CN1778057A - 色散补偿模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及色散补偿模块和设计色散补偿模块的方法。该设计方法包括减小初始质量指标的优化步骤。该模块的补偿光纤具有小于第一门限的色散，并且该色散为足以使质量指标小于第二门限的负色散。

Description

色散补偿模块

技术领域

本发明的领域是色散补偿模块领域。在谈到光纤时，术语“衰减”和“衰减系数”可以互换。

背景技术

在包括传播光信号的线路光纤的一些波分复用(WDM)光纤传输网络中，没有用于补偿线路光纤色散的装置。当比特率较低时，例如当比特率为每信道2.5吉比特每秒(Gbit/s)时，没有必要补偿线路光纤的色散和色散斜率。但是，随着比特率增加到较高的值，例如每信道10Gbit/s，补偿线路光纤的色散和色散斜率就变得有必要了。线路光纤一般都具有正的色散和正的色散斜率。因此，色散补偿光纤一般都会具有负色散和负色散斜率。色散补偿光纤可以集成到色散补偿模块中。将要补偿色散的频谱范围包括一个或多个频带C频带、L频带和S频带。

光信号在色散补偿光纤中传播。随着光信号在色散补偿光纤中的传播，光信号很有可能变差，例如信噪比降低或非线性效应增大。用于补偿通常为几十千米(km)长的一段线路光纤的色散的色散补偿模块通常具有几个分贝(dB)量级的相对较高的插入损耗。由于插入损耗量，色散补偿模块一般位于两级放大器系统的中心，即两个放大器之间。

为了使两级放大器系统在整个频谱上得到平坦的较好光信噪比和光增益，两级放大器系统显示出第一放大器具有较高增益，这在第一放大器的输出端产生较高的光功率，并且该两级放大器系统在两个放大器之间显示出损耗在固定级别上。

集成在色散补偿模块中的色散补偿光纤是高阶模(HOM)多模光纤，其具有例如80平方微米(μm²)量级的非常大的有效面积，这使得它与单模光纤相比对非线性效应的敏感性低得多，但是，HOM多模光纤对非线性效应却具有一些敏感性。为了保持较好的光信号传输质量，有利的做法是限制输入到HOM多模色散补偿光纤中的光功率。为此，可以在第一放大器与色散补偿模块之间放置一个衰减器。该衰减器还控制着整个频谱上的增益平坦度。可以用波长路由组件代替衰减器或用具有损耗并且因此类似于衰减器，可以限制输入到色散补偿模块中的光功率的其他任意光组件代替衰减器。

问题是如何生产出提供尽可能最好质量的色散补偿模块。由于其包括了位于HOM多模补偿光纤的上游端和下游端的模式转换器的成本，因此基于HOM多模补偿光纤的色散补偿模块的成本相对较高。但是，因为这种补偿光纤的色散具有非常高的负值，并且因为具有非常大的有效面积的HOM多模光纤耐受非线性效应的能力非常强，所以这种补偿模块可以比基于单模补偿光纤的补偿模块更有效率。

现有技术的一种补偿模块基于采用不具有非常高负值的色散的HOM多模补偿光纤，以便能够获得足够高的色散与色散斜率比以便不仅补偿线路光纤的色散而且还补偿线路光纤的色散斜率。第一种现有技术的一个缺点是其不能完全获得HOM多模光纤可以获得的非常高负值的色散的优点。该第一种现有技术的另一个缺点是虽然其在插入损耗方面具有较好的性能，但是其多径干扰(MPI)性能较差。在补偿光纤上使用布拉格(Bragg)光栅转换器具有减小插入损耗的优点，但是也具有MPI性能较差的缺点。总之，在插入损耗上的改进使耐受非线性效应的能力变差。

第二种现有技术的补偿模块基于结合使用具有非常高负值的色散的HOM多模补偿光纤与单模补偿光纤，以便获得足够高的色散与色散斜率比，以便使补偿光纤线路不仅补偿线路光纤的色散而且还补偿线路光纤的色散斜率。这种现有技术的一个缺点是其设计比较复杂并因此制造补偿模块的过程比较复杂。另一个缺点是其不能在非常宽的频带中提供补偿。再一个缺点是由于将HOM多模补偿光纤与有效面积小得多的单模补偿光纤相结合，至少在一定程度上丧失了HOM多模补偿光纤的基本优点，即其较大的有效面积。此外，在HOM多模补偿光纤与单模补偿光纤之间的连接上还会产生较高的损耗，这进一步增大了已经较高的插入损耗，实际上，连接器的存在也是不可避免的，在两根HOM多模补偿光纤之间的接合处是不应用连接器的。总之，提高耐受非线性效应的能力的同时也增大了模块的复杂度并加重了插入损耗。

发明内容

本发明的目的是提出一种完全利用了HOM多模光纤的优点的高质量色散补偿模块。为此，本发明的补偿模块不包含任何单模光纤。但是，这时就出现了如何评估色散补偿模块质量的问题。

改善补偿模块质量的现有技术的方法基于单方面改善部分地代表色散模块质量的参数。仅单方面地改善部分代表色散模块质量的一个参数，无论这个参数是插入损耗还是非线性相位，这样做都有两个结果。第一，这增加了补偿模块的成本。第二，这容易使部分代表色散模块质量的其他参数变差，因此色散模块质量的改善低于预期，并且有可能仅稍有改善或者根本没有改善。

改善色散模块质量的本发明的方法则完全不同。首先，其创建了完全代表色散模块质量的质量指标，并且这一质量指标通过适当的加权结合了插入损耗的影响和非线性效应的影响。除了其与线路光纤的完全补偿有关之外，该插入损耗的影响与传统的插入损耗一致，而非线性效应的影响体现于与非线性相位有关但又不同于非线性相位的非线性度指标中。考虑到两级放大器系统的两个放大器之间的损耗的恒定性质，可以通过适当简化非线性相位来获得非线性度指标。优化这一新颖的质量指标显著地改善了插入损耗而不会过多地降低耐受非线性效应的能力，并由此全面改善了补偿模块的质量，或者优化这一新颖的质量指标显著地提高了耐受非线性效应的能力而不会过多地使插入损耗变差，并由此全面改善了补偿模块的质量。

