光纖通信系統(tǒng)中的色散問題及其補(bǔ)償研究

1、高速光纖通信的色散補(bǔ)償技術(shù) 2015學(xué)年第1學(xué)期考試科目 光纖通信原理 姓 名 年 級 2014級 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 2015年 1月 15日高速光纖通信系統(tǒng)的色散補(bǔ)償問題#（ 重慶郵電大學(xué) 光電工程學(xué)院 重慶 400065）摘要：本文首先對色散進(jìn)行了較全面的概述，提出并分析各項(xiàng)光纖參數(shù)對通信系統(tǒng)的影響。簡單的說明了色散補(bǔ)償?shù)脑恚榻B了當(dāng)代的幾種光纖色散補(bǔ)償技術(shù)，進(jìn)而將這些方法進(jìn)行多方面的比較分析，展望色散補(bǔ)償研究前景。關(guān)鍵詞：光纖通信；色散補(bǔ)償；脈沖展寬；比較；Optical communication system of dispersion problems and compen

2、sation research#(The Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)Abstract:This paper first to dispersion is comprehensive overview of, put forward and analysis the optical fiber parameters on the influence of the communication system. A short description of the disp

3、ersion compensation principle, this paper introduces several kinds of contemporary optical fiber dispersion compensation technology, and a lot of these methods of comparative analysis, looking to the dispersion compensation research prospect.Key word:Optical Fiber Communication;Dispersion Compensati

4、on;Pulse Broadening;Compare;0 前 言近年來，隨著電信業(yè)務(wù)的發(fā)展和需求的不斷增長，需要傳輸系統(tǒng)提供更高的容量，目前普遍采用波分復(fù)用技或提高傳輸速率來增加系統(tǒng)的容量。我們知道，影響光纖通信系統(tǒng)的兩個(gè)主要問題是光纖的衰減和色散。隨著摻鉺光纖放大器（EDFA）的實(shí)用化，光纖損耗不再是限制系統(tǒng)性能提高的主要因素。在放大器實(shí)現(xiàn)對光纖的衰減補(bǔ)償之后，色散成為限制密集波分復(fù)用（DWDM）和10G.652和G.655單模光纖中存在色散斜率，使得傳輸同樣距離的不同波長信號(hào)光具有不同的色散量；這些最終導(dǎo)致通信質(zhì)量劣化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)無法正常工作。因此需對通信鏈路實(shí)行色散補(bǔ)償，以使各波長

5、信號(hào)的色散量限制在系統(tǒng)容限內(nèi)。因此人們提出了色散補(bǔ)償光纖法、啁啾光柵法、預(yù)啁啾技術(shù)、色散支持傳輸法和頻譜反轉(zhuǎn)法等色散補(bǔ)償方案。1色散的基本概念1.1 光纖色散的種類（1）模式色散：在多模光纖中存在許多傳輸模式，即使在同一波長，不同模式沿光纖軸向的傳輸速度也不同，到達(dá)接受端所用的時(shí)間不同，而產(chǎn)生了模式色散。（2）材料色散：由于光纖材料的折射率是波長的非線性函數(shù)，從而使光的傳輸速度隨波長的變化而變化，由此而引起的色散稱做材料色散。材料色散主要是有光源的光譜寬度所引起。由于光纖通信中使用的光源不是單色光，具有一定的頻譜寬度，這樣不同波長的光波傳輸速度不同，從而產(chǎn)生時(shí)延差，引起脈沖展寬。材料色散引起的

6、脈沖展寬與光源的光譜線寬和材料色散系數(shù)成正比，所以在系統(tǒng)使用時(shí)盡可能選擇光譜線寬窄的光源。石英光纖材料的零色散系數(shù)波長在1270nm附近。（3）波導(dǎo)色散: 同一模式的相位常數(shù)隨波長而變化，即群速度隨波長而變化，由此而引起的色散稱為波導(dǎo)色散。波導(dǎo)色散主要是由光源的光譜寬度和光纖的幾何結(jié)構(gòu)所引起的。一般波導(dǎo)色散比材料色散小。普通石英光纖在波長1310nm附近波導(dǎo)色散與材料色散可以相互抵消，使二者總的色散為零。因而，普通石英光纖在這一波段是一個(gè)低色散區(qū)。在多模式光纖中以上三種色散均存在。對于多模階躍光纖，模式色散占主要地位，其次是材料色散，波導(dǎo)色散比較小，可以忽略不計(jì)。對于多模漸變光纖，模式色散較小

