色散补偿技术的研究

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1、第三届中国通信光电线缆产业高峰论坛暨中国光纤光缆30年大会色散补偿技术的研究成煜李进延雷道玉陈伟罗文勇彭景刚烽火通信科技股份有限公司摘要：本文探讨了高速率光通信系统光纤线路的色散补偿技术。通过理论分析，本文提出了三包层型色散补偿光纤的波导设计，并利用自主知识产权的PCVD设备进行了实验。制造出来的色散补偿光纤在1550nm处的负色散值达到了一314pS／nm*km，色散斜率为一1．11ps／nm2*km，FOM值为320．4，满足了光纤线路的二阶色散补偿要求。关键词：色散补偿；波导结构；FOM一，引言掺铒光纤放大器的发明，世界电信业实现了长距离无电中继的全光传输。但是当光纤通信系

2、统的数据传输速率从2．5Gbits／s上升到lOGbits／s和40Gbits／s时，光纤的色散严重影响了接收端的眼图，导致系统的传输距离缩短。既然色散成了影响高速率传输系统终端设备距离的主要因素，因此，色散补偿技术就成为高速率传输系统的关键技术之一。在高速光通信中，所指的色散是材料色散、波导色散和偏振模色散。材料色散和波导色散的叠加形成光纤的波长色散的主要部分，它的特性是随光传输的距离而线性变化；偏振模色散是由于光纤几何结构的非完全轴对称产生HElIx和HElly模群速率差异引起的，它的特性是满足统计规律而不完全是线性关系。通常意义上的色散补偿方案主要是补偿光纤累积线性变化的波

3、长色散的主要部分而非偏振模色散。色散补偿的概念包括两个层面，一是一阶色散补偿，只要补偿某个波长色散；二是二阶色散补偿，包括某个波长的色散补偿和色散斜率补偿。色散补偿光纤主要应用在高速系统，因此，对光纤PMD要求很高。[1，2]目前色散补偿光纤按照补偿光纤的不同，可以分为G．652色散补偿光纤和G．655色散补偿光纤。[3]本文主要探讨G．652色散补偿光纤的研究开发技术。G．652光纤的色散在1550nm大约17ps／nm·km，在1550附近的色散斜率大约为0．058ps／nm2·km。按照二阶色散补偿方案的要求，必须满足两个条件：L姒F卑D姒F—LDcF卑DDcFS酣FsDC

4、FD泓FDDcF(1)一171—第三届中国通信光电线缆产业高峰论坛暨中国光纤光缆30年人会其中Ls肝是单模光纤的长度，DSMF是单模光纤的色散，ssur是单模光纤的色散斜率；LDCF是色散补偿光纤的长度，Docr是色散补偿光纤的色散，SDCF是色散补偿光纤的色散斜率。。二，色散补偿光纤的色散移动技术和色散斜率的控制技术光纤的材料色散依赖于材料的组成、性质和结构。在Si02体系中掺杂Ge02而导致的材料色散变化规律非常明显，既材料色散随掺杂的Ge02摩尔浓度增加而增大。对于色散补偿光纤而言，由于其光纤芯层Ge02掺杂量较大，因此，材料色散在1550nm波长约为20ps／nm*km左

5、右。根据色散补偿的技术要求，在1550nm处必须要有大的负色散和相当的负色散斜率。三角形纤芯具有色散移动快的特点，因此，传统的W型结构制作的色散补偿光纤可以实现在1550nm处的大负色散。但是，这种结构的缺点是对弯曲敏感，导致光纤的附加损耗高：同时，这种结构不容易形成大的负色散斜率，因此，不能二阶色散补偿方案的要求。而三包层型波导结构则利用基模的波导色散移动来实现在1550nm波长处的负色散值和负色散斜率。[4]在三包层结构中，通过改变纤芯的直径和相对折射率差可以移动波导色散的极值点，这为制作色散补偿光纤提供了有益的方法和思路。一般规律是，当减小纤芯的直径和增加纤芯的相对折射率差

6、，波导色散的极值点向短波长移动。刘贤炳计算了单包层型色散补偿光纤不同纤芯和相对折射率差下的色散曲线，得出了如下结论：不能过度减小光纤芯径，否则造成负色散的绝对值减小和正的色散斜率，且制造上重复性差：增大纤芯的相对折射率差，有利于增加负色散的绝对值，而且对实现负的色散斜率有利，但是缺点是增加了光纤的瑞利散射损耗。[5]龚岩栋、简水生等人提出两个肩膀层(第二包层)的折射率的高低和宽窄可以调节色散曲线的形状，使之产生负色散斜率以及促使场的更大部分分布于下陷层中，达到更大的波导效应。[6]三，偏振模色散的控制光纤PMD产生的原因是光纤芯子在材料组成、形状和应力上的各向异性，导致组成基模的

7、两个正交模在传输时产生群时延差。要控$

8、JDCF光纤的PMD，必须要减少光纤芯子的各向异性。减d、PMD的原理有两个，一是降低光纤的双折射，二是增加模式耦合。[7，8]DCF光纤由于高掺杂，纤芯小，因此，任何的不均匀将导致光纤PMD的增大。在预制棒的制造过程中，采用高精度气体质量流量计保证PCVD沉积的高均匀性。在成棒过程中，采用正压力成棒，控制反应管的收缩速率，提高预制棒圆度。作者通过工艺过程的控制来实现降低DCF光纤的PMD目的。在拉丝过程中，作者采用交替搓扭方法来增加光纤的