中心議題：

• 高速光通信係統中的色散補償

解決方案：

• 色散補償光纖
• 啁啾光纖光柵
• GT標準具
• 三種技術方案對比
  
• 高速光通信係統中的色散補償
  

色se散san補bu償chang器qi對dui於yu推tui動dong全quan光guang網wang絡luo架jia構gou起qi著zhe決jue定ding性xing作zuo用yong
，發fa展zhan高gao速su全quan光guang網wang絡luo的de一yi個ge先xian決jue條tiao件jian是shi必bi須xu做zuo到dao光guang層ceng麵mian的de色se散san監jian控kong與yu管guan理li。色se散san補bu償chang器qi件jian在zai高gao速su傳chuan輸shu係xi統tong及ji下xia一yi代dai智zhi能neng光guang網wang絡luo中zhong有you著zhe廣guang泛fan應ying用yong。本ben文wen介jie紹shao基ji於yu色se散san補bu償chang光guang纖xian、啁啾光纖光柵、GT標準具的三種技術方案，圖文並茂講述高速光通信係統中的色散補償。

隨著光傳輸係統中的傳輸速率的提高和信號傳輸帶寬的增加，色散問題日益顯著。已經鋪設的常規光纖規 G.652線路的零色散點位於1310nm，在1550 nm處時則具有較大的色散係數(17ps/nm/km)，光guang脈mai衝chong信xin號hao經jing過guo長chang途tu傳chuan輸shu後hou

，由you於yu光guang纖xian色se散san值zhi的de積ji累lei引yin起qi脈mai衝chong展zhan寬kuan，導dao致zhi嚴yan重zhong的de碼ma間jian串chuan擾rao，使shi得de接jie收shou端duan產chan生sheng誤wu碼ma現xian象xiang，從cong而er使shi傳chuan輸shu特te性xing變bian壞huai。光guang纖xian色se散san補bu償chang技ji術shu的de研yan究jiu
，對dui提ti高gao目mu前qian已yi經jing鋪pu設she的de常chang規gui光guang纖xian通tong信xin係xi統tong的de容rong量liang具ju有you尤you其qi重zhong要yao的de意yi義yi。

色(se)散(san)補(bu)償(chang)器(qi)對(dui)於(yu)推(tui)動(dong)全(quan)光(guang)網(wang)絡(luo)架(jia)構(gou)起(qi)著(zhe)決(jue)定(ding)性(xing)作(zuo)用(yong)，發(fa)展(zhan)高(gao)速(su)全(quan)光(guang)網(wang)絡(luo)的(de)一(yi)個(ge)先(xian)決(jue)條(tiao)件(jian)是(shi)必(bi)須(xu)做(zuo)到(dao)光(guang)層(ceng)麵(mian)的(de)色(se)散(san)監(jian)控(kong)與(yu)管(guan)理(li)。色(se)散(san)補(bu)償(chang)器(qi)件(jian)在(zai)高(gao)速(su)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)及(ji)下(xia)一(yi)代(dai)智(zhi)能(neng)光(guang)網(wang)絡(luo)中(zhong)有(you)著(zhe)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。

 技術方案簡介

目前商用的光學色散補償模塊，包含固定色散補償和可調色散補償兩大類，分別是基於色散補償光纖、啁啾光纖光柵、GT標準具這三種技術方案。

 色散補償光纖

色散補償光纖是利用基模波導來獲得高的負色散值，通過改變光纖的芯徑、摻雜濃度等結構參數，使零色散波長移至大於1550nm波長的位置，於是在 1550nm處得到較大的負色散係數，通常在-50~-200ps/nm/km。為了得到高的負色散值係數，必須減小光纖芯徑，增加相對折射率差，而這種作法往往又會導致光纖的衰耗增加(0.5~1dB/km)。為(wei)了(le)能(neng)在(zai)整(zheng)個(ge)波(bo)段(duan)均(jun)勻(yun)補(bu)償(chang)常(chang)規(gui)單(dan)模(mo)光(guang)纖(xian)的(de)色(se)散(san)
，又(you)開(kai)發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)既(ji)補(bu)償(chang)色(se)散(san)又(you)能(neng)補(bu)償(chang)色(se)散(san)斜(xie)率(lv)的(de)補(bu)償(chang)光(guang)纖(xian)。該(gai)光(guang)纖(xian)的(de)特(te)點(dian)是(shi)色(se)散(san)斜(xie)率(lv)之(zhi)比(bi)與(yu)常(chang)規(gui)光(guang)纖(xian)相(xiang)同(tong)，但(dan)符(fu)號(hao)相(xiang)反(fan)，所(suo)以(yi)更(geng)適(shi)合(he)在(zai)整(zheng)個(ge)波(bo)形(xing)內(nei)的(de)均(jun)衡(heng)補(bu)償(chang)。

