[发明专利]用于高精度光纤授时系统的色散补偿装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信领域，主要涉及一种用于高精度光纤授时系统的色散补偿装置与方法。

背景技术

现有色散补偿方案，在高速率大容量的光纤通信系统中，由于光纤介质表现出非线性，光脉冲包络的形状会发生变化，这种影响光信号接收的变化称为群速度色散，群速度色散会引起光信号传输波形的展宽。尽管从防止脉冲展宽的观点来看，工作在零色散波长是很合适的，但是，实际设计中还要考虑其他的因素。例如，在波分复用(WDM)系统中，在零色散波长处最多只能安排一个信道，而且当色散效应很小的情况下，会发生很强的四波混频，使波分复用系统不能工作在零色散区，这样，由群速度色散GVD(GroupVelocityDispersion)引起的脉冲展宽就很严重了。

如果想在现有的常规单模光纤网络上建立超精密时间同步系统，那么对色散进行补偿就是必不可少的。而目前对光纤色散的补偿精度都非常有限。例如在基于光同步数字体系(SDH)的授时系统中，由于测试环路时延信号来回传输所用光链路在物理上不一致，导致光信号单程传输时延的测试存在较大误差，虽然可以采取一些色散补偿措施，但授时精度只能达到百纳秒量级；在基于波分复用(WDM)技术的授时系统中，来回光链路采用同一根光纤，克服了物理上来回光链路长度不一致导致的测试误差，但是不同波长的光信号在同一根光纤中传输时，色散将使不同波长光信号的群时延不一致。虽然采取色散补偿措施可以将色散降低到10ns以内，但是仍然不能达到超精密时间同步的要求。目前，色散补偿方案主要有：色散补偿光纤(DCF)、啁啾光纤光栅和偏振模色散补偿法(PMD)等。

现有色散补偿方案原理：

色散补偿的基本原理是使用一个或多个大负色散的器件对光纤的正色散实施抵消，对光纤中的色散累积进行补偿，从而使系统的总色散量减小。

(1)色散补偿光纤(DCF)。其基本原理是通过对光纤的芯径及折射率分布的设计，利用光纤的波导色散效应，使其零色散波长大于1550nm，即在1550nm波长处产生较大的负色散，这样当常规光纤和色散补偿光纤级联使用时，两者的色散将会互相抵消。若用Ds和Dc分别表示常规单模光纤和色散补偿光纤在λ1处的色散系数，Ls和Lc分别表示常规单模光纤和色散补偿光纤的传输距离，则当满足(3.1)式时，群时延色散被补偿。

D_sL_s+D_cL_c＝0(3.1)

当满足(3.2)式时，二阶色散被补偿。

D_s′L_s(λ-λ₁)+D_c′L_c(λ-λ₁)＝0(3.2)

(3.2)式中D_s′和D_c′是Ds和Dc对λ的一阶导数。

(2)啁啾光纤光栅(CFBG)色散补偿。其基本原理是：啁啾光纤光栅中，谐振波是位置的函数，因此不同波长的入射光在啁啾光纤光栅的不同位置上反射并具有不同的时延，短波长分量经受的时延长，长波长分量经受的时延短，光栅所引入的时延与光纤中传输时造成的时延正好相反，二者引入的时延差相互抵消，使脉冲宽度得以恢复。

(3)偏振模色散(PMD)补偿法

目前国际上主要是以两种方式对偏振模色散PMD进行补偿，即在传输的光路上直接对光信号进行补偿或在光接收机内对电信号进行补偿。两者的实质都是利用某种光的或电的延迟线对PMD造成的两偏振模之间的时延差进行补偿。其基本原理为：首先在光或电信号上将两偏振模信号分开，然后用延迟线分别对其进行延时补偿，在反馈回路的控制下，使两偏振模之间的时延差为零，最后将补偿后的两偏振模信号混合后输出。

现有技术的主要缺点：

色散补偿光纤(DCF)的缺点是非线性效应较明显，输入光功率不能过高，插入损耗较大。此外，色散补偿光纤(DCF)制成的色散补偿模块DCM(DispersionCompensatorModule)的色散量不可调，而且不同类型的光纤需要不同类型的色散补偿光纤(DCF)。

啁啾光纤光栅(缺点)：此装置在陆地长距离传输系统中具有很好的补偿效果,但是光纤光栅对温度的敏感性以及在多波长系统中应用技术还不成熟,还有待于进一步改进。