7、，波導(dǎo)色散同樣可以忽略不計(jì)。對于單模光纖，上述三種色散中只有材料色散和波導(dǎo)色散存在。(4)偏振模色散:偏振模色散是由于實(shí)際的光纖總是存在一定的不完善性，使得沿著不同方向偏振的同一模式的相位常數(shù)不同，從而導(dǎo)致這兩個(gè)模式傳輸不同步，形成色散。偏振模色散通常較小，在速率不高的光纖通信系統(tǒng)中可以忽略不計(jì)。對于工作在零色散波長的單模光纖，偏振模色散將成為最后的極限。光纖色散對通信系統(tǒng)的性能影響主要表現(xiàn)在對傳輸中繼距離和傳輸速率的限制。1.2色散對光通信系統(tǒng)的影響光纖的色散現(xiàn)象對光纖通信極為不利，它使得兩個(gè)相鄰的脈沖發(fā)生串?dāng)_，產(chǎn)生判決錯(cuò)誤5。色散對脈沖的這種影響可以從眼圖中看出來：從發(fā)送端發(fā)送出來的初始脈

8、沖比較規(guī)整，眼張開度大，經(jīng)過一定長度有色散的光纖傳輸后，眼圖會(huì)呈現(xiàn)出色散的圖樣，眼張開度變小，脈沖形狀變壞，在誤碼測試儀上表現(xiàn)為誤碼率變大。對于當(dāng)單光纖來說，由光源發(fā)射進(jìn)入光纖的光脈沖包含許多不同的頻率分量，脈沖的不同頻率分量將以不同的群速度傳輸，因而在傳輸?shù)倪^程中會(huì)出現(xiàn)脈沖展寬，這種現(xiàn)象就是群速度色散，或簡言之色散。色散的主要來源有材料色散和波導(dǎo)色散。材料色散是纖芯材料的折射率隨波長變化引起的，而波導(dǎo)色散是因模式的傳播常數(shù)隨/（前者為光纖芯徑，后者為光波長）變化而產(chǎn)生的，這是單模光纖色散的主要原因3。色散對系統(tǒng)性能的影響還表現(xiàn)在和光纖中非線性效應(yīng)的相互作用。一方面色散加劇自相位調(diào)制（SPM）

9、等非線性效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖形狀畸變，使其放大展寬；另一方面色散在波分復(fù)用系統(tǒng)中也可以抑制交叉相位調(diào)制(XPM)、四波混頻（FWM）等非線性效應(yīng)。關(guān)于色散和非線性效應(yīng)間的相互作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要予以綜合考慮，整體把握，以實(shí)現(xiàn)更好的傳輸性能。色散對系統(tǒng)傳輸距離的限制 （1.1）式中：L-色散受限距離（km）-當(dāng)光源為多縱模激光器時(shí)取 0.115; 單縱模激光器時(shí)取 0.306B-傳輸速率（Mb/s）D-光纖色散系數(shù)（ps/nm·km）-光源的均方根譜寬（nm）由此可見，光系統(tǒng)傳輸距離由光纖本身的色散，系統(tǒng)傳輸速率以及光源的性能所決定的。在傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮光源的因素，傳輸距離與傳輸速率