根据本发明的第一个方面，由前述新颖质量指标来衡量的本发明的补偿模块的质量是较高的。为了不但获得非常高的负值的色散，而且还获得足够高且具有根据波长的较高线性的色散与色散斜率比，优选地使补偿光纤的纤芯中的纤芯段数目相对较高。在频带中具有相对较少的通道的应用中，可以在某种程度上牺牲线性，其纤芯具有较少纤芯段的补偿光纤是可接受的。

根据本发明的第二个方面，本发明的补偿模块使用其纤芯包括大量纤芯段的至少一个补偿光纤，以便能够协调具有很高负值的色散和不仅高而且具有根据波长的较好线性的色散与色散斜率比。如同在下述示例中，纤芯段优选地呈矩形，但纤芯段还可以呈三角形或α形。同样，一些纤芯段可以具有一种特定的形状并且其他纤芯段可以具有不同的形状。

因此，本发明的第一个方面提出了一种补偿模块设计方法和两种补偿模块，一种补偿模块适用于补偿标准单模线路光纤(SMF)，并且另一种补偿模块适用于补偿非零色散位移单模线路光纤(NZ-DSF)。因此，本发明的第二个方面提出了两种补偿模块，一种补偿模块适用于补偿标准单模线路光纤，并且另一种补偿模块适用于补偿非零色散位移单模线路光纤。

在本发明的第一个方面中，提供了一种设计色散补偿模块的方法，所述模块包括：

外壳，其包括输入终端和输出终端；

高阶模色散补偿光线路，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的HOM多模色散补偿光纤并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域上发送信息的单模线路光纤，

所述输入终端和所述输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到所述传输线路中；

所述输出终端和所述输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到所述传输线路中；

如果在补偿光纤之间有附加的连接，则这些连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到所述传输线路中；

在波长为1550毫微米(nm)时，所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有多个平均参数，包括单位为分贝每千米(dB/km)的平均衰减系数α_DCF，单位为皮秒每毫微米千米(ps/nm-km)且为负的平均色散D_DCF，单位为皮秒每平方毫微米千米(ps/nm²-km)且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为毫微米(nm)的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，定义为-D_DCF/α_DCF的单位为皮秒每毫微米分贝(ps/nm-dB)的平均品质因数FOM_DCF，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20平方米每瓦(m²/W)的平均二阶折射率系数n₂；

所述平均色散与色散斜率比是所述平均色散与所述平均色散斜率之间的比值；

所述平均品质因数是所述平均色散与所述平均衰减系数之间的比值的负值；

在单一补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数是所述单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数等于以这些补偿光纤在所述补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率(contribution)进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上所述连接损耗除以所述总长度的比值；

在单一补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是所述单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是以所述各补偿光纤各自的长度进行加权的所述各补偿光纤的相应参数的算术平均；

所述模块具有单位为dB的插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$

并且其中D_DCM代表线路光纤的累积负色散，所述模块具有代表非线性相位效应并且单位为10^-6千米每瓦分贝(km/W-dB)的非线性度指标NLC，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

所述模块具有单位为dB的质量指标CQ，其中

CQ＝IL+10logNLC

所述设计方法包括用于优化所述模块的优化步骤，所述优化步骤包括减小所述质量指标。

在本发明的第一个方面中，为了补偿标准单模线路光纤，还提供了色散补偿模块，其包括：

外壳，其包括输入终端和输出终端；

高阶模色散补偿光线路，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的HOM多模色散补偿光纤并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的标准单模线路光纤，

所述输入终端和所述输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到所述传输线路中；

所述输出终端和所述输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到所述传输线路中；

如果在补偿光纤之间有附加的连接，则这些连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到所述传输线路中；

在波长为1550nm时，所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有多个平均参数，包括单位为dB/km的平均衰减系数α_DCF，单位为ps/nm-km且为负的平均色散D_DCF，单位为ps/nm²-km且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为nm的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，定义为-D_DCF/α_DCF的单位为ps/nm-dB的平均品质因数FOM_DCF，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20m²/W的平均二阶折射率系数n₂；

所述平均色散与色散斜率比是所述平均色散与所述平均色散斜率之间的比值；

所述平均品质因数是所述平均色散与所述平均衰减系数之间的比值的负值；

在单一补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数是所述单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数等于以这些补偿光纤在所述补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上所述连接损耗除以所述总长度的比值；

在单一补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是所述单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是以所述各补偿光纤各自的长度进行加权的所述各补偿光纤的相应参数的算术平均；

所述模块具有单位为dB的插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$

并且其中D_DCM＝-1360ps/nm，

所述模块具有代表非线性相位效应并且单位为10^-6km/W-dB的非线性度指标NLC，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

所述模块具有单位为dB的质量指标CQ，其中

CQ＝IL+10logNLC

所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有：第一，在-200ps/nm-km以下的负平均色散；第二，在240nm到400nm的范围内的平均色散与色散斜率比；以及第三，足以使质量指标小于9.5dB的负平均色散。

在本发明的第一个方面中，为了补偿非零色散位移单模线路光纤，还提供了一种色散补偿模块，其包括：

外壳，其包括输入终端和输出终端；

高阶模色散补偿光线路，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的HOM多模色散补偿光纤并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的单模非零(在波长为1550nm时)色散位移线路光纤，

所述输入终端和所述输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到所述传输线路中；

所述输出终端和所述输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到所述传输线路中；

如果在补偿光纤之间有附加的连接，则这些连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到所述传输线路中；

在波长为1550nm时，所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有多个平均参数，包括单位为dB/km的平均衰减系数α_DCF，单位为ps/nm-km且为负的平均色散D_DCF，单位为ps/nm²-km且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为nm的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，定义为-D_DCF/α_DCF的单位为ps/nm-dB的平均品质因数FOM_DCF，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20m²/W的平均二阶折射率系数n₂；

