光纤通信中色散调制技术的研究与应用
发布时间：2023-11-13 10:25:32 阅读数： 151
概述：本文主要探讨了在光纤通信中，针对不同波长区域的色散特性，研发了特殊类型的光纤以优化信号传输。这些光纤包括色散移位光纤、非零色散移位光纤和色散扁平化光纤，以及如何通过色散补偿技术来解决色散引起的信号问题。
目录
1. 标准通信光纤在1.3微米波长区域的色散特性
在早期的光纤通信系统中，标准的通信光纤在1.3微米波长区域表现出零色散，这对于当时以1310纳米左右运行的系统非常有利。但随后，1.5微米波长区域因其更低的光纤损耗以及可用的掺铒光纤放大器（EDFA）而变得更加重要，尽管1.3微米放大器的性能无法与之相比。然而，在这个波长区域，标准的单模光纤（现在有时被称为未调散光纤）表现出显著的异常色散。对于线性传输来说，这会导致显著的色散脉冲展宽，限制了可实现的传输速率或距离。因此，开发了所谓的色散移位光纤，这些光纤通过修改波导色散来优化色散特性。
2. 色散移位光纤的发展与应用
早期的方法是开发特种光纤，通过修改光纤芯的折射率剖面，将零色散波长移至1.5微米区域，即接近使用的信号波长。这是通过改变芯部的折射率剖面来实现的。常见的色散移位光纤的折射率剖面有三角形、梯形或高斯形状。
3. 非零色散移位光纤的设计与特点
然而，实践证明，零色散并不一定是数据传输的理想状态。特别是在传输多个通道（例如波长分复用）时，如果色散过弱，四波混频效应可以实现相位匹配，从而引入显著的失真。因此，使用非零色散移位光纤可能更有利，这些光纤设计有适度的群速度色散（GVD）在数据传输的波长范围内，而零色散波长略在这个区域之外。这里有不同的版本：
- NZD+光纤的零色散波长在1510纳米，信号波长（大于1510纳米）处有异常色散。
- NZD-光纤的零色散波长在1580纳米，信号波长处有正常色散。
这些光纤通常仍具有显著的正色散斜率（以ps/(nm²·km)为单位），即它们的群速度色散随着波长的增加而减小，或者随着光频率的增加而增大。这意味着正的三阶色散（TOD）。
4. 色散扁平化光纤的特性
此外，还有色散扁平化光纤，其色散斜率大幅减小，即在某些波长范围内相对恒定的群速度色散。换言之，它们表现出低阶色散。例如，它们可以在电信C波段展示接近零色散或某种适度恒定的GVD。这些光纤对于绝热孤子压缩、使用四波混频进行波长通道转换以及产生宽带频率梳等信号处理非常重要。色散扁平化光纤通常具有W型的折射率剖面，尽管也开发了具有分级指数和多步骤的剖面。
5. 色散补偿的重要性与实现
另一种解决方案是使用未调散（即标准）光纤与某种形式的色散补偿相结合。需要注意的是，在许多情况下，光纤跨度的总色散并不是唯一要考虑的问题。例如，如果由于四波混频在光纤的某个初始长度内出现显著信号失真，即使在后续的光纤中抑制了FWM，这个问题可能仍然存在。另一方面，如果问题仅仅是脉冲或信号的色散展宽，那么色散补偿可能是有效的。
