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。

图2-21 波导色散

---- 图2-22为单模石英光纤中材料色散、波导色散及总色散与波长的关系。总色散为材料色散、波导色散的近似相加。从图中可以看到，在某个特定波长下，材料色散和波导色散相抵消，总色散为零。对普通的单模光纤。总色散为零的波长在1.31μm，这意味着在这个波长传输的光脉冲不会发生展宽。在波长

1.55μm，虽然损耗最低，但在该波长上的色散较大，如将零色散波长从1.31μm 移到1.55μm，这就是色散位移光纤(DSF)。这种低损耗色散的光纤，对长距离大容量光纤通信系统十分有利。

---- 显然，为了把零色散波长从1.31μm移到1.55μm，可以增加波导色散的绝对值。

图2-22 改变纤芯半径来移动零色散波长2．5．3 模式色散

--- 模式色散是指多模传输时同一波长分量的各种传导模式的相位常数不同，群速度不同，引起到达终端的光脉冲展宽的现象。如图2-23所示。

图2-23 模式色散

--- 对于渐变型光纤，由于离轴心较远的折射率小，因而传输速度快。离轴心较近的折射率大，因而传输速度慢。结果使不同路程的光线到达输出面的时延差近似为零，所以渐变型多模光纤的模式色散较小。如图2-24所示。

图2-24 渐变型多模光纤的模式色

--- 对于多模光纤，模式色散通常占主导地位。单模光纤只存在一个模式，所以，单模光纤没有模式色散。

2．5．4 非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤

1、非色散位移单模光纤ITU-T G.652

--- G.652 称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：(1)在1310nm波长处的色散为零。(2)在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为

0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系数，为17ps/(nm·km)。（3）这种光纤工作波长即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它的最佳工作波长在1310nm区域。G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。

2、色散位移单模光纤ITU-T G.653

--- G.653称为色散位移单模光纤。色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从1310nm位移到1550nm，实现1550nm处最低衰减和零色散波长一致。这种光纤工作波长在1550nm区域。它非常适合于长距离单信道光纤通信系统。

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

光纤分类及应用

（一）光纤的传输特性 一．衰减 1．光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度方向呈指数规律减少，即： P(L)=P(0)10-(αL/10) 2．α为衰减系数,它的取值只与在光纤中传播的光线的波长有关。 3．衰减谱 石英玻璃光纤的衰减谱具有三个主要特征是： a.衰减随波长的增大而呈降低趋势。 b.衰减吸收峰与OH＿离子有关。 c.在波长大于1600nm衰减的增大的原因是由微（或宏）观弯曲损耗和 石英玻璃吸收损耗引起的。 4．衰减起因 光纤中的传输光能衰减的起因是材料本身、制造缺陷、弯曲、接续等对光能的吸收和散射损耗。究其原因，如表3.1所示。 二．色散 1.由于光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的， 这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起色

散。 2.在光纤中，不同速度的信号传过的距离所需的时延不同。时延差越大， 色散就越严重。因此，常用时延差表示色散程度。 3.单模光纤中只传输基模LP01,总色散由材料色散、波导色散和折射剖面 色散组成。这三个色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为 波长色散。 公式：D(λ)＝D m＋D w＋D p 4.纯石英玻璃材料色散与波长的关系，如图所示。从图可看出，在波长 微1.29μm附近由一个零材料色散波长λ0有所移动，但移动变化甚 微，而过了λ0材料色散微正值。 材 料 色 散 （ p s / ( n m · k m ) ) 图 纯石英玻璃材料色散与波长的关系 波长（μm） 三．偏振模色散 光纤中的光传输可描述为完全时沿X轴振动和完全是沿Y轴上的振动或一些光在两个轴上的振动，如下图。每个轴代表一个偏振“模”。两个偏振模的到达时间差称为偏振色散PMD(Polarization Mode Dispersion)。 造成单模光纤中的PMD的内在原因是光纤的椭圆度和残余内应力。四．光纤的非线性效应 1．当光功率增加到一定程度时，光信号与光纤传输媒介间的非线性交互现象将会呈现。光纤的非线性可分为两类：受激散射效应和折射率扰动。 2．受激散射效应也分为两种形式：由于声光子振动而产生的受激布里渊散

