光纤色散补偿技术Word
超高速光纤通信中的色散补偿技术
１ 当前主要 的色 散补偿 技术
１ ． １ 采 用色 散补 偿 光纤 优化 色 散特性
色散 补 偿 光 纤 的基 本 原 理 是 让 光信 号 先 通 过 一 段 不 同 的
仔 细设 计 整 套 的 干 涉仪 写入 系统 ．否 则 严 重 的 稳 定 性 将 致 使 其 无 法大 批 量 生产
严 重 。 为 了进 免 该 缺 点 ， 又提 出 了一 种 新 型 、 双 模 色散 补 偿 光
１ ． ３ Ｇ Ｔ标准 具 技术
采用 Ｇ Ｔ标 准 具 技 术 的 色散 补 偿 模 块 由两 个 平 行 反 射 镜
偿技术 的研 究和发展 ， 对提高 目前 已经铺 设的常规 光纤通信 系统容量提升具有尤其重要的意义。
【 关键词 】 超高速 ， 光纤通信 ； 色散补偿 技术 【 中图分 类号 】 Ｔ Ｎ ９ ２ ９ ． １ １ 【 文献标 识码 】 Ｂ 【 文章编号 】 １ ０ ０ ６ － ４ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ４ — ０ ０ ０ ３ — ０ ３ 反射 波长 ｈ ＝ ２ Ｎ ｅ ｆＡ＝ ２ ｓ ｉ ｎ （ ０ ， ２ ） ， 因此 ， 可 以 通过 改 变 两 光 束 夹
对 紫 外激 光 相 干长 度 无 特 殊 要 求 ， 写入速度快 ， 写 入 过 程 受外
部环境的影响小， 因此 是 最 受 欢 迎 的 光 纤 光栅 制 作 方 法 。 色散 补 偿 调 啾 光 纤 光栅 的优 点是 结 构 小 巧 ，很 容 易接 入 光 纤 通 信 系统 ． 然 而也 存 在 一 些 急 需 克 服 的 缺 陷 ， 如 带宽过 窄、 群 时延
光纤色散的补偿方法
3、 光子晶体DCF
光子晶体光纤(PCF)是 一个新兴的研究领域，它 有3个突出的优点：第1,可 以在很大的频率范围内支 持光的单模传输；第2，允 许改变纤芯面积，以削弱 或加强光纤的非线性效应； 第3,可灵活地设计色散和 色散斜率，提供宽带色散 补偿。
4、 电子色散补偿(EDC)技术
EDC技术由于其小型化、低功率和低成本的优点而逐渐受到更多的关 注。EDC是基于电了滤波(均衡)技术进行光纤色散补偿的，它通过对接收 的光信号在电域进行抽样、软件优化和信号复原，能有效地调整接收信号 的波形，恢复由于色散,PMD和非线性引起的光信号展宽和失真，从而达到 色散补偿的效果。在实际应用中，为了实现自适应EDC,最常见的是采用前 馈均衡器(FFE)和判决反馈均衡器(DFE)组合的结构，如图2所示。
1、常规DCF技术方案 DCF的主要性能指标如表1所示。
1、常规DCF技术方案
国内外大型光纤厂家都有相关产品，表2列举了其 中几个有代表性的DCM产品的参数。表中色散补偿 量以80 km的指标为例。
2、光纤布喇格光栅(FBG)色散补偿
当光脉冲通过线 性啁啾光栅后，短 波长的光的时延比 长波长的光的时延 大，正好起到了色 散均衡作用，从而 实现了色散补偿。 FBG所能补偿的色散 量及带宽由光栅长 度和啁啾量来决定。
减小色 散的技术
压缩光源的谱宽
选用新型光纤
四、光纤色散的补偿
色散补偿原理
光纤色散补偿方法
色散补偿技术的发展方向
(EDC)
常 规 DCF 技 术 方 案
光 纤 布 色喇 散格 补光 偿栅
光 子 晶 体 DCF
电 子 色 技散 术补 偿
(FBG)
偿宽 带 系 统 色 散 补
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。
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。
光纤通信系统中色散补偿技术.doc
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（0.110.0pb/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。
色散补偿文档
