低损耗色散补偿光纤及其应用
色散补偿光纤及模块的研究（光学工程专业优秀论文）
摘要色散补偿模块是密集波分复用DWDM（Dense Wavelength-Division Multiplexing ）全光通信网络中的关键光电子器件，基于色散补偿光纤的色散补偿工作机制最具有实用化的前景，近年来受到越来越广泛的关注。
本文围绕基于色散补偿光纤和模块开展了深入的理论和实验研究。
具体内容如下：(1) 研究了色散限制通信容量以及色散补偿的理论基础，建立了光纤折射率结构的通用模型，模拟了色散补偿光纤的色散特性，分析了折射率结构参数对色散的影响。
为实现高性能色散补偿模块的研制提供了理论依据。
(2) 利用我们研制的色散补偿模块，成功地进行了32*10Gb/s传输3040公里的系统实验。
传输实验的成功证实了色散补偿模块能够满足密集波分系统高速通信的需要。
我们研制的色散补偿光纤及模块也通过了科技部863专家组组织的验收。
(3) 深入地研究色散补偿光纤的折射率结构参数和光纤制造技术，研制成功实用化的高品质因数的色散补偿光纤，性能指标参数达到国际同类产品的水平，品质因数等部分性能指标超过国际同类产品的水平。
(4) 提出了同时采用过渡光纤和利用材料扩散的方案，使两个不同的模场相互匹配，降低色散补偿光纤和常规单模光纤的熔接损耗，使熔接损耗降低到0.50dB。
改善了色散补偿模块的插损指标。
(5) 建立了光纤弯曲损耗的理论模型，计算了弯曲性能指标与光纤折射率结构的关系，以寻找优化弯曲性能的途径，为色散补偿光纤弯曲性能的改善提供了理论依据。
使色散补偿光纤在不同波段的弯曲损耗均达到了平均值为0.03dB/km的水平。
(6) 分析了高阶模色散补偿光纤的理论基础，讨论了高阶模色散补偿光纤的折射率结构，进行了光纤和基于高阶模色散补偿光纤的色散管理模块的实验研究，采用色散管理模块成功地进行色散补偿的系统传输实验。
关键词：光纤色散补偿色散补偿模块色散斜率高阶模色散偏振模色散ABSTRACTDispersion Compensation Module(DCM) will become essential device in Dense Wavelength-Division Multiplexing (DWDM) all-optical transmission networks. Among all the operating mechanisms, those based on dispersion compensation fiber are promising and have been receiving more and more attention in recent years. In this dissertation, we focus on dispersion compensation fiber and module. Several theoretical and experimental studies have been carried out as the followings:(1) Theoretical basis for transmission capacity limited by dispersion and dispersion compensation are investigated. Refractive index configuration model of fiber is established for theoretical simulations. Based on the model, the effect on fiber dispersion caused by refractive index copnfiguration and dispersion properties of dispersion compensation fiber are analyzed theoretically. These theoretical simulations are beneficial to optimize the performance of dispersion compensation module.(2) With the dispersion compensation modules fabricated by our laboratory, 32*10Gbit/s DWDM with 3040km transmission length has been demonstrated. The success of the communication system experiment approves that our dispersion compensation module meets the requirement of DWDM. It has passed the identification presided by the Chinese Ministry of Science and Technology.