光纤色散在光纤传输中十分重要，它深刻影响着光纤传输的质量，本期我们将从8个问题出发，从多角度探讨光纤色散的作用。

光纤色散是指在光纤中传输的光信号的不同频率成分或不同模式分量以不同速度传播，导致脉冲展宽和信号失真（码间干扰）的现象。

它直接影响通信质量，因为色散会使光脉冲在传输过程中扩散，当脉冲重叠时，接收端难以区分原始信号，导致误码率升高，从而限制系统传输距离和容量。在高速通信中，色散是仅次于损耗的关键限制因素。

光纤色散主要有四种类型：

1、模式色散：多模光纤中不同模式传播路径长度不同导致速度差异，仅存在于多模光纤。

2、材料色散：光纤材料（如石英玻璃）折射率随波长变化，使不同波长光速不同。

3、波导色散：光纤纤芯-包层结构与波长相互作用，影响光波导传播常数。

4、偏振模色散：实际光纤中因制造不完美或外部应力，导致两个正交偏振模传播速度不同。

单模光纤设计仅支持单一模式传输（基模），因此模式色散自然消失。

材料色散源于光纤材料的固有光学特性（折射率随波长变化），而波导色散源于光纤几何结构（纤芯直径、折射率分布）与波长的相互作用。在标准单模光纤（如G.652）中，材料色散（负值）与波导色散（正值）在1.31μm波长附近相互抵消，形成零色散点。

光纤色散用色散系数量化，单位为ps/(nm·km)（皮秒每纳米每千米）。它表示每纳米波长变化引起的脉冲展宽时间（皮秒）与传输距离（千米）的比值。

例如，G.652光纤在1550nm波长的色散系数约为20 ps/(nm·km)，即1km光纤中波长变化1nm，脉冲展宽20皮秒。多模光纤则用带宽（MHz·km）表示。

零色散波长是光纤中色散为零的特定波长。在G.652单模光纤中，零色散波长位于1.31μm附近（ITU-T G.652建议规定零色散波长范围为1300nm~1324nm）。

该波长被广泛采用是因为：1、色散最小（接近0 ps/(nm·km)），能支持更高传输速率；2、与光纤低损耗窗口（1.31μm损耗约0.35 dB/km）匹配；3、成本效益高，避免了色散补偿的额外开销，适合中短距离（<80km）城域网。

光纤色散对系统的主要影响是由于脉冲展宽，造成光信号畸变，典型表现为脉冲展宽和峰值功率降低，从而造成系统误码，同样也会影响传输距离的长短，以及系统速率的大小。

例如色散对于系统的影响。色散容限与系统速率的关系基本成平方反比的关系。即系统速率提高4倍，则色散容限小16倍。

偏振模色散对系统的影响，偏振模色散主要可能会引起脉冲信号畸变及脉冲展宽。

高速系统比特周期极短（100Gbps为10ps，400Gbps为2.5ps），而色散引起的脉冲展宽必须远小于比特周期（通常要求≤1/3比特周期）。以G.652光纤为例，传输100km时：

1、100Gbps系统：脉冲展宽达2000ps，远超10ps周期，需严格色散补偿。

2、400Gbps系统：相同距离下展宽2000ps，相当于800个比特周期，误码率急剧上升。因此，速率每提升10倍，色散容忍度下降约100倍，高速系统必须依赖色散补偿技术。

1、色散补偿光纤（DCF）：使用负色散系数光纤（如-80 ps/(nm·km)）与传输光纤串联抵消。优质DCF在1550nm波长的负色散值可达-80～-150 ps/(nm·km)，1km DCF可补偿4～8km标准单模光纤的色散。

2、啁啾光纤光栅（FBG）：通过设计特定啁啾参数实现波长选择性补偿。FBG具有插入损耗低（0.5dB）、体积小、非线性效应小等优点，但频幅曲线不平坦，频相曲线呈非线性。

3、数字信号处理（DSP）：在接收端用算法（如FIR滤波）实时校正色散。电域色散补偿（EDC）成本低、尺寸小、自适应能力强，可避免使用外部光可调色散补偿器。

4、空芯光纤：最新技术，色散和损耗仅都有较大降低，已用于高速光通信系统（如800G传输），显著提升传输距离至1000km以上。