光通信中的色散管理与补偿技术

《能力拓展训练》报告题目：光通信中的色散管理及补偿技术专业班级：电子09０1班 学生姓名： 指导教师: 刘金根 武汉理工大学信息工程学院 ２0１２年07月１3日

能力拓展训练任务书 学生姓名：专业班级：电子0901 指导教师:刘金根工作单位:信息工程学院题目：光通信中的色散管理及补偿技术 初始条件： 具有扎实的电子科学及技术专业基本理论和系统的专业知识;具备初步的文献查阅和专题调研技能；一定的中英文文献阅读及综合能力。 要求完成的主要任务: １。在电子科学及技术专业体系范围内确定选题，题目自拟。 ２。查阅及选题相关的文献资料，通过对文献资料的阅读分析及综合，写出调研报告;要求报告内容的可读性强,撰写格式规范，图标的使用正确,参考文献的引用恰当；字数不少于6000字，参考文献不少于1０篇，其中外文文献不少于2篇。 时间安排： 1.2０1２年7月9日集中，布置能力拓展训练任务;讲解训练具体实施计划、报告格式的要求及答疑事项。 2．2０12年７月9日至201２年7月１2日完成选题的确定、资料查阅、能力拓展训练报告的撰写。 3．2012年7月13日提交能力拓展训练报告书，进行验收和答辩。 指导教师签名：年月日

系主任(或责任教师)签名：年月日

目录 摘要?错误!未定义书签。 Abstrａct ......................................................................................................................... I 1 绪论?错误!未定义书签。 2 光纤色散的基本介绍?错误!未定义书签。 2。1 光纤色散的基本概念...................................................错误!未定义书签。 2。2 光纤色散的种类...........................................................错误!未定义书签。 2。3光纤色散表示法?错误!未定义书签。 ２．4光纤色散及传输速率的关系...................................错误!未定义书签。 2.5 光纤色散导致光脉冲展宽分析?错误!未定义书签。 ３光通信中的色散补偿技术?错误!未定义书签。 3．1色散补偿光纤?错误!未定义书签。 3．２啁啾光纤光栅?错误!未定义书签。 3.3 GT标准具 ........................................................................错误!未定义书签。 3。4 技术方案对比?错误!未定义书签。 3。5 高速光通信系统中的色散补偿...................................错误!未定义书签。 4 总结.............................................................................................错误!未定义书签。参考文献?错误!未定义书签。

光纤色散系数

光纤色散系数 色散主要用色散系数D(λ ) 表示。色散系数一般只对单模光纤来说，包括材料色散和波导色散，统称色散系数。 光纤色散系数的定义：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值，与长度呈线性关系。 其计算公式为： σ= δλ*D*L 其中：δλ为光源的均方根谱宽，D(λ ) 为色散系数，L 为长度，现在的单模光纤色散系数一般为20ps/km.nm ，光纤长度越长，则引起的色散总值就越大。色散系数越小越好，，因色散系数越小，根据上式可知，光纤的带宽越大，传输容量也就越大。所以，传输2.5G 以上光信号时，要考虑光纤色散对传输距离的影响，最好采用零色散的G.653 光纤传输，但光纤色散为零时，传输WDM 波分光信号会产生四波混频等非线性效应，所以色散要小，但不能为零，最终采用的光纤为G.655 光纤来传输10G 的光信号和WDM 波分复用信号。对于单模光纤，其带宽系数在25GHz.km 以上，但多模光纤的带宽系数一般在1GHz.km 以下。所以，多模光纤一般用于622M 以下短距离的通信，而单模光纤可用于多种速率的通信。 ITU-T G.652 建议规定零色散波长范围为：1300nm~1324nm ，最大色散斜率为0.093ps/（nm 2 .km ），在1525~1575nm 波长范围内的色散系数约为20ps/（nm.km ）。 ITU-T G.653 建议规定零色散波长为：1550nm ，在1525~1575nm 区的色散斜率为0.085ps/（nm 2 .km ）。在1525~1575nm 波长范围内的最大色散系数为3.5ps/（nm.km ）。G.655 光纤在1530~1565nm 范围内的色散系数在绝对值应处于0.1~6.0 ps/（nm 2 .km ）。 先回答一下最大零色散斜率的概念．最大零色散斜率表示色散系数对波长求导dD/dλ的最大值，它主要用来反映色散系数随波长的最大变化率．这个参数就是用来规范单模光纤在波分复用时的可用波长范围． 根据1991年1月1日生效的国家计量标准，色散系数的单位应该为＂ps/nm.km＂，而不应该是“PS/nm.km”。在ps/nm.km中：p是一个系数，等于10的负12次方；s是秒，用于衡量时延差的单位；nm是光源－20dB对应的全谱宽的单位（n也是一个系数，等于10的负9次方，m是米）；km是光纤长度的单位（表示公里）．

