微结构色散补偿光纤结构特性的研究

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微结构色散补偿光纤结构特性的研究

李秋菊，王春玲，董文会

（德州学院物理系，山东德州２５３０００）

摘要：由于微结构光纤奇异的色散特性，使得它在对常规通信光纤的色散补偿应用中具有很大的潜力。

均匀规则六角形排列的微结构光纤（ＭＳＦ）在大孔径比ｄ／Λ和小空气孔间隔Λ情况下具有大负色散值。

只要合理设计其几何尺寸，其它排列的晶格阵列的微结构光纤也可以具有大负色散特性，例如双芯六角形晶格ＭＳＦ，双芯圆形晶格ＭＳＦ，方形、蜂窝形等。

关键词：微结构光纤；色散补偿；双芯

中图分类号：ＴＮ２５文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５５６１（２００８）０７－００４２－０３

Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆ

ｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｉｂｅｒ

ＬＩＱｉｕ－ｊｕ，ＷＡＮＧＣｈｕｎ－ｌｉｎｇ，ＤＯＮＧＷｅｎ－ｈｕｉ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＤｅｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＤｅｚｈｏｕＳｈａｎｄｏｎｇ２５３０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｉｔｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｐｅｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｉｂｅｒｓａｄａｐｔｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｃｏｎ－ｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆｉｂｅｒｓ．ＴｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｈｅｘａｇｏｎａｌＭＳＦｈａｓｌａｒｇｅｎｅｇａｔｉｖｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｄ／ΛｉｓｌａｒｇｅａｎｄΛｉｓｓｍａｌｌ．Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｏｔｈｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｃａｎａｌｓｏｈａｖｅｄｅｔｈｅｌａｒｇｅｎｅｇａｔｉｖｅｄｉｓｐｅｒ－ｓｉｏｎ，ｓｕｃｈａｓｄｕａｌ－ｃｏｒｅｈｅｘａｇｏｎａｌＭＳＦ，ｄｕａｌ－ｃｏｒｅｃｉｒｃｕｌａｒＭＳＦ，ｑｕａｄｒａｔｅ，ｈｏｎｅｙｃｏｍｂａｎｄｓｏｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｍｉｓｃｒｏｓｔｒｕｃｔｆｉｂｅｒ；ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ；ｄｕａｌ－ｃｏｒｅ

１引言

光纤色散可以使脉冲展宽而导致误码，这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。例如，普通单模光纤（ＳＭＦ），它在１５５０ｎｍ窗口的色度色散系数约为１７ｐｓ／（ｎｍ?ｋｍ），传输１００ｋｍ后色散可达到１７００ｐｓ／ｎｍ，而对于１０Ｇｂ／ｓ的系统，它的最大色散容限是１０００ｐｓ／ｎｍ［１］。可见，要使系统正常运转，必须进行色散补偿。

目前光传输系统中的色散补偿，可行的色散补偿方法可以分为两大类：基于光纤的色散补偿技术，如采用色散补偿光纤（ＤＣＦ）、反色散光纤（ＲＤＦ）等；采用色散补偿模块（ＤＣＭ）对通道色散及色散斜率进行补偿，如基于啁啾光纤布拉格光栅（ＣＦＢＧ）、镜像相位阵列（ＶＩＰＡ）平面波导的各类色散补偿器。

科研人员在传统阶跃折射率光纤的研究基础上，设计了Ｗ型、多包层型等色散补偿光纤，但这些常规ＤＣＦ补偿能力不够高。为了避免过多的损耗，ＤＣＦ需要尽可能地短，这就要求ＤＣＦ在工作波长下能达到一个非常大的色散值。１９９８年，美国Ｂａｔｈ大学Ｂｉｒｋｓ首次提出用光子晶体光纤（ＰＣＦ）代替其他ＤＣＦ来进行色散补偿的想法，Ｂｉｒｋｓ等人经过理论计算得出ＰＣＦ可在１５５０ｎｍ处获得１００ｎｍ带宽超过－２０００ｐｓ／（ｎｍ?ｋｍ）的色散，可补偿１００倍长度的常规光纤［２］，而Ｗ型折射率分布的常规ＤＣＦ其色散值在１５５０ｎｍ处只能达－１００ｐｓ／（ｎｍ?ｋｍ）。因此，ＰＣＦ在色散补偿方面有着广阔的应用前景，微结构光纤（ＭＳＦ）在色散补偿应用方面蕴藏着巨大的潜力。

２微结构光纤用于色散补偿的机理

微结构光纤也称为光子晶体光纤。光子晶体光纤的概念最早由ＳＴ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ等人于１９９２年提出。光子晶体光纤是在石英光纤中沿轴向均匀排列着圆形或六角形空气孔，从光纤端面看，存在周期性的二维结构，如果其中一个孔遭到破坏和缺失，则会出现缺陷，光能够在缺陷内传播。

ＭＳＦ的导光机制可以不严格地分为两种。一种是采用改进的全反射（ＭｏｄｉｆｉｅｄＴｏｔａｌＩｎｔｅｒｎａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）