10、和光纖色散的關(guān)系是： （1.2）因此要想保證通信質(zhì)量必須加大碼間距，這就不得不付出降低碼速率、減少通信容量的代價(jià)。另外色散隨著傳輸距離的增加將越來越嚴(yán)重，也必須減小中繼距離以保證通信質(zhì)量。經(jīng)推導(dǎo)，光纖通信系統(tǒng)不受色散限制的臨界傳輸速率 (根據(jù)光纖的質(zhì)量在0.51.0之間取值)，最大中繼距離為 (這里為光纖色散的均方根脈沖展寬)。所以，采取適當(dāng)?shù)纳⒀a(bǔ)償，減少甚至抵消、D的影響，就可以使得、得以改善。1.2.2色散對系統(tǒng)比特速率的限制（1）光源譜寬較寬在光源譜寬較寬的系統(tǒng)中，V>>1，又考慮系統(tǒng)遠(yuǎn)離色散波長，因此3項(xiàng)可以不考慮。假如我們進(jìn)一步忽略頻率啁啾（C=0）式1.3表示的色散引

11、起脈沖展寬的系數(shù)可進(jìn)一步簡化為 (1.3)式中的是用波長單位表示的光源均方根譜寬，是光纖的色散系數(shù)。輸出寬度為，式中的是色散引入的脈沖展寬。受限的比特速率應(yīng)滿足，此時(shí)至少95%的高斯脈沖能量在比特時(shí)隙內(nèi)。對于窄脈沖，此時(shí)，色散對比特速率的限制應(yīng)滿足。 對于工作在零色散波長的光纖系統(tǒng) (1.4)這里的3已用色散斜率S代替。于是輸出脈沖展寬為 (1.5 )式中。當(dāng)時(shí)，色散對零色散波長光纖系統(tǒng)比特速率的限制是 (1.6)（2）光源譜寬較窄在光源譜較窄的系統(tǒng)中V<<1，因?yàn)楣庠醋V寬比更小，假如我們忽略項(xiàng)，并置C=0，此時(shí)有 (1.7)當(dāng)時(shí)，最小，其值為。使用就可以得到受限的比特率 (1.8

12、)對于工作在光纖零色散系統(tǒng)，當(dāng)，并使用V<<1和C<<1，此時(shí)脈沖展寬為 (1.9)當(dāng)時(shí)，最小，其值為 (1.10)使用就可以得到受限的比特率 (1.11)此時(shí)色散的影響最小，對于典型值時(shí)，比特速率可達(dá)150Gb/s。因此使光纖工作在接近零色散波長，并使用窄線寬的光源，就可以使系統(tǒng)的性能的到提高。2色散補(bǔ)償原理目前光傳輸系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償，可行的色散補(bǔ)償方法可以分為兩大類，其一是基于光纖的色散補(bǔ)償技術(shù)，如采用色散補(bǔ)償光纖(DCF)、反常色散光纖(RDF)等；其二采用色散補(bǔ)償模塊(DCM)對通道色散及色散斜率進(jìn)行補(bǔ)償，如基于啁啾光纖布拉格光柵(CFBG)、鏡像相位陣列(VI

13、PA)、平面波導(dǎo)的各類色散補(bǔ)償器等。對與已敷設(shè)的系統(tǒng)，一種簡單直接的色散補(bǔ)償方案是在線路放大器中插入無源的固定色散補(bǔ)償模塊(DCM)，這對于目前的10Gb/s傳輸是可行的。下面我們具體來介紹幾種主要的色散補(bǔ)償技術(shù)。2.1 色散補(bǔ)償光纖（DCF）在現(xiàn)代光纖通信中，采用色散補(bǔ)償光纖 DCF 進(jìn)行補(bǔ)償是一種比較理想的色散補(bǔ)償技術(shù)，其發(fā)展較為成熟，且補(bǔ)償帶寬比較寬。DCF 是一種無源器件，可置于光纖傳輸鏈路的任意位置進(jìn)行色散補(bǔ)償，兼容性好，且安裝方便，能實(shí)現(xiàn)寬帶色散補(bǔ)償。對現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級和擴(kuò)容，采用色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償是目前比較理想的一種補(bǔ)償技術(shù)。DCF 補(bǔ)償技術(shù)的補(bǔ)償原理如圖 2.1