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(△<

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。

光纤色散原理

当一个光脉冲从光纤中输入，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的作用，即光纤存在色散。这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。 光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时，也限制了光信号的传输距离。 G.652 光纤是1310nm 窗口零色散，在1550nm 窗口存在色散，在传输10G 信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653 光纤是色散位移光纤，在1550nm 窗口零色散，可传输10G 的光信号，但传输WDM 波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM 波分的传输。G.655 光纤在1550nm 窗口有很小的色散，可用于SDH 光信号和WDM 信号的传输。 光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散和波导色散。 模式色散：主要对多模光纤而言，对单模光纤来说，因只有一个模式传播，不存在模式色散的问题。 定义：多模光在多模光纤中传输时会存在许多种传输模式，而每种传输模式具有不同的传播速度和相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端时的时间却不一致，于是产生了脉冲展宽的现象，叫模式色散。 材料色散：是指组成光纤的材料二氧化硅本身所产生的色散。 波导色散：波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。 对于多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也比较大，其材料色散较小，不占主导地位，波导色散对多模光纤的影响甚小，所以，多模光纤主要考虑其模式色散。而单模光纤传输的是一个单模，不存在模式色散，模式色散为零，考虑的是其材料色散和波导色散。光纤的总色散所引起的脉冲展宽为三种色散各自平方的和后开平方。 色散主要用色散系数D(λ ) 表示。色散系数一般只对单模光纤来说，包括材料色散和波导色散，统称色散系数。 色散系数的定义：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值，与长度呈线性关系。其计算公式为： σ= δλ*D*L 其中：δλ 为光源的均方根谱宽，D(λ ) 为色散系数，L 为长度，现在的单模光纤色散系数一般为20ps/km.nm ，光纤长度越长，则引起的色散总值就越大。色散系数越小越好，，因色散系数越小，根据上式可知，光纤的带宽越大，传输容量也就越大。所以，传输2.5G 以上光信号时，要考虑光纤色散对传输距离的影响，最好采用零色散的G.653 光纤传输，但光纤色散为零时，传输WDM 波分光信号会产生四波混频等非线性效应，