收稿日期：２００８－０４－２８。

作者简介：李秋菊（１９８０－），女，讲师，主要从事微结构光纤的制备、特性及其参数测试方面的研究。

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２００８年第７期

光通信技术

李秋菊，等：微结构色散补偿光纤结构特性的研究

型ＭＳＦ，其导光机制类似于纤芯为高折射率材料的传

统通信光纤，称为折射率引导型ＭＳＦ（ＲｅｆｒａｃｔｉｖｅＩｎｄｅｘ－

ｇｕｉｄｅＭＳＦ，ＲＧ－ＭＳＦ），其中空气孔的作用是减小包层

区域的有效折射率，因而能够把光限制在折射率较高

的实心纤芯中。另一种是光子带隙型ＭＳＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ

ＢａｎｄＧａｐＭＳＦ，ＰＢＧ－ＭＳＦ），周期性排列的包层结构产

生光子带隙，落在光子带隙中的频率不能在包层中传

播。纤芯属于周期性结构中的低折射率缺陷，在这个缺

陷中存在一个局域化模，因而在其中可以传播准确的

属于这个局域化模频率的光子［３］。

由于ＭＳＦ由同一种材料制成，纤芯和包层就可以做到完全的力学和热学匹配，纤芯和包层间的折射率差不会因为材料的不相容而受到限制。在这种情况下，通过适当改变包层参数——

—空气孔直径ｄ和孔间距Λ的值。就可以很容易地得到较大的折射率差。因此经过合理设计其包层的几何结构后，ＭＳＦ可以在单一波长下得到很大的负色散值。

通过调节包层空气孔间距Λ和包层孔径比ｄ／Λ的大小均可改变光子晶体光纤的色散值，得到用于色散补偿的超大负色散。

３用于色散补偿的微结构光纤的结构特性３．１单芯微结构色散补偿光纤

通常的光子晶体光纤模型是包层孔穴在其横截面上作二维六角形排列而中心去掉一个孔穴形成实芯缺陷的光子晶体光纤。通过控制纤芯的大小，其尺寸不是必须抽掉一个孔穴的大小，可以有效地调节其色散值。

采用ＰＣＦ来进行色散补偿最早可以追溯到１９９９年，Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ等人制作出了一种由单一折射率石英材料和沿轴向排列着规则空气洞的光子晶体色散补偿光纤［４］。借助于这种ＰＣＦ中空气和硅间的高折射率差，在１．５５μｍ处，他们获得了超过－２０００ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）的负色散值，其扫描电镜图如图１所示。３．２双芯微结构色散补偿光纤

可以通过增大（或减小）包层中第一层以致第二

层、第三层中空气孔的大小来改变光纤的结构以获得较大的色散值。这种双芯型色散补偿光纤按照空气孔排列的可以分为两类：六角形双芯微结构色散补偿光纤和圆形双芯微结构色散补偿光纤。

３．２．１六边形双芯微结构色散补偿光纤

２００４年６月，ＹｉＮｉ等人也提出了一种仅由纯硅和空气组成的ＰＣＦ［５］，其折射率在横截面内的分布如图２所示，黑色表示纯硅材料，白色表示空气，ｄ为空气孔的直径，Λ为空气孔的间隔。他们还计算了该结构的色散特性：当Λ＝７．８μｍ，ｄ＝５．９μｍ，小空气孔的间隔和直径分别为Λ

ｓ

＝２μｍ、ｄｓ＝０．８６μｍ时，这种结构的光纤可在１．５５μｍ处获得超过－１８０００ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）。

２００４年１２月，Ｆ．Ｇｅｒｏｍｅ等人又研制出了另一种如图３所示的两种不同尺寸的空气洞和纯硅构造的六边形双芯微结构ＤＣＦ：小空气洞的直径为Ф，大空气洞的直径为ｄ，空气洞的间距为Λ，纯硅内心区的半径

为ｒ

１

，空气洞的形状是完全周期性的［６］。理论计算表明：

当ｒ

１

＝１．６μｍ、ｄ＝１．４μｍ、Ф＝０．５１μｍ和Λ＝２．３μｍ时，这种光纤在１．５５μｍ处可得到－２２００ｐｓ／（ｎｍ?ｋｍ）的高负色散值。

３．２．２圆形双芯微结构色散补偿光纤

上述色散补偿光纤的空气洞格点均为三角形格点，导光机制均为平均折射率效应。为了探索新型结构的微结构色散补偿光纤，科研人员又研究设计了另一种双芯微结构色散补偿光纤——

—圆形双芯微结构色散补偿光纤。图４是山西大学的王丹等人提出的圆形双芯微结构色散补偿光纤的折射率在横截面内的分布示意图，中心是掺杂的折射率为１．４７３的圆形纯硅区域，它的周围环绕着许多层的空气洞。每层空气洞的数量是该层数的六倍。沿着水平直径方向，相邻空气洞中心点的间距相同。一层空气洞被移去，形成折射率为１．４５３的纯硅区域。

图１微结构色散补偿光纤横截面内的扫描电镜图

图２双芯ＰＣＦ的横截面图３纯硅色散补偿光纤的横截面

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李秋菊，等：微结构色散补偿光纤结构特性的研究

在双芯结构中，当波长短于某一转折点λ

０

，基模场主要集中在内芯传播，就像一个阶跃光纤的作用，外

芯中存在的场就可以被忽略。然而，在波长大于λ

０

后，基模的场的大部分能量就转移至外芯中传播，内芯中存在的场可以被忽略。正因为这一机制的存在，使得有

效折射率在λ

０

过渡，形成了高的负色散。

３．３其它结构

与三角形晶格分布类似，具有小孔径间隔Λ和大空气孔直径ｄ的方晶格ＰＣＦ也具有较大负色散值和负色散斜率去补偿具有正色散值和正色散斜率的传统单模光纤。从色散特性和有效模面积方面来比较方晶格ＰＣＦ和三角形ＰＣＦ。由于石英芯与周围空气孔距离不同，如图５所示，方晶格ＰＣＦ的有效模面积比三角形晶格ＰＣＦ的有效模面积要大。

