光纤色散原理

2005/3/7/11:12　　当一个光脉冲从光纤中输入，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的作用，即光纤存在色散。这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。

　　光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时，也限制了光信号的传输距离。

　　G.652 光纤是1310nm 窗口零色散，在1550nm 窗口存在色散，在传输10G 信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653 光纤是色散位移光纤，在1550nm 窗口零色散，可传输10G 的光信号，但传输WDM 波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM 波分的传输。G.655 光纤在1550nm 窗口有很小的色散，可用于SDH 光信号和WDM 信号的传输。

　　光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散和波导色散。

　　模式色散：主要对多模光纤而言，对单模光纤来说，因只有一个模式传播，不存在模式色散的问题。

　　定义：多模光在多模光纤中传输时会存在许多种传输模式，而每种传输模式具有不同的传播速度和相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端时的时间却不一致，于是产生了脉冲展宽的现象，叫模式色散。

　　材料色散：是指组成光纤的材料二氧化硅本身所产生的色散。

　　波导色散：波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。

　　对于多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也比较大，其材料色散较小，不占主导地位，波导色散对多模光纤的影响甚小，所以，多模光纤主要考虑其模式色散。而单模光纤传输的是一个单模，不存在模式色散，模式色散为零，考虑的是其材料色散和波导色散。光纤的总色散所引起的脉冲展宽为三种色散各自平方的和后开平方。

　　色散主要用色散系数D(λ ) 表示。色散系数一般只对单模光纤来说，包括材料色散和波导色散，统称色散系数。
色散系数的定义：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值，与长度呈线性关系。其计算公式为 ：

    σ= δλ*D*L

    其中：δλ 为光源的均方根谱宽，D(λ ) 为色散系数，L 为长度，现在的单模光纤色散系数一般为20ps/km.nm ，光纤长度越长，则引起的色散总值就越大。色散系数越小越好，，因色散系数越小，根据上式可知，光纤的带宽越大，传输容量也就越大。所以，传输2.5G 以上光信号时，要考虑光纤色散对传输距离的影响，最好采用零色散的G.653 光纤传输，但光纤色散为零时，传输WDM 波分光信号会产生四波混频等非线性效应，所以色散要小，但不能为零，最终采用的光纤为G.655 光纤来传输10G 的光信号和WDM 波分复用信号。对于单模光纤，其带宽系数在25GHz.km 以上，但多模光纤的带宽系数一般在1GHz.km 以下。所以，多模光纤一般用于622M 以下短距离的通信，而单模光纤可用于多种速率的通信。

    ITU-T G.652 建议规定零色散波长范围为：1300nm~1324nm ，最大色散斜率为0.093ps/（nm 2 .km ），在1525~1575nm 波长范围内的色散系数约为20ps/（nm.km ）。 ITU-T G.653 建议规定零色散波长为：1550nm ，在1525~1575nm 区的色散斜率为0.085ps/（nm 2 .km ）。在1525~1575nm 波长范围内的最大色散系数为3.5ps/（nm.km ）。G.655 光纤在1530~1565nm 范围内的色散系数在绝对值应处于0.1~6.0 ps/（nm 2 .km ）。