9、光纤通信中的色散、损耗与类型解析

光纤通信中的色散、损耗与类型解析

1. 色散现象与补偿方法

1.1 色散的基本表现

在光纤通信中，色散是一个重要的现象。以中心波长为1550nm的光谱宽度为例，光在传输1km后会被展宽16皮秒。如果光谱宽度为10nm，光纤长度为10km，脉冲将被展宽1600皮秒（即1.6纳秒）。并且，色散的正负值具有相同的效果，正负号仅表示较长或较短波长的传播速度快慢。

1.2 波分复用（WDM）系统中的色散补偿

当使用波分复用（WDM）时，多个波长会同时在光纤中传输。为了解决色散问题，常见的方法是在接收端使用一定量的色散补偿光纤（DCF）。通过选择与传输光纤色散效果相反的终端光纤，可以减少色散现象的影响。不过，这种方法需要使用较长的光纤卷，通常放置在“披萨盒”中，这些光纤卷可能长达数公里。而且，选择“披萨盒”需要根据传输链路的长度来确定，额外添加的光纤会进一步影响衰减，因此在功率预算中必须考虑这一因素。

另一种相对较新的方法是使用可调色散补偿器。

1.3 非WDM光纤中的零色散点（ZDP）

对于非WDM使用的光纤，发射机的最佳中心波长是色散为零的点，这个波长被称为λ0或零色散点（ZDP）。不同的光纤其ZDP值不同，这是光纤制造商需要控制的重要参数。此外，还有一个重要参数是零色散斜率（S0），它衡量的是离开ZDP时色散增加的速度。

在纯石英玻璃中，ZDP自然出现在1.27微米处。为了利用ZDP，理论上可以寻找发射1.27微米光的激光器。但实际上，玻璃波导会因瑞利散射而产生损耗，瑞利散射会随着波长的增长而减小。因此，可以向玻璃中添加掺杂材料，将ZDP移至1.3 - 1.6微米的范围内，许