色散补偿什么是色散在光学中，色散是光的传播过程中波长与传播速度之间的关系。
简单来说，色散是指不同波长的光在介质中传播时会发生速度差异，进而导致光的波形发生变化的现象。
色散可以分为正常色散和反常色散两种情况。
正常色散是指在介质中，短波长的光比长波长的光传播速度更快，而反常色散则相反，短波长的光比长波长的光传播速度更慢。
色散对光传输的影响色散会导致光信号在传输过程中失真和模糊，严重影响光纤通信和光学传感等领域的性能和应用。
当光信号经过介质传输时，不同波长的光会以不同速度传播，导致光信号发生不同程度的延迟。
这种延迟会导致光脉冲扩展和重叠，使得信号失真、宽度增大和噪声增加。
在光纤通信中，这会降低信号的传输速率和传输距离，并增加误码率。
此外，色散还会导致光信号的波形畸变，使得光脉冲的峰值和频谱发生变化。
这对光学传感系统和光纤光栅等设备的精度和性能要求提出了更高的要求。
色散补偿技术为了解决色散对光传输的影响，人们提出了一系列的色散补偿技术。
这些技术可以有效地抑制和补偿色散效应，提高光传输的质量和性能。
常用的色散补偿技术包括：1. 同轴电缆色散补偿同轴电缆色散补偿是通过在光纤系统中引入同轴电缆来补偿色散。
同轴电缆具有负色散效应，可以与光纤的正色散相互抵消，从而减小色散对光信号的影响。
2. 光纤色散补偿器光纤色散补偿器是一种利用特殊设计的光纤来补偿色散的装置。
它可以在光纤传输过程中引入负色散，与正色散相互抵消，从而减小色散对光信号的影响。
3. 数字信号处理技术数字信号处理技术是一种利用数学算法对光信号进行处理来抑制和补偿色散的方法。
通过对接收到的光信号进行数学运算，可以减小色散引起的信号失真和延迟，提高信号的传输质量。
4. 光学时钟恢复技术光学时钟恢复技术是一种利用光学时钟恢复器对光信号进行时钟重构来抑制和补偿色散的方法。
光学时钟恢复器可以根据光信号的波形提取出时钟信息，从而实现对光信号的补偿和恢复。
色散补偿的应用色散补偿技术在光纤通信、光子集成电路和光学传感等领域有着广泛的应用。
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。
可见光保偏色散补偿光纤
可见光保偏色散补偿光纤摘要：一、引言二、可见光保偏色散补偿光纤的定义与特性三、可见光保偏色散补偿光纤的应用领域四、可见光保偏色散补偿光纤的发展趋势与前景五、结论正文：一、引言随着光纤通信技术的飞速发展，对于光纤的性能要求越来越高。
在光纤通信系统中，色散是影响系统性能的主要因素之一。
为了提高光纤通信系统的性能，人们研究出了可见光保偏色散补偿光纤。
二、可见光保偏色散补偿光纤的定义与特性可见光保偏色散补偿光纤，简称DCF（Dispersion Compensating Fiber），是一种具有大负色散特性的单模光纤。
它主要针对现有的G652 标准单模光纤而设计，以补偿光纤通信系统中的色散失真。
这种光纤在1550nm 波长附近具有较大的负色散值，能够有效地补偿常规单模光纤的色散效应，从而提高光纤通信系统的性能。
三、可见光保偏色散补偿光纤的应用领域可见光保偏色散补偿光纤广泛应用于光纤通信系统、光网络和光传输设备等领域。
它可以提高光信号的传输质量和传输距离，从而改善光纤通信系统的性能。
此外，可见光保偏色散补偿光纤还具有较低的信号衰减和较小的色散斜率，有助于进一步优化光纤通信系统的性能。
四、可见光保偏色散补偿光纤的发展趋势与前景随着光纤通信技术的不断发展，对可见光保偏色散补偿光纤的需求越来越大。
未来，可见光保偏色散补偿光纤将朝着更宽的波段范围、更高的负色散值和更低的信号衰减等方向发展，以满足光纤通信系统更高的性能要求。
同时，新型光纤材料和制造工艺的研究也将为可见光保偏色散补偿光纤的发展提供新的技术支持。
五、结论可见光保偏色散补偿光纤作为一种具有大负色散特性的单模光纤，对于提高光纤通信系统的性能具有重要意义。
17-光纤色散及补偿方法简述
