光纤的色散特性

思考
1.已知一光纤对于1310nm波长是单模传输，当传输850nm波 长和1550nm波长的光波时，其色散特性有何不同？
2.在什么条件下，光纤的色散为零？ 3.倘若光纤端面折射率分布为三角形，与平方律折射率分布 光纤相比，哪种波导色散大？为什么？
种改进的DSF，在光纤制作中，适当控制掺杂量，大到足以抑制DWDM中的四波 混频，小到足以允许单信道10Gb/s，而不需色散补偿。适用于10Gb/s以上速率 DWDM传输，是大容量传输的DWDM系统用光纤的理想选择。
三种光纤色散情况比较
普通光纤(SMF) 非色散位移光纤（NDSF，G.652） 已有光纤的>95% 18
色散补偿
色散补偿方案： 非色散位移光纤（NDSF）：单模光纤，零色散波长1.3um；不适用
于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。
色散位移光纤（DSF）:通过改变折射率剖面形状增大波导色散，使
零色散点往长波长方向移动：1.55um。四波混频（FWM）是主要的问题, 适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于 DWDM应用。 非零色散位移光纤（NZ－DSF）：Lucent：1.53um；Corning：>1.57um。一
偏振模色散(PMD)
基模两个互相正交的偏振模的传输速度不同导致光脉冲展宽， 称之为偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）。
• • • • •
应力、温度、弯曲使光纤不具备圆柱的对称性，引入双折射效应； 光纤中传输的光脉冲激励了多个偏振模式； 各个偏振模式在光纤中传输速度不同； 对于高速率（>10Gbit/s）的传输系统，PMD越严重； 由于PMD的随机性，一般只能对PMD的平均值进行补偿。
掺GeO2石英玻璃的折射率-波长特性曲线的关系
模内色散（色度色散）
波导色散：波导结构影响光波群速度。 • 光纤中只有80%的光功率在纤芯中传播，20%在包层中传播。 • 光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输，
由于包层中传播速率大于纤芯，就出现色散。
• 波导色散的大小取决于光纤的设计。
阶跃折射率光纤（Step-index fiber, SIF)
使用GIF 减少模式数
渐变折射率光纤（Graded-index fiber, GIF)
模内色散（色度色散）
材料色散：纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同
波长承载的光脉冲成分的传播速度也随波长而变化，使得光
脉冲波形被展宽，称之为材料色散。
色散补偿
FBG补偿器：一种选择特定波长反射的无源光纤器件。 使原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减少不同波长 由于速度不一样而导致的时延。
小结
光纤色散
• 模间色散 • 色度色散
光纤传输的影响
光纤色散的类型
• 偏振模色散 EE+ EE+
色散补偿方案
非色散位移光纤，色散位移光纤，非零色散 位移光纤，色散平坦光纤，色散补偿光纤； 光纤光栅补偿器
光纤色散种类
多模光纤色散 （适用于局域网）
• 模间色散
色度色散（模内色散）。
• 材料色散
• 波导色散
单模光纤色散 （适用于骨干网）
这种色散并不是由 频率不同引起，称 之为单色弥散。
• Байду номын сангаас振模色散
模间色散
• • • • 多模光纤中，不同的模式以不同的群速度传输； 光脉冲由不同的模式支持传输，就会导致色散； 传输的模式越多，模间色散越大; 取决于光纤的折射率分布（SIF>GIF）.
色散
雨后的彩虹——色散 复色光分解成单色光而形成光谱的现象。 “三棱镜”
这是由于棱镜材料对不同波长（不同颜色） 的光呈现的折射率不同，使光的传播速度不 同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在 空间上散开。 光纤中的色散？
主要内容
光纤中的色散
光纤色散的种类 色散补偿
光纤中的色散
光纤通信系统中传递的信息总是以光脉冲的形式在光纤中传输。 随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，称为色散。
色散在传输信号上的反映即为群延时。 群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。 延时差：速度不同，即延时不同。
色散定义
D
d g d
g D L ( ps)
光纤色散的影响
光纤色散 光脉冲展宽 引起时域信号干扰
中继距离减小
速率降低
光纤通信误码率增加
色散是光纤传输中的损耗之一！ 也是光纤通信传输距离首要限制因素之一！
DWDM 波长范围
色散 0 ps/nmkm
1310nm
波长 1550nm 色散位移光纤（DSF,G.653） 非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）
色散补偿
色散平坦光纤（DFF）
• 在1530－1550nm范围,色 散趋近于0 • 适用于波分复用系统
色散补偿光纤（DCF）
利用一段光纤来补偿光纤中的色散。 如常规的单模光纤在 1.55um波长区为 正色散值，那么 DCF 光纤应该具有负 色散值，零色散值在1.7um以上。