14、 所示。圖2.1周期性光纖色散補(bǔ)償示意圖DCF 優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償帶寬比較大，且安裝靈活方便，因此一直是人們研究的熱點(diǎn)，為了獲得更大的負(fù)色散系數(shù)，減小模場直徑，控制好波導(dǎo)色散?，F(xiàn)在商用的 DCF 的負(fù)色散系數(shù)已經(jīng)達(dá)到-170ps/(nm·km)，用來補(bǔ)償 G.652 光纖，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)升級和擴(kuò)容是一種比較理想的選擇。在長距離光纖傳輸系統(tǒng)中，采用 DCF 進(jìn)行色散補(bǔ)償，通常每個(gè)光纖跨段的配置是由一段傳輸光纖后加光放大器，然后再接色散補(bǔ)償光纖，補(bǔ)償光纖的后面再接一光放大器，用來補(bǔ)償 DCF 的插入損耗。通過周期性的配置來實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償，即實(shí)現(xiàn)整個(gè)光纖傳輸鏈路的色散為一比較小的值或者為零。

15、在光纖傳輸系統(tǒng)中，我們雖然進(jìn)行了色散補(bǔ)償，但由于溫度的變化，光纖的老化以及其他的原因，光纖的色散不是一個(gè)固定的值，而是在不斷變化的，這就需要能進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)哪K或者可管理的色散補(bǔ)償模塊。光纖通信要求的不斷提高，也推進(jìn)了 DCF技術(shù)的不斷發(fā)展。例如，在ECOC上，Civcom公司展示的可管理色散補(bǔ)償模塊（M-DCM），該模塊主要用來替換城域網(wǎng)中的 DCM 色散補(bǔ)償模塊，這種模塊的優(yōu)點(diǎn)在于它三倍可調(diào)，可以進(jìn)行多通道的遠(yuǎn)程管理，能夠?qū)崿F(xiàn)-1 7001 700 ps/nm 范圍內(nèi)的色散補(bǔ)償。2.2啁啾光纖光柵采用啁啾光纖光柵7進(jìn)行色散補(bǔ)償，主要的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小，非線性作用能力比較弱，色散補(bǔ)償系數(shù)比

16、較大，可大大節(jié)約傳輸鏈路的補(bǔ)償模塊數(shù)量，節(jié)約系統(tǒng)成本。啁啾光纖光柵的補(bǔ)償原理如圖 2.2所示。在啁啾光纖光柵中，不同頻率的入射光在光柵的不同位置上進(jìn)行反射，因此產(chǎn)生不同的時(shí)延，頻率比較大的分量在光柵的近端反射，頻率比較小的分量在光柵的尾端反射，光纖中傳輸時(shí)造成的時(shí)延和光柵所引入的時(shí)延剛好相反，兩者相互抵消，使展寬的脈沖得到壓縮，脈沖寬度得到恢復(fù)。圖2.2啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償原理圖光信號(hào)在光纖中傳輸，由于色散的作用，經(jīng)過一定距離后，光脈沖就會(huì)展寬，導(dǎo)致前后碼元之間的相互干擾，影響通信質(zhì)量，降低系統(tǒng)的性能。采用啁啾光纖光柵進(jìn)行色散補(bǔ)償，能夠很好的補(bǔ)償整個(gè)光纖傳輸鏈路的色散，同時(shí)不引入額外的插入損耗

17、。在后置補(bǔ)償方案中，啁啾光纖光柵能很好地抑制光放大器的自發(fā)輻射噪聲，提高通信系統(tǒng)的性能。啁啾光纖光柵對 G.652 光纖具有很好的兼容性，能實(shí)現(xiàn)光纖色散和色散斜率的同時(shí)補(bǔ)償。同時(shí)它的色散補(bǔ)償量大，所用的色散補(bǔ)償模塊比較少，因而成本相對比較低。另外，非線性作用弱，體積小，使用方便也是它備受關(guān)注的主要原因。因此，采用啁啾光纖光柵實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)的升級和擴(kuò)容是比較理想的色散補(bǔ)償方案之一。2.3激光預(yù)啁啾技術(shù)常規(guī)單模光纖傳輸，由于構(gòu)成光信號(hào)的電磁波各分量在光纖中具有不同的傳輸速度，致使脈沖展寬。如果初始脈沖帶有啁啾，并且與光纖色散所引起的啁啾反號(hào)時(shí)，脈沖的凈啁啾減小，結(jié)果導(dǎo)致脈沖壓窄。當(dāng)二者啁啾相