色散補償光纖已經在全世界的高速通信係統中得到了廣泛應用，許多傳輸係統都是通過DCF+G.652光纖實現的，具有無群時延抖動，全波段連續補償,能夠從100GHz間隔係統平滑升級到50GHz間隔係統等優點
，但存在損耗大、光脈衝延遲高、非線性效應以及模塊尺寸大等缺點。

 啁啾光纖光柵

啁(zhou)啾(jiu)通(tong)常(chang)是(shi)指(zhi)一(yi)種(zhong)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)的(de)現(xian)象(xiang)。如(ru)果(guo)光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)的(de)周(zhou)期(qi)沿(yan)長(chang)度(du)方(fang)向(xiang)發(fa)生(sheng)一(yi)定(ding)變(bian)化(hua)，則(ze)其(qi)頻(pin)率(lv)沿(yan)長(chang)度(du)方(fang)向(xiang)也(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)一(yi)定(ding)變(bian)化(hua)
，即(ji)發(fa)生(sheng)了(le)啁(zhou)啾(jiu)，稱(cheng)這(zhe)種(zhong)光(guang)柵(zha)為(wei)啁(zhou)啾(jiu)光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)。啁(zhou)啾(jiu)可(ke)以(yi)是(shi)線(xian)性(xing)的(de)
，也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)。

當光脈衝信號通過圖1總長度為 L的啁啾光柵（周期由大到小）時，信號的長、短波長分量分別在光纖的頭
、尾部反射，則短波分量比長波分量多走了2L的路程，從而補償了由群速度不同而導致的色散，起到壓縮由於光纖傳輸所導致的光脈衝展寬的作用。

對於10Gb/s及(ji)其(qi)以(yi)上(shang)的(de)係(xi)統(tong)
，係(xi)統(tong)商(shang)開(kai)始(shi)選(xuan)擇(ze)啁(zhou)啾(jiu)光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)進(jin)行(xing)色(se)散(san)補(bu)償(chang)。特(te)點(dian)是(shi)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)很(hen)小(xiao)，且(qie)損(sun)耗(hao)與(yu)補(bu)償(chang)距(ju)離(li)無(wu)關(guan)
，幾(ji)乎(hu)不(bu)受(shou)光(guang)纖(xian)非(fei)線(xian)性(xing)影(ying)響(xiang)，對(dui)光(guang)信(xin)號(hao)的(de)延(yan)遲(chi)非(fei)常(chang)低(di)，模(mo)塊(kuai)體(ti)積(ji)小(xiao)且(qie)成(cheng)本(ben)低(di)。
                                
                                                       圖 1 啁啾光柵色散補償原理

 GT標準具

基於GT標準具技術的色散補償模塊
，其核心元件GT標準具是由兩個平行反射鏡構成，前一片是低反鏡，後一片是全反鏡，鏡片之間的介質折射率小於反射鏡的折射率。

GT標(biao)準(zhun)具(ju)使(shi)光(guang)信(xin)號(hao)中(zhong)不(bu)同(tong)的(de)光(guang)譜(pu)分(fen)量(liang)所(suo)傳(chuan)輸(shu)的(de)光(guang)程(cheng)不(bu)同(tong)，產(chan)生(sheng)周(zhou)期(qi)性(xing)的(de)色(se)散(san)效(xiao)果(guo)。當(dang)該(gai)色(se)散(san)周(zhou)期(qi)與(yu)信(xin)道(dao)間(jian)隔(ge)匹(pi)配(pei)時(shi)，該(gai)方(fang)案(an)可(ke)同(tong)時(shi)補(bu)償(chang)所(suo)有(you)DWDM信道的色散。

采用單級GT標準具，色散補償範圍和工作帶寬有限。

通過多個GT標準具級聯，參見圖2zhongdepeizhi，jiehebiaozhunjuneiguangxuejiezhidereguangxiaoying，tongguojiareqigaibianwendu，jingquekongzhimeigebiaozhunjuqunshiyanquxiandefengzhibochangweizhi，bujinshixiandafanweidesesanliangtiaojie，tongshiyetuokuanletongdaogongzuodaikuan，keyongyuxitongdeketiaosesanbuchang。
                                          