(3) The fiber refractive index parameters and fiber fabrication process are researched deeply. Dispersion compensation fiber with high Figure of Merit(FOM) are developed. Fiber characters and parameters have reached the international level of the same product, some are even better than that level.(4) Method of fiber splicing with transition fiber and material diffusion are presented. Based on this method, modes with different diameters are matched and therefore the splice loss between DCF and regular fiber is reduced. The splice loss is as small as 0.5dB and the insersion loss of the dispersion module is optimized.(5) Therical model of fiber bending loss is established. The relationship between fiber bending performance and fiber refractive index is calculated to find the best path ofoptimizing bending performance. Benefitted from the simulation, average bending loss of 0.30dB/km in dispersion compensation fiber at different wavelength band is reached.(6) Basic theory of dispersion compensation fiber working at high-order-mode is studyed. The fiber refractive index of high-order-mode dispersion compensation fiber is analyzed. Based on the analyzing, dispersion compensation fiber and dispersion compensation modules are fabricated. With the modules, transmission experiment is implemented successfully.Key words: Optical fiber Dispersion compensation Slope compensationDispersion compensation module High-order-modePolarization mode dispersion独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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赔偿问题综述1.Introduction光纤通信含有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。
但损耗和色散是长久妨碍光纤通信向前发展的重要因素。
随着着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的重要因素。
如何控制色散方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。
现在对于光纤的色散已经提出了诸多赔偿办法，重要有色散赔偿光纤（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。
随着以上各办法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散赔偿技术，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输速率，从而引发色散。