所述平均色散与色散斜率比是所述平均色散与所述平均色散斜率之间的比值；

所述平均品质因数是所述平均色散与所述平均衰减系数之间的比值的负值；

在单一补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数是所述单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数等于以这些补偿光纤在所述补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上所述连接损耗除以所述总长度的比值；

在单一补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是所述单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是以所述各补偿光纤各自的长度进行加权的所述各补偿光纤的相应参数的算术平均；

所述模块具有单位为dB的插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$

并且其中D_DCM＝-680ps/nm；

所述模块具有代表非线性相位效应并且单位为10^-6km/W-dB的非线性度指标NLC，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

所述模块具有单位为dB的质量指标CQ，其中

CQ＝IL+10logNLC

并且所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有：第一，在-250ps/nm-km以下的负平均色散；以及第二，足以使质量指标小于5.5dB的负平均色散。

尽管在本上下文中除了上述两级放大和补偿系统之外很少涉及利用放大和补偿系统的应用，但是质量指标仍然是有效并有用的。本发明不限于上述类型的两级放大和补偿系统。利用本发明的补偿模块获得的非常低并因此非常好的质量指标值使得可以考虑在只包括一个放大器并且不包括衰减器的放大和补偿系统中使用本发明的补偿模块，在这种情况下本发明的补偿模块可以位于放大器的下游。还可以应用本发明的补偿模块的放大和补偿系统中可以只包括一个放大器，在放大器和补偿模块之间有一个衰减器，或者如果没有衰减器，补偿模块就在放大器的上游。

在本发明的第二个方面中，为了补偿标准单模线路光纤，还提供了一种色散补偿模块，其包括：

外壳，其包括输入终端和输出终端；

高阶模色散补偿光线路，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的HOM多模色散补偿光纤并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的标准单模线路光纤，并且

所述补偿光纤或所述串行的补偿光纤中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层(cladding)加于该纤芯之上，使得在波长为1550nm时，其纤芯具有至少五个纤芯段的所述光纤同时具有-300ps/nm-km以下的负色散以及大于200nm的色散与色散斜率比。

在本发明的第二个方面中，为了补偿非零色散位移单模线路光纤，还提供了一种色散补偿模块，其包括：

外壳，其包括输入终端和输出终端；

高阶模色散补偿光线路，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的HOM多模色散补偿光纤并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的非零(在波长为1550nm时)色散位移单模线路光纤，并且

所述补偿光纤或所述串行的补偿光纤中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上，使得在波长为1550nm时，其纤芯具有至少四个纤芯段的所述光纤同时具有-300ps/nm-km以下的负色散以及大于80nm的色散与色散斜率比。

本发明的第二个方面不限于上述类型的两级放大和补偿系统。

附图说明

根据以下通过示例给出的描述和附图，本发明将更加容易理解并且其他的特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是一个示图，示出了集成了本发明的补偿模块的传输线路的示例；

图2是一个示图，示出了本发明的补偿模块的示例；

图3是一个表格，比较了在补偿标准单模线路光纤的情况下现有技术的补偿模块与本发明的补偿模块的示例的相对性能；

图4是一个表格，比较了在补偿非零色散位移单模线路光纤的情况下现有技术的补偿模块与本发明的补偿模块的示例的相对性能；

图5是一个示图，示出了一类曲线，其绘出了在补偿标准单模线路光纤的情况下为补偿光纤选定一个恒定色散时，补偿光纤的质量指标根据其品质因数的变化关系；

图6是一个表格，展示了在本发明的补偿模块中使用的几例HOM多模补偿光纤剖面的绝对半径和绝对最大折射率差的值；

图7是一个表格，展示了图6所示的HOM多模补偿光纤剖面的其他特性；

图8是一个示图，示出了在本发明的补偿模块中使用的HOM多模补偿光纤的具有四个纤芯段的纤芯剖面的示例；

图9时一个示图，示出了在本发明的补偿模块中使用的HOM多模补偿光纤的具有五个纤芯段的纤芯剖面的示例。

具体实施方式

下面定义贯穿本文的其余部分而使用的参数和指标。有两种情况要考虑：该模块包括单一补偿光纤，该光纤具有多个参数，或者该模块包括多个串行的补偿光纤，其构成一组具有平均参数的光纤。为简便起见，在全部的图1-图9中认为补偿模块只包括一个补偿光纤，并忽略参数定义中的限定词“平均”。

当补偿模块只包括一个补偿光纤时，该模块具有很大的优点，即设计和制造得到简化。

当补偿模块包括来自于同一类的多个补偿光纤时，即多个段取自同一个补偿光纤或者取自相同补偿光纤的不同生产线并因此存在由制造公差引起的轻微差别，并且一旦将这些光纤匹配和组装在一起，不管制造公差多大，这些光纤都提供以很高的精确度定义的特性，例如更精确地补偿对线路光纤的色散斜率或色散与色散斜率比。优选地将同一类补偿光纤直接连接在一起，但是也可以通过连接器将它们连接在一起。该补偿模块具有设计简单的优点以及改善了其某些特性的优点。

当补偿光纤包括匹配和组装在一起的多个单独的补偿光纤时，这些光纤在很宽的频带即在频带S、C和L的至少两个频带上提供补偿。S、C和L频带的范围分别从大约1460毫微米(nm)到大约1530nm，从大约1530nm到大约1565nm，以及从大约1565nm到大约1615nm。但是，补偿模块随之具有难以设计和生产的缺点。在现有技术的第二种模块中，结合使用HOM多模补偿光纤和单模补偿光纤，这些光纤具有由于正色散斜率而导致的非常大的有效面积并且具有普通弯曲和微小弯曲的性能，由于在较高波长时会引起过高级别的弯曲和微小弯曲损耗，因此这会妨碍在很宽的频带上进行补偿即这会妨碍在多个频带上在同一时间上进行补偿，在采用两个HOM多模光纤时情况就不是这样了。在这种将多模HOM补偿光纤与单模光纤相结合的情况下，无论是单模补偿光纤还是标准单模补偿光纤还是非零色散位移补偿光纤，对于可比较的质量指标值，所选HOM多模光纤的品质因数都必定会高很多并因此比没有单模补偿光纤时所必须的品质因数更难获得。

