浅谈波分系统的光纤色散及补偿

李强

【摘要】 光纤色散（色度色散CD）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。偏振模色散PMD偏振模色散是由于光纤制造工艺造成纤芯截面一定程度的椭圆度，或者是由于材料的热涨系数的不均匀性造成光纤截面上各向异性的应力而导致光纤折射率的各向异性，这两者均能造成两个偏振模传播常数的差异，从而产生群时延的不同，形成了偏振模色散。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1550nm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。

【关键词】 ps/nm （皮秒每纳米） DCM （Dispersion Compensation Module ） DCF（Dispersion Compensation Fiber） CD（Chromatic Dispersion） PMD（Polarization Mode Dispersion）

引言

随着光通信技术的的迅速发展，光纤通信正向超高速率、超长距离的方向发展，但随之而来也出现了许多的问题影响光纤通信的传输速率、传输距离、传输性能。承载光信号的光纤的色散影响仍然是制约传输速率、传输距离、传输性能因素之一。为了解决色散对光传输速率和距离的影响，通过色散补偿的方式消除色散对传输性能的影响。

一、光纤中色散的种类和表示法

光纤中的色散（色度色散CD）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。1.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。2.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。3.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。光纤中的偏振模色散PMD：由于光纤制造工艺造成纤芯截面一定程度的椭圆度，或者是由于材料的热涨系数的不均匀性造成光纤截面上各向异性的应力而导致光纤折射率的各向异性，这两者均能造成两个偏振模传播常数的差异，从而产生群时延的不同。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。单模光纤的总色散也称波长色散。色散系数就是两个波长间隔为1nm的两个光波传输1km长度光纤到达时间之差，单位为ps/nm·km。

二、光纤中色散对波分系统性能的影响

2.1码间干扰

光纤色散会导致所传输光脉冲的展宽。实际接收波形是由激光器的许多根线谱构成的，既便接收机能对单根线谱形成的波形进行理想均衡，但由于每根线谱产生的相同波形所经历的色散不同而前后错开，使结合的波形不同于单根线谱波形，仍会造成非理想均衡。

2.2模分配噪声

这是由于光纤的色散作用与激光器的光谱特性相结合产生的系统损伤。虽然激光器各谱线的功率总和是一定的，但各根谱线的功率是随机起伏的。当激光器的各谱线经过光纤后，由于光纤的固有色散使不同波长的谱线产生不同的延时，造成不同比特的接收波形不同，形成接受脉冲的展宽。

三、波分系统减小色散的技术分类

在1550nm波长附近，G.652光纤的色散典型值为17ps/ nm·km。当光纤的衰减问题得到解决以后，色散受限就变成了决定波分系统传输距离的一个主要问题。

通过以下技术手段减小或消除色散的影响，延长波分系统传输距离。

3.1压缩光源的谱宽

色散对光脉冲传输的影响主要表现在经过传输的光脉冲将受到展宽，而这种展宽的大小在一定传输距离的情况下，取决于传输光纤的色散系数和光源发送的光波的频谱宽度。光源的谱宽越宽（频率啁啾系数越大），光纤色散对光脉冲的展宽越大。因此通过选用频率啁啾系数小的激光器，可以减小传输线路色散的影响。

3.2选用新型光纤

新架设光纤为G.655（非零点色散位移光纤），在1550nm波长附近，光纤色度色散系数4ps/nm·Km左右。

3.3色散补偿技术

（1）首先采用色散补偿光纤（DCF）对传输线路的色散性能进行补偿是一项比较成熟的技术。色散补偿光纤（DCF）是一种特制的光纤，其色度色散为负值，恰好与G.652光纤相反，可以抵消G.652常规色散的影响。其色散系数典型值为-90ps/（nm·Km），因而DCF只需在总线路长度上占G.652光纤的长度的1/5，即可使总链路色散值接近于零。

（2）采用色散补偿模块（DCM）对传输线路的色散性能进行补偿，.根据光缆类型不同，用于补偿传输系统中光信号积累的色散，可用于传输系统的发送端和接收端。色散补偿模块规格包括DCM-40DCM-60DCM-80等。

四、结语

色散补偿技术的应用，有效的解决了色散对波分系统长距离高速传输的受限问题。合理使用色散补偿技术可以提高传输性能，为未来高密度大容量的波分设备的使用提供了技术保障。