色散及其补偿介绍目录目录色散及其补偿介绍 (2)一、色散的基本概念 (2)1.1 基本概念 (2)1.2 光纤中色散的种类 (2)1.3 光纤色散表示法 (2)1.4 单模光纤的色散系数 (3)1.5 光纤色散造成的系统性能损伤 (3)1.6 减小色散的技术 (4)1.7 偏振模色散（PMD） (6)二、非线性问题 (7)色散及其补偿介绍当前，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。
一、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。
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。
光纤通信系统中的可调谐色散补偿技术
虚像 相位 阵列是 一种可 对正 负色散进 行宽带 补
偿 的器件 。它使 用 微透 镜 技术 和角 色散 原 理 ， 不 使 同的波 长 的光 传 输 不 等 的 距 离 ， 现 要 求 的群 延 实
１ 引 言
光纤 法 ， 光纤布 拉格光 栅补偿 模块 法 ， 源预 啁啾法 光
随着 人 们对 通 信带 宽 需求 的迅速 增 长 ， 光纤 通 信 骨干 网上单通 道传 输 速 率 一直 在 朝 着 高速 率 、 大
容量 和长距 离 的方 向发 展 。而光纤损 耗 和色散 的存
等 。但 是 固定 补偿 后 传输 系 统 的 累 积 色 散 还 有 残 余， 对于 色散容 纳能力 小 的高速 系统 ， 系统对 于 探测 累积 色散 的微小 波 动非 常 敏感 ， 因此 即使进 行 了完 善 的静态 色散补 偿 ， 难 以保 证 系 统 的性 能 。 因此 也
限。 因此 ， 色散 补偿 单元 必须 具 备 动 态 可调 谐 功 能才 能 适 应 下 一代 光 通信 网络发 展 的需 要。 本 文介 绍 了几 种 动态可调 谐补偿 技术 的基本 原理 性 能特 点及 其 国 内外研 究 情况 ， 中包 括 啁 其
啾光 纤光栅 法、 虚像 相位 阵列 法、 Ｇ—Ｔ干 涉仪法 、 阵列 光 纤光栅 法和平 面 光 波 导法 ， 并且 简 要 讨论 了可调谐 色散补偿 技 术今后 的发展 方 向。 关键 词 ： 色散 ； 可调谐 色散 补偿 ； 光纤通 信
其 中 ， 有 效 折 射 率 ； 为 光 栅 周 期 。Ｆ Ｇ用 于 ｎ为 Ａ Ｂ
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。
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。
6、色散补偿技术
第5节 全通光均衡器 （色散补偿滤波器）
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一.工作原理
1. 全通光均衡器 （色散补偿滤波器）
1) F-P腔组成 2) 特性： a. n0 ,d一定,F-P腔会对一些特定的波长—谐振波长的光产 生反射。 2d n n＝1，2，3… n 反射带宽较窄
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b.在反射带宽范围内，不同 频率分至的时延不同，即 具有色散。 n 时为正色散， n 时为负色散。色散补偿时 工作带宽色散特性曲线上 色散峰的半幅全宽（FWHM） 约为40～60pm，宽带补偿 B=10Gb/s
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2. 色散补偿原理：以G.652单模光纤组成线路为例，OPC 接在线路中间，前后两段光纤色散同一性质。
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二.同时精确补偿GVD和SPM影响的条件
式中
D1
1
L1
P 1
D2 ， 2 ， L2 ， P2 ，
P2 P2 1 exp 2 L2 2 L2
P 1 exp 1 L1 1 L1 1 P 1
18
2)
反射率
0.6
900 700
0.4
500 300
2.