也能够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输期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。
3.Dispersion Causes普通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，模式不同传输速度也不同，它所引发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，假设光纤能够传输多个模式，其中高次模达成输出端所需的时间较长，成果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式达成的时间不同，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。
重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含有不同的群速度，成果造成光脉冲的展宽。
模内色散涉及材料色散和波导色散。
c)偏振色散普通的轴对称单模光纤是违反“单模”名称的。
事实上有可能传输着两个模，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(即在这些方向上含有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着某些轴不对称，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，由此引发的色散叫偏振色散。
光纤的损耗和色散
具体机理：在黑夜里向空中照射，可以看到 一束光束，人们也曾看到过夜空中的探照 灯发出粗大的光柱。为什么我们会看到这 些光柱呢？这是因为有许多烟雾，灰尘等 微小颗粒浮游于大气之中，光照射在这些 颗粒上，产生了散射，就射向了四面八方， 这个现象是由瑞利首先发现的，所以人们 把这种散射称为瑞利散射。 瑞利散射是怎样产生的呢？原来组成物质的 分子、原子、电子是以某些固有的频率在 振动，并能释放出波长与该振动频率相应 的光。
二 散射损耗
是指光通过密度或折射率不均匀的物质时，除了 在光的传播方向以外，在其它方向也可以看到 光，这种现象叫做散射。
原因：光纤的材料，形状，散射率分布等的 缺陷或不均匀。 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的 瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如 气泡)引起的散射产生的。 结构缺陷散射产 生的损耗与波长无关。
• 3.色散平坦光纤（DFF）
有效利用带宽，最好使光纤在整个光纤通信的长波段 （ 1.3um-1.6um）都保持低损耗和低色散。
4. 色散补偿光纤（DCF）
利用一段光纤来消除光纤中由于色散的存在使得光脉 冲信号发生展宽和畸变。能够起这种均衡作用的光纤 称为色散补偿光纤。
作业
1．什么是损耗?光纤中存在哪些损耗?这些损 耗是由什么因素引起的？ 2.什么是色散?光纤中存在哪些色散? 3. 光纤中的信号变化是由哪些因素引起的？这 些因素各导致信号如何变化？
2.非零色散光纤（NZDF）
• 当在一根光纤上同时传输多波长光信号再采用光 放大器时，DSF光纤就会在零色散波长区出现严 重的非线形效应，这样就限制了WDM技术的应用。 • 为了提高多波长WDM系统的传输质量，就考虑 零色散点移动，移到一个低色散区，保证WDM系 统的应用。 • NZDF是指光纤的工作波长移到1.54～1.565μm 范围，不是在1.55um的零色散点内，在此区域内 的色散值较小，约为1.0～4.0PS/km· wm。此范围 内色散和损耗都比较小，而且可采用波分复用技 术。
《光纤损耗和色散》课件
色散评估指标：色散系数、色散斜 率、色散带宽等
色散评估应用：光纤通信系统设计、 光纤选型、光纤性能评估等
光纤损耗和色散的关系
损耗和色散的相互影响
光纤损耗：光在光纤中传输时，由于各种原因导致的能量损失
色散：光在光纤中传输时，由于不同波长的光速不同，导致光脉冲在传输过程中发生展宽和变 形的现象
损耗与色散的关系：损耗和色散是相互影响的，损耗越大，色散越严重
光纤损耗和色散
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Hale Waihona Puke 单击输入目录标题 光纤损耗 光纤色散 光纤损耗和色散的关系 光纤损耗和色散的应用
