1、光纖色散及補償方法簡述目錄1色散的基本概念151.1基本概念151.2光纖中色散的種類151.3光纖色散表示法151.4單模光纖的色散系數151.5光纖色散造成的系統性能損傷151.6減小色散的技術151.7偏振模色散（PMD）152非線性問題15關鍵詞：光纖色散 色散補償 摘 要：本資料介紹了光纖的色散以及色散補償方法。縮略語清單：無。參考資料清單： 無。光纖色散及補償方法簡述當前，光纖通信正向超高速率、超長距離的方向發展。EDFA的出現為1.55um波長窗口實現大容量、長距離光通信創造了條件，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，加之引入光放大器使

2、光信號功率提高之后，光纖的非線性影響又突顯出來。1 色散的基本概念1.1 基本概念光纖色散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。1.2 光纖中色散的種類光纖中的色散可分為材料色散、波導色散、模式色散。材料色散和波導色散也稱為模內色散，模式色散也稱為模間色散。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的群速度不同，引起脈沖展寬。波導色散是由于模傳播常數隨波長的變化引起的，與光纖波導結構參數有關，它的大小可以和材料色散相比擬。材料色散和波導色

3、散在單模光纖和多模光纖中均存在。模式色散是由于不同傳導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。簡而言之，材料色散和波導色散是由于光纖傳輸的信號不是單一頻率所引起的，模式色散是由于光纖傳輸的信號不是單一模式所引起的。1.3 光纖色散表示法在光纖中，不同速度的信號傳過同樣的距離會有不同的時延，從而產生時延差，時延差越大，表示色散越嚴重。因而，常用時延差來表示色散程度。時延并不表示色散值，時延差用于表示色散值。若各信號成分的時延相同，則不存在色散，信號在傳輸過程中不產生畸變。時延差可由信號各頻率成分的傳輸速度不同所引起，也可由信號各模式的傳輸速度不同所

4、引起。1.4 單模光纖的色散系數單模光纖中只有基模傳輸，總色散由材料色散、波導色散等組成。它們都與波長有關，所以單模光纖的總色散也稱波長色散。色散系數就是兩個波長間隔為1nm的兩個光波傳輸1 km長度光纖到達時間之差，單位為ps/nm·km。5. 色散與傳輸速率的關系群速色散對比特率的影響可利用不產生相鄰脈沖重疊的準則BT1B為比特率，T為群速色散造成的脈沖展寬傳輸速率越高，為保證信號正確傳輸，色散的影響必須越小。T=DL L-傳輸距離，D-色散系數，為光源的均方根譜寬，-20dB譜寬-20， =-20 /6.07 1.5 光纖色散造成的系統性能損傷與光纖色散有關的系統性能損傷可以由

5、多種原因引起，比較重要的有兩類：碼間干擾、模分配噪聲等。 1. 碼間干擾光纖色散會導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，但由于每根線譜產生的相同波形所經歷的色散不同而前后錯開，使結合的波形不同于單根線譜波形，仍會造成非理想均衡。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合產生的系統損傷。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。當激光器的各譜線經過光纖后，由于光纖的固有色散使不同波長的譜線產生不同的延時，造成不同比特的接收波形不同，形成接受脈沖的展寬。1.6 減小色散的技術在15

6、50nm波長附近，G.652光纖的色散典型值為17ps/nm·km。當光纖的衰減問題得到解決以后，色散受限就變成了決定系統傳輸距離的一個主要問題。DA技術即色散容納技術，就是通過 一些技術手段減小或消除色散的影響，延長傳輸距離。一般來說，解決方法有：1. 壓縮光源的譜寬色散對光脈沖傳輸的影響主要表現在經過傳輸的光脈沖將受到展寬，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和光源發送的光波的頻譜寬度。光源的譜寬越寬（頻率啁啾系數越大），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小的激光器，可以減小傳輸線路色散的影響。頻率啁啾是單縱模激光器才有的系統損傷。當

7、單縱模激光器工作于直接調制時，注入電流的變化會引起載流子密度的變化，進而使有源區的折射率指數發生變化，結果使激光器的諧振腔的光通路長度發生變化，導致波長隨時間偏移，發生所謂的頻率啁啾現象，表現為波長穩定性差，光譜寬。當光脈沖經過光纖傳輸后，由于光纖的色散作用，使受頻率啁啾影響的光脈沖波形發生展寬。減小光源啁啾系數的辦法：（1）采用外調制的激光器（即間接調制光源），它是由一個恒定光源和一個光調制器構成的，通過使用恒定光源，避免了直接調制時激勵電流電流的變化，從而減小了光源發出光波長的偏移，達到降低頻率啁啾系數的目的；（2）應用譜線寬度很窄的單縱模DFB激光器，并令它有負的預啁啾。選擇光模塊時不僅

8、要注意發光功率、中心波長，同時還要注意-20dB譜寬，最大色散（色散容限）。如SS32L1605，工作波長1550.12nm,發光功率為-2+3dBm,傳輸距離170km(需加放大器），最大色散：6500ps/nm。2. 選用新型光纖一些用戶新鋪光纖為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4ps/nm·Km左右。3. 色散補償技術 (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。 色散補償光纖（DCF）是一種特制的光纖，其色度色散為負值，恰好與G.652光纖相反，可以抵消G.652常規色散的影響。其色散系數典型

