[科普中国]-色散位移型光纤

随着光纤通信技术的不断进步, 要求光纤通信系统的速率越来越高, 无中继通信距离愈来愈长。而限制光纤通信系统速率和无中继距离的是光纤的色散带宽和衰减。因此, 人们在光纤的种类和结构方面作了大量的研究工作。将阶跃多模光纤改为梯度多模光纤把多模光纤演变成单模光纤。根据不同的要求, 又将单模光纤作各种结构改变, 派生出不同品种的单模光纤。

例如, 1310nm零色散的单模光纤单模光纤零色散的色散位移单模光纤;1550nm单模光纤分别在和附近都有零色散点（即零色散波长）的色散平坦型单模光纤零色散点在1310nm附近, 但在1550nm窗口衰减进一步降低, 抗微弯和弯曲特性进一步得到改善的单模光纤。

随着光放大器和波分复用技术的使用, 在光纤通信系统中, 藕合到单模光纤芯中的光功率已达到能使光纤产生非线性效应。单模光纤的非线性效应, 对光纤通信系统性能产生了许多特殊影响1

单模光纤的工作波长在1.3Pm时，模场直径约9Pm，其传输损耗约0.3dB/km。此时，零色散波长恰好在1.3pm处。石英光纤中，从原材料上看1.55pm段的传输损耗最小（约0.2dB/km）。由于现在已经实用的掺铒光纤放大器（EDFA）是工作在1.55pm波段的，如果在此波段也能实现零色散，就更有利于应用1.55Pm波段的长距离传输。 于是，巧妙地利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯结构色散的合成抵消特性，就可使原在1.3Pm段的零色散，移位到1.55pm段也构成零色散。因此，被命名为色散位移光纤（DSF：DispersionShifted Fiber）。 加大结构色散的方法，主要是在纤芯的折射率分布性能进行改善。

已安装作为网络链路的两种类型的单模光纤，即在1.3处的零色散单模光纤(SMF)和在1．55处的零色散色散位移光纤(DSF) 为了传输更高比特率需要升级这些系统 ，使用EDFA在1．55 工作区必须进行色散补偿。用一种色散乎坦补偿光纤(Df~CF)来同时补偿SMF的色散和色散斜率。我们完成了将SMF和DFCF组合用在WDM 和/(或)TDM 系统的高比特率传输实验。

虽然普通DSF的色散绝对值很小，但DSF具有正色散斜率。将色散斜率补偿光纤(DSCF）用于现存的DSF系统，必须使这些系统在工作波长的负色散斜率斜度具有小的色散值。因此，为了有效地减小了FWM，目前已研制出了几种具有不同的零色散波长的DSF 对于每种DSF光纤，需要研制出优化的DSCF。目前优化设计的w 折射率分布结构，已制得DSCF带宽平坦区达到30nm。2

波分复用技术和时分复用技术的结合是未来迅速、大容量光纤通信网络发展的主要方向。这种系统的关键技术就是需要高重复率、多波长的超短光脉冲源作为系统的发光源。利用特种光纤中的光谱超连续展宽技术就是一种非常有效的方法。然而,由于特种光纤具有不易拉制、造价昂贵的缺点,所以在短期内利用该种光纤产生超连续谱的技术很难在实际的光通信领域获得广泛应用。利用商用的通信光纤(色散位移光纤) 来产生超连续谱开始成为了人们关注的问题。

对反常色散位移光纤中超连续谱的产生进行了详细的分析和研究,结果表明,三阶色散(色散斜率) 对超连续谱起着决定性的作用;进一步研究分析了抽运脉冲功率、脉冲宽度以及高阶非线性效应对超连续谱谱宽和平坦度的影响。通过对抽运脉冲宽度和光纤色散斜率的优化组合,最后获得了平坦、超宽的超连续谱。3

研究发现, 在非线性效应尚未出现时, 光纤的群速度色散（GVD）使单模光纤中传输的光脉冲展宽, 限制了高速率光纤通信系统的使用。因此在窗口, 人们想利用色散位移光制· 。然而当光纤出现非线性效应时, 由于在光纤中出现了自相位调制、交叉相位调制、受激散射、四波混频、光学孤子等非线性现象。在1550nm窗口, 当系统的工作波长接近于零色散波长时,与反而会使系统性能恶化, 严重时甚致于不能工作。因此人们想使系统工作波长避开光纤的零色散波长, 提出在系统的工作波长范围内（在1550nm窗口, 系统工作波长范围一般均指EDFA的谱宽范围）应无零色散点即在系统工作波长范围内无零色散波长凡出现。

实现这一要求有两种办法：一是利用人们已熟知的平坦型单模光纤, 使平坦区正好位于系统工作波长范围一是利用光纤零色散点位移办法, 使单模光纤的零色散点（零色散波长）移出系统工作波长范围。一般说来, 实现前者要求光纤结构复杂, 光纤熔接较困难实现后者, 光纤结构相对较简单, 易于制造。美国AT&T制造的非零色散光纤，商品广告又称单模光纤, 就是按后种办法实现的。1