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光纤损耗
定义和分类
分类：根据损耗原因，可以 分为吸收损耗、散射损耗和 弯曲损耗
光纤损耗：光纤在传输过程 中由于各种原因导致的光能 损失
吸收损耗：光纤材料对光的 吸收导致的损耗
添加 标题
材料色散：由于光纤材料对不同波长的光的 折射率不同，导致光脉冲在传播过程中发生 展宽和变形的现象。
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波导色散：由于光纤中不同模式的光速不同， 导致光脉冲在传播过程中发生展宽和变形的 现象。
影响色散的因素
光纤材料：不同材料对色散的影响不同 光纤长度：光纤越长，色散越严重 光纤直径：直径越大，色散越小 光纤温度：温度越高，色散越严重 光纤弯曲：弯曲程度越大，色散越严重 光纤折射率：折射率越高，色散越小
降低色散的方法
采用低色散光纤，如G.652光纤 采用色散补偿技术，如色散补偿光纤 采用色散补偿设备，如色散补偿器 采用色散补偿算法，如色散补偿软件
色散的测量和评估
色散测量方法：光谱分析法、干涉 法、光时域反射法等
色散测量设备：光谱分析仪、干涉 仪、光时域反射仪等
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————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2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。
光纤色散补偿技术
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 µm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。
光纤色散补偿技术.doc
光纤色散补偿技术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/kmnm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。
色散补偿技术
4、光相位共轭色散补偿
光相位共轭（OPC）色散补偿法又称中间频 谱反转法。光相位共轭器是利用光介质中的非线 性效应——“四波混频”获得输入光脉冲的频谱反转 脉冲，即相位共轭脉冲。光相位共轭色散补偿是 在两根长度和色散特性相同的传输光纤之间插入 光相位共轭器，经第一根光纤传输后发生畸变的 信号脉冲经相位共轭器转换为相位共轭脉冲，再 经第二根光纤的传输而被整形恢复。
高速光纤通信系统中，光纤损耗、色散和非线 性效应是限制系统传输性能的主要因素。
光放大器的普遍采用解决了光纤损耗补偿问题。 随着光纤通信单信道传输速率的不断增大，色散 补偿就成为高速光纤通信的关键技术之一。国内、 外已对色散补偿技术进行了广泛的理论和实验研 究，提出了许多各具特色的色散补偿技术方案。
色散补偿技术
PMD补偿方法
由于已敷设的大量标准单模光纤在短期内还 不可能被完全取代，为了充分利用已有资源，发 展高速光通信系统一种比较经济的方法就是对 PMD进行补偿。因此，在国际上如何补偿PMD已 成为研究热点。目前，用于PMD补偿的技术有很 多，概括起来主要有电补偿方法、光电结合法和 光补偿方法。
光相位共轭器的色散补偿系统原理
5、色散支持传输
色散支持传输（ DST ） 是采用频移键控 （FSK）调制方式在常规单模光纤上传输。
DST的优点是无需外调制，线路上也不用加 色散补偿器。结构相对简单、易于实现。在远距 离点对点通信中有良好的应用前景。缺点是要求 光源有良好的调频特性。在码速率较高时，激光 器瞬态啁啾的存在会使误码率变大。而且，DST 需改造现有系统的光发送和接收部分。它不适用 波分复用系统。
2、预啁啾技术
啁啾（chirp）是指产生光脉冲调制时引入的附加线性 调频，也即光脉冲的载频随时间变化。 预啁啾技术（Pre-chirp）是在发送端引入预啁啾 （和传输光纤色散引起的啁啾相反），使发送的光脉冲 产生预畸变，结果经光纤传输后抵消传输光纤色散引起 的啁啾，延长了传输距离。
FBG色散补偿技术改进放大器的设计和应用
FBG色散补偿技术改进放大器的设计和应用降低光传输成本是通信系统提供商和网络运营商共同的目标。
行业内部激烈的竞争一直是把成本推向更低的主要驱动力。
不过，最近为了证明10G到40G的过渡是业界必经的趋势，成本问题愈加受到关注。
本文中我们将介绍一下光纤布拉格光栅（FBG）色散补偿技术如何支持新型低成本放大器设计和新的应用方式，从而向梦寐以求的降成本的目标迈出一大步。
FBG和色散补偿光纤使用FBG反射进行色散补偿和使用色散补偿光纤（DCF）进行补偿的传统方式有本质的区别。
通过FBG进行色散管理的基本原理是使用一个精确啁啾光纤光栅对不同的波长引入不同的时延。