图６为ｄ／Λ＝０．９，Λ＝１μｍ时方晶格ＰＣＦ和六角形晶格ＰＣＦ色散值Ｄ的比较，由图中可以看出，在同样的几何参数下，方晶格ＰＣＦ比六角形ＰＣＦ具有更大的色散值Ｄ。因此，方晶格ＰＣＦ比六角形ＰＣＦ具有更好的大负色散特性，更适宜进行色散补偿。

其它结构如图７和图８所示，其中图７掺锗方形和掺锗蜂窝形ＰＣＦ，图中黑色和白色区域分别是石英和空气，灰色区域表示掺锗区域，由清华大学的倪奕等人设计提出［７］，图８为丹麦的ＢｅａｔａＺｓｉｇｒｉ等人设计提出的，其包层具有蜂窝形结构，纤芯是无掺杂的环形区域［８］。两幅图中的结构均具有较大负色散值，其中图７中ＰＣＦ的色散值在１５５０ｎｍ处低于－１３５０ｐｓ／（ｎｍ?ｋｍ）。

４结束语

本文总结介绍了几种结构的ＰＣＦ，发现无论是六角形、圆形、方形还是蜂窝形排列的光子晶体光纤，通过合理条件其几何参数均可以得到应用于色散补偿的大负色散特性。当孔径比ｄ／Λ越大，孔间距Λ越小，即空气填充率ｆ越大，其负色散值越大。并且发现改变中心某一层的空气孔直径（双芯）或者是方形或蜂窝形分布的排列结构，较均匀的六角形排列的ＰＣＦ具有更好的负色散特性。

参考文献：

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［６］ＢＯＵＫＡＨ，ＣＵＣＩＮＯＴＴＡＡ，ＰＯＬＩＦ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｑｕａｒｅ－ｌａｔｔｉｃｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２００４，１２（５）：９４１－９４６．［７］ＮＩＹＩ，ＺＨＡＮＧＬＥＩ，ＬＩＡＮＧＡＮ，ｅｔａｌ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｏｌｅｙｆｉｂｅｒｆｏｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００３，１（７）：３８５－３８７．［８］ＢＥＡＴＡＺ，ＪＥＳＰＥＲＬ，ＡＮＤＥＲＳＢ．Ａｎｏｖｅｌｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｒｅｄｅ－ｓｉｇｎｆｏｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ［Ｊ］Ｏｐｔ．Ａ：ＰｕｒｅＡｐｐｌ．，２００４，７５（６）：７１７－７２０．

图６ｄ／Λ＝０．９，Λ＝１μｍ时方晶格ＰＣＦ和六角形晶格ＰＣＦ色散值Ｄ的比较图７掺锗蜂窝形ＰＣＦ图８蜂窝性色散补偿ＰＣＦ

图４圆形双芯微结构

色散补偿光纤的横截面

图５方晶格ＰＣＦ的横截面$%&

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光通信技术

光纤通信系统中的色散补偿问题综述

光纤通信系统中的色散补偿问题综述 1.Introduction 光纤通信具有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。但损耗和色散是长期阻碍光纤通信向前发展的主要因素。伴随着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的主要因素。如何控制色散以便提高光纤通信系统的性能，成为光纤通信研究的热门课题之一。 目前对于光纤的色散已经提出了很多补偿方法，主要有色散补偿光纤（DCF），啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转），全通滤波器、预啁啾等。随着以上各方法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散补偿技术，又相继提出了色散管理孤子，密集色散管理孤子等技术。色散管理成为近年来光纤通信前沿研究的重要热点。 2.Concept of Dispersion 由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传播速率，从而引起色散。也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传播期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。 3.Dispersion Causes 通常把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。 a)模式色散 模式色散是多模光纤才有的。多模光纤中，即使是同一波长，模式不同传播速度也不同，它所引起的色散称为模式色散。不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光波之间产生了群时延差，假设光纤可以传输多个模式，其中高次模到达输出端所需的时间较长，结果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式到达的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽。 b)模内色散 模内色散亦称颜色色散或多色色散。主要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量具有不同的群速度，结果导致光脉冲的展宽。模内色散包括材料色散和波导色散。 c)偏振色散 通常的轴对称单模光纤是违背“单模”名称的。实际上有可能传播着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向(设为x方向与y方向)上偏振的(即在这些方向上具有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着一些轴不对称，那么，光纤会存在双折射，模传输常数β对于x，y方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引起的色散叫偏振色散。 4.Impact on transmitted sigal due to Dispersion a)色散限制光信号一次传输的距离 在信号的传输过程中，信号靠波形的有无来判断。由于色散使脉冲变形，为了准确地判断波形的有无，需要减少单位时间内传输的脉冲数(也就是减少比特率)，或在波形未过度展宽时，就进行波形的恢复和放大，故色散的存在限制了光信号一次传输的距离。另外，在传输距离相同的情况下，色散越大，单位时间内传输的信息量越小。 b)色散引起脉冲信号失真，产生码间干扰 光纤通信都是采用脉冲编码形式，即传输一系列的“1”、“0”光脉冲，一个非零线宽

