高速光通信系统中的色散补偿解析.docx

高速光通信系统中的色散补偿 1．前言 随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加， 色散问题日益显著。 已经铺设的常规光纤规 G.652线路的零色散点位于1310nm,在1550 nm处时则具 有较大的色散系数(17ps/nm/km),光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的 积累引起脉冲展宽,导致严重的码间串扰,使得接收端产生误码现象,从而使传输 特性变坏。光纤色散补偿技术的研究,对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的 容量具有尤其重要的意义。 色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用,发展高速全光网络的一个先 决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。色散补偿器件在高速传输系统及下一 代智能光网络中有着广泛应用。 2. 技术方案简介 目前商用的光学色散补偿模块,包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类,分别 是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、 GT 标准具这三种技术方案。 2.1 色散补偿光纤 色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值,通过改变光纤的芯径、掺杂 浓度等结构参数，使零色散波长移至大于 1550nm 波长的位置，于是在 1550nm 处 得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。为了得到高的负色散值系数， 必须减小光纤芯径， 增加相对折射率差， 而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加 (0. 5~1dB/km)。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补 偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相 同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。 色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都 是通过 DCF+G.652 光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿 ,能够从 100G Hz 间隔系统平滑升级到 50GHz 间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、 非线性效应以及模块尺寸大等缺点。 2.2 啁啾光纤光栅 啁啾通常是指一种频率变化的现象。如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变 化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光 纤光栅。啁啾可以是线性的，也可以是非线性的。 当光脉冲信号通过图 1 总长度为 L 的啁啾光栅(周期由大到小)时，信号的长、 短波长分量分别在光纤的头、尾部反射，则短波分量比长波分量多走了 2L 的路程， 从而补偿了由群速度不同而导致的色散，起到压缩由于光纤传输所导致的光脉冲展 宽的作用。 对于10Gb/s及其以上的系统，系统商开始选择啁啾光纤光栅进行色散补偿。 特点 是插入损耗很小，且损耗与补偿距离无关，几乎不受光纤非线性影响，对光信号的 延迟非常低，模块体积小且成本低。 图1啁啾光栅色散补偿原理 2.3 GT标准具 基于GT标准具技术的色散补偿模块，其核心元件 GT标准具是由两个平行反射 镜构成，前一片是低反镜，后一片是全反镜，镜片之间的介质折射率小于反射镜的 折射率。GT标准具使光信号中不同的光谱分量所传输的光程不同，产生周期性的 色散效果。当该色散周期与信道间隔匹配时，该方案可同时补偿所有 DWDM信道 的色散。采用单级GT标准具，色散补偿范围和工作带宽有限。通过多个 GT标准 具级联，参见图2中的配置，结合标准具内光学介质的热光效应，通过加热器改变 温度，精确控制每个标准具群时延曲线的峰值波长位置，不仅实现大范围的色散量 调节，同时也拓宽了通道工作带宽，可用于系统的可调色散补偿。 图2级联型GT标准具 斗弭e 曾 i?Q04 1550 if isacrn 15403?lUMlwtgih (fwn | 斗弭e 曾 i?Q04 1550 if isacrn 15403? lUMlwtgih (fwn | 图3级联型GT标准具工作原理 2.4技术方案对比 表1对以上三种技术优缺点进行了对比，从图 4和图5中插入损耗和延迟这两项 指标的比较，我们发现啁啾光纤光栅具有插入损耗低和低传输延迟特征。 色媲光纤 鬧啾光軒光攔 GT标准具 HM#动 无 有 色敌可调 不能 能 能 工作液段 宽 宽 宽 工作带宽 连续 逹续、通疆内 通道内 插入损耗 低 离 非删财 有 :无 无 n 信号楚迟 S 低 低 器 丸 小 小 表1色散补偿技术方案对比 02060 so loo no 0 20 60 so loo no 图 图4各类方案插入损耗指标对比 20 40 60 M 1OQ 120 20 40 60 M 1OQ 120 禅忙业离〔伽卜 图5各类方案的延迟对比 3.高速光通信系统中的色散补偿 高速光通信系统中的色散管理复杂，不同类型的传输系统对色散补偿有不同的要 求，可参见表2 （仅列出了部分应用），结合表1我们发现现有的色散补偿技术都无 法全面满足各