可以专门制作光栅以便模拟光纤或者某个跨度上的色散特性。
（见图1）图1.光栅针对不同波长引入不同时延，精确啁啾光栅用来模拟被补偿光纤的色散特性。
采用FBG进行色散补偿和传统的DCF方式相比，有很多明显的优势。
不过本文主要描述FBG直接导致新的放大器设计和架构的几个特点。
FBG色散补偿模块（FBG-DCM）最广为人知的显著优势是插入损耗小。
一般情况120km 的FBG-DCM插入损耗在3到4dB，而同等的DCF的插入损耗则大约是10dB，甚至更高。
而且FBG-DCM的插损和传输跨度几乎无关，而DCF-DCM的插损则随着光纤和传输跨度的增加而增加。
这个距离无关性除了带来更好的模块封装形式外，还引出FBG-DCM和DCF-DCM相比的另一个主要的优势，那就是迟滞时间，也就是光信号进出一个器件造成的时延。
对被动色散补偿器件来说迟滞时间和器件中的光路长度成正比。
对DCF-DCM来说100毫秒的迟滞时间都是常见的，而FBG-DCM的迟滞时间则小三个数量级，在大部分的实际应用中是可以忽略的。
FBG-DCM另外一个明显优于DCF-DCM的特点是它在大光功率输入时不会产生非线性效应，虽然DCF-DCM由于非线性效应产生的光功率不大，一般每通道在-2dBm以下，但是FBG-DCM技术在现行任何光网络的最高功率上都不会引入非线性效应。
光纤的三个低损耗窗口波长
光纤的三个低损耗窗口波长
光纤的三个低损耗窗口是指在光学通信中，存在三个主要波长范围，在这些范围内光纤的损耗相对较低。
这三个窗口分别是：第一个低损耗窗口- 850纳米至950纳米：
应用：多模光纤的主要传输窗口，用于短距离和高速数据传输，如局域网（LAN）。
特点：在这个波长范围内，多模光纤表现出较低的传输损耗。
第二个低损耗窗口- 1310纳米：
应用：单模光纤的主要传输窗口，用于长距离通信，如城域网（MAN）和广域网（WAN）。
特点：单模光纤在1310纳米波长附近的损耗较低，适用于较长的通信距离。
第三个低损耗窗口- 1550纳米：
应用：用于长距离通信，特别是在光纤通信的远距离传输，如光纤长距离通信和光纤放大器。
特点：在1550纳米波长附近，光纤的损耗最小，能够实现长距离的信号传输。
这些低损耗窗口的选择是基于光纤材料和光学特性的考虑。
不同波长范围内光纤的损耗受到光纤本身的材料特性和制造工艺的影响。
选择适当的波长窗口有助于在不同需求下实现光纤通信系统的优化
性能。
1。
单模光纤中的色散及色散补偿技术
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:_11216020418 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2.1 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。
光纤色散及补偿方法简述
光纤色散及补偿方法简述光纤色散是指信号在光纤中传播过程中由于不同波长的光在光纤中的传播速度不同而导致的信号畸变现象。
不同波长的光在介质中的传播速度取决于介质的折射率，而光纤的折射率又与光的频率有关。
因此，光在光纤中的传播速度会因波长的不同而产生差异，这即是光纤色散的原因。
光纤色散主要分为两种类型：色散波长的差异导致的色散称为色散波长分散（波长色散），而在光纤的结构中由于光模的传播引起的信号畸变称为模色散（模波长分散）。
波长色散是指不同波长的光信号在光纤中的传播速度不同，导致信号传播时发生时间延迟，从而使信号的脉冲宽度增大并且使信号传输距离受限制。
波长色散分为正常色散和反常色散两种情况。
正常色散是指在光纤中，长波长的光信号传播速度比短波长的快；而反常色散则是相反的情况，长波长的光信号传播速度比短波长的慢。
正常色散主要由于材料的折射率随波长的减小而增加引起，而反常色散则是由于材料的折射率随波长的增大而减小引起。
模色散是指光波在光纤中的不同模式下传播速度不同而引起的信号畸变。
光纤中光波可传播的模式主要包括基模和高次模式。
基模是指光波在光纤中存在的最低阶模式，具有较大的传播速度；而高次模式则是指超过基模阶数的模式，具有较小的传播速度。
当光波在光纤中存在多个模式时，各种模式的光信号会引起相位的变化，从而导致信号的畸变。
为了克服光纤色散带来的问题，可以采用以下几种色散补偿方法：1.波长分组复用（WDM）：通过将信号分成不同频率的子信号，并使用光栅或薄膜滤波器进行接收和分离，以减少波长色散对信号的影响。
2.色散补偿光纤（DCF）：在光纤系统中引入一段具有与主光纤相反的色散特性的光纤，以抵消主光纤中的色散效应。
3.电气预调制（AM）：在发送端使用电调制器对光信号进行调制，通过改变光信号的频率来抵消波长色散。
4.光纤光栅：将光纤中的光信号经过光栅介质，根据不同波长的光在光栅中的光程差，实现对光纤色散的补偿。
