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深度解析什么是色散补偿器?它有什么作用?

[来源:纤亿通]  [日期:2021-12-03]  [点击数:224] 

1. 色散是什么?


 

色散是复色光分解为单色光而形成光谱的现象。色散可以利用棱镜或光栅等作用为色散系统的仪器来实现。如复色光进入棱镜后,由于它对各种频率的光具有不同折射率,各种色光的传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜时就各自分散,形成光谱。例如太阳光通过三棱镜后,产生自红到紫循序排列的彩色连续光谱。复色光通过光栅或干涉仪时,由于光的衍射和干涉作用,也能使各种色光分散。从广泛的意义上来说,色散不仅指光波分解成频谱,而且任何物理量只要随频率(或波长)变化而变化,都称色散,例如旋光色散等。
 
简单的来说就是材料的折射率随入射光频率的改变而改变的性质,称为“色散”。光的色散分为正常色散和反常色散。随着光频率升高介质折射率增大的色散称为正常色散,反之随着频率的降低介质折射率减小的现象称为反常色散。图1为几种光学材料的色散曲线。色散可通过棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。如一细束阳光可被棱镜分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光从而产生彩虹效应。这是由于复色光中的各种色光的折射率不相同。当它们通过棱镜时,传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜则便各自分散。

 

2. 色散有什么影响?


色散能够给人们带来美丽的彩虹,但是如果色散发生在光通信系统中,就没有那么美好了。尽管色散的概念是从光的色散现象提出来的,但色散的含意远超出了光在介质中传播的范畴,它涉及了介质中集体激发的各个领域。例如格波的频率与其波矢的关系称格波的色散关系。光波与长光学横波耦合而产生的极化激元(电磁耦合场量子)的频率与其波矢之间的关系称极化激元的色散关系。磁激子(自旋波量子)的能量子与其自旋波波矢的关系构成了磁激子的色散关系。另外色散概念也用于量子场论中。也可用于描述传播参数与频率之间的关系。在光纤中的色散由材料色散、波导色散、 折射率分布色散等组成,会引起传输信号的失真。

 

在“损耗”术语中,我们了解到,色散是光纤传输中的损耗之一。随着光纤制造工艺的不断提高,光纤损耗对光通信系统的传输距离不再起主要限制作用,色散上升为首要限制因素之一。当光纤的输入端光脉冲信号经过长距离传输以后,在光纤输出端,光脉冲波形发生了时域上的展宽,这种现象即为色散。以单模光纤中的色散现象为例,色散将导致码间干扰,在接收端将影响光脉冲信号的正确判决,误码率性能恶化,严重影响信息传送。

 

3. 光传输当中的光纤色散有什么影响?

 

 

光纤的色散,其可以被形容为一种脉冲拓宽现象,具体指的是不同模式分量、不同频率下的光信号,或是光脉冲,在光线中出现,保持不同的传输速度并传输一定距离后,出现信号失真现象。通常情况下,我们将光纤的色散划分为三种,第一种是模式色散,第二种是材料色散,第三种是波导色散。就模式色散来说,是在不同的模式传输时,如果光具有相同的频率,切分量但是不同,并引起的群速不同,最终造成的色散;就材料色散来说,这主要是因为材料自身的因素影响,导致光的折射率出现差异,引起的群速不同,最终造成的色散;最后的波导色散,主要是在单模式光传输下,其宽度频带不变,切分量存在差异而最终造成的色散。波导色散、材料色散,也被一并的成为色度色散,模式色散主要在多模光纤当中出现。色散,对于光纤的信息传输具有很大的影响,其与光纤带宽距离积之间,呈反比的关系,如果色散越大的话,带宽距离积自然就会变得越小,为此我们就需要应用到补偿原理,来对光纤信息传输进行优化,确保其传输质量。


4. 什么是色散补偿器?

 

色散补偿器是一种用于补偿传输媒介中产生的色散的设备或装置。近年来 , 随着光纤通信的迅速发展 , 多通道的色散补偿技术成为促进光纤通信发展的一项关键技术 . 由于色散补偿光纤( DCF) 损耗大 , 光纤的非线性强 , 而且用 DCF很难实现大范围的色散斜率的补偿。
 
这种色散补偿器由几个波长交错的多波长光纤光栅组成 , 它对线性串扰和非线性串扰都具有一定的抑制能力 , 其结构简单 , 系统成本增加很少 , 而且没有额外的插损。

 

由于非线性串扰( 交叉相位调制和四波混频效应 ) 主要是由邻近信道引起的 , 因此 , 实际上不需要对每一个信道间都引入随机时延差 , 而只要在邻近信道间引入随机时延差就可以了 , 所以 , 图所示的这种色散补偿器 , 只在邻近信道间引入随机时延差来抑制交叉相位调制和四波混频效应。
 
它同时具有了串联的窄带光纤光栅和取样光纤光栅的优点 , 与窄带光纤光栅相比 , 它所用的光纤光栅的数量大为减少 , 不会受到背景损耗的限制 , 需要封装的光纤光栅的数量少 , 而且色散补偿器的体积也很小 ; 另一方面 , 它的串扰性能会优于单个的取样光纤光栅 , 而且 , 在不给系统带来额外的成本和损耗的条件下 , 还能够有效地抑制系统的交叉相位调制和四波混频效应 , 因此 , 能获得更好的性价比。
 

 DCM色散补器是深圳纤亿通科技研发生产用于高速长距通信系统中解决光纤色散问题而设计一款色散补偿设备,能够有效优化G.652&G.655标准单模光纤的色散,提升传输系统的稳定性,在10G&25G波分系统中尤为常见。纤亿通色散补偿相关产品已广泛应用于各种政企专网、数据中心光传输系统中。





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