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對(duì)電信行業(yè)的光系統(tǒng)供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，對(duì)更快更高性價(jià)比的光傳輸網(wǎng)絡(luò)的追求是沒(méi)有止境的。就像20世紀(jì)90年代末期從2.5G(千兆位)到10G的轉(zhuǎn)變一樣，電信行業(yè)目前正在面臨從10G到40G容量轉(zhuǎn)變的技術(shù)挑戰(zhàn)。
這種轉(zhuǎn)變的步伐大小很大程度上取決于具有合理成本的合適技術(shù)。本文介紹了基于光纖布拉格光柵(FBG)的色散補(bǔ)償技術(shù)如何能節(jié)省成本，并滿足更高位速率光傳輸網(wǎng)絡(luò)所需的技術(shù)要求。
在過(guò)去幾年中，基于FBG的色散補(bǔ)償器已經(jīng)成為色散補(bǔ)償光纖(DCF)的實(shí)用替代技術(shù)。隨著DCF技術(shù)的不斷成熟，對(duì)DCF技術(shù)只能進(jìn)行量變而非質(zhì)變的改進(jìn)，因此這一領(lǐng)域如今已充分開(kāi)放給具有突破性和高性價(jià)比的FBG技術(shù)。
就像任何突破性技術(shù)一樣，F(xiàn)BG技術(shù)最初也受到種種懷疑，但利用FBG進(jìn)行色散管理的優(yōu)點(diǎn)最終變得非常突出而無(wú)法讓人釋?xiě)�，這從過(guò)去幾年全球眾多系統(tǒng)所部署的成千個(gè)FBG-DCM可以明顯地看出來(lái)。
基于FBG的色散補(bǔ)償
色散，即短的光脈沖在沿光纖傳輸時(shí)產(chǎn)生的即時(shí)失真(擴(kuò)展或拖尾)，是光傳輸系統(tǒng)中的一個(gè)基本問(wèn)題。這種信號(hào)的失真如果沒(méi)有得到正確的補(bǔ)償將導(dǎo)致碼間干擾，最終引起數(shù)據(jù)丟失和/或業(yè)務(wù)中斷。
克服色散問(wèn)題的傳統(tǒng)方法是在整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)中采用多束DCF。基于DCF的補(bǔ)償技術(shù)是一種非常簡(jiǎn)捷的技術(shù)，它基于的原理是：與實(shí)際傳輸中使用的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相比，這種光纖的色散系數(shù)具有相反的符號(hào)。
典型DCF的色散系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的4到8倍，不過(guò)這種色散水平是通過(guò)減小光芯的直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而光芯直徑的減小將增加光傳輸損耗，并限制光在光纖中高效傳輸又不引起其它失真(所謂的非線性效應(yīng))的光功率電平。
使用高效率反射式FBG的色散補(bǔ)償技術(shù)與DCF補(bǔ)償有很大的區(qū)別。它在解決當(dāng)前和未來(lái)色散補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)以及與成本相關(guān)的問(wèn)題上被證明有許多明顯優(yōu)點(diǎn)。
基于FBG的色散補(bǔ)償通過(guò)使用精確啁啾FBG而引入了特殊波長(zhǎng)時(shí)延概念。通過(guò)結(jié)合使用這樣的FBG和標(biāo)準(zhǔn)光環(huán)形器就可以實(shí)現(xiàn)高效的色散補(bǔ)償模塊(DCM)。
FBG和色散補(bǔ)償原理的圖形化描述如圖1和圖2所示。
通過(guò)在FBG中將脈沖的“快”波長(zhǎng)反射得比“慢”波長(zhǎng)更遠(yuǎn)、讓反射的“慢”波長(zhǎng)更接近環(huán)形器，可以實(shí)現(xiàn)色散展寬脈沖的再壓縮。每個(gè)波長(zhǎng)的實(shí)際反射位置取決于光纖中精確的光致折射率變化，而這種細(xì)至幾個(gè)納米的變化是由高度復(fù)雜的制造技術(shù)控制的。
對(duì)FBG啁啾的精確控制是精確色散補(bǔ)償技術(shù)的關(guān)鍵。通過(guò)使用先進(jìn)的直接寫(xiě)入FBG制造技術(shù)，色散特征可以做到精確模擬用于補(bǔ)償?shù)墓饫w或跨段的色散屬性。
目前有兩種主要的商用FBG色散補(bǔ)償器類(lèi)型：多通道型(或通道化)和連續(xù)型。通道化補(bǔ)償器提供特定通道間距或特定柵格的補(bǔ)償。連續(xù)型補(bǔ)償器很像DCF那樣在整個(gè)C或L波段提供連續(xù)補(bǔ)償。因此連續(xù)型補(bǔ)償可以提供獨(dú)立的總通道規(guī)劃，這一功能在考慮更高位速率、密集通道間距和未來(lái)可升級(jí)性時(shí)尤其讓人感興趣。
FBG和DCF的比較
如前所述，插入損耗是使用DCF進(jìn)行色散補(bǔ)償時(shí)的最大缺點(diǎn)之一。例如，用于100km到120km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖補(bǔ)償?shù)纳逃肈CF有約10dB的插入損耗，而相同跨距下的連續(xù)型FBG-DCM補(bǔ)償只有3到4dB的插入損耗(對(duì)通道化FBG解決方案來(lái)說(shuō)不到3dB)。
另外，DCF的插入損耗與需要補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)度接近呈線性的關(guān)系，而在FGB中，插入損耗幾乎是常數(shù)(圖3)。
插入損耗是光網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)主要成本因素，因?yàn)樗苯佑绊懶枰姆糯蟊稊?shù)。而保持較少數(shù)量的放大器不只是成本方面的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，摻鉺光纖放大器(EDFA)實(shí)際上會(huì)增加嚴(yán)重的與波長(zhǎng)有關(guān)的色散也是一個(gè)事實(shí)。當(dāng)這種放大器的數(shù)量增加時(shí)，會(huì)負(fù)面影響系統(tǒng)性能。