18、等時(shí)，脈沖寬度最窄。激光預(yù)啁啾技術(shù)，就是在激光器產(chǎn)生的光脈沖信號(hào)之前，利用外調(diào)制器使光脈沖信號(hào)發(fā)生有規(guī)律的啁啾，然后再發(fā)送信號(hào)的一種技術(shù)。通過外調(diào)制器使光脈沖成為被壓縮的負(fù)啁啾脈沖，該脈沖在光纖傳輸過程中，受光纖色散的影響，使原來被壓縮的光脈沖在接收之前得到還原，從而擴(kuò)大了系統(tǒng)的色散容限，延長了系統(tǒng)的傳輸距離。這種技術(shù)的色散補(bǔ)償量有限，只在脈沖傳輸?shù)某跏茧A段起到一定的輔助作用，在長距離傳輸信號(hào)放大后則不起作用?？梢姶朔椒ǖ纳⒀a(bǔ)償能力不高，難于升級，不利于系統(tǒng)擴(kuò)容發(fā)展。2.4色散支持傳輸法色散支持傳輸法需利用激光器的調(diào)頻特性，在光纖傳輸系統(tǒng)中先對激光器進(jìn)行直接(內(nèi))調(diào)制，由于不同頻率的信號(hào)在光

19、纖中的傳播速率不同，在接收端產(chǎn)生信號(hào)交疊，對于純粹的移頻鍵控(FSK)來說，光功率在兩種頻率的光強(qiáng)重合處為最高峰，在兩頻率的光強(qiáng)錯(cuò)開之處為低谷?？刂祁l率調(diào)制的大小使得不同波長的光經(jīng)過L距離后所產(chǎn)生的時(shí)延差 (B為傳輸速率)，于是調(diào)頻信號(hào)就變成了調(diào)幅信號(hào)，通過低通濾波器進(jìn)行判決即可;對于有殘余幅度調(diào)制的FSK來說，在接收端產(chǎn)生四數(shù)值光功率，可在判決電路之后利用低通濾波器或一個(gè)兩門限判決器，從而得到回復(fù)的初始信號(hào)。此方法結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，且不必使用外調(diào)制器，造價(jià)低，但是必須使用FM性能較好的激光器，且在接收時(shí)必須根據(jù)激光器的光纖傳遞函數(shù)，合理地設(shè)計(jì)濾波器等，以克服由于啁啾和寄生調(diào)幅所造成的影響。

20、2.5頻譜反轉(zhuǎn)法中途譜反轉(zhuǎn)法（MSSI，Mid-span Spectral Inversion）又稱為光相位共軛法（OPC），是利用半導(dǎo)體光放大器或光纖中的相位共軛過程實(shí)現(xiàn)頻譜反轉(zhuǎn)，即在傳輸鏈路的中點(diǎn)將信號(hào)頻譜或波長共軛反轉(zhuǎn), 從而使第一段光纖中產(chǎn)生的色散積累由波長反轉(zhuǎn)后的第二段光纖中符號(hào)相反的色散抵消，實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。頻譜反轉(zhuǎn)方法的流程如圖2.3。圖2.3 頻譜反轉(zhuǎn)法流程在單模光纖中繼段的中間插入一段色散位移光纖作為非線性器件，當(dāng)光信號(hào)通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生相位共軛波，即頻譜倒置信號(hào)。此相位共軛波與原信號(hào)具有時(shí)間反演的性質(zhì)。原信號(hào)因色散作用使波形展寬，而相位共軛波則因色散影響而被壓縮，從而使失真的信號(hào)重