补偿原理
0.2
长 波 长 光
短 波 长 光
100 0 1549.6 1549.7 1549.8 1549.9 1550 1550.1 1550.2 1550.3 -100
L
波长(nm)
光输入
光输出
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时延(ps)
特性： a. 对某一波长（ ）的一定 Z 带宽范围内的光有反射作 用 b. 发射带宽内具有负色散
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三.DCF的应用
1. DCF的品质因素（FOM）
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。
光纤通信系统色散补偿技术进展
光纤通信系统色散补偿技术进展一前言近年来，随着互联网业务的迅速增长，多种新型宽带业务应运而生，对宽带通信业务容量与速率的要求也越来越高。
但迄今为止，商用光纤通信系统的传输速率仍被限制在几十Gbit/ s以下，这从根本上阻碍了光纤通信的发展。
限制光纤中光信号传输的两个重要因素是损耗和色散。
损耗限制了光信号传输的距离，色散限制了通信容量。
虽然损耗问题随着1990年掺饵光纤放大器(EDFA)的出现得到了较好的解决，但却加剧了色散的累积，使得色散问题更加突出，因此如何有效地控制光纤色散成为国内外研究的热点问题。
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，这在波分复用( WDM)系统中尤为重要。
因此，研究宽带多波长色散补偿具有重要意义。
二色散的基本原理在光纤中，不同频率的信号传输速率不同，传输相同距离后会有不同的时延τ，从而产生时延差（Δτ）。
时延差越大，表示色散越严重，具体表现为光脉冲在沿光纤传输过程中被展宽的程度愈大。
因此色散的度量，通常都是采用每单位长度的群时延差来表示。
脉冲在单模光纤中的传输基本方程为式中，A为光信号的缓变振幅；z为传输距离；T为时间；β2为群速度色散( GVD)或称二阶色散系数，它是脉冲展宽的主要因素；β3为高阶色散(又称三阶色散)系数。
与二阶色散相比，三阶色散对脉冲的影响通常较小。
当|β2|> 1 ps²/ km时，β3可以忽略不计。
求解方程得:式中，A ( 0, ω)为A ( 0, T)的傅里叶变换。
可见，色散引起的光信号畸变是由相位系数exp﹛iβ2ω²∕2﹜决定的。
单模光纤单位长度的色散量可以由下式得出:式中，c为光速，V为光纤传输的归一化频率，b为归一化传输常数。
式(3)等号右边第1项决定于材料折射率，称之为材料色散;第2项由于与光纤波导性能有关，称之为波导色散。
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。
基于LP01模的单模DCF在设计时采用较小的 光纤内径，得到较高的相对折射率差Δ，从而实 现在1550nm处较大的负色散。
(2)DCF的品质因数
DCF的品质因数FOM（Figure ofห้องสมุดไป่ตู้Merit）定义为
FOM D
D——色散系数，单位（ps/nm·km）
α——衰减系数，单位（dB/km）
色散补偿光纤DCF与常规单模光纤色散特性
色散补偿光纤DCF 预啁啾技术 色散均衡器 光相位共轭色散补偿 色散支持传输 偏振模色散（PMD）补偿技术
1、色散补偿光纤DCF
光脉冲信号经过长距离光纤传输后，由于色散效应而产生 了光脉冲的展宽或畸变，这时可用一种在该波长区具有负色散 系数的光纤来进行补偿。DCF就是一种具有很大负色散系数的 光纤，用来补偿常规光纤工作于1310nm或1550nm处所产生 的较大的正色散。
3、色散均衡器
典型的色散均衡器是利用与光纤相反色散特性 （相反群时延斜率）的器件补偿光纤色散。 色散均衡的种类有许多。这里介绍啁啾光纤光栅和F-P 腔色散均衡器两种。
(1)啁啾光纤光栅
啁啾光纤光栅（Chirped Fiber Grating）是 在光学波导上刻出一系列不等间距的光栅，光栅 上的每一点都可以看成是一个本地布拉格波长的 通带和阻带滤波器，不同波长分量光在其中传输 的时延不同，且与光纤的色散引起的群时延正好 相反，从而可补偿由于光纤色散引起的脉冲展宽 效应。
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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。
色散补偿光纤
色散补偿光纤的基本思想是让光信号通过不同的光纤段，这些光纤段具有不同的色散。
色散补偿光纤思想在1980年就已经被提出来了，然而，只有到了1990年光纤放大器的出现才加速了色散补偿光纤的发展步伐。
DCF主要有两种设计:单模DCF和多模DCF。
在单模DCF中，光纤的归一化截止频率V很小(V ≈ 1)，大部分光纤模式都在折射率比较小的
包层中传输，将产生D≈—l00ps/km·nm的色散，最近，色散超过一200ps/km·nm的色散补偿光纤亦已研制成功。
但是，单模色散补偿光纤的损耗很高(α≈0. 5dB/km )，且由于其芯径比较小，相对地增加了入射光的功率，导致非线性失真严重。
为了进免以上缺点、提出了一种新型、双模色散补偿光纤，其归一化截止频率V ≈2.5。
虽然这种双模DCF与单模DCF 的损耗几乎相同，但可以增加几个量级的负色散参数(约为－770ps/km· nm },同时增加了补偿距离和补偿带宽。
然而，此种双模DCF还需要一个将基模转换为高阶模的模式转换器，结构复杂，增加了一部分介人损耗。
啁啾光纤光栅色散补偿
所谓光纤光敏性就是在紫外激光作用下，纤芯折射率发生永久性的变化。
利用光纤光敏性和特定曝光方法，能够形成纤芯折射率变化的周期性结构—光纤光栅。
光纤光栅是在线式反射器件。
光纤光栅具有介人损耗低、对偏振不敏感、与普通光纤接续简便、光谱响应特性(光谱形伏、带宽、反射率、边模抑制比》的动态可控制等特点。
光纤光栅在色散补偿中的应用如图2所示.
