光子晶体光纤的色散特性研究

光纤G.652

G.652 G.652光纤是目前已广泛使用的单模光纤，称为1310nm性能最佳的单模光纤，又称为色散未移位的光纤。按纤芯折射率剖面，又可分为匹配包层光纤和下陷包层光纤两类，两者的性能十分相近，前者制造简单，但在1550nm波长区的宏弯损耗和微弯损耗稍大；而后者连接损耗稍大。 主要指标:[1] 1、衰减：ITU-T G.652建议规定光纤在1310nm窗口和1550nm窗口的衰减常数应分别小于0.5dB/km和0.4dB/km。1310窗口目前一般在0.3~0.4dB/km，典型值0.35dB/km；1550窗口目前一般在0.17~0.25dB/km，典型值0.20dB/km。 2、色散：零色散波长的允许范围是1300~1324nm。在1550nm窗口的色散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数D的典型值是17ps/(nm2km)，最大值一般不超过20ps/(nm2km)。 3、PMD：ITU-T 建议规定，G.652光纤的PMD系数小于0.5ps/(km)^1/2，即400km 光纤的PMD是10ps。但是，早期铺设的光纤由于受当时的工艺条件限制，PMD 系数有可能较大。 4、模场直径：1310nm处的模场直径是8.6~9.5μm，最大偏差不能超过±10%。在1550nm处，ITU-T 建议没有规定模场直径，但一般大于0.3μm。 主要特性： G.652单模光纤特性 光学特性 典型衰减，@1310nm ≤0.34 dB/km 典型衰减，@1550nm ≤0.20 dB/km 零色散波长 1300-1324nm 零色散斜率 ≤0.092ps/（nm2km） 模场直径（MFD） @1310nm 9.2±0.4μm 偏振模色散（PMD） 单根光纤最大值 ≤0.2ps/√km 链路最大值 ≤0.12ps/√km 截止波长λcc ≤1260nm 有效群折射率（Neff） @1310nm 1.4675 有效群折射率（Neff） @1550nm 1.4680 宏弯损耗（60mm直径，100圈）@1550nm ≤0.1dB 背向散射特性（在1310nm和1550nm处）

多个方面详细比较几种光纤的主要特点

多个方面详细比较几种光纤的主要特点 G.652 标准单模光纤 标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟 （ITU－T）把这种光纤规范为G.652 光纤。其特点是当工作波长在1.3μm时， 光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3μm波 段的损耗较大，约为0.3dB/km～0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，约为 0.2dB/km～0.25dB/km。色散在1.3μm波段为3.5ps/nm·km，在1.55μm波段的损耗较大，约为20ps/nm·km。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的2.5Gb/s 的干 线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s 的信号，传输距离超过50 公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。 G.653 色散位移光纤 针对衰减和零色散不在同一工作波长上的特点，20 世纪80 年代中期，人们 开发成功了一种把零色散波长从1.3μm移到1.55μm的色散位移光纤 （DSF，pe rsion－ShiftedFiber）。ITU 把这种光纤的规范编为G.653。然而，色散位移光纤在1.55μm色散为零，不利于多信道的WDM 传输，用的信道数较 多时，信道间距较小，这时就会发生四波混频（FWM）导致信道间发生串扰。 如果光纤线路的色散为零，FWM 的干扰就会十分严重；如果有微量色散， FWM 干扰反而还会减小。针对这一现象，人们研制了一种新型光纤，即非零色 散光纤（NZ－DSF）———G.655。 G.654 衰减最小光纤 为了满足海底缆长距离通信的需求，人们开发了一种应用于1.55μm波长的 纯石英芯单模光纤，它在该波长附近上的衰减最小，仅为0.185dB/km。G.654