考虑两根光纤，其长度分别为l1和l2，每单位长度的衰减系数分别为a1和a2，并且两根光纤之间的连接损耗为pc。所有串行的补偿光纤每单位长度的平均衰减系数具有值am＝(a1·l1+a2·l2+pc)/(l1+l2)。平均衰减系数的这种计算可以推广到多于两个串行的补偿光纤。只有光纤参数的特例平均衰减系数是以这种方式计算的，所有其他的平均参数以其他方式计算。

考虑两根光纤，其长度分别为l1和l2，单位色散分别为c1和c2。所有串行的补偿光纤每单位长度的平均色散具有值cm＝(c1·l1+c2·l2)/(l1+l2)。这种平均色散计算可以推广到多于两个串行的补偿光纤。除了平均衰减系数、平均色散与色散斜率比以及平均品质因数，所有其他的平均参数都以这种方式计算，即平均色散斜率、平均有效面积以及根据在光纤中传播的光信号强度变化的光纤折射率的传统地指定的平均二阶系数n₂。平均色散与色散斜率比是平均色散与平均色散斜率之间的比值。平均品质因数是平均色散与平均衰减系数之间的比值的负值。

在例如称为光纤a和光纤b的两个串行的补偿光纤的情况下，存在精确的非线性度指标方程。各参数的上标a和b代表这些参数分别是用于光纤a和光纤b的。

下面给出两个串行的补偿光纤的情况下的精确方程，其中Γ_in ^b＝Γ_inter：

$\mathrm{NLC}=100\·\left(\frac{{n_2}^a}{{A^a}_{\mathrm{eff}}\·{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}}^a\·{10}^{\left(\frac{{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{bs}}}^a}{10}\right)}}\right[1-{10}^{\left(\frac{{D_{\mathrm{DCM}}}^a}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}^a}\right)}]+\frac{{10}^{\left(\frac{{D_{\mathrm{DCM}}}^a\·{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}}^b}{10\·{{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}^a\·{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}}^a}\right)\·{n_2}^b}}{{A_{\mathrm{eff}}}^b\·{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}}^b\·{10}^{\left(\frac{{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}^a+{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}^b}{10}\right)}}[1-{10}^{\left(\frac{{D_{\mathrm{DCM}}}^b}{10\·{{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}^b}\right)}\left]\right)$

但是，从补偿光线路的平均参数中得出的近似方程会产生非常类似于采用精确方程得出的结果的极好结果。这就是采用近似方程的原因。

色散补偿模块包括色散补偿光线路和具有输入终端和输出终端的外壳。高阶模色散补偿光线路包括一个或多个串行的HOM多模色散补偿光纤而不包括任何单模光纤，其位于外壳中，并布置在输入终端和输出终端之间。输入模式转换器将基模转换为所述高阶模，并且其位于输入终端与补偿光线路之间。输出模式转换器将所述高阶模转换为基模，并且其位于补偿光线路与输出终端之间。通过输入终端和输出终端，将该模块连接到包括适用于在所用的谱域中发送信息的单模线路光纤的传输线路。输入终端和输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到传输线路中。输出终端和输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到传输线路中。如果补偿线路包括多个串行的补偿光纤，则补偿光纤之间的附加连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到传输线路中。

在波长为1550nm时，补偿光纤或一组串行的补偿光纤具有的平均参数包括：单位为dB/km的平均衰减系数α_CDF，单位为ps/nm-km且为负的平均色散D_DCF，单位为ps/nm²-km且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为nm的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，单位为ps/nm-dB的并等于-D_DCF/α_DCF的平均品质因数FOM_DCF(因为D_DCF本身是负值，因此得出一个正值)，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20m²/W的平均二阶折射率系数n₂。如上所述，第一，在单一补偿光纤的情况下，平均衰减系数是单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，平均衰减系数等于以这些补偿光纤在补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上连接损耗除以所述总长度的比值；并且第二，在单一补偿光纤的情况下，其他平均参数的每一个参数是单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，其他平均参数的每一个参数等于以补偿光纤各自的长度进行加权的补偿光纤的相应参数的算术平均。

该模块具有插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$ 并且其中D_DCM＝-1360ps/nm，用于补偿标准单模线路光纤，或者D_DCM＝-680ps/nm，用于补偿非零色散位移单模线路光纤的一个示例。单模线路光纤的标准段大约有80千米(km)长，对于标准单模线路光纤，这会得出近似的累积色散-1360ps/nm，对于那样一种非零色散位移单模线路光纤的该示例，这会近似地得出-680ps/nm。即使对于具有与-680ps/nm稍有不同累积色散的非零色散位移单模线路光纤的其他示例，用-680ps/nm来估算质量指标仍是完全有效的。此外，为了评估该模块的质量，插入损耗不是在该模块只补偿一部分累积色散可能相对较低的该模块的实际插入损耗，而是当该模块完全补偿了长度稍微长于只补偿一部分累积色散所需的长度的补偿光纤的累积色散时该模块会具有的插入损耗。此外，在用于质量指标和非线性度指标的方程中，根据待补偿的单模线路光纤的类型将累积色散选择为-1360nm或-680nm，但是该模块也可以用于补偿其他累积色散值或者甚至只补偿一部分累积色散。随着品质因数的增大，插入损耗降低。对于恒定的品质因数，插入损耗保持恒定。

为了能够将标准单模线路光纤的色散与色散斜率比补偿到大约±20％以内，补偿光纤或一组串行的补偿光纤具有范围240nm到400nm内的平均色散与色散斜率比。为了能够将标准单模线路光纤的色散与色散斜率比补偿到大约±10％以内，补偿光纤或一组串行的补偿光纤具有范围270nm到370nm内的平均色散与色散斜率比。

为了能够补偿大多数非零色散位移单模线路光纤的色散与色散斜率比，补偿光纤或一组串行的补偿光纤优选地具有小于200nm的色散与色散斜率比。

在两级放大器系统的两个放大器之间的损耗恒定的特例中，该模块具有代表非线性效应即非线性相位效应的非线性度指标(NLC)，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

