单模光纤色散和中短通信距离要求

802.3中对单模色散的要求

随着传输速度的提升，在10G以上，截至目前被批准的802.3的中短距离传输全部采用了的O-band的波长，特别是1310nm作为中心波长。

波长全范围为1260nm~1360nm。在实际802.3各个PMD中采用的波长不一，但均在该O-Band范围之内。

其对光纤的要求基本上对标标准的G652光纤。

比如400GBASE-FR4，规定的光纤要求，均符合G652光纤的情况。

根据零色散波长范围和最大色散斜率，可以绘制出其色散系数的范围，对于O-band范围内，其色散系数(ps/nm*km)位于蓝色和红色曲线的范围之内。

中移动的前面的前传MWDM方案则突破了这个波长范围。则原则上，标准光纤就不能完全满足该方案要求。

对于每个PMD，则根据其采用的波长和支持的通信长度，确定各个PMD的最大色散。

比如400GBASE-FR4和400GBASE-LR4-6，采用四个波长：

其正负色散范围随着支持的通信距离为

对于最长的6公里长度，则最大正色散为19.8ps/nm，负色散为35.2ps/nm。

对于400GBASE-DR4，采用4路并行光纤，中心波长为1310nm，其色散范围则非常小，在0.8ps/nm~-0.93ps/nm范围之内。

对于400GBASE-FR8/LR8/ER8 PMD，由于其最大距离达到40km，其正负色散扩展到37~-201ps/nm范围。

可以看到，各个单模PMD方案中，色散并不是一个限制问题，光纤的损耗对于性能更重要。但是对于MWDM方案，光纤的色散则成为一个问题，需要对特别是正色散进行处理。有的在标准光纤的基础上将色散曲线进行平坦化处理，但是这样处理后，其模场直径可能不能很好的兼容标准光纤。

光纤的色散问题

色散本身是一个群速度问题，在光纤中的频率或者波长范围各个频率之间总会存在时延问题。

光速等于角频率和传播常数的比值

传播常数是贯穿整个光波导的最重要的参量，如果看出一个矢量，它就是沿着光纤纵向的波矢，如果看出一个标量，则为和等效折射率对应的波数。

则群速度

色散系数则为

同一个波长，光纤材料和结构不同，对应不同的传播常数，则带来不同的色散系数。

传播常数可以以中心频谱用泰勒级数展开

其中

这里的一阶传播常数就是群时延。二阶传播常数则为群速度色散。

啁啾带来的增益

对于某些内部调制的发射器来说，其内含的啁啾特性在一定的通信距离内则能均衡光纤的负色散。

对于啁啾系数为C，初始脉冲宽度和传播Z距离后的脉冲宽度之比为

对于啁啾系数为正值的情况下（脉冲信号在时间上的尾部应该为蓝移），可以看到其脉冲则被压缩，这样，在这个范围之内，很容易预测，随着通信距离的增加，反而出现增益的情况。

很多公开的文献中进行了实验， 比如下面的一个非常典型的实验结果

可以看到其误码率，相对于背靠背的情况，同样的接受功率，10公里的误码率反而进行了增强，15公里的误码率则进一步进行了增强。而同样的误码率，则更远的距离带来了更多的增益。这些均为脉冲被压缩的结果。

在这个情况下，光纤的负色散不是问题，正色散如果不能满足要求，则需要进行优化。