[科普中国]-色散补偿器

简介

色散补偿器是一种用于补偿传输媒介中产生的色散的设备或装置。

近年来 , 随着光纤通信的迅速发展 , 多通道的色散补偿技术成为促进光纤通信发展的一项关键技术 . 由于色散补偿光纤( DCF) 损耗大 , 光纤的非线性强 , 而且用 DCF很难实现大范围的色散斜率的补偿。为此 , 人们发明了多种色散补偿器 。

作用光通信使用的G.652标准光纤在1550nm波长窗口的色散值为17ps/nm.km。1550nm外调制传输系统光纤链路色散的容差比SDH等数字通信1550nm光链路要小得多，仅为1100ps左右，因此，对于1550nm外调制光纤干线/超干线而言，必须尽力解决好色散补偿问题。

色散补偿器的存在可以有效解决这一问题。

分类啁啾( chirp ) 光纤光栅对常规光纤的色散进行补偿 , 具有成本低、结构简单、插入损耗小和性能可靠等多方面的优点 , 因此成为一种很有前景色散补偿方案。在光纤光栅对多信道光纤通信系统进行色散补偿时 , 由于光纤光栅存在带外反射 , 会引入线性串扰 . 多信道的色散补偿可以采用串联的窄带光纤光栅 、 宽带光纤光栅 、 多信道光纤光栅( 如超叠加光纤光栅 、 强度取样光栅和相位取样光纤光栅 ) 等多种方式来进行 。

串联的窄带光纤光栅串联的窄带光纤光栅具有制作工艺成熟、群时延纹波小和反射谱特性好、可以对各个信道的色散分别进行补偿、能够对信道功率进行均衡和抑制四波混频和交叉相位调制效应等优点。在信道数不是很多时 , 用窄带光纤光栅进行色散补偿仍是一种较好的选择。

但是 , 多波长色散补偿需要多个相位掩模板 、 需要封装的光纤光栅的数量较多 , 因此成本会增加 , 色散补偿器的体积也很难做得很小 , 由于背景损耗和熔接损耗等问题的影响 ,插损也会增大 , 受到这些因素的限制 , 当信道数很多时 , 需要使用多波长光纤光栅。1

取样光纤光栅在相同的工艺条件下 , 取样光纤光栅和超叠加光纤光栅的写入误差要大于窄带光纤光栅 . 这是由于取样光纤光栅和超叠加光纤光栅具有复杂的折射率调制 , 折射率调制的幅度和相位误差对光纤光栅的影响更为严重 , 导致光纤光栅的特性有不同程度的恶化 . 此外 , 考虑到光致折射率调制的饱和效应 ,当信道数增大时光纤光栅的相位和幅度都会产生畸变 , 这就大大限制 了更多信道光纤 光栅的制作 . 因此 , 人们又发明了相位取样光纤光栅 . 它的取样函数通过制作相位掩模板实现 , 其写入过程和写入普通光纤光栅一样简单 , 适于进行批量生产 , 是一种很有应用前景的技术.

但是 , 它的性能还是要比窄带光纤光栅差一些 , 除了受到复杂的折射率调制的限制以外 , 它的串扰特性也不如串联的窄带光纤光栅 .1

具有低串扰的光纤光栅色散补偿器这种色散补偿器由几个波长交错的多波长光纤光栅组成 , 它对线性串扰和非线性串扰都具有一定的抑制能力 , 其结构简单 , 系统成本增加很少 , 而且没有额外的插损。

由于非线性串扰( 交叉相位调制和四波混频效应 ) 主要是由邻近信道引起的 , 因此 , 实际上不需要对每一个信道间都引入随机时延差 , 而只要在邻近信道间引入随机时延差就可以了 , 所以 , 图所示的这种色散补偿器 , 只在邻近信道间引入随机时延差来抑制交叉相位调制和四波混频效应。

它同时具有了串联的窄带光纤光栅和取样光纤光栅的优点 , 与窄带光纤光栅相比 , 它所用的光纤光栅的数量大为减少 , 不会受到背景损耗的限制 , 需要封装的光纤光栅的数量少 , 而且色散补偿器的体积也很小 ; 另一方面 , 它的串扰性能会优于单个的取样光纤光栅 , 而且 , 在不给系统带来额外的成本和损耗的条件下 , 还能够有效地抑制系统的交叉相位调制和四波混频效应 , 因此 , 能获得更好的性价比。1