目前流行的光纤光栅制作技术主要有两种，即全息写入技术(图3)和相位掩模写入技术(图4),
全息写人技术就是利用干涉仪形成的干涉条纹写人光纤光栅。
干涉
条纹的间距就是光纤光栅的周期∧，∧=λ/2Sin(θ/2)，而光纤光栅反射波长λ=2N eff∧=2Sin(θ/2)，因此可以通过改变两光束夹角来控制光纤光栅反射波长。
为了得到良好的干涉仪条纹，所用紫外激光需要保证有一定的相干长度，同时在曝光过程中精确保证整个干涉仪稳定。
因此，必须仔细设计整套的干涉仪写入系统。
否则，尽管这种方法使用灵活，缺乏良好的稳定性也终将导致其难以适合批里生产。
另一种常用的方法是相位掩模写人方法。
相位掩模本身就是一个在石英衬底上刻蚀的光栅，通过控制刻蚀深度使衍射光的0级受到抑制，绝大部分的衍射光对称分配在±1级。
±1级衍射光相互干涉产生的干涉条纹在纤芯形成光纤光栅。
在实际制作中，光纤直接放置于掩模下，与掩模接近接触{near contact)。
光纤光栅周期L为相位掩模板周期的二分之一利用计算机辅助集成制造系统能够克服紫外光源有限宽度的限制，并且能够灵活控制写入光栅的长度和切趾函数等参数。
相位掩模写入方法对紫外激光相干长度无特殊要求，写人速度快，写人过程受外部环境的影响小，因此是最受欢迎的光纤光栅制作方法。
色散补偿调啾光纤光栅的优点是结构小巧，很容易接入光纤通信系统.然而也存在一些急需克服的缺陷，如带宽过窄、群时延非线性、额外的介入损耗及需要解决制作过程的实用化，如制作过程的可重复性、封装、温度补偿等。
光孤子通信
孤子是一种波动，其能量局限于一个有限的范围内，以一定的速度传播，且在传播的动态平衡中保持形状不变。
从物理实质上讲，光孤子的形成是光纤介质的色散和非线性效应的相互补偿的平衡结果。
光孤子通信系统具有以下非常诱人的的优点:
*容量大，普通光纤通信系统单信道的传输速率为几个Gb/ s,光孤子通信系统可达20Gb/s，甚至超过l00Gb/s.
*复用简单、造价低廉.
*全光通信，适用于下一代的超高速、大容盆的通信系统.
*误码率低，抗干扰能力强。
*利用非线性效应平衡色散的同时也克服了非线性效应。
然而光孤子的发展仍受下列因素的限制:
*要求放大器的间距远小于孤子周期(一般色散位移光纤，放大器间距为25一35 km)，限制了传输距离。
对超高速(>100 Gb/s)通信系统，由于光孤子的周期较小，需利用分布式
光纤放大技术(DEDFA),
*籍采用孤子控告归支术，以解决孤子间的相互作用及Gordon-Haus效应，结构较复杂。
*光孤子的产生和传输。
都需要与目前常规光纤通信系统截然不同的装置和光纤，使得光孤子通信系统的性能价格比较低.
光孤子的控制方案可采用色散补偿技术，即用色散补偿光纤或光纤光栅，使传输系统的色散减小至适合于光孤子传输。
现在看来，最终的色散补偿方案将是光孤子通信，其发展前景将是美好的。
另外，为了减小光纤中的偏振模色散，可以采用偏振保持光纤或大有效面积光纤等办法。
然而单模光纤由于芯径很小，其有效面积毕竟有限，而偏振保持光纤的制造很困难，造价很高，同时传输损耗增大。
如何提高光纤的生产工艺以降低偏振模色散是一亟待解决的问题，目前关于这方面的研究还比较少
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-----------------光纤色散补偿综述
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