但是，尽管在例如只包括一个放大器的单级放大器系统之类的其他放大系统结构中较少涉及非线性度指标，但无论如何非线性度指标仍将是有益的。这种非线性度指标引起了表面上的矛盾，即在品质因数恒定时增大光纤的衰减系数会降低非线性度指标并提高模块的性能。如果充分增大衰减系数而不过多地降低有效面积和系数n₂，甚至可以通过减小品质因数来降低非线性度指标。

该模块具有定义如下的质量指标CQ：CQ＝IL+10logNLC。将两个影响因素即插入损耗和非线性度指标减小到相同的量级，并且单位为dB。质量指标CQ代表了补偿模块的整体质量。

特别地，当将补偿模块集成到两级放大系统中时，本发明的质量指标表明，如果由非线性效应引起并用非线性度指标表示的损耗也能成比例地得到更多改善，那么使插入损耗稍微变差是有益的。例如，将插入损耗增大1dB，如果这样做将非线性度指标对质量指标的影响减小2dB，那么这样就是有益的。因为两级放大系统的两个放大器之间的插入损耗是固定的，所以将插入损耗减小到低于固定门限的任意做法的唯一好处就是最终减小非线性效应，这通过显著减小与稍微增大插入损耗相关联的质量指标可以更容易地实现。实际上，在固定门限以下，因为插入损耗会被衰减器的衰减的相应增加抵消掉，因此进一步减小插入损耗不会带来整个光损耗预算的任何改善；与这样减小插入损耗相关联的唯一好处是会获得耐受非线性效应能力方面的好处，这种能力可以通过将稍微减小插入损耗转换为相应地更多地减小非线性度指标而更有效和更容易地得到提高。

将补偿光纤的品质因数选为恒定，因为当补偿光纤的参数只有一个发生变化时，补偿光纤的品质因数恒定时插入损耗也是恒定的，所以减小质量指标相当于减小非线性度指标。在品质因数恒定时减小非线性度指标相当于增大衰减乘以有效面积并除以系数n₂的结果。减小n₂和增大有效面积看来相当简单，而增大补偿光纤的衰减似乎有些荒谬。

图1是一个示图，示出了集成了本发明的补偿模块的传输线路的示例。传输线路对应于一个区段，其周期性地重复并结合发送设备和接收设备构成通信系统。在光信号的传播的方向上，传输线路依次包括线路光纤1以及放大和补偿系统6。放大和补偿系统6依次包括：上游放大器2、衰减器3、本发明的补偿模块4以及下游放大器5。沿着下游放大器5向下是下一个区段的线路光纤1。在光信号沿着线路光纤1传播之后，进入下一个区段即下一个传输线路之前，用上游放大器2对光信号进行放大，用衰减器3对其进行衰减，用补偿模块4对其色散进行补偿，并用下游放大器5再次对其进行放大。在一个不同的实施例中可以省略衰减器3和放大器5。

图2中是一个示图，示出了本发明的补偿模块的示例。补偿模块4包括外壳49，其依次包含：输入终端41、上游模式转换器46、色散补偿光线路40、下游模式转换器47以及输出终端42。补偿光线路40可以包括通过连接器互联的一个或多个串行的光纤。上游模式转换器46将以基模LP₀₁传播的大部分光能量转换为高阶模，例如LP₀₂。下游模式转换器47将以高阶模LP₀₂传播的大部分光能量转换为基模LP₀₁。例如，在图2中，补偿光线路40包括由连接器44连接在一起的两个补偿光纤43和45。在上游一侧衰减器3的输出端，光信号通过输入终端41进入，被上游转换器46从基模转换为高阶模，在补偿光纤43中传播，经过连接器44，在补偿光纤45中传播，从所述高阶模转换为基模，并且然后通过下游输出终端42输出，即到达下游放大器5的输入端。

图3是一个表格，比较了在补偿标准单模线路光纤的情况下现有技术的补偿模块与根据本发明的补偿模块的示例的相对性能。第一栏给出了补偿模块示例的编号。将现有技术的补偿模块的示例编号为B1、B2、B3。示例B1、B2、B3对应于串行地结合两个补偿光纤的模块，其中一个补偿光纤是HOM多模光纤，并且其中另一个补偿光纤是单模光纤，表格中展示出的所有光纤特征都对应于HOM多模补偿光纤的特征。将本发明的补偿模块的示例编号为A1、A2、A3、A4。下一栏给出了线路光纤的累积负色散，其是为完全补偿80km的线路光纤而必须补偿的累积负色散，其用D_DCM表示且单位为ps/nm。下一栏给出了补偿光纤的色散，其用D_DCF表示且单位为ps/nm-km。下一栏给出了补偿光纤的色散斜率，其用S_DCF表示且单位为ps/nm²-km。下一栏给出了补偿光纤的平均色散与色散斜率比，其用D_DCF/S_DCF表示且单位为nm。下一栏给出了补偿光纤的衰减系数，其用α_DCF表示且单位为dB/km。下一栏给出了补偿光纤的品质因数，其用FOM_DCF表示且单位为ps/nm-dB。下三栏分别给出了补偿模块的输入终端处的输入损耗，以及在HOM多模补偿光纤与单模补偿光纤之间的接合处有可能存在的连接损耗(对于现有技术的第二种模块，其中输出模式转换器实际上位于两个补偿光纤之间)，以及补偿模块的输出终端处的输出损耗，这些损耗分别用Γ_in、Γ_inter和Γ_out表示且其单位为dB。下一栏给出了补偿模块的插入损耗，其用IL表示且单位为dB。下一栏给出了补偿光纤的有效面积，其用A_eff表示且单位为μm²。下一栏给出了根据补偿光纤中传播的光信号的强度变化的该补偿光纤的平均二阶折射率系数，其用n₂表示且单位为10^-20m²/W。下一栏给出了补偿模块的非线性度指标，其用NLC表示且单位为10^-6km/W-dB。下一栏给出了补偿模块的质量指标，其用CQ表示且单位为dB。

