分布式色散管理：有效解决传输损耗与色散问题

色散会导致光纤中传输脉冲信号脉冲展宽、相互重叠，因此成为限制光纤通信系统发展的一个重要因素。色散包括模间色散和模内色散。模间色散是光纤中不同模式传输速度不同而造成的时延，引起光脉冲的展宽；模内色散是由于光源的线宽、不同波长光传输速率不同导致的光脉冲展宽，由波导色散和材料色散两部分组成。

在多模光纤中模间色散的影响远大于模内色散，因此，最初的解决办法是采用单模光纤抑制模间色散，并将光纤零色散波长调至低损耗窗口。传统石英光纤零色散窗口位于1300 nm附近，通过减小光纤直径或增加相对折射率差可以将零色散窗口调整至传输损耗更低的1550 nm窗口。然而光纤直径减小会导致弯曲损耗增加，而增加相对折射率差则会导致光纤传输损耗的增加。为了消除这些效应对传输的影响，必须采取更有效的色散管理。目前常用的方法是沿着传输链路周期性交替地铺设群速度色散系数互反的色散位移光纤，实现分布式色散管理。

复合光纤通过结构参数调整，改变折射率分布，可实现对传导模式和色散参量的控制，甚至能突破材料色散限制，实现负波导色散，因此更有利于实现对传导模式和色散参量的控制。1974年，Kawakami和Nishida［263］率先提出了由高折射率纤芯、低折射率内包层和次高折射率外包层构成的“W”型光纤，该光纤在1550 nm的波导色散符号与材料色散相反，因此可在1550 nm处实现低色散窗口。同时，这种光纤具有更强的光场约束，有利于降低损耗。基于这一思想，众多学者对多包层复合光纤展开了研究，并提出更多的设计思路，以期在更宽的波长范围内获得零色散平坦和低损耗值。Weling和Wehr制备的四包层光纤色散最大值位于1480 nm，约为4 ns/（nm·km），两个色散零点分别位于1340 nm和1600 nm处；弯曲半径为4 cm时损耗为1dB/km［264］。Francois等研制的四包层单模光纤，在15001700 nm的传输损耗低于1 dB/km，1550 nm的色散值＜0.5 ps/（nm·km）［265］。Lu等［266］设计了一种弯曲不敏感、具有较大制备容差的零色散六包层单模光纤。该光纤具有3个零色散点，分别位于1310 nm、1460 nm和1575 nm处，并且在13001593 nm之间的色散绝对值小于0.95 ps/（nm·km）。Li等采用低折射率相对差值设计的一种三包层光纤，在15001600 nm区间内色散值小于2 ps/（nm·km），同时具备低传输损耗、低色散、低弯曲损耗和低熔接损耗的优良性能［267］。2003年，Rathje等［268］制备了三包层光纤，该光纤在S、C和L波段（15101620 nm）内的总色散约为零，绝对值小于0.4 ps/（nm·km），色散平坦；在1550 nm处的传输损耗为0.349 dB/km，单模截止波长为1405 nm，偏振模色散为0.037 ps/km，与标准单模光纤的熔接损耗为0.19 dB。(www.xing528.com)

与“W”型光纤相比，光子晶体光纤能够在不改变材料色散的情况下，通过改变光纤的几何结构调整波导色散，实现更大范围的调控，甚至可以在可见光范围内实现反常色散。而且，在光通信链路中，此类光纤可同时具备拉曼放大和宽带色散补偿的功能，在优化器件性能的同时简化了系统结构。2003年，Monsoriu等提出了一种布拉格光纤，通过改变光纤的几何结构和折射率分布，可实现对传导模式和色散参量的控制［269］。Hansen制备了具有三重对称性光纤纤芯结构的光子晶体光纤，实现了在14651655 nm的色散小于2 ps/（nm·km），三阶色散小于10－3 ps/（nm2·km）［270］。Saitoh和Koshiba结合多包层光纤结构，通过控制包层不同层气孔大小实现不同等效折射率，在14601640 nm实现近零色散［271］。Wu等结合双包层光纤结构，通过四层（包含两种尺寸）气孔，实现在12951725 nm的色散绝对值小于0.25 ps/（nm·km）［272］。

此外，手性光纤也具有色散调制功能。Qiu等研究了手性光纤导波特性［273］，发现在标准光纤中具有相反方位角波数的模式具有简并的色散曲线，而手性光纤中这种简并性被破除，且手性越强，色散曲线分裂得越厉害。