光纤通信系统中色散补偿技术

光纤通信系统中色散补偿技术 蒋玉兰 (浙江华达集团富阳，31 1400) 【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数—色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。 1概述 光纤通信的发展方向是高速率、大容量。它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s 发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C 类。光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。 色散就是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。这些色散都会导致光 脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。 对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。G655光纤在1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.1~10.0pb/nm·km）。其色散值可以是正，也可以是负。若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。 自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的 光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。 2光纤色散述语 色散: 光源光谱组成中的不同波长的不同群速度在一根光纤中传输所引起的光脉冲展宽。 材料色散: 因折射率随光的波长不同呈非线性，所以产生材料色散。由单模光纤的纤芯和包层材料所引起的色散，考虑到光纤的弱导条件(△<

光纤通信中的色散补偿实验仿真

光纤通信中的色散补偿实验仿真 摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。 关键词：光纤通信色散补偿Optisystem仿真 The Dispersion Compensation In Optical Fiber Communication Yanlong Yuan (Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics, Electronic Science and Technology) Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation 1.概述

光纤色散补偿技术Word

光纤的色散分类 不同的光分量(不同的模式或不同的频率等)通常以不同的速度在光纤中传输，这种现象称为色散。色散是光纤的一种重要的光学特性，色散引起光脉冲的展宽、严重限制了光纤的传输容量及带宽。对于多模光纤，起主要作用的色散机理是模式色散或称模间色散(即不同的模以不同的速度传输引起的色散)。对于单模光纤，起主要作用的色散机理是色度色散或称模内色散(即不同的光频率在不同的速度下传输引起的色散〕。由于多模光纤受模间色散的限制，传输速率不能超过100Mb/s，单模光纤则比多模光纤更优越，在长途干线实际应用中用的也都是单模光纤，此处也仅考虑单模光纤的色散。 单模光纤的模内色散主要是材料色散和波导色散。材料色散是指由于频率的变化导致介质折射率变化而造成的传输常数或群速变化的现象;波导色散是指由于频率的变化导致波导参数变化而造成的传输常徽或群速变化的现象。模内色散主要是实际光源都是复色光源的结果。另外在单模光纤中，实际上传输着两个相互正交的线性偏振模式，但由于光纤的非圆对称、边应力、光纤扭曲、弯曲等造成轻微的传输速度差，从而形成偏振模色散。 高速光纤通信系统需要色散补偿 目前，全世界范围内，已经教设的1.3 μ m零色散光纤总长度超过5000万公里，而我们知道现在光纤通信系统的工作波长为1.5μm，这样光纤就存在D≈16ps/km?nm的色散、该色散限制光通信系统的传输速度在2Gb/s以下。即使是新教设的光纤、为了限制四波混频现象也仍需使用非零色散位移光纤。故为了克服色散对通信距离及通信速率的限制，必须对光纤进行色散补偿。另外，随着光纤通信和色散补偿方案的迅速发展，一些高速传输系统的传输速率已达到几十甚至几百Gb/s以上。这时，偏振模色散的影响亦不可忽视 光纤色散补偿方案 目前，已有多种群速度色散补偿方案被提出，如后置色散补偿技术、前置色散补偿技术、色散补偿滤波器、高色散补偿光纤(DCF)技术和凋啾光纤光栅色散补偿技术，以及光孤子通信技术等。后置色散补偿技术是通过电子技术在光信号接收端补偿光纤色散引起的脉冲展宽，多用于相干光纤通信系统，适应于低码速的通信系统，传输距离仅有几个色散长度。前置色散补偿技术主要包括预啁啾技术、完全频率调制技术、双二进制编码技术、放大器诱导啁啾技术和光纤诱导啁啾技术，无论哪种前置色散补偿技术都要在光脉冲进人光纤之前产生一个正的凋啾( C>0)、以实现脉冲压缩。色散补偿滤波器技术是采用Fanry一Perat 干涉和Mach一Zehnder干涉技术进行色散补偿。然而相对高的损耗和较窄的带宽限制了Fabry -Perot干涉技术的应用，对输入光偏振比较灵敏和带宽比较窄是Mach--zehnder干涉技术的缺点。下面将主要对色散补偿光纤(DCF).啁啾光纤光栅色散补偿(DCG)技术和光孤子通信技术做一简单的介绍、讨论。

