3.6.2 光纤色散

3.6.2  光纤色散

光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输系统的带宽和传输距离，目前已开发出不同特性的光纤以适应不同的应用。常用的光纤类型有常规单模光纤G.652、色散位移光纤G.653和非零色散位移光纤G.655 3种。

这3类光纤的低损耗区都在1 310～1 600nm波长范围内。色散位移光纤G.653主要为1 550nm频段的单一波长高速率传输研制的。非零色散位移光纤G.655包括大有效面积光纤（LEAF）、色散平坦光纤（DFF）、全波光纤（Allwave）等。影响光纤传输距离和传输性能的关键性因素之一是色散，尤其是DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用）系统指标的重要因素是光纤的非线性，它们对于不同类型光纤的传输性能有决定性的影响，特别是WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）系统的传输性能。

所谓色散是指入射到光纤的光脉冲经光纤传输以后，出射端光脉冲将发生时间展宽的这种现象。光纤色散按产生原因的不同，大致可分为3种：模式色散、材料色散和波导色散。

（1）模式色散
在多模光纤中由于各传输模式的传输路径不同，各模式到达出射端的时间不同，从而引起光脉冲展宽，由此产生的色散称为模式色散。
（2）材料色散
光纤材料石英玻璃的折射率对不同的传输光波长有不同的值，许多不同波长的太阳光通过棱镜以后可分成七种不同颜色就是一个证明。由于上述原因，材料折射率随光波长而变化从而引起脉冲展宽的现象称为材料色散。
（3）波导色散
由于光纤的纤芯与包层的折射率差别很小，因而在界面产生全反射现象时，有一部分光进入到包层之内。由于出现在包层内的这部分光，大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。具有一定波谱线宽的光源所发出光脉冲射入到光纤后，由于不同波长的光其传输路程不完全相同，所以到达光纤出射端的时间也不相同，从而使脉冲展宽。具体说入射光的波长越长，进入到包层的光强比例就越大，传输路径距离越长。由上述原因所形成的脉冲展宽现象叫做波导色散。
以上“材料色散”和“波导色散”都与光波长有关，所以又统称为“波长色散”。“模式色散”仅在多模光纤中存在，在单模光纤中不产生模式色散，而只有材料色散和波导色散。通常各种色散的大小顺序是模式色散>材料色散>波导色散，因此多模光纤的传输带宽几乎仅由模式色散所制约。在单模光纤中由于没有模式色散，所以它具有非常宽的带宽。色散的单位是指单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽（延时差）。

G.652单模光纤在C波段1 530～1 565nm和L波段1 565～1 625nm范围内的色散较大，一般为17～22ps/nm•km。当系统速率达到2.2Gb/s以上时，需要进行色散补偿，在10Gb/s时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中辅设最为普遍的一种光纤。

G.653色散位移光纤在C波段和L波段的色散一般为1～3.3ps/nm•km，在1 550nm波段时是零色散，系统速率最高可达到40Gb/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM扩容时，会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四波混频（FWM），因此不适合采用DWDM。

G.655非零色散位移光纤在C波段的色散系数为1～6ps/nm•km，在L波段的色散系数一般为6～10ps/nm•km，色散较小，避开了零色散区，既抑制了FWM，可采用DWDM扩容，也可以开通高速系统。Lucent公司和康宁公司的G.655光纤，分别叫做真波光纤（TrueWave）和SMF-LSTM光纤。真波光纤的零色散点在1 530bm以下短波长区，在1 549～1 561nm波长的色散系数为2.0～3.0ps/nm•km；SMF-LSTM光纤的零色散点在长波长区1 570nm附近，系统工作在色散负区，在波长1 545nm的色散系数为1.5ps/nm•km。新型的G.655光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的1.5～2倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。