5.光纤束缚（FBG）：通过在光纤中引入光纤光栅，改变光的折射率，从而抵消光纤色散。
色散补偿在G.652光纤传输系统中的应用
DCWTechnology Application技术应用111数字通信世界2023.121 研究背景光信号在长距离传输时，由于光纤色散效应引起脉冲展宽，产生码间串扰，严重时使得接收端产生误码现象，使得传输带宽变窄，限制了传输系统容量。
已广泛使用的常规单模光纤（Single-Mode optical Fiber ，SMF ）G.652在1 310 nm 波长处色散最小，但损耗较大，而在1 550 nm 波长处则具有较大的色散系数（17 ps/nm/km ），但损耗最低（约0.20 dB/km ）。
掺饵光纤放大器的出现和实用化，减小了损耗对通信距离的限制，但是由于工程应用对光传输系统高传输速率和大传输带宽的需求，色散问题日益显著，色散已成为影响传输特性的一个重要问题，必须予以解决。
色散补偿光纤以其无源特性、全阶补偿以及插损小等特点，在众多色散补偿技术中优势显著，对现有常规光纤通信系统（G.652）的扩容具有普遍实用意义[1]。
2 色散补偿色散补偿光纤DCF （Dispersion CompensatingFiber ，工程应用中为色散补偿模块DCM ）的原理：首先利用基模波导获取高的负色散值，而后通过改变光纤的芯径大小、掺杂浓度等参数，使零色散波长点转移至大于1 550 nm 波长位置，从而在1 550 nm 处得到较大的负色散系数。
而我们通常使用的G.652光纤为正色散光纤，通过局部配置色散补偿光纤模块（负色散系数）进行补偿，使得传输中采用的光纤色散值正负交替，系统总的色散接近零。
在实际应用中就是在现使用的G.652光纤上加上一段具有负色散性质的光纤（即色散补偿光纤DCF ），使传输系统总的色散值控制在系统允许容限范围以内，从而减小色散对系统的影响[2]。
应用DCM 时要求插入的色散补偿光纤的色散值色散补偿在G.652光纤传输系统中的应用张雪峰，张学松，陈宋祥，韦泽芬，葛小锋（海南省海口市龙华区华垦路10号，海南 海口 570236）摘要：色散补偿光纤以其无源特性、全阶补偿以及插损小等优点，被广泛应用于光纤通信传输系统，但在实际应用中如何选用、配置色散补偿模块（DCM），仍是工程技术人员需要系统思考的问题。
通信光纤型号
性 能
要求值
工作波长 (nm)
1310/1550
损耗系数 (dB/km)
色散系数 (ps/nm·km)
1310nm 1550nm 1310nm 1550nm
≤0.36 ≤0.22
0 +18
G.652光纤亚类
G.652A：仅能支持2.5Gbit/s及其以下速率的系统（对光 纤的PMD系数不作要求）；
）和DCF（色 散补偿光纤）等。
1. G.652光纤
G.652光纤又称为常规单模光纤或标准单模光纤（STD SMF），被广泛应用于数据通信和图像传输。在1310nm窗 口 处 有 零 色 散 。 在 1550nm 窗 口 处 有 较 大 的 色 散 ， 达 +18ps/nm·km，不利于高速率大容量系统。
2.5 通信光纤型号
根 据 ITU-T 规 定 ， 目 前 常 用 的 单 模 光 纤 包
括 G.652光纤（常规单模光纤）、G.653（色散位
移光
纤）、G.654（1550nm低损耗光纤）、
G.655（非 零 色 散 位 移 光 纤 ） 、 G.656 （ 色 散 平
坦 光 纤 ） 、 G.657光纤（弯曲损耗不敏感单模光纤
G.652B：可以支持10Gbit/s速率的系统（要求光纤的PMD 系数小于0.5ps/km1/2） ；
G.652C：基本属性与 G.652A相同，但在1550nm的损耗系 数更低，而且消除了1380nm附近的水吸收峰，可以工 作 在整个1360~1530nm波段；
G.652D：属性与G.652B光纤基本相同，而损耗性能与 G.652C光纤相同，即系统可以工作在1360~1530nm波段 。
性
工作波长
光纤的损耗和色散
解决方法： (1) 光纤材料化学提纯，比
如达到 99.9999999% 的 (2) 制纯造度工艺上改进，如避
免使用氢氧焰加热 ( 汽 相轴向沉积法)
原子缺陷吸收
光纤制造 -> 材料受到热激励 -> 结构不完 善 强粒子辐射 -> 材料共价键断裂 -> 原子缺 光陷纤晶格很容易在光场的作用下产生振动
群时延色散
通常在 波 长2域c习 惯 用Dl 来2表2c示谱宽。
根据w和l之间的关系：
代 其 入 中T DD T(L l中) 称2 ， 为 那色 么散L 可 系2 以2 数 得2 ：c 到 ： L D
ps/(km·nm)
标 为
准 ~ 1单7 模p s光D/ k(纤m)在·n1m52502cnm2
带宽和距离乘积：
BL < 1 (Gb/s)·km
模内色散对传输带宽的影响
