光纖色散及其補償管理技術在工作中的應用

摘 要：本文基于光纖色散產生的原理及其分類，著重介紹了光纖色散產生的原因以及補償技術，說明了光傳輸系統受光纖色散的影響。

關鍵詞：光纖色散；技術；應用

中圖分類號：TN929.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

光纖通信的發展方向是高速率、大容量、遠距離，它從以前的34Mb/s，140Mb/s發展到現在DWDM（密集型波分復用）技術的單波40G，每根光纖可傳送達160個波長的超大容量，而且傳輸的無中繼單跨距由十年前的160km已經發展到目前的475km。雖然技術標準不斷更新，但制約光纖通信技術向更高容量、更長距離傳輸發展的仍然是光纖的色散、損耗、非線性效應等因素。

低損耗光纖、EDFA放大器等技術的出現使光纖通信中損耗的問題得到了一定的解決，DWDM技術為1.55um波長窗口實現大容量通信創造了條件，但隨著光纖傳輸損耗、容量等問題的基本解決，光纖色散和非線性問題又相繼成為長距離、大容量光通信系統的主要障礙。在引入光放大器使光信號功率提高之后，光纖的非線性影響會顯著突顯出來，而改變光纖的零色散點也并不是一個避免色散的絕佳方案，因為在DWDM系統中，沒有色散的光纖又無法有效抑制四波混頻等非線性效應，可以說光纖的色散、非線性效應在DWDM系統中是此消彼長的關系。

目前非線性效應仍屬于無法有效控制的范疇，而光纖的色散已逐步走向可量化管理的道路，因此光纖色散補償管理已成為光纖通信網絡建設網絡優化配置的重要手段，也是日常維護不可忽視的重要參數之一。

光的色散現象是一種常見的物理現象，例如當日光通過棱鏡或水霧時會呈現按紅橙黃綠青藍紫順序排列的彩色光譜。這是由于棱鏡材料（玻璃）或水對不同波長（對應于不同的顏色）的光呈現的折射率n不同，從而使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。

而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，而所謂光信號畸變，一般指脈沖展寬。

光纖中的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散。一般情況下單模光纖中不存在模式色散。模式色散是指多模光纖中不同模式的光束有不同的群速度，在傳輸過程中，不同模式的光束的時間延遲不同而產生色散。色度色散是由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時間延遲不同而產生色散稱為色度色散。色度色散又包括材料色散和波導色散。

由于光纖色散造成的系統性能損傷可以由多種原因引起，比較重要的就是碼間干擾。

色散對傳輸的影響主要是光脈沖的展寬，因此不同脈沖寬度的光信號經過一定距離的累積，最終都會出現性能損傷，而速率越高的信號能夠不經補償所傳輸的距離更短。受色散的影響，傳輸速率為10Gbit/s的系統只能正常傳輸40km。傳輸速率為80Gbit/s時，傳輸距離不足2km。為了減小色散的影響，人們提出了一種折衷方案，即將光纖的零色散點偏離1.55um窗口使之在1.55um波長處的色散不為零，約有2～6ps/nm.km的色散，這就是G.655光纖。當光纖傳輸的速率較低、距離較短時，采用G.655光纖進行傳輸的辦法是可行的。

但是G.655光纖并沒有完全解決色散問題，在高速、長距離傳輸中仍然需要色散補償。而且由于其低色散特性，光纖的非線性效應仍然會使通道間距為50GHz的密集波分復用系統很難實現。而G.652光纖在1.55um窗口處的大色散可以有效的抑制非線性效應，通過色散補償，實現通道間距為50GHz的DWDM系統的傳輸毫無問題。

在1550nm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。目前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。

在目前減小色散的技術中，一個應用廣泛的技術是色散補償技術，其中采用色散補償光纖（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DCF衰耗較大（約為0.5dB/km），需使用EDFA來補償。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。省干2010年擴容的華為OSN8800設備是40波*10G的DWDM系統，其中已采用的色散補償模塊就是由DCF構成。

在光網絡設備組網設計時，損耗、色散、信噪比是必須考慮的三大因素，這三要素必須統籌規劃和考慮。在10G系統中，超過40km必須增加色散補償模塊，而為了滿足相應光器件的接收靈敏度要求，經過長途光纖和色散模塊等器件插入的損耗必須通過放大板進行彌補，但過多的放大板件的引入又會導致光信噪比的下降。因此光網絡設計就是在合理的范圍內盡可能的平衡這些因素，在確保較好信噪比的前提下配置合理的放大板件和色散補償模塊。

光纖色散及其補償管理技術作為光通信技術的重要研究成果，目前已經廣泛應用到光傳輸網絡的建設、維護的具體工作中來，我們需要掌握在什么情況下極力避免色散，在什么情況下應將色散值控制在一定范圍內，將光纖色散管理這個技術成果為我所用，利用這些技術做好傳輸網絡的搭建和維護工作，真正實現光纖色散的可管理、可控制。

參考文獻：

[1]鄧大鵬.光纖通信原理（第二版）[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]王銳，張國平，陳偉.色散補償技術的最新進展[J].光通信研究，2008（06）：28-29.