光纤G.652

G.652 G.652光纤是目前已广泛使用的单模光纤，称为1310nm性能最佳的单模光纤，又称为色散未移位的光纤。按纤芯折射率剖面，又可分为匹配包层光纤和下陷包层光纤两类，两者的性能十分相近，前者制造简单，但在1550nm波长区的宏弯损耗和微弯损耗稍大；而后者连接损耗稍大。 主要指标:[1] 1、衰减：ITU-T G.652建议规定光纤在1310nm窗口和1550nm窗口的衰减常数应分别小于0.5dB/km和0.4dB/km。1310窗口目前一般在0.3~0.4dB/km，典型值0.35dB/km；1550窗口目前一般在0.17~0.25dB/km，典型值0.20dB/km。 2、色散：零色散波长的允许范围是1300~1324nm。在1550nm窗口的色散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数D的典型值是17ps/(nm2km)，最大值一般不超过20ps/(nm2km)。 3、PMD：ITU-T 建议规定，G.652光纤的PMD系数小于0.5ps/(km)^1/2，即400km 光纤的PMD是10ps。但是，早期铺设的光纤由于受当时的工艺条件限制，PMD 系数有可能较大。 4、模场直径：1310nm处的模场直径是8.6~9.5μm，最大偏差不能超过±10%。在1550nm处，ITU-T 建议没有规定模场直径，但一般大于0.3μm。 主要特性： G.652单模光纤特性 光学特性 典型衰减，@1310nm ≤0.34 dB/km 典型衰减，@1550nm ≤0.20 dB/km 零色散波长 1300-1324nm 零色散斜率 ≤0.092ps/（nm2km） 模场直径（MFD） @1310nm 9.2±0.4μm 偏振模色散（PMD） 单根光纤最大值 ≤0.2ps/√km 链路最大值 ≤0.12ps/√km 截止波长λcc ≤1260nm 有效群折射率（Neff） @1310nm 1.4675 有效群折射率（Neff） @1550nm 1.4680 宏弯损耗（60mm直径，100圈）@1550nm ≤0.1dB 背向散射特性（在1310nm和1550nm处）

多个方面详细比较几种光纤的主要特点

多个方面详细比较几种光纤的主要特点 G.652 标准单模光纤 标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟 （ITU－T）把这种光纤规范为G.652 光纤。其特点是当工作波长在1.3μm时， 光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3μm波 段的损耗较大，约为0.3dB/km～0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，约为 0.2dB/km～0.25dB/km。色散在1.3μm波段为3.5ps/nm·km，在1.55μm波段的损耗较大，约为20ps/nm·km。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的2.5Gb/s 的干 线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s 的信号，传输距离超过50 公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。 G.653 色散位移光纤 针对衰减和零色散不在同一工作波长上的特点，20 世纪80 年代中期，人们 开发成功了一种把零色散波长从1.3μm移到1.55μm的色散位移光纤 （DSF，pe rsion－ShiftedFiber）。ITU 把这种光纤的规范编为G.653。然而，色散位移光纤在1.55μm色散为零，不利于多信道的WDM 传输，用的信道数较 多时，信道间距较小，这时就会发生四波混频（FWM）导致信道间发生串扰。 如果光纤线路的色散为零，FWM 的干扰就会十分严重；如果有微量色散， FWM 干扰反而还会减小。针对这一现象，人们研制了一种新型光纤，即非零色 散光纤（NZ－DSF）———G.655。 G.654 衰减最小光纤 为了满足海底缆长距离通信的需求，人们开发了一种应用于1.55μm波长的 纯石英芯单模光纤，它在该波长附近上的衰减最小，仅为0.185dB/km。G.654

单模光纤中的色散及色散补偿技术

单模光纤中的色散及色散 补偿技术 This manuscript was revised on November 28, 2020

光通信光纤中的色散补偿技术(原理、优点、缺点) 姓名:__彭坚大_ 学号:_ 专业班级:_电04 摘要：本文叙述了光通信系统中一个重要的参数——色散，详细介绍了各种色散补偿技术的原理,以及色散补偿光纤和啁啾光纤光栅色散补偿等多种解决方案的特点。Abstract: This paper describes an important parameter dispersion in optical communication systems. The principles of various dispersion compensation techniques and the characteristics of dispersion compensation fiber and chirped fiber grating dispersion compensation are introduced in detail. 关键词：色散效应，色散补偿 1.引言 色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起传输信号畸变的一种 物理现象。在光纤中,脉冲色散越小,它所携带的信息容量就越大。其链路的色散累积直接影响系统的传输性能,自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题，研究宽带多波长色散补偿具有重要意义。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。2.色散补偿原理 光纤色散述语 一、色散及其表示： 由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。当一束电磁波与电介质的束缚电子相互作用的时候，介质的响应通常与光波的频率ω有关，这种特性称为色散，它表明折射率 n(ω)对频率的依附关系。 光纤的色散效应可以用波矢k或传播常数β与频率的关系来表示，即β(ω)。在中心频率ωo处将β(ω)展

光纤通信中的色散补偿实验仿真学习资料

光纤通信中的色散补偿实验仿真

光纤通信中的色散补偿实验仿真 摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。 关键词：光纤通信色散补偿 Optisystem仿真 The Dispersion Compensation In Optical Fiber Communication Yanlong Yuan (Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics, Electronic Science and Technology) Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation 1.概述 目前，光纤线性通信已不能满足现在信息处理传输的要求，因为它存在着三个主要的缺陷：其一是光纤的色散，其二是光纤损耗,其三是非线性。低损耗光纤和掺铒光纤放大器的广泛应用解决了高速光纤通信系统的传输损耗问题。光纤的色散又能有效抑制四波混频等非线性效应，因此，色散问题已成为光纤通信系统进行升级扩容的主要障碍。 受色散的影响，传输速率为10Gbit／s、光脉冲宽度为50ps的系统只能传输40 km。传输速率为80Gbit／s时，传输距离不足2 km。为了兼顾色散和非线性两种要素，人们提出了一种折衷方案，即将光纤的零色散点偏离1．55 u m窗口