01 不同线宽下的系统 色散所允
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03
结论：
一． 光源线宽越宽色散越严重 二． 零色散光纤对提高系统性
02 许的带宽与传输距 离的关系 nm：光源线宽非常小
对于高速光链路 (> 40 Gb/s)，色散成为首要考 虑的因素之一
1320
1550 nm
普通商用光纤
色散位移光纤
G.656 色散平坦光纤
在较大的范围内保持相近的色散值，适用于波分复用系统
总色散
30 20
10 0
-10 -20 -30
1.1 1.2
普通光纤
l1
l2
色散平坦光纤
1.3 1.4 l ( mm)
1.5 1.6 1.7
光纤通信系统中的信号传输失真与补偿方法
光纤通信系统中的信号传输失真与补偿方法随着信息技术的飞速发展，光纤通信系统作为一种高速、大容量、低损耗的通信方式，得到了广泛的应用。
然而，在光纤通信系统中，信号传输过程中会受到多种因素的影响而产生失真，从而降低了通信系统的性能和可靠性。
因此，研究和采用有效的信号传输失真补偿方法，对于提高光纤通信系统的性能至关重要。
一、信号传输失真的原因1. 色散效应：色散是指光信号在光纤中传输过程中，由于不同波长的光的传播速度不同而引起的传输延迟差异。
这种传输延迟差异导致光信号脉冲宽度扩展，从而影响光信号的解调和识别。
2. 线性损耗：光信号在光纤中传输时会受到光纤弯曲、扭曲等因素的影响而产生线性损耗。
线性损耗会导致光信号的能量衰减，从而降低信号的强度和质量。
3. 非线性效应：非线性效应主要包括自相位调制（XPM）、互相位调制（FWM）和自发光（ASE）等。
这些效应会导致光信号的频谱扩展、相位畸变和增加噪声等，从而使信号失真。
二、信号传输失真补偿方法为了解决光纤通信系统中信号传输失真的问题，科学家们提出了多种信号传输失真补偿方法，可以有效地提高光纤通信系统的性能和可靠性。
1. 光纤衍射补偿方法光纤衍射是由于光信号的传输过程中受到了光的波动性的影响而产生的失真。
为了减少光纤衍射引起的传输失真，可以采用预加权、均衡和衍射抑制等技术。
其中，预加权技术可以在发送端对光信号进行预处理，减少光纤衍射的影响；均衡技术可以在接收端对光信号进行均衡处理，使信号的频率响应变得平坦；衍射抑制技术可以通过设计光纤的结构参数来抑制光纤衍射效应。
2. 色散补偿方法色散是光纤通信系统中主要的信号传输失真因素之一。
为了解决色散引起的信号传输失真问题，可以采用主动或被动补偿方法。
主动补偿方法主要包括光纤光栅衍射、电调制与光调制的联合补偿等技术；被动补偿方法主要包括单模与多模光纤的混合传输、多中心光纤的设计等。
3. 光纤放大器补偿方法光纤放大器是光纤通信系统中放大光信号的重要设备，但它也会引起信号传输失真。
光纤的分类及比较(包括各种单模光纤的色散及衰减特性)
4 对各种单模光纤特性的比较
• G652 • G653 • G654 • G655
1 ）G652光纤又被称为标准单模光纤，这种光纤是目前应用在1310nm窗口的最广泛的零色散波长的单模光纤。
2）其特点是当工作波长在1310nm时，光纤的色散很小，约为3.5ps/nm*km,系统的传输距离基本上只受光纤衰减所限制；但在1550nm波段色散较大，约为20ps/nm*km。
1）G654光纤又称为非零色散光纤，这是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1550nm处，而在1525nm或1585nm处。 2）零色散光纤同时削减了色散效应和四波混频效应，所以非零色散光纤综合了标准单模光纤和色散位移光纤，有比较好的传输特性，特别适合于高密度的波分复用系统的传输。
G655
A(l) = 10lg p1 (dB)
p2
p1、p2分别为光纤注入端和输出端的光功率。 （ dB与dBm）
光纤损耗（衰减）的定义
若光纤是均匀的，则还可以用单位长 度的衰减即衰减系数α来表示：
a (l) = 1 A(l) = 1 10 lg p1 (dB / km)
L
L
p2
光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽 度被展宽
色散补偿技术
当前，发展比较成熟的、主流的色散补偿技术主要是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要技术是在每个（或几个）光纤段的输入或输出端通过放置 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，从而可以使单信道1550nm外调制光纤干线的色散得到较好的补偿。
因此，对于超长距离的光纤传输，现有的色散补偿技术可以相对较好的解决色散问题，对于超远距离的传输，其首要考虑的因素是光纤的衰减特性。
ps/nm·km