1.前言
隨著光傳輸系統(tǒng)中的傳輸速率的提高和信號傳輸帶寬的增加,,色散問題日益顯著,。已經(jīng)鋪設(shè)的常規(guī)光纖規(guī)G.652線路的零色散點(diǎn)位于1310nm,在1550 nm處時則具有較大的色散系數(shù)(17ps/nm/km),,光脈沖信號經(jīng)過長途傳輸后,,由于光纖色散值的積累引起脈沖展寬,導(dǎo)致嚴(yán)重的碼間串?dāng)_,,使得接收端產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象,,從而使傳輸特性變壞。光纖色散補(bǔ)償技術(shù)的研究,對提高目前已經(jīng)鋪設(shè)的常規(guī)光纖通信系統(tǒng)的容量具有尤其重要的意義,。
色散補(bǔ)償器對于推動全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)起著決定性作用,發(fā)展高速全光網(wǎng)絡(luò)的一個先決條件是必須做到光層面的色散監(jiān)控與管理,。色散補(bǔ)償器件在高速傳輸系統(tǒng)及下一代智能光網(wǎng)絡(luò)中有著廣泛應(yīng)用,。
2. 技術(shù)方案簡介
目前商用的光學(xué)色散補(bǔ)償模塊,包含固定色散補(bǔ)償和可調(diào)色散補(bǔ)償兩大類,,分別是基于色散補(bǔ)償光纖,、啁啾光纖光柵、GT標(biāo)準(zhǔn)具這三種技術(shù)方案,。
2.1 色散補(bǔ)償光纖
色散補(bǔ)償光纖是利用基模波導(dǎo)來獲得高的負(fù)色散值,,通過改變光纖的芯徑、摻雜濃度等結(jié)構(gòu)參數(shù),,使零色散波長移至大于1550nm波長的位置,,于是在1550nm處得到較大的負(fù)色散系數(shù),通常在-50~-200ps/nm/km,。為了得到高的負(fù)色散值系數(shù),,必須減小光纖芯徑,增加相對折射率差,,而這種作法往往又會導(dǎo)致光纖的衰耗增加(0.5~1dB/km),。為了能在整個波段均勻補(bǔ)償常規(guī)單模光纖的色散,又開發(fā)出一種既補(bǔ)償色散又能補(bǔ)償色散斜率的補(bǔ)償光纖,。該光纖的特點(diǎn)是色散斜率之比與常規(guī)光纖相同,,但符號相反,所以更適合在整個波形內(nèi)的均衡補(bǔ)償,。
色散補(bǔ)償光纖已經(jīng)在全世界的高速通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,,許多傳輸系統(tǒng)都是通過DCF+G.652光纖實(shí)現(xiàn)的,具有無群時延抖動,,全波段連續(xù)補(bǔ)償,能夠從100GHz間隔系統(tǒng)平滑升級到50GHz間隔系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn),,但存在損耗大、光脈沖延遲高,、非線性效應(yīng)以及模塊尺寸大等缺點(diǎn),。
2.2 啁啾光纖光柵
啁啾通常是指一種頻率變化的現(xiàn)象。如果光纖光柵的周期沿長度方向發(fā)生一定變化,,則其頻率沿長度方向也會發(fā)生一定變化,,即發(fā)生了啁啾,稱這種光柵為啁啾光纖光柵,。啁啾可以是線性的,,也可以是非線性的。
當(dāng)光脈沖信號通過圖1總長度為L的啁啾光柵(周期由大到小)時,,信號的長,、短波長分量分別在光纖的頭、尾部反射,,則短波分量比長波分量多走了2L的路程,,從而補(bǔ)償了由群速度不同而導(dǎo)致的色散,起到壓縮由于光纖傳輸所導(dǎo)致的光脈沖展寬的作用,。
對于10Gb/s及其以上的系統(tǒng),,系統(tǒng)商開始選擇啁啾光纖光柵進(jìn)行色散補(bǔ)償。特點(diǎn)是插入損耗很小,,且損耗與補(bǔ)償距離無關(guān),,幾乎不受光纖非線性影響,對光信號的延遲非常低,,模塊體積小且成本低,。
圖 1 啁啾光柵色散補(bǔ)償原理
2.3 GT標(biāo)準(zhǔn)具
基于GT標(biāo)準(zhǔn)具技術(shù)的色散補(bǔ)償模塊,其核心元件GT標(biāo)準(zhǔn)具是由兩個平行反射鏡構(gòu)成,,前一片是低反鏡,,后一片是全反鏡,鏡片之間的介質(zhì)折射率小于反射鏡的折射率,。GT標(biāo)準(zhǔn)具使光信號中不同的光譜分量所傳輸?shù)墓獬滩煌?,產(chǎn)生周期性的色散效果。當(dāng)該色散周期與信道間隔匹配時,,該方案可同時補(bǔ)償所有DWDM信道的色散,。采用單級GT標(biāo)準(zhǔn)具,色散補(bǔ)償范圍和工作帶寬有限,。通過多個GT標(biāo)準(zhǔn)具級聯(lián),,參見圖2中的配置,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)光學(xué)介質(zhì)的熱光效應(yīng),,通過加熱器改變溫度,,精確控制每個標(biāo)準(zhǔn)具群時延曲線的峰值波長位置,不僅實(shí)現(xiàn)大范圍的色散量調(diào)節(jié),,同時也拓寬了通道工作帶寬,,可用于系統(tǒng)的可調(diào)色散補(bǔ)償。
圖 2 級聯(lián)型GT標(biāo)準(zhǔn)具
圖 3 級聯(lián)型GT標(biāo)準(zhǔn)具工作原理