21、新恢復(fù)。其中關(guān)鍵的技術(shù)是中間頻譜反轉(zhuǎn)單元需較準(zhǔn)確地設(shè)置在總色散值一半的地方，還要控制偏振波動(dòng)，以免影響相位共軛波的時(shí)間反轉(zhuǎn)特性。在非線性介質(zhì)中，當(dāng)輸入功率為1、2和3光（波矢分別為K1、K2和K3）足夠強(qiáng)時(shí)，發(fā)生三階非線性極化。當(dāng)滿足相位匹配條件時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生四波混頻并輸出頻率為、波矢為K的光，其中i，j，k=1，2，3，jk。在信號(hào)光（頻率為s）傳輸一段距離后，加入光功率足夠強(qiáng)的泵浦光（頻率為p），且使其滿足相位匹配條件，則產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，這樣輸出光中有頻率為的成分，它使得s的高頻分量轉(zhuǎn)換成為的低頻分量，而s的低頻分量轉(zhuǎn)換成為的高頻分量。在繼續(xù)傳播過程中，原相位超前的光頻率相位便逐漸落后，原

22、相位落后的光頻率相位便逐漸超前，從而減小直至抵消原來的色散。圖中，圈中所示的是信號(hào)的頻譜在傳輸過程中的演變，S為輸入信號(hào)，P為泵浦信號(hào)，為頻率，C為譜反轉(zhuǎn)之后信號(hào)的復(fù)制品。頻譜反轉(zhuǎn)色散補(bǔ)償?shù)姆椒蓪?shí)現(xiàn)大容量長距離的色散補(bǔ)償，且損耗較小。用半導(dǎo)體器件可實(shí)現(xiàn)相位匹配四波混頻，它與其他光器件集成還可用丁。全光網(wǎng)，但對所用的人功率泵浦光波提出一定要求，這些相關(guān)技術(shù)有待進(jìn)一步研究。2.7光電色散補(bǔ)償技術(shù)對當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)來說，要實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)的目標(biāo)，還面臨著很大的困難：一是在光域?qū)崿F(xiàn)時(shí)鐘的提取非常困難；二是全光網(wǎng)上的信息管理與維護(hù)很難在光域中實(shí)現(xiàn)。盡管目前 MEMS（微電子機(jī)件開關(guān)）能夠?qū)崿F(xiàn)全光交叉連接，但有

23、許多技術(shù)上的問題需要妥善解決，以 MEMS 技術(shù)為基礎(chǔ)的全光網(wǎng)的真正實(shí)用化還有很長的路要走。對當(dāng)前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，光器件的補(bǔ)償能夠滿足高速光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，價(jià)格相對比較昂貴，同時(shí)很難實(shí)現(xiàn)信道的自適應(yīng)補(bǔ)償，而電色散補(bǔ)償技術(shù)卻能彌補(bǔ)這一不足，實(shí)現(xiàn)信道的自適應(yīng)補(bǔ)償，有效的減小碼間干擾，提高系統(tǒng)的性能。同時(shí)，電補(bǔ)償器件的成本比較低，尤其是大規(guī)模集成電路的使用，更利于電補(bǔ)償器件的小型化，方便在接收端進(jìn)行使用。近年來，電色散補(bǔ)償技術(shù)取得了非常大的進(jìn)步，無論對短距離還是長距離來說，都是一種非常有效的補(bǔ)償技術(shù)，尤其是對系統(tǒng)升級和擴(kuò)容時(shí)，它和光域色散補(bǔ)償技術(shù)結(jié)合，能夠很好的減小光纖中的非線性作用，提高通信系統(tǒng)

24、的質(zhì)量。2.7.1 電域均衡器在光纖通信中，我們常用時(shí)域均衡器。時(shí)域均衡器主要有線性均衡器和非線性均衡器。在光電色散補(bǔ)償方案中，為了實(shí)現(xiàn)光纖信道的自適應(yīng)均衡，采用前饋均衡器（FFE）和判決反饋均衡器（DFE）相組合的結(jié)構(gòu)。這種組合的均衡器能對復(fù)雜的信號(hào)進(jìn)行均衡，有效地消除碼間干擾。FFE 主要消除主能量點(diǎn)以前的失真，而 DFE 能有效的消除主能量點(diǎn)后面的碼間干擾。與其他均衡器相比，它對信號(hào)的均衡效果最好。3色散補(bǔ)償技術(shù)的比較（1）若采用色散補(bǔ)償光纖，對于區(qū)域網(wǎng)來說，負(fù)色散光纖方法效果較好，實(shí)施藝業(yè)不難。但對于城域網(wǎng)來說情況就有所不同。首先必須使兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的總色散為零。即使用一段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖另

