淺談波分系統(tǒng)的光纖色散及補(bǔ)償

李強(qiáng)

【摘要】 光纖色散（色度色散CD）是由于光纖所傳送信號(hào)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(hào)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(hào)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(gè)偏振模傳播常數(shù)的差異，從而產(chǎn)生群時(shí)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(zhǎng)距離的方向發(fā)展。EDFA的出現(xiàn)為1550nm波長(zhǎng)窗口實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離光通信創(chuàng)造了條件，并使光纖通信中衰耗的問(wèn)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(zhǎng)距離的方向發(fā)展，但隨之而來(lái)也出現(xiàn)了許多的問(wèn)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(hào)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(duì)光傳輸速率和距離的影響，通過(guò)色散補(bǔ)償?shù)姆绞较?duì)傳輸性能的影響。

一、光纖中色散的種類(lèi)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(chēng)為模內(nèi)色散，模式色散也稱(chēng)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(zhǎng)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(gè)偏振模傳播常數(shù)的差異，從而產(chǎn)生群時(shí)延的不同。在光纖中，不同速度的信號(hào)傳過(guò)同樣的距離會(huì)有不同的時(shí)延，從而產(chǎn)生時(shí)延差，時(shí)延差越大，表示色散越嚴(yán)重。因而，常用時(shí)延差來(lái)表示色散程度。單模光纖的總色散也稱(chēng)波長(zhǎng)色散。色散系數(shù)就是兩個(gè)波長(zhǎng)間隔為1nm的兩個(gè)光波傳輸1km長(zhǎng)度光纖到達(dá)時(shí)間之差，單位為ps/nm·km。

二、光纖中色散對(duì)波分系統(tǒng)性能的影響

2.1碼間干擾

光纖色散會(huì)導(dǎo)致所傳輸光脈沖的展寬。實(shí)際接收波形是由激光器的許多根線(xiàn)譜構(gòu)成的，既便接收機(jī)能對(duì)單根線(xiàn)譜形成的波形進(jìn)行理想均衡，但由于每根線(xiàn)譜產(chǎn)生的相同波形所經(jīng)歷的色散不同而前后錯(cuò)開(kāi)，使結(jié)合的波形不同于單根線(xiàn)譜波形，仍會(huì)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(xiàn)的功率總和是一定的，但各根譜線(xiàn)的功率是隨機(jī)起伏的。當(dāng)激光器的各譜線(xiàn)經(jīng)過(guò)光纖后，由于光纖的固有色散使不同波長(zhǎng)的譜線(xiàn)產(chǎn)生不同的延時(shí)，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(lèi)

在1550nm波長(zhǎng)附近，G.652光纖的色散典型值為17ps/ nm·km。當(dāng)光纖的衰減問(wèn)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(gè)主要問(wèn)題。

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

3.1壓縮光源的譜寬

色散對(duì)光脈沖傳輸?shù)挠绊懼饕憩F(xiàn)在經(jīng)過(guò)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(duì)光脈沖的展寬越大。因此通過(guò)選用頻率啁啾系數(shù)小的激光器，可以減小傳輸線(xiàn)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(diǎn)色散位移光纖），在1550nm波長(zhǎng)附近，光纖色度色散系數(shù)4ps/nm·Km左右。

3.3色散補(bǔ)償技術(shù)

（1）首先采用色散補(bǔ)償光纖（DCF）對(duì)傳輸線(xiàn)路的色散性能進(jìn)行補(bǔ)償是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。色散補(bǔ)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(xiàn)路長(zhǎng)度上占G.652光纖的長(zhǎng)度的1/5，即可使總鏈路色散值接近于零。

（2）采用色散補(bǔ)償模塊（DCM）對(duì)傳輸線(xiàn)路的色散性能進(jìn)行補(bǔ)償，.根據(jù)光纜類(lèi)型不同，用于補(bǔ)償傳輸系統(tǒng)中光信號(hào)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(bǔ)償模塊規(guī)格包括DCM-40DCM-60DCM-80等。

四、結(jié)語(yǔ)

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