根据本发明的第一个方面的补偿模块在该补偿模块中没有使用单模补偿光纤，并且其所具有的质量指标低于现有技术模块并因此好于现有技术模块，或者另外对于等同的质量指标，它们使用的光纤所具有的品质因数低得多并因此其生产成本低廉得多。

因为示例A1的质量指标太高并因此是不理想的，所以将示例A1排除在本发明的第一个方面之外。

本发明的补偿模块优选地具有非常好的质量指标。为此，补偿光纤或一组串行的补偿光纤所具有的负平均色散足以使质量指标小于9dB。

本发明的补偿模块优选地具有极好的质量指标。为此，补偿光纤或一组串行的补偿光纤所具有的负平均色散足以使质量指标小于8.5dB。

插入损耗优选地小于5dB，这在只使用一个放大器的放大和补偿系统的特例中是非常有利的。

为了便于改善质量指标，补偿光线路中的至少一个补偿光纤的纤芯优选地具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

为了能够改善质量指标同时获得根据波长变化的平均色散与色散斜率比的较好线性度，补偿光线路中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

图4是一个表格，比较了补偿非零色散位移单模线路光纤的情况下对现有技术的补偿模块与根据本发明的补偿模块的示例的相对性能。第一栏给出了补偿模块示例的编号。将现有技术的补偿模块的示例编号为B1、B2、C1、C2、C3。将根据本发明的补偿模块的示例编号为A5、A6、A7。示例B1和B2对应于串行地结合两个补偿光纤的模块，其中一个补偿光纤是HOM多模光纤，并且其中另一个补偿光纤是单模光纤，表格中展示的所有光纤特征都对应于HOM多模补偿光纤的特征。下一栏给出了线路光纤的累积负色散，其是为完全补偿80km的线路光纤而必须补偿的累积负色散，其用D_DCM表示且单位为ps/nm。因为非零色散位移单模线路光纤的色散比较低，所以其累积色散低于标准单模线路光纤的累积色散。下一栏给出了补偿光纤的色散，其用D_DCF表示且单位为ps/nm-km。下一栏给出了补偿光纤的色散斜率，其用S_DCF表示且单位为ps/nm²-km。下一栏给出了补偿光纤的平均色散与色散斜率比，其用D_DCF/S_DCF表示且单位为nm。下一栏给出了补偿光纤的衰减系数，其用α_DCF表示且单位为dB/km。下一栏给出了补偿光纤的品质因数，其用FOM_DCF表示且单位为ps/nm-dB。下三栏分别给出了补偿模块的输入终端处的输入损耗，以及在HOM多模补偿光纤与单模补偿光纤之间的接合处有可能存在的连接损耗(对于现有技术的第二种模块，其中输出模式转换器实际上位于两个补偿光纤之间)，以及补偿模块的输出终端处的输出损耗，这些损耗分别用Γ_in、Γ_inter和Γ_out表示且单位为dB。下一栏给出了补偿模块的插入损耗，其用IL表示且单位为dB。下一栏给出了补偿光纤的有效面积，其用A_eff表示且单位为μm²。下一栏给出了根据补偿光纤中传播的光信号的强度变化的该补偿光纤的平均二阶折射率系数，其用n₂表示且单位为10^-20m²/W。下一栏给出了补偿模块的非线性度指标，其用NLC表示且单位为10^-6km/W-dB。下一栏给出了补偿模块的质量指标，其用CQ表示且单位为dB。

本发明的补偿模块具有远低于现有技术模块的质量指标并因此远好于现有技术模块：根据本发明的方法获得的最差补偿模块与在现有技术中获得的最佳补偿模块之间大约有1dB的差异。1dB的改善已经比较可观了。

本发明优选地涉及具有很好质量指标的补偿模块。为此，补偿光纤或一组串行的补偿光纤所具有的负色散足以使质量指标小于5dB。

本发明优选地涉及具有很好质量指标的补偿模块。为此，补偿光纤或一组串行的补偿光纤所具有的负色散足以使质量指标小于4.5dB。

插入损耗优选地小于4dB，这在只使用一个放大器的放大和补偿系统的特例中是非常有利的。

为了能够改善质量指标同时获得根据波长变化的平均色散与色散斜率比的较好线性度，补偿光线路中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

这一点与用于标准单模线路光纤的补偿模块有些不同，由于标准单模线路光纤的色散与色散斜率比一般高于非零色散位移线路光纤的色散与色散斜率比，因此在用于标准单模线路光纤的补偿模块中同样条件下必须有至少五个纤芯段。

为了能够改善质量指标同时在平均色散与色散斜率比很高时也就是说高于200nm时获得根据波长变化的该比值的较好线性度，补偿光线路中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

图5是一个示图，示出了一组曲线，其绘出了在补偿标准单模线路光纤的情况下为补偿光纤选定一个恒定色散时，补偿光纤的质量指标根据其品质因数的变化关系。图5中示出的曲线的总趋势同样适用于补偿非零色散位移线路光纤。沿纵坐标轴绘出单位为dB的质量指标CQ。沿横坐标轴绘出单位为ps/nm-dB的FOM_DCF。曲线CA对应于-300ps/nm-km的色散。曲线CB对应于-350ps/nm-km的色散。曲线CC对应于-400ps/nm-km的色散。通过曲线CA、CB、CC的相对较小的斜率和它们相对较宽的间隔，曲线CA、CB、CC表明，为了减小质量指标并由此改善质量指标，在品质因数恒定时减小补偿光纤的色散比在色散恒定时增加补偿光纤的品质因数更有效。如果品质因数比较高并特别是如果高于大约300ps/nm-dB的值，这一点将更加正确。