                                                                          圖 2 級聯型GT標準具
                                                 
                                                                圖 3 級聯型GT標準具工作原理[page]

 技術方案對比

表1對以上三種技術優缺點進行了對比
，從圖4和圖5中插入損耗和延遲這兩項指標的比較，我們發現啁啾光纖光柵具有插入損耗低和低傳輸延遲特征。
                                    
                                                                   表 1 色散補償技術方案對比
                                                 
                                                                        圖 4 各類方案插入損耗指標對比
                                               
                                                                        圖 5 各類方案的延遲對比

 高速光通信係統中的色散補償

高速光通信係統中的色散管理複雜，不同類型的傳輸係統對色散補償有不同的要求
，可參見表2（僅列出了部分應用） ,結合表1 我(wo)們(men)發(fa)現(xian)現(xian)有(you)的(de)色(se)散(san)補(bu)償(chang)技(ji)術(shu)都(dou)無(wu)法(fa)全(quan)麵(mian)滿(man)足(zu)各(ge)類(lei)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)，實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)當(dang)中(zhong)需(xu)要(yao)具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)係(xi)統(tong)色(se)散(san)特(te)點(dian)，采(cai)用(yong)多(duo)種(zhong)色(se)散(san)補(bu)償(chang)技(ji)術(shu)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)方(fang)式(shi)
                                           
                                                                        表 2 高速光通信各類應用對色散補償要求

對於超長距離傳輸應用
，由於啁啾光纖光柵和GT標準具存在著群時延抖動，當器件級聯後
，會給係統帶來傳輸代價
，此時首選色散補償光纖技術，由於色散補償光纖無法100%補償色散斜率，同時也要考慮在接收端進行通道間殘餘色散補償。

duiyuhaidiguanglanchuanshuxitong
，weilejianshaochaochangjulichuanshudailaidesesanleijiwenti
，chuanshuguanglancaiyongdeshibutongleixingdeguangxianhunhepeizhi
，huozhecaiyongdisesanxishuguangxian
，zaijieshouduanyouyuchuanshuguangxiansesanxielvdeyuanyin
，canjiantu6，中間信道的色散能夠得到完全補償

，兩邊的信道殘餘色散高達+/-4000ps/nm，參見圖7，在接收端隻能采用啁啾光柵的技術方案進行通道間殘餘色散補償。
                                           
                                                                        圖 6 海纜傳輸接收端殘餘色散
                          
                                                   圖 7 利用啁啾光纖光柵對海纜傳輸的殘餘色散進行補償

對於40Gb/s高速光通信係統，他們的色散補償具有精確性及時變性的特點。第一
，由於係統色散容限與信號速率的平方成正比，40Gb/s係統的色散容限僅為50ps/nm左zuo右you。因yin此ci在zai係xi統tong當dang中zhong
，必bi須xu使shi用yong色se散san補bu償chang技ji術shu在zai接jie收shou端duan對dui每mei個ge信xin道dao信xin號hao的de殘can餘yu色se散san進jin行xing精jing確que補bu償chang，確que保bao在zai接jie收shou機ji工gong作zuo在zai色se散san容rong限xian範fan圍wei內nei。第di二er，在zai實shi際ji應ying用yong當dang中zhong同tong時shi還hai要yao考kao慮lv到dao傳chuan輸shu係xi統tong器qi件jian的de老lao化hua
、長途傳輸線路受到沿途氣候影響
、yunxinghuanjingdegaibiandengzhongduoyinsu，tamenkenengshixindaozhongdesesansuishijiangaibian，zhejiuyaoqiuxitongzaijieshouduanduisesanbuchanghoudexinhaojinxingcanyusesandejiance，xuyaocaiyongjiyuzhoujiuguangxianguangzhahuozheGT標準具的可調色散補償模塊。

另外，隨著運營商對網絡的動態可重構性要求日益增長，可重構光分插複用
、guangjiaochashebeizhujianshiyonghua。kezhonggouxingwangluocunzaizhewangluoguanlidengyixiliedaiyijiejuedewenti，qizhongjiubaokuoruheduiwangluojinxingsesanguanli。kezhonggouxingwangluozhongdebochangxindaoyoukenengshilaiziyuanduanjiedian．也有可能是來自近距離的節點，信號在特定點的色散補償量隨著網絡配置變化而變化
，這種應用下需要大調節範圍的可調色散補償器。