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）

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。

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

利用色散管理抑制中距光相位共轭系统的边带不稳定性

利用色散管理抑制中距光相位共轭系统的边带不稳定性Vo .l 37, No. 1 第 37卷第 1期激光与红外 J anua ry, 2007 LA SER & IN FRAR ED 2007年 1月 ( ) 文章编号 : 100125078 2007 01 20059203 利用色散管理抑制中距光相位共轭系统的边带不稳定性 1 2刘耀明 ,李庆山 ( )1. 桂林工学院电子与计算机系 ,广西桂林 541004; 2. 杭州电子科技大 学通信工程学院 ,浙江杭州 310018 摘要 :文章从理论上分析了光相位共轭系统中边带不稳定性产生的机理及其 危害 ,提出了利用色散管理来减小边带不稳定性影响的方法。数值模拟和分析结果表明 : 色散管理能够有效地抑制边带不稳定性。 关键词 :光通信 ;边带不稳定性 ;色散管理 ;相位共轭 中图分类号 : TN929. 11文献标识码 : A Suppression of S ideband In stab ility in M idway O ptica l Pha se Con juga tion by Using D ispersion M anagem en t 1 2L IU Yao2m ing, L I Q ing2shan ( 1. D ep a rtm en t of E lec tron ic s & Comp u te r, Gu lin U n ive rsity of Techno logy, Gu ilin 541004 , Ch ina; )2. Co llege of Comm un ica tion Enginee ring, H angzhou D ianzi U n ive rsity, H angzhou 310018 , Ch ina A b stra c t: The gene ra ting m echan ism of sideband in stab ility and the co rre spond ing imp a irm en ts a re ana lyzed theo re ti2 ca lly. A schem e fo r supp re ssion of sideband in stab ility u sing d isp e rsion m anagem en t is p ropo sed.

光纤传输色散补偿与色散管理

色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，决定了电中继器之间的距离。 色散补偿是单纯地采用各种手段减小系统最终的残余色散，而色散管理除了考虑色散补偿外，同时还要考虑光纤非线性的影响，即使系统具有较大的本地色散和较小的残余色散。这是因为光纤非线性的抑制和完全色散补偿是存在矛盾的，例如当光纤具有很低的色散时，则互相位调制和四波混频等非线性的危害就比较严重。 简单的色散补偿只考虑一阶色散补偿，但一阶色散补偿只能补偿零色散波长处附近的几个波长的色散，而对于长距离传输和高速率传输系统则需要考虑高阶色散补偿，即对色散斜率的补偿。 常用的色散补偿器件包括单模和光纤布拉格光栅。 单模色散补偿光纤DCF 是当前使用最广泛、技术最成熟的器件。它具有特殊设计的折射率分布，因此具有较大的波导色散（表现为负色散），能和具有正色散的G .652、G .655光纤适配，完成色散补偿的功能。但是DCF 的色散斜率偏小，不能完全补偿单模传输光纤的色散斜率，必要时需要对部分信道进行单独的色散补偿，另外，DCF 的有效面积小，非线性阈值功率低、光纤损耗大，所以在色散管理中需要综合考虑。 为了克服单模色散补偿光纤的缺点，高阶模色散补偿光纤（HOM-DCF ）被开发出来，它的优点是具有较大的负色散，较大的有效面积较大的相对色散斜率，从而能匹配各种NZDSF 。其缺点是需要分立的模式转换器，既增加了成本又增加了插损，还会引入不同模式之间的多径干涉噪声（应该限制在-40dB 以下）。高阶模色散补偿光纤的可靠性和实用性还有待进一步的研究，和单模DCF 一样，HOM-DCF 的色散补偿量不可以调节，限制了使用的灵活性。 光纤布拉格光栅的工作原理是利用啁啾光栅对不同波长信号的反射点不同，改变了信号的差分群时延，从而完成色散补偿的功能。这种色散补偿器体积小、重量轻、插损低，而且具有可调性，但不足的是通频带较窄，所以多用于单路信号的色散补偿，而且器件还存在着时延抖动、需要温度控制等缺点。 在10G 光传输系统中，基本采用的色散补偿方法为使用色散补偿光纤，对C 波段和L 波段进行宽带补偿，在实际工程组网中，使用信道越多，分摊到每个信道的相对成本越低。但是，在一些单信道系统和信道开放比较少的系统中，相对成本就比较高了，相对不同的补偿量，色散补偿光纤的长度也不一样，给系统带来的额外损耗也就不同。而且由于使用的色散补偿光纤的插损比较大，给系统带来的额外损耗和对功率的额外要求，增加了系统的成本。由于色散补偿光纤的非线性特性，使其对入纤功率有严格的要求，在系统中的安放位置不灵活，增加了很大额外劳动和费用。此时采用光纤布拉格光栅色散补偿器，则具有全光纤型、 损耗低、体积小、重量轻、成本低和灵活方便一致性高等优点。

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：

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