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色散补偿光纤如何减少色散
日期:2021-02-18 11:17:52
光纤通信

色散是影响光纤通信系统性能的一个重要因素,它是一个主题和性能特征,对于在操作和/或设计基于光纤的网络的设备时,理解和解释这些色散非常重要。
 
光纤中的色散是什么?
将白光束照射到棱镜中时,您会看到该光由彩虹带或光谱组成。这种现象是色散的一个例子。波长为700nm的红光和波长为400nm的紫光在可见光谱的两端。但是,是什么导致不同波长的光彼此分离呢?是玻璃!
 
无论是玻璃制成的棱镜还是带有熔融石英玻璃芯的光纤,由于玻璃是一种色散介质,它们都具有将不同波长的光弯曲到不同角度的能力。
 
为了表征光可以传播的玻璃或其他类型的介质,使用了一个参数,称为折射率 (或也 称为折射率)。该数字是指光通过介质传播的速度。单模光纤的典型折射率约为1.46 1,这意味着光在真空中的传播速度是光纤中的1.46倍。但是,该值在不同的波长下会略有变化。通常在光学器件中,波长越长,折射率越低(请参见下面的图1)。 

光纤色散
图1:折射率与波长

 
光速的定义是: 速度=光速/折射率
结果,由于折射率的不同,不同颜色的光谱以不同的速度传播,在上图中,红色的光由于折射率较低而传播得比蓝色的快。在远处,红色和蓝色将进一步分开,因此信号将变宽:

光纤脉冲
图2:脉冲展宽效果

 
在更长的距离上,这种小的“色散”最终加在一起,使得当脉冲开始重叠时,接收端无法正确区分两个连续的信号:

光纤信号

 
如果不加以管理,这会在网络通信系统中引起严重的麻烦,尤其是在快速比特率应用中。40G系统比10G系统更容易发生色散,因为信号脉冲在信号源处更密集。10G系统可以无故障运行长达100公里,而40G系统则不需要色散补偿解决方案就可以运行数百公里。
 
应该注意的是,光纤的规格通常 会根据组速度而不是相速度来声明 组折射率值。结果,折射率值会随着波长的增加而增加。
 
色散补偿光模块如何减少色散
色散补偿模块(或DCM)用于补偿单模光纤中的累积色散,色散系数用于表征色散值。常规SMF在1550nm时约为+ 16〜17 ps /(nm * km)。为了适当地进行管理,DCM使用模块内部的一种特殊类型的色散补偿光纤构建,该色散补偿光纤的色散系数值为负,范围为-30到-300 ps /(nm * km)。
 
例如,对于10公里长的光纤,累积色散将为+ 160〜170 ps / nm,因此,为了补偿该色散量,将在链路中添加DCM,以特定的和经过计算的光纤长度来减少总色散接近0 ps /(nm * km)。