25、外加一段負(fù)色散光纖，負(fù)色散光纖比標(biāo)準(zhǔn)單模光纖有更人的損耗，而且由于芯徑不同，兩種光纖在連接處有較大的損耗。由于在全光網(wǎng)絡(luò)中必須進(jìn)行功率控制以平衡整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功率，因此，負(fù)色散光纖的加入會(huì)給功率控制造成困難，對光通信質(zhì)量帶來嚴(yán)重的劣化影響。（2）預(yù)啁啾技術(shù)對于局域網(wǎng)來說非常有效，但是對于城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)來說它的補(bǔ)償距離不能滿足要求。（3）對于本地網(wǎng)來說，由于節(jié)點(diǎn)之間只有兒千米或更短的距離，如果網(wǎng)絡(luò)本身不是太復(fù)雜，即使傳輸速率是10Gbit/s，也可以不必使用色散補(bǔ)償。如果網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜使用負(fù)色散光纖就不是一種好辦法，應(yīng)當(dāng)使用其他的色散補(bǔ)償方法。相比之下，實(shí)現(xiàn)頻率反轉(zhuǎn)及預(yù)啁啾等技術(shù)在目前都具有一定的難度

26、，對光源要求苛刻，實(shí)施工藝復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施過程中不僅工程造價(jià)高，而且色散補(bǔ)償效果也不適于靈活多變得全光網(wǎng)絡(luò)，且引入的噪聲降低了系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。（4）啁啾光纖光柵被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是目前最為實(shí)用的一種色散補(bǔ)償方式。它具有帶寬寬、插入損耗和高補(bǔ)償率等特點(diǎn)。由于體積小，可以很容易地安裝于現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)中，可以很方便地進(jìn)行全光通信的一維集成。技術(shù)穩(wěn)定性好，產(chǎn)品可靠性高。由于預(yù)啁啾光纖光柵是反射器件，在系統(tǒng)中使用時(shí)，需配以環(huán)形器方可實(shí)施。這種方案會(huì)引入附加損耗和增加了工程造價(jià)，但目前環(huán)形器的制造技術(shù)已比較成熟，這種無源器件的性能指標(biāo)如插入損耗等亦比較理想，引入系統(tǒng)中不會(huì)對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生大的影響。與前兒種

27、方案相比，實(shí)施工藝簡單，造價(jià)亦不高，且可根據(jù)傳輸距離或所需補(bǔ)償量來設(shè)計(jì)、選擇器件。這種方案靈活方便，補(bǔ)償效果好，可控制性也好。如果所設(shè)計(jì)和加工的光纖光柵的周期是均勻的增加或者說是線性很好的啁啾光纖光柵，并僅以頻寬2nm的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的飛100ps的脈沖為標(biāo)準(zhǔn)，那么在理論上可以得出這樣的結(jié)論：啁啾光纖光柵可以使得系統(tǒng)在全光通信條件下傳輸距離擴(kuò)人3個(gè)以上數(shù)舉級。用光纖光柵補(bǔ)償色散的作用就如同用光放人器補(bǔ)償損耗。因此啁啾光纖光柵的研制和應(yīng)用對實(shí)現(xiàn)高速率、大容量、長距離的全光通信有重要意義。4展望高速光纖通信系統(tǒng)及技術(shù)的不斷發(fā)展，要求色散補(bǔ)償技術(shù)向著高補(bǔ)償效率、結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性、使用方便、易于升級和擴(kuò)容、器件小型化、降低成本等方向發(fā)展。目前，光纖光柵色散補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是它的理論和實(shí)驗(yàn)研究上仍處探索、發(fā)