单模光纤的色散

光纤色散 在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必然产生信号失真（脉冲展宽），这种现象称为光纤的色散或弥散。 光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度，也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时，在多模光纤中，光信号还可能由若干个模式叠加而成，也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。 光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。其中，模间色散是多模光纤所特有的。 这四种色散作用还相互影响，由于材料折射率n是波长λ（或频率w）的非线性函数，d2n/d2λ≠0，于是不同频率的光波传输的群速度不同，所导致的色散成为材料色散。 由于导引模的传播常数β是波长λ(或频率w)的非线性函数，使得该导引模的群速度随着光波长的变化而变化，所产生的色散成为波导色散（或结构色散）。 偏振模色散指光纤中偏振色散，简称PMD(polarization modedispersion)，它是由于实际的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，引起信号失真。 不同的导引模的群速度不同引起的色散成为模间色散，模间色散只存在与多模光纤中。 色散限制了光纤的带宽—距离乘积值。色散越大，光纤中的带宽—距离乘积越小，在传输距离一定（距离由光纤衰减确定）时，带宽就越小，带宽的大小决定传输信息容量的大小。 光纤色散可以使脉冲展宽，而导致误码。这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。 一般来说，光纤色散包括材料色散和波导结构色散两部分，材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性，而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向。材料色散与波导色散都与波长有关，所以又统称为波长色散。 材料色散：是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速C之间的关系为： v=C/n 光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。 波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。

色散补偿技术

色散补偿技术介绍 光通信使用的G.652标准光纤在1550 nm波长窗口的色散值为17ps/nm.km。1550nm外调制传输系统光纤链路色散的容差比SDH等数字通信1550nm光链路要小得多，仅为1100 ps 左右，因此，对于1550nm外调制光纤干线/超干线而言，必须尽力解决好色散补偿问题。 目前，光通信系统使用的光纤色散补偿技术大多是针对非载波调制数字光纤系统的，因此，对于HFC有线电视宽带网络1550nm光纤干线/超干线而言，实际可供选用的色散补偿手段较少，限制条件较多，在实际1550nm外调制光纤传输链路中如何用好有关色散补偿技术还存在不少问题。 目前业内几种色散补偿技术介绍： 1、色散补偿光纤（DCF） 色散补偿光纤（DCF）开发于20世纪90年代中期，它在实现色散补偿任务中扮演了十分重要的角色。目前，国内99% 以上1550nm外调制光纤干线/超干线仍然使用G.652标准光纤，因此在每个（或几个）光纤段的输入或输出端可以通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，使单信道1550nm外调制光纤干线/超干线传输光纤的色散得到较好的补偿。 但是，一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中所使用光发射机的光波长范围较大，可达20nm。此外，随着在1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中CWDM或DWDM技术的引入，必须考虑光纤对不同波长信道的色散斜度问题。 以G.652光纤1550 nm窗口为例，光纤的色散明显地随波长而变化，在1530nm处色散系数约为15.5ps/nm.km，在1565nm处约为17.6ps/nm.km，色散斜率（定义为色散系数对波长的微分）约为0.06ps/nm.km。假设宽带色散补偿器件对所有C－band信号的色散补偿量是一样的，则经多个光纤段传输后，红端信号光（1565nm）所积累的色散将明显大于比蓝端（1530nm），因此，无论对于一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统或CWDM/DWDM1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统，都必需考虑采用斜率补偿型色散补偿光纤组件，用于补偿光纤的色散斜率，将总色散控制在色散容限窗口内，使1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中色散斜率问题得到较好的解决。 斜率补偿型DCF的优点是带宽不受限制，产品供应商多，稳定性高。目前，斜率补偿DCF模块已获广泛应用，在全球范围内，它是1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统实现色散补偿的首选方案。 它的缺点是非线性效应较明显，输入光功率不能过高，插入损耗较大。此外，DCF制成的DCM色散量不可调，而且不同类型的光纤需要不同类型的DCF。 2、基于标准具的可调色散补偿方案： 利用GT干涉仪，使光信号中不同的光谱分量所传输的光程不同，产生周期性的色散效果。当色散周期与信道间隔匹配时，该方案可同时补偿所有信道的色散。从原理上讲，调整路径长度和微分路径长度即可实现色散补偿量及斜率的调节。 但是该方案利用了较高的多重衍射级次，因此插损很高；带内色散比较大，此外色散斜率的调节也比较困难。 3、基于微电子机电体系（MEMS）的动态色散补偿技术 基于MEMS的动态色散补偿技术有两种结构： 一种是基于微镜的多通道可调色散补偿器，采用体衍射光栅分出每个信道，以微镜分别