9、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。但衰耗大（約為0.5dB/km）需使用EDFA來補償，且對強光產生嚴重的非線性效應，應與避免。采用DCF來進行色散補償是一種無源補償方法，十分簡單易行。如在DWDM系統中已采用的色散補償器可能就是由DCF等構成。4. 色散補償器規格規格DCM-40DCM-60DCM-80色散1544.5nmps/nm-658±10-988±10-1317±15插入損耗1545nmdB56.88.6品質因子1545nmps/nm/dB131145153

10、平均偏振模式色散1500-1565ps1.11.41.5(2)還有其他類型的色散補償器，如采用采用啁啾光柵做色散補償，其色散補償量標稱值為40公里、60公里和80公里，做成單板。在STM-64系統采用G.652光纖色散受限傳輸距離為80km。建議傳輸距離在80km100km，采用40km的補償器進行補償，傳輸距離在100km120km，采用60km的補償器進行補償。(3)利用非線性光學效應壓縮色散具體是指利用Kerr效應之一的自相位調制特性STM-64光接口參數一些參數的解釋：L-64.2a-采用PDC作色散補償(PDC無源色散補償)L-64.2b-采用SPM 作色散補償(SPM-自相位調制)

11、L-64.2c-采用預啁啾作色散補償V-64.2a-采用PDC作色散補償V-64.2b-采用SPM和PDC作色散補償1.7 偏振模色散（PMD）當采用辦法使光纖通信系統中的色度色散變得很小或趨于零時，光纖的偏振模色散的影響就突出了，成為限制高比特率信號（10Gbit/s及以上）長距離傳輸的主要因素了。由于PMD的統計特性，以及PMD的不確定性，使得PMD的補償的難度非常大。目前，尚未有PMD補償器件出售。1. 技術原理在理想的圓對稱纖芯的單模光纖中，兩個正交偏振模和是完全簡并的，兩者的傳播常數相等，故不存在偏振模色散，但在實際的光纖中，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

12、料的熱漲系數的不均勻性造成光纖截面上各向異性的應力而導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的差異，從而產生群時延的不同，形成了偏振模色散。和的兩個正交偏振模的傳播常數之差稱為雙折射。上述光纖結構本身存在的雙折射稱為本征雙折射。此外，光纖在彎曲、扭絞、橫向壓力等機械外力的作用下也會產生附加雙折射。當光纖截面的圓對稱性受到破壞，由雙折射形成的兩個不同傳播常數的正交偏振模之間會產生相互耦合，由于兩個偏振模的傳播常數相差很小，因而模式耦合很強。光纖的本征雙折射及其受到的外力在實際的光纖線路上都是隨機的，因而偏振模之間的耦合也是隨機的。從而產生的偏振模色散是一個隨機量，它無法象色度色

13、散那樣容易補償。2. PMD對系統的影響雖然導致脈沖擴展的機理不同，但是PMD與色度色散對系統的性能具有同樣的影響。過高的色散導致數字系統的誤碼及誤碼率的增加；導致模擬系統信號的失真和信噪比的降低。根據現有各種單模光纖的制作水平，ITU-T規定單模光纖的平均偏振模色散系數。表1列出了根據上述數據列出的數字系統最長計算距離的實例。表1 傳輸距離與PMD和數據速率PMD(ps/)2.5Gbit/s10Gbit/s40Gbit/s3180km11km<1km11600km100km6km0.56400km400km25km0.1160000km10000km625km國內早期鋪設的光纖大部分為

14、G.652光纖，很多沒有經過嚴格測試，至少很少測試PMD參數。在大量鋪設的G.652光纖上使用電10G，光纖必須經過嚴格測試，耗時較長。色散功率代價隨傳輸距離、比特率、光譜寬度和光纖色散系數這四個參數值的增加而迅速增加。為了防范由于色散功率代價的迅速增加而導致的系統性能惡化，應使系統有足夠的工作余度，避開高功率代價區。一般認為1dB功率代價是最大可以容忍的數值，因而將1dB功率代價所對應的光通道色散值定義為光通道最大色散值。2 非線性問題在常規光纖通信系統中，光纖中的光強較弱，此時光纖是線性媒質，光纖的各項特性參數隨光場作線性變化。隨著DWDM技術和EDFA技術的不斷進步，光纖中傳輸的波長數越

15、來越多，進入光纖的光功率不斷增大。在進入光纖的光強很大的情況下，光纖表現出非線性光學特性。非線性效應的強弱不僅僅與光強有關，而且與相互作用的長度有關。由于光纖的損耗很小，可以在較長的距離保持高的光強度，這大大增加了相互作用的長度，從而使非線性光學效應成為最終限制系統性能的因素。而且，色散與一些非線性效應關系緊密，不同的色散量會使非線性效應的強弱不一樣，最終對系統的影響也比較復雜。在高速率傳輸系統中，尤其在信道數很多、信道間隔很小的密集波分復用系統中，非線性效應成為限制系統性能的主要因素之一。傳輸光纖非線性效應具有以下特點。一是種類多，主要分為受激散射（包括受激布里淵散射SBS與受激拉曼散射SRS兩種）和光克爾效應（包