单模光纤的色散

光纤色散 在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必然产生信号失真（脉冲展宽），这种现象称为光纤的色散或弥散。 光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度，也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时，在多模光纤中，光信号还可能由若干个模式叠加而成，也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。 光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。其中，模间色散是多模光纤所特有的。 这四种色散作用还相互影响，由于材料折射率n是波长λ（或频率w）的非线性函数，d2n/d2λ≠0，于是不同频率的光波传输的群速度不同，所导致的色散成为材料色散。 由于导引模的传播常数β是波长λ(或频率w)的非线性函数，使得该导引模的群速度随着光波长的变化而变化，所产生的色散成为波导色散（或结构色散）。 偏振模色散指光纤中偏振色散，简称PMD(polarization modedispersion)，它是由于实际的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，引起信号失真。 不同的导引模的群速度不同引起的色散成为模间色散，模间色散只存在与多模光纤中。 色散限制了光纤的带宽—距离乘积值。色散越大，光纤中的带宽—距离乘积越小，在传输距离一定（距离由光纤衰减确定）时，带宽就越小，带宽的大小决定传输信息容量的大小。 光纤色散可以使脉冲展宽，而导致误码。这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。 一般来说，光纤色散包括材料色散和波导结构色散两部分，材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性，而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向。材料色散与波导色散都与波长有关，所以又统称为波长色散。 材料色散：是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速C之间的关系为： v=C/n 光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。 波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。

单模及多模光纤的特性参数

光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。1、多模光纤的特性参数① 衰耗系数a衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。因为在很大程度上决定了多模。 光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。 1、多模光纤的特性参数 ① 衰耗系数a 衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。因为在很大程度上决定了多模光纤的中继距离。 其中最主要的是杂质吸收所引起的衰耗。在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子（铜、铁、铬等）对光的吸收能力极强，它们是产生光纤衰耗的主要因素。因此要想获得低衰耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb以下。 ② 光纤的色散与带宽 色散当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。这说明光纤对光脉冲有展宽作用，即光纤存在着色散（色散是沿用了中的名词）。光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 光纤的色散可以分为三部分即模式色散、材料色散与波导色散。 模式色散Δτm因为光在多模光纤中传输时会存在着许多种传播模式，而每种传播模式具有不同的传播速度与相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达到接收端的时间却不同，于是产生了脉冲展宽现象。 对多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也较大，所以其材料色散不占主导地位。但对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以其材料色散占主要地位。 波导色散Δτw所谓波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。对多模光纤而言，其波导色散的影响甚小。 需要注意的是，由于光信号是以光功率来度量的，所以其带宽又称为3dB光带宽。即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号减少一半。而一般的电缆之带宽称为6dB电带宽，因为输出电信号是以电压或电流来度量的。引起光纤带宽变窄的主要原因是光纤的色散。 对于多模光纤而言，因为其模式色散占统治地位（材料色散与波导色散的大小可以忽略不计），所以其带宽又称模式色散带宽，或称模时变带宽。对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以材料色散与波导色散占主要地位。注意，单模光纤没有带宽系数的概念，仅有色散系数的概念。对多模光纤而言，其带宽与色散的关系可近似地表达为： 根均方带宽σf带宽系数Bc是在频域范围内描述光纤传输特性的重要参数，实际上它演用了模拟的概念，在数字光纤中的实际意义并不大。在时域范围内，人们经常使用根均方带宽σf来描述光纤的传输特性。 一方面在实际工作中人们在时域内进行测量比在频域内测量更加方便可行；另一方面光纤的根均方带宽σf与数字光纤有着更密切的关系，因为它能直接和其传输的光脉冲的根均方脉宽发生联系。而根均方脉宽不仅能确切地描述光脉冲的特性，而且与光纤系统的传输中继距离密切相关，所以在光纤的中经常用到它。 在时域范围内，光纤的冲击响应是一个高斯波形，如图2.12所示。光纤的根均方带宽的物理含义是：对应于光纤高斯形冲击响应最大函数值的0.61 倍时，自变量时间t的数值。它与光纤模畸变带宽的关系为

