散主要存在于多模光纖中。光纖中的偏振模色散PMD：由于光纖制造工藝造成纖芯截面一定程度的橢圓度，或者是由于材料的熱漲系數(shù)的不均勻性造成光纖截面上各向異性的應(yīng)力而導(dǎo)致光纖折射率的各向異性，這兩者均能造成兩個偏振模傳播常數(shù)的差異，從而產(chǎn)生群時延的不同。在光纖中，不同速度的信號傳過同樣的距離會有不同的時延，從而產(chǎn)生時延差，時延差越大，表示色散越嚴(yán)重。因而，常用時延差來表示色散程度。單模光纖的總色散也稱波長色散。色散系數(shù)就是兩個波長間隔為1nm的兩個光波傳輸1km長度光纖到達時間之差，單位為ps/nm·km。

二、光纖中色散對波分系統(tǒng)性能的影響

2.1碼間干擾

光纖色散會導(dǎo)致所傳輸光脈沖的展寬。實際接收波形是由激光器的許多根線譜構(gòu)成的，既便接收機能對單根線譜形成的波形進行理想均衡，但由于每根線譜產(chǎn)生的相同波形所經(jīng)歷的色散不同而前后錯開，使結(jié)合的波形不同于單根線譜波形，仍會造成非理想均衡。

2.2模分配噪聲

這是由于光纖的色散作用與激光器的光譜特性相結(jié)合產(chǎn)生的系統(tǒng)損傷。雖然激光器各譜線的功率總和是一定的，但各根譜線的功率是隨機起伏的。當(dāng)激光器的各譜線經(jīng)過光纖后，由于光纖的固有色散使不同波長的譜線產(chǎn)生不同的延時，造成不同比特的接收波形不同，形成接受脈沖的展寬。

三、波分系統(tǒng)減小色散的技術(shù)分類

在1550nm波長附近，G.652光纖的色散典型值為17ps/ nm·km。當(dāng)光纖的衰減問題得到解決以后，色散受限就變成了決定波分系統(tǒng)傳輸距離的一個主要問題。

通過以下技術(shù)手段減小或消除色散的影響，延長波分系統(tǒng)傳輸距離。

3.1壓縮光源的譜寬

色散對光脈沖傳輸?shù)挠绊懼饕憩F(xiàn)在經(jīng)過傳輸?shù)墓饷}沖將受到展寬，而這種展寬的大小在一定傳輸距離的情況下，取決于傳輸光纖的色散系數(shù)和光源發(fā)送的光波的頻譜寬度。光源的譜寬越寬（頻率啁啾系數(shù)越大），光纖色散對光脈沖的展寬越大。因此通過選用頻率啁啾系數(shù)小的激光器，可以減小傳輸線路色散的影響。

3.2選用新型光纖

新架設(shè)光纖為G.655（非零點色散位移光纖），在1550nm波長附近，光纖色度色散系數(shù)4ps/nm·Km左右。

3.3色散補償技術(shù)

（1）首先采用色散補償光纖（DCF）對傳輸線路的色散性能進行補償是一項比較成熟的技術(shù)。色散補償光纖（DCF）是一種特制的光纖，其色度色散為負(fù)值，恰好與G.652光纖相反，可以抵消G.652常規(guī)色散的影響。其色散系數(shù)典型值為-90ps/（nm·Km），因而DCF只需在總線路長度上占G.652光纖的長度的1/5，即可使總鏈路色散值接近于零。

（2）采用色散補償模塊（DCM）對傳輸線路的色散性能進行補償，.根據(jù)光纜類型不同，用于補償傳輸系統(tǒng)中光信號積累的色散，可用于傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端。色散補償模塊規(guī)格包括DCM-40DCM-60DCM-80等。

四、結(jié)語

色散補償技術(shù)的應(yīng)用，有效的解決了色散對波分系統(tǒng)長距離高速傳輸?shù)氖芟迒栴}。合理使用色散補償技術(shù)可以提高傳輸性能，為未來高密度大容量的波分設(shè)備的使用提供了技術(shù)保障。