光纤光学——光纤的色散

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光纤光学——光纤的色散

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CSDN

https://m.blog.csdn.net/m0_53677355/article/details/143256295

光纤通信技术是现代通信网络的重要组成部分，而光纤的色散现象直接影响着通信系统的性能和传输质量。本文将详细介绍光纤光学中各种类型的色散现象及其相关解决方案，包括阶跃型弱导光纤的色散、G.652标准单模光纤、色散位移光纤（G.653）、G.655单模光纤（NZ-DSF）、G.656色散平坦光纤等，并探讨它们在不同应用场景下的特点和局限性。

一、阶跃型弱导光纤的色散（单模）

1.1 材料色散

对石英光纤：

< 1.27um：材料色散小于0，正常色散区；长波长光传播快，短波长光传播慢!（负色散值）
1.27um：材料色散大于0，反常色散区；短波长光传播快，长波长光传播慢!（正色散值）

1.2 波导色散

总色散系数 D

材料色散的影响一般大于波导色散： |Dm| > |Dw|
波导色散系数通常为负值

二、G.652标准单模光纤

标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟（ITU－T）把这种光纤规范为G.652光纤。其特点是当工作波长在1.3μm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3μm波段的损耗较大，约为0.3dB/km～0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，约为0.2dB/km～0.25dB/km。色散在1.3μm 波段为3.5ps/nm·km，在1.55μm波段的损耗较大，约为 20ps/nm·km。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的 2.5Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s的信号，传输距离超过50公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。

不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s 以下速率的DWDM。

三、色散位移光纤（G.653 色散位移光纤）

在单模光纤中，短波长区（0.85um）材料色散很大，波导色散可以忽略；而长波长区（1.3um~1.55um），材料色散随波长的增加而减少至与波导色散相当的数量级，有可能互相抵消，出现零色散区。

原理：在1.3um~1.7um范围内任何波长，通过适当调整光纤波导的结构参量（a, △和g），总可以获得零色散，这就是色散位移光纤所依据的原理，将零色散波长从1.3um移至1.55um，可以使其与最低损耗波长一致。

G.653 色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550 nm

材料色散不变，通过改变折射率剖面形状来增大波导色散，使零色散点往长波长方向移动

四、G.655 单模光纤（NZ-DSF）

针对色散位移光纤在1.55μm色散为零，会产生四波混频，导致信道间发生串扰，不利于多信道的WDM系统的问题，如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一特点，人们研制了非零色散光纤（NZ－DSF）。非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1.55μm，而是在1.525μm或1.585μm处。非零色散光削减了色散效应和四波混频效应，而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种，所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，它特别适合于高密度WDM系统的传输，所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。