非零色散光纤发展动向—降低色散斜率

《非零色散光纤发展动向—降低色散斜率》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、非零色散光纤发展动向—降低色散斜率1.非零色散光纤发展的历史背景   在光纤发展的历程中，90年代之前，人们一向追求在工作波长的低损耗、低色散，甚至零色散。沿着这个方向，使常规单模光纤（SMF）的零色散波长从1310nm移到了具有最低损耗的1550nm。石英单模光纤在该波长的损耗仅为1310nm波长的1/2，实现了最低损耗与零色散的“理想结合”，产生了色散位移单模光纤（DSF）。然而，在90年代初期，由于掺饵光纤放大器（EDFA）和波分复用（WDM）以及密集波分复用（DWDM）等光通信新技术的迅速推广应用，人们很快发现：DSF并不理想，

2、用DSF建立的WDM系统受到四波混频（FWM）等非线性效应的严重影响，不利于DWDM，限制了信息速率的提高。为解决FWM问题，非零色散位移单模光纤（本文简称之为非零色散光纤，其英文缩写为NZ-DSF）于1994年前后应运而生，例如美国朗讯公司的真波光纤和美国康宁公司的SMF-LS光纤，代表了第一代非零色散光纤。这里，光纤的设计准则发生了改变：在给定的工作波长范围，色散不是越低越好，更不得为零，而是要求色散值限定在一定范围内，其最小绝对值，应当足够大，足以抑制FWM；其最大绝对值，应当足够小，以使色散补偿和色散管理的费用最低。这里的“绝对

3、值”意味着NZ-DSF在工作波长的色散既可为正值也可为负值，可分别适用于不同的光通信系统。为了全面消除非线性效应的影响，在1997年，大有效面积光纤（LEAF）实现了商品化，LEAF也属于非零色散位移单模光纤类型，即ITU-TG.655光纤。这类光纤的研究和应用受到世界各国的普遍重视，其性能正在逐步得到全面优化。可以说，对于不论是海底的还是陆地的长距离高速率WDM/DWDM系统，非零色散光纤都是最理想的传输介质。2.降低色散斜率是当前非零色散光纤研究的重点   光通信技术在继续发展：EDFA的增益平坦波长范围已经从C波段（1530nm～

4、1565nm）拓宽到L波段（1565nm～1620nm）；单信道传输速率已经从2.5Gb/s提高到10Gb/s、40Gb/s；信道数目（复用的波长数）已经从16、32、40向上百发展。不断发展的光通信新技术，对NZ-DSF的色散特性提出了更高的要求，其中最重要的是：要求在宽波长范围内WDM/DWDM各信道间的色散差别小，尤其是位于工作波长范围两侧的边缘信道之间的色散差别要小。遗憾的是，上述第一代的NZ-DSF和最初的LEAF都不能满足这些要求。其主要问题在于色散斜率过大。色散斜率参数表示光纤的色散随波长改变的速率，也称3次色散或高次色散

5、。在长途WDM/DWDM系统中，由于色散累积，各信道的色散都随着传输距离的延长而增大。由于色散斜率的作用，各信道的色散累积量是不同的，位于工作波长范围两侧的边缘信道间的色散累积量差别最大，传输到一定距离，将使具有较大色散累积量的信道的色散超标，从而限制了整个系统的传输距离、传输速率或复用的信道数。色散斜率越大，色散累积量差别也越大，对系统性能的限制则越严重。采用NZ-DSF或LEAF建立的长途WDM/DWDM系统也需色散补偿。目前，广泛应用的是用色散补偿光纤（DCF）构成的色散补偿模块（DCM），因其价格不菲，最经济的方式是用一个DCM

6、对各个信道同时补偿。然而，若色散斜率过大，这种方式就行不通了，这会使处于工作波长范围一侧的边缘信道发生过补偿而使另一侧的边缘信道发生补偿不足，不得不将工作波长范围划分成2个以上的子波段，每个子波段各用一个DCM分别补偿，这就增加了色散补偿费用。若对C波段和L波段同时复用，则需划分的子波段和使用的DCM就更多了。因此，近两年来，国外在非零色散光纤方面的研究重点是降低色散斜率，研制局部色散平坦的非零色散光纤。以下简介美国康宁等几家公司在这方面的最新研究成果。3.康宁研制的局部色散平坦的LEAF   在ECOC’98会议上，康宁公司介绍了局部

7、色散平坦的LEAF的设计和制造。图1示出该新型光纤的折射率分布（RIP）设计图。靠近光纤中心的低折射率环，是用于控制波导色散；附加的一个高折射率环，是用于改变基模的场分布，得到大有效面积，也是为了改善波导结构的抗弯特性。所设计的光纤在1450nm～1600nm波长范围内色散平坦。适当地控制光纤结构参数，使零色散波长既可位于1400nm也可位于1600nm，因而在1550nm窗口的色散既可为正值也可为负值。据称，这种设计的重要特点之一是：光纤的有效面积总是大于模场直径对应的截面积，这意味着在降低非线性效应的同时仍可保持良好的抗弯特性。该新

8、型光纤的主要技术参数列于表1。图1康宁研制的局部色散平坦LEAF的折射率分布表1康宁研制的局部色散平坦LEAF的主要技术参数（在1550nm波长）       [注]：用PinGridArray即针格阵列试