40G高速光通信系统中的色散补偿

　　1．前言

　　随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加，色散问题日益显著。已经铺设的常规光纤规G.652线路的零色散点位于1310nm，在1550 nm处时则具有较大的色散系数(17ps/nm/km)，光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的积累引起脉冲展宽，导致严重的码间串扰，使得接收端产生误码现象，从而使传输特性变坏。光纤色散补偿技术的研究，对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的容量具有尤其重要的意义。

　　色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用，发展高速全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。色散补偿器件在高速传输系统及下一代智能光网络中有着广泛应用。

　　2. 技术方案简介

　　目前商用的光学色散补偿模块，包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类，分别是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、GT标准具这三种技术方案。

　　2.1 色散补偿光纤

　　色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值，通过改变光纤的芯径、掺杂浓度等结构参数，使零色散波长移至大于1550nm波长的位置，于是在1550nm处得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。为了得到高的负色散值系数，必须减小光纤芯径，增加相对折射率差，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0.5~1dB/km)。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。

　　色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都是通过DCF+G.652光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿,能够从100GHz间隔系统平滑升级到50GHz间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、非线性效应以及模块尺寸大等缺点。

　　2.2 啁啾光纤光栅

　　啁啾通常是指一种频率变化的现象。如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光纤光栅。啁啾可以是线性的，也可以是非线性的。

　　当光脉冲信号通过图1总长度为L的啁啾光栅（周期由大到小）时，信号的长、短波长分量分别在光纤的头、尾部反射，则短波分量比长波分量多走了2L的路程，从而补偿了由群速度不同而导致的色散，起到压缩由于光纤传输所导致的光脉冲展宽的作用。

　　对于10Gb/s及其以上的系统，系统商开始选择啁啾光纤光栅进行色散补偿。特点是插入损耗很小，且损耗与补偿距离无关，几乎不受光纤非线性影响，对光信号的延迟非常低，模块体积小且成本低。

　　图 1 啁啾光栅色散补偿原理