[科普中国]-色度色散

物理机理

色度色散除了与光纤的类型、性能、长度有关外，还与光源的谱宽有关外，色度色散具有累积效应，并随着传输距离的增加而线性增加。更重要的是，对于高速调制系统，假设光源的静态发射谱线很窄，色散对系统的影响以数据速率平方的关系增加。首先．数据速率翻倍将导致信号傅里叶变换频谱宽度翻倍，从而使色散效应翻倍。其次，数据速率翻倍使数据脉冲时域宽度减半，也导致对色散引起的脉冲展宽的敏感度翻倍。更宽的频谱和更小的脉冲宽度一起导致了整个二次方效应。

特性色度色散指光源光谱中不同波长分量在光纤中的群速不同所引起的光脉冲展宽现象，是高速光纤系统的主要传输损伤。通常，比特率的升高带来两方面的影响，首先比特率越高，比特间隔越窄，对色散的容忍度越低。例如传输速率从10Gbit/s增加到40Gbit/s后，其色散容忍度降低为原来的1/4。其次，比特率的升高使外调制激光器的线宽成比例增加，从而使脉冲展宽成比例增加，结果与脉冲展宽和光纤内部色散的乘积成比例。例如传输速率从10Gbit/s增加到40Gbit/s后，其脉冲展宽增加4倍。两者结合使色散的总影响扩大16倍，等效于使传输距离缩短为原来的1/16，可见色度色散的影响对速率的提高是十分敏感的。特别是系统允许的色度色散值随速率的平方成反比例下降，对速率的变化比PMD更加敏感。2

色度色散的补偿在较低速率时，光纤可以看成是对数据速率无关的传输媒质，但对高速信道来说，却不是这样。绝大多数已敷设的光纤在1 310 nm波段呈现零色散，在1 550 nm波段具有+17 ps/(rim·km)的色散色散效应将导致脉冲展宽从而引起误码，这是高速系统长距离传输的主要限制，理论上色散限制定义为理想WDM系统承受1 dB功率代价的距离，对2．5 Gbit/s的系统来说，这个限制为l 000 km，但在实际系统中，接收机时钟恢复系统的非理想性也加剧了色散的影响，因此，通常采用一个保守的600 km距离作为色散限制。对采用常规光纤的10 Gbit/s系统说，色散限制仅仅为50 km，因而，在长距离光纤段中必须采用某种形式的色散补偿技术。色散补偿，又可称为光均衡，其基本原理是当光脉冲信号经长距离光纤传输后，由于色散效应而产生脉冲展宽或畸变，这时可用一段具有相反色散符号的补偿器件来修正，目的是消除脉冲展宽或畸变。3