为了获得较为简单的补偿模块，补偿光线路优选地包括将输入终端连接到输出终端的单一光纤。以少量复杂度为代价，多个串行的光纤可以为线路光纤提供更好的色散斜率补偿。

信号放大和色散补偿系统优选地依次包括第一信号放大器、信号衰减器、本发明的色散补偿模块以及第二信号放大器。

在另一个优选实施例中，信号放大和色散补偿系统包括一个单独的信号放大器，后接本发明的色散补偿模块。

因为本发明的补偿模块的质量指标很好，其好于现有技术的质量指标并且远好于仅基于单模补偿光纤的补偿模块的质量指标，所以可以使用只具有一个放大器的补偿模块。

传输线路优选地依次包括用于在所用的频谱范围内发送信息的单模线路光纤以及本发明的信号放大和色散补偿系统。

图6是一个表格，示出了在本发明的补偿模块中使用的几例HOM多模补偿光纤剖面的绝对最大折射率差和绝对半径的值。左边一栏表示剖面A1到A7。编号A1到A7与图3和图4中相同：两组编号同样地对应于相同的补偿光纤。第二栏表示相关示例的纤芯折射率剖面中的纤芯段数量。下六栏给出了单位为μm的不同纤芯折射率剖面的半径。最后六栏给出了相对于恒定的包层折射率的折射率差的一千倍(没有单位)。因为并非所有的剖面都具有相同数目的纤芯段，所以该表格的所有单元格并非都填有内容。负折射率差表示掩埋的纤芯段。

图7是一个表格，示出了图6中示出的HOM多模补偿光纤剖面的其他特性。该表格的单元格不仅包含数字而且包含短线，短线对应于的特性非常差以至于它们使得光纤在相关波长或者在相关的操作频谱范围内不起作用的情况。如上所述，左边一栏表示剖面。下一栏给出了每个剖面中的纤芯段数量。对于每个剖面，其他栏给出了对应于相关剖面的光纤特性。下一栏给出了波长为1550nm时的单位为μm²的A_eff。下一栏给出了波长为1550nm时的单位为ps/nm-dB的色散。下七栏给出了波长分别为1530nm、1550nm、1565nm、1570nm、1580nm、1590nm、1605nm时的单位为ps/nm²-km的色散斜率。下一栏给出了单位为nm的最小色散波长。最后三栏给出了对于在范围1530nm到1565nm内、在范围1530nm到1580nm内、在范围1530nm到1605nm内的各个操作频谱范围以百分比表示的最大相对斜率变化。色散斜率在操作频谱范围内的相对变化对应于用所述操作频谱范围内的最大色散斜率与所述操作频谱范围内的最小色散斜率之间的差除以所述操作频谱范围内的平均色散斜率所得到的商。最后一栏中的较差结果对应于斜率的最大相对变化，其比其他栏中的斜率变化大很多，并且可以特别地解释为是由于最小色散波长过于接近相关操作频谱范围上限而引起的。

由于示例A2和A6中根据波长变化的色散斜率的线性度相对较差，色散与色散斜率比同样比较差，所以将这两个示例排除在本发明的第二个方面之外。这些示例只有三个纤芯段。

由于示例A1的负色散的绝对值不够大，所以将该示例排除在本发明的第二个方面之外。这个示例只包括四个纤芯段。

在少于五个纤芯段时，实际上看起来不可能协调很高的负色散和具有根据波长变化的很好的线性度的很高的色散与色散斜率比。

在少于四个纤芯段时，实际上看起来不可能协调很高的负色散和具有根据波长变化的很好的线性度的很高的色散与色散斜率比。

图8中是一个示图，示出了在本发明的补偿模块中使用的HOM多模补偿光纤的具有四个纤芯段的纤芯剖面的示例。沿横坐标轴绘出单位为μm的半径。沿纵坐标轴绘出折射率差的一千倍(没有单位)。第一纤芯段也称为中心纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的最大折射率差Δn1和外部半径r1。最大折射率差Δn1是正的。在零半径与半径r1之间折射率优选地是恒定的。第二纤芯段也称为第一外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn2和外部半径r2。绝对最大折射率差值Δn2可以是正的或负的。在半径r1与半径r2之间折射率优选地是恒定的。第三纤芯段也称为第二外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn3和外部半径r3。绝对最大折射率差值Δn3可以是正的或负的。在半径r2与半径r3之间折射率优选地是恒定的。第四纤芯段也称为第三外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn4和外部半径r4。绝对最大折射率差值Δn4可以是正的或负的。在半径r3与半径r4之间折射率优选地是恒定的。在半径r4之外是恒定折射率包层。

图9概略地示出了在本发明的补偿模块中使用的HOM多模补偿光纤的具有五个纤芯段的纤芯剖面的示例。沿横坐标轴绘出单位为μm半径。沿纵坐标轴绘出折射率差的一千倍(没有单位)。第一纤芯段也称为中心纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差Δn1和外部半径rl。最大折射率差Δn1是正的。在零半径与半径r1之间折射率优选地是恒定的。第二纤芯段也称为第一外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn2和外部半径r2。绝对最大折射率差的值Δn2可以是正的或负的。在半径r1与半径r2之间折射率优选地是恒定的。第三纤芯段也称为第二外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn3和外部半径r3。绝对最大折射率差值Δn3可以是正的或负的。在半径r2与半径r3之间折射率优选地是恒定的。第四纤芯段也称为第三外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn4和外部半径r4。绝对最大折射率差值Δn4可以是正的或负的。在半径r3与半径r4之间折射率优选地是恒定的。第五纤芯段也称为第四外围纤芯段，具有相对于恒定的包层折射率的绝对最大折射率差值Δn5和外部半径r5。绝对最大折射率差值Δn5可以是正的或负的。折射率在半径r4与半径r5之间折射率优选地是恒定的。在半径r5之外是恒定折射率包层。

Claims (28)

1.一种色散补偿模块，包括：

外壳(49)，其包括输入终端(41)和输出终端(42)；

高阶模色散补偿光线路(40)，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的高阶模多模色散补偿光纤(43，45)并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器(46)，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器(47)，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的标准单模线路光纤，

所述输入终端和所述输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到所述传输线路中；

所述输出终端和所述输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到所述传输线路中；

如果在补偿光纤之间有附加的连接，则这些连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到所述传输线路中；