单模及多模光纤的特性参数

光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。1、多模光纤的特性参数① 衰耗系数a衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。因为在很大程度上决定了多模。 光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。 1、多模光纤的特性参数 ① 衰耗系数a 衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。因为在很大程度上决定了多模光纤的中继距离。 其中最主要的是杂质吸收所引起的衰耗。在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子（铜、铁、铬等）对光的吸收能力极强，它们是产生光纤衰耗的主要因素。因此要想获得低衰耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb以下。 ② 光纤的色散与带宽 色散当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。这说明光纤对光脉冲有展宽作用，即光纤存在着色散（色散是沿用了中的名词）。光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 光纤的色散可以分为三部分即模式色散、材料色散与波导色散。 模式色散Δτm因为光在多模光纤中传输时会存在着许多种传播模式，而每种传播模式具有不同的传播速度与相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达到接收端的时间却不同，于是产生了脉冲展宽现象。 对多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也较大，所以其材料色散不占主导地位。但对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以其材料色散占主要地位。 波导色散Δτw所谓波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。对多模光纤而言，其波导色散的影响甚小。 需要注意的是，由于光信号是以光功率来度量的，所以其带宽又称为3dB光带宽。即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号减少一半。而一般的电缆之带宽称为6dB电带宽，因为输出电信号是以电压或电流来度量的。引起光纤带宽变窄的主要原因是光纤的色散。 对于多模光纤而言，因为其模式色散占统治地位（材料色散与波导色散的大小可以忽略不计），所以其带宽又称模式色散带宽，或称模时变带宽。对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以材料色散与波导色散占主要地位。注意，单模光纤没有带宽系数的概念，仅有色散系数的概念。对多模光纤而言，其带宽与色散的关系可近似地表达为： 根均方带宽σf带宽系数Bc是在频域范围内描述光纤传输特性的重要参数，实际上它演用了模拟的概念，在数字光纤中的实际意义并不大。在时域范围内，人们经常使用根均方带宽σf来描述光纤的传输特性。 一方面在实际工作中人们在时域内进行测量比在频域内测量更加方便可行；另一方面光纤的根均方带宽σf与数字光纤有着更密切的关系，因为它能直接和其传输的光脉冲的根均方脉宽发生联系。而根均方脉宽不仅能确切地描述光脉冲的特性，而且与光纤系统的传输中继距离密切相关，所以在光纤的中经常用到它。 在时域范围内，光纤的冲击响应是一个高斯波形，如图2.12所示。光纤的根均方带宽的物理含义是：对应于光纤高斯形冲击响应最大函数值的0.61 倍时，自变量时间t的数值。它与光纤模畸变带宽的关系为

单模光纤与多模光纤的色散

单模光纤与多模光纤的色散2007-10-18 08:20在对光纤进行分类时，严格地来讲应该从构成光纤的材料成分、光纤的制造方 法、光纤的传输点模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长等方面来分类。 现在计算机网络中最常采用的分类方法是根据传输点模数的不同进行分类。根 据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定 角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用 发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散 (因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同， 这种特征称为模分散。)，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此， 多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较 低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传 播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细，传输频 带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高，通常在建筑物之 间或地域分散时使用。同时，单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点， 也是光纤通信与光波技术发展的必然趋势。 多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率和渐变型折射率。以 突变型折射率光纤作为传输媒介时，发光管以小于临界角发射的所有光都在光 缆包层接口进行反射，并通过多次内部反射沿纤心传播。这种类型的光缆主要 适用于适度比特率的场合，多模突变型折射率光纤的散射通过使用具有可变折 射率的纤心材料来减小，折射率随离开纤心的距离增加导致光沿纤心的传播好 象是正弦波。将纤心直径减小到一种波长（3-10um），可进一步改进光纤的性 能，在这种情况下，所有发射的光都沿直线传播，这种光纤称为单模光纤，这 种单模光纤通常使用ＩＬＤ(注入式激光二极管)作为发光组件，可操作的速率 为数百Mbps。从上述三种光纤接受的信号看，单模光纤接收的信号与输入的 信号最接近，多模渐变型次之，多模突变型接收的信号散射最严重，因而它所 获得的速率最低。 一、概述 色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传

光纤色散及补偿方法简述

目录 1色散的基本概念 (3) 1.1基本概念 (3) 1.2光纤中色散的种类 (3) 1.3光纤色散表示法 (3) 1.4单模光纤的色散系数 (4) 1.5光纤色散造成的系统性能损伤 (4) 1.6减小色散的技术 (4) 1.7偏振模色散（PMD） (6) 2非线性问题 (7)

关键词： 光纤色散色散补偿 摘要： 本资料介绍了光纤的色散以及色散补偿方法。缩略语清单： 无。 参考资料清单： 无。

光纤色散及补偿方法简述 当前，光纤通信正向超高速率、超长距离的方向发展。EDFA的出现为 1.55um波长窗口实现大容量、长距离光通信创造了条件，并使光纤通信 中衰耗的问题得到了一定的解决。然而光纤的色散影响仍然是制约因素 之一，加之引入光放大器使光信号功率提高之后，光纤的非线性影响又 突显出来。 1 色散的基本概念 1.1 基本概念 光纤色散是由于光纤所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速 度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象。所谓群速度就是光能在 光纤中的传输速度。所谓光信号畸变，一般指脉冲展宽。 1.2 光纤中色散的种类 光纤中的色散可分为材料色散、波导色散、模式色散。材料色散和波导 色散也称为模内色散，模式色散也称为模间色散。 材料色散是由于光纤材料的折射率随光源频率的变化引起的，不同光源 频率所所应的群速度不同，引起脉冲展宽。 波导色散是由于模传播常数随波长的变化引起的，与光纤波导结构参数 有关，它的大小可以和材料色散相比拟。材料色散和波导色散在单模光 纤和多模光纤中均存在。 模式色散是由于不同传导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度， 所引起的脉冲展宽。模式色散主要存在于多模光纤中。 简而言之，材料色散和波导色散是由于光纤传输的信号不是单一频率所 引起的，模式色散是由于光纤传输的信号不是单一模式所引起的。 1.3 光纤色散表示法 在光纤中，不同速度的信号传过同样的距离会有不同的时延，从而产生 时延差，时延差越大，表示色散越严重。因而，常用时延差来表示色散 程度。时延并不表示色散值，时延差用于表示色散值。若各信号成分的 时延相同，则不存在色散，信号在传输过程中不产生畸变。 时延差可由信号各频率成分的传输速度不同所引起，也可由信号各模式 的传输速度不同所引起。

单模光纤中的色散及色散补偿技术

单模光纤中的色散及色 散补偿技术 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.