单模光纤与多模光纤的色散

单模光纤与多模光纤的色散2007-10-18 08:20在对光纤进行分类时，严格地来讲应该从构成光纤的材料成分、光纤的制造方 法、光纤的传输点模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长等方面来分类。 现在计算机网络中最常采用的分类方法是根据传输点模数的不同进行分类。根 据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定 角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用 发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散 (因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同， 这种特征称为模分散。)，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此， 多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较 低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传 播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细，传输频 带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高，通常在建筑物之 间或地域分散时使用。同时，单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点， 也是光纤通信与光波技术发展的必然趋势。 多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率和渐变型折射率。以 突变型折射率光纤作为传输媒介时，发光管以小于临界角发射的所有光都在光 缆包层接口进行反射，并通过多次内部反射沿纤心传播。这种类型的光缆主要 适用于适度比特率的场合，多模突变型折射率光纤的散射通过使用具有可变折 射率的纤心材料来减小，折射率随离开纤心的距离增加导致光沿纤心的传播好 象是正弦波。将纤心直径减小到一种波长（3-10um），可进一步改进光纤的性 能，在这种情况下，所有发射的光都沿直线传播，这种光纤称为单模光纤，这 种单模光纤通常使用ＩＬＤ(注入式激光二极管)作为发光组件，可操作的速率 为数百Mbps。从上述三种光纤接受的信号看，单模光纤接收的信号与输入的 信号最接近，多模渐变型次之，多模突变型接收的信号散射最严重，因而它所 获得的速率最低。 一、概述 色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传

光纤的色散

光纤的色散 ---- 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。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。光纤色散如图2-19所示。 图2-19 光纤色散 ---- 单模光纤中只传输基模(主模) HE 11 ( LP 01 ),总色散由材料色散、波导色散组成。这两种色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为波长色散。 光纤的波长色散系数是单位光纤长度的波长色散，通常用表示，单位为 。光纤的波长色散总系数为：

(2-77) 是纯材料色散系数，为： (2-78) 为波导色散系数，为： (2-79) 式中，为信号的波长；为真空中的光速；为光纤材料的折射率；为信号的相位传播常数。 2．5．1 材料色散 ---- 材料色散：是光纤材料的折射率随频率（波长)而变，可使信号的各频率（波长)群速度不同引起色散，如图2-20所示。

图2-20 材料色散 2．5．2 波导色散 ---- 波导色散是模式本身的色散。即指光纤中某一种导波模式在不同的频率下，相位常数不同，群速度不同而引起的色散。 ---- 波导色散是光纤波导结构参数的函数，如图2-21所示。从图中可看出，在 一定的波长范围内，波导色散与材料色散相反为负值，其幅度由纤芯半径、 相对折射率差及剖面形状决定。通常通过采用复杂的折射率分布形状和改变剖面结构参数的方法获得适量的负波导色散来抵消石英玻璃的正色散，从而达到移动零色散波长的位置，即使光纤的总色散在所希望的波长上实现总零色散和负色散的目的。正是这种方法才研制出色散位移光纤、非零色散位移光纤。

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（0.1~10.0pb/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。 2光纤色散述语 色散: 光源光谱组成中的不同波长的不同群速度在一根光纤中传输所引起的光脉冲展宽。 材料色散: 因折射率随光的波长不同呈非线性，所以产生材料色散。由单模光纤的纤芯和包层材料所引起的色散，考虑到光纤的弱导条件(△<

光纤色散及补偿方法简述

目录 1色散的基本概念 (3) 1.1基本概念 (3) 1.2光纤中色散的种类 (3) 1.3光纤色散表示法 (3) 1.4单模光纤的色散系数 (4) 1.5光纤色散造成的系统性能损伤 (4) 1.6减小色散的技术 (4) 1.7偏振模色散（PMD） (6) 2非线性问题 (7)

关键词： 光纤色散色散补偿 摘要： 本资料介绍了光纤的色散以及色散补偿方法。缩略语清单： 无。 参考资料清单： 无。

光纤色散及补偿方法简述 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。 1 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。 时延差可由信号各频率成分的传输速度不同所引起，也可由信号各模式 的传输速度不同所引起。

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。