2.4 技術(shù)方案對比
表1對以上三種技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比,,從圖4和圖5中插入損耗和延遲這兩項(xiàng)指標(biāo)的比較,,我們發(fā)現(xiàn)啁啾光纖光柵具有插入損耗低和低傳輸延遲特征。
表 1 色散補(bǔ)償技術(shù)方案對比
圖 4 各類方案插入損耗指標(biāo)對比
圖 5 各類方案的延遲對比
3. 高速光通信系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償
高速光通信系統(tǒng)中的色散管理復(fù)雜,,不同類型的傳輸系統(tǒng)對色散補(bǔ)償有不同的要求,,可參見表2(僅列出了部分應(yīng)用) ,結(jié)合表1 我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的色散補(bǔ)償技術(shù)都無法全面滿足各類系統(tǒng)要求,實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中需要具體分析系統(tǒng)色散特點(diǎn),采用多種色散補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合的方式
表 2 高速光通信各類應(yīng)用對色散補(bǔ)償要求
對于超長距離傳輸應(yīng)用,,由于啁啾光纖光柵和GT標(biāo)準(zhǔn)具存在著群時延抖動,,當(dāng)器件級聯(lián)后,會給系統(tǒng)帶來傳輸代價(jià),,此時首選色散補(bǔ)償光纖技術(shù),,由于色散補(bǔ)償光纖無法100%補(bǔ)償色散斜率,同時也要考慮在接收端進(jìn)行通道間殘余色散補(bǔ)償,。
對于海底光纜傳輸系統(tǒng),為了減少超長距離傳輸帶來的色散累積問題,,傳輸光纜采用的是不同類型的光纖混合配置,,或者采用低色散系數(shù)光纖,在接收端由于傳輸光纖色散斜率的原因,,參見圖6,,中間信道的色散能夠得到完全補(bǔ)償,兩邊的信道殘余色散高達(dá)+/-4000ps/nm,,參見圖7,,在接收端只能采用啁啾光柵的技術(shù)方案進(jìn)行通道間殘余色散補(bǔ)償。
圖 6 海纜傳輸接收端殘余色散
圖 7 利用啁啾光纖光柵對海纜傳輸?shù)臍堄嗌⑦M(jìn)行補(bǔ)償
對于40Gb/s高速光通信系統(tǒng),,他們的色散補(bǔ)償具有精確性及時變性的特點(diǎn),。第一,由于系統(tǒng)色散容限與信號速率的平方成正比,,40Gb/s系統(tǒng)的色散容限僅為50ps/nm左右,。因此在系統(tǒng)當(dāng)中,必須使用色散補(bǔ)償技術(shù)在接收端對每個信道信號的殘余色散進(jìn)行精確補(bǔ)償,,確保在接收機(jī)工作在色散容限范圍內(nèi),。第二,在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中同時還要考慮到傳輸系統(tǒng)器件的老化,、長途傳輸線路受到沿途氣候影響,、運(yùn)行環(huán)境的改變等眾多因素,它們可能使信道中的色散隨時間改變,,這就要求系統(tǒng)在接收端對色散補(bǔ)償后的信號進(jìn)行殘余色散的檢測,,需要采用基于啁啾光纖光柵或者GT標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)色散補(bǔ)償模塊。
另外,,隨著運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)可重構(gòu)性要求日益增長,,可重構(gòu)光分插復(fù)用、光交叉設(shè)備逐漸實(shí)用化,??芍貥?gòu)性網(wǎng)絡(luò)存在著網(wǎng)絡(luò)管理等一系列待以解決的問題,其中就包括如何對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行色散管理??芍貥?gòu)性網(wǎng)絡(luò)中的波長信道有可能是來自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn).也有可能是來自近距離的節(jié)點(diǎn),,信號在特定點(diǎn)的色散補(bǔ)償量隨著網(wǎng)絡(luò)配置變化而變化,這種應(yīng)用下需要大調(diào)節(jié)范圍的可調(diào)色散補(bǔ)償器,。
4. 色散補(bǔ)償產(chǎn)品介紹
武漢光迅科技股份有限責(zé)任公司的光學(xué)色散補(bǔ)償模塊,,分為固定型色散補(bǔ)償和可調(diào)型色散補(bǔ)償兩大類,產(chǎn)品已經(jīng)通過Telcordia 1209/1221可靠性試驗(yàn),,產(chǎn)品符合RoHS要求,,除了常規(guī)指標(biāo),可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制,,滿足傳輸系統(tǒng)的各項(xiàng)要求,。目前已經(jīng)提供國內(nèi)各大系統(tǒng)廠商使用。
圖 8 光迅科技的色散補(bǔ)償產(chǎn)品
圖 9 各類產(chǎn)品簡介