光通信光纤中的色散补偿技术(原理、优点、缺点) 姓名:__彭坚大_ 学号:_ 专业班级:_电04 摘要：本文叙述了光通信系统中一个重要的参数——色散，详细介绍了各种色散补偿技术的原理,以及色散补偿光纤和啁啾光纤光栅色散补偿等多种解决方案的特点。Abstract: This paper describes an important parameter dispersion in optical communication systems. The principles of various dispersion compensation techniques and the characteristics of dispersion compensation fiber and chirped fiber grating dispersion compensation are introduced in detail. 关键词：色散效应，色散补偿 1.引言 色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起传输信号畸变的一种 物理现象。在光纤中,脉冲色散越小,它所携带的信息容量就越大。其链路的色散累积直接影响系统的传输性能,自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题，研究宽带多波长色散补偿具有重要意义。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。 2.色散补偿原理 光纤色散述语 一、色散及其表示：

色散补偿光纤技术规范

Issue date: 04/2006 YSOF Dispersion compensating fiber 产品描述 这是一种高品质的色散位移补偿光纤（DCF ，产品编号377WY ）主要用于在第三窗口中补偿标准单模光纤在传输过程中产生的色散位移特别是试用于长途干线。也就是说使用了DCF 以后的整个系统中大部分都可以使用非零色散的大传输量光纤。当然品质因数越高其补偿效果越好。 工艺和涂层 长飞光纤采用等离子体激活化学气相沉积（简称PCVD ）工艺制造光纤芯层，同时采用外部气相沉积（简称OVD ）工艺只草的合成石英管来形成光纤包层。结合这两种工艺的优点，长飞光纤具有折射率分布控制精确，几何特性优越和衰减低等优点，PCVD 工艺对折射率分布控制非常精确，因而特别适合制造对折射率分布要求高的色散位移补偿光纤。 长费光纤采用的双层DLPC9紫外固化丙烯酸树脂涂层，具有优越的保护光纤的能力，这种涂层是为要求更严格的紧套光缆设计的，因此在松套结构里也表现出极卓越的性能，使光纤具有非常优良的抗微弯性能。在各种环境条件下，涂层均易于剥离，剥离后无任何残留物附在裸光纤上。在60℃下光纤带经过100多天的浸水实验后，仍然保持良好的传输性能。DLPC7涂层使光纤具有优越和稳定的动态抗疲劳特性，大大提高了光纤多恶劣环境的适应能力 产品应用 l 泵浦二极管尾纤 l 掺铒光纤放大器 l 耦合器件 产品特点 l Exceptional uniformity and core/clad concentricity l Mode field diameter matched to Erbium doped fiber for efficient coupling l Low insertion loss enables higher component performance l High proof test levels for tight bends Specifications Fiber Type YOFC DCF Expand Typical value Optical characteristics FOM at 1545 nm 200 ps/nm.dB 260 ps/nm.dB Attenuation (max. at C-band) 0.6 dB/km 0.5 dB/km Mode-field diameter (1550 nm) 5.0±1.0μm Cut-off wavelength 1590 nm Dispersion at 1545 nm < -90 ps/nm.km -130 Ps/nm.km Relative Dispersion Slope 0.0036 nm -1±45% 0.0036 nm -1 Geometrical and mechanical characteristics Clad diameter 120.0±１0.0 Circularity error in cladding ≤1.0 % Circularity error in core ≤15.0 % Fibre diameter 240 ±　１０ m 长飞光纤光缆有限公司 YANGTZE OPTICAL FIBRE AND CABLE COMPANY LTD .

光纤的色散

光纤的色散 ---- 由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。光纤色散如图2-19所示。 图2-19 光纤色散 ---- 单模光纤中只传输基模(主模) HE 11 ( LP 01 ),总色散由材料色散、波导色散组成。这两种色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为波长色散。 光纤的波长色散系数是单位光纤长度的波长色散，通常用表示，单位为 。光纤的波长色散总系数为：

(2-77) 是纯材料色散系数，为： (2-78) 为波导色散系数，为： (2-79) 式中，为信号的波长；为真空中的光速；为光纤材料的折射率；为信号的相位传播常数。 2．5．1 材料色散 ---- 材料色散：是光纤材料的折射率随频率（波长)而变，可使信号的各频率（波长)群速度不同引起色散，如图2-20所示。

图2-20 材料色散 2．5．2 波导色散 ---- 波导色散是模式本身的色散。即指光纤中某一种导波模式在不同的频率下，相位常数不同，群速度不同而引起的色散。 ---- 波导色散是光纤波导结构参数的函数，如图2-21所示。从图中可看出，在 一定的波长范围内，波导色散与材料色散相反为负值，其幅度由纤芯半径、 相对折射率差及剖面形状决定。通常通过采用复杂的折射率分布形状和改变剖面结构参数的方法获得适量的负波导色散来抵消石英玻璃的正色散，从而达到移动零色散波长的位置，即使光纤的总色散在所希望的波长上实现总零色散和负色散的目的。正是这种方法才研制出色散位移光纤、非零色散位移光纤。