在波长为1550nm时，所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有多个平均参数，包括单位为dB/km的平均衰减系数α_DCF，单位为ps/nm-km且为负的平均色散D_DCF，单位为ps/nm²-km且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为nm的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，定义为-D_DCF/α_DCF的单位为ps/nm-dB的平均品质因数FOM_DCF，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20m²/W的平均二阶折射率系数n₂，

所述平均色散与色散斜率比是所述平均色散与所述平均色散斜率之间的比值；

所述平均品质因数是所述平均色散与所述平均衰减系数之间的比值的负值；

在单一补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数是所述单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数等于以这些补偿光纤在所述补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上所述连接损耗除以所述总长度的比值；

在单一补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是所述单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是以所述各补偿光纤各自的长度进行加权的所述各补偿光纤的相应参数的算术平均；

所述模块具有单位为dB的插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$

并且其中D_DCM＝-1360ps/nm，

所述模块具有代表非线性相位效应并且单位为10^-6km/W-dB的非线性度指标NLC，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

所述模块具有单位为dB的质量指标CQ，其中

CQ＝IL+10logNLC

并且所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有：

第一，在-200ps/nm-km以下的负平均色散；

第二，在范围240nm到400nm内的平均色散与色散斜率比；以及

第三，足以使所述质量指标小于9.5dB的负平均色散。

2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有足以使所述质量指标小于9dB的负平均色散。

3.根据权利要求1所述的模块，其特征在于所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有足以使质量指标小于8.5dB的负平均色散。

4.根据权利要求1所述的模块，其特征在于所述插入损耗小于5dB。

5.根据权利要求1所述的模块，其特征在于所述补偿光线路的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

6.根据权利要求1所述的模块，其特征在于所述补偿光线路的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

7.根据权利要求1或权利要求5所述的模块，其特征在于所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有范围270nm到370nm内的平均色散与色散斜率比。

8.一种色散补偿模块，包括：

外壳(49)，其包括输入终端(41)和输出终端(42)；

高阶模色散补偿光线路(40)，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的高阶模多模色散补偿光纤(43，45)并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器(46)，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器(47)，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的标准单模线路光纤，

并且所述补偿光纤或所述串行的补偿光纤中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上，使得在波长为1550nm时，其纤芯具有至少五个纤芯段的所述光纤同时具有-300ps/nm-km以下的负色散以及大于200nm的色散与色散斜率比。

9.一种色散补偿模块，包括：

外壳(49)，其包括输入终端(41)和输出终端(42)；

高阶模色散补偿光线路(40)，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的高阶模多模色散补偿光纤(43，45)并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器(46)，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器(47)，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的非零(在波长为1550nm时)色散位移单模光纤，

所述输入终端和所述输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到所述传输线路中；

所述输出终端和所述输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到所述传输线路中；

如果在补偿光纤之间有附加的连接，则这些连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到所述传输线路中；

在波长为1550nm时，所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有多个平均参数，包括单位为dB/km的平均衰减系数α_DCF，单位为ps/nm-km且为负的平均色散D_DCF，单位为ps/nm²-km且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为nm的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，定义为-D_DCF/α_DCF的单位为ps/nm-dB的平均品质因数FOM_DCF，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20m²/W的平均二阶折射率系数n₂，

所述平均色散与色散斜率比是所述平均色散与所述平均色散斜率之间的比值；

所述平均品质因数是所述平均色散与所述平均衰减系数之间的比值的负值；

在单一补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数是所述单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数等于以这些补偿光纤在所述补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上所述连接损耗除以所述总长度的比值；

在单一补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是所述单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是以所述各补偿光纤各自的长度进行加权的所述各补偿光纤的相应参数的算术平均；

所述模块具有单位为dB的插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$

并且其中D_DCM＝-680ps/nm，

所述模块具有代表非线性相位效应并且单位为10^-6km/W-dB的非线性度指标NLC，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

所述模块具有单位为dB的质量指标CQ，其中

CQ＝IL+10logNLC

并且所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有：

第一，在-250ps/nm-km以下的负平均色散；

第二，足以使所述质量指标小于5dB的负平均色散。

10.根据权利要求9所述的模块，其特征在于所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有足以使所述质量指标小于5dB的负平均色散。

11.根据权利要求10所述的模块，其特征在于所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有足以使质量指标小于4.5dB的负平均色散。

12.根据权利要求11所述的模块，其特征在于所述插入损耗小于4dB。

13.根据权利要求9所述的模块，其特征在于所述补偿光线路的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

14.根据权利要求13所述的模块，其特征在于所述补偿光线路的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上。

15.根据权利要求9或权利要求13所述的模块，其特征在于所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有小于200nm的平均色散与色散斜率比。

16.一种色散补偿模块，包括：

外壳(49)，其包括输入终端(41)和输出终端(42)；

高阶模色散补偿光线路(40)，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的高阶模多模色散补偿光纤(43，45)并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器(46)，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器(47)，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的非零(在波长为1550nm时)色散位移单模光纤，

并且所述补偿光纤或所述串行的补偿光纤中的至少一个补偿光纤的纤芯具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上，使得在波长为1550nm时，其纤芯具有至少四个纤芯段的所述光纤同时具有在-300ps/nm-km以下的负色散以及大于80nm的色散与色散斜率比。

17.根据权利要求1或权利要求8或权利要求9所述的模块，其特征在于所述补偿光线路包括将所述输入模式转换器连接到所述输出模式转换器的单一光纤。

18.根据权利要求1或权利要求8或权利要求9所述的模块，其特征在于所述补偿光线路包括同一类的多个光纤，也就是说同一光纤的多个段或者相似的在其制造公差以内的多个光纤。

19.根据权利要求1或权利要求8或权利要求9或权利要求16所述的模块，其特征在于所述补偿光线路包括多个单独的光纤并且在于所用的谱域包括频带S、频带C和频带L中的至少两个频带。

20.一种信号放大和色散补偿系统，依次包括：第一信号放大器(2)、信号衰减器(3)、根据权利要求1所述的色散补偿模块(4)以及第二信号放大器(5)。

21.一种信号放大和色散补偿系统，包括一个单独的信号放大器(2)，后接根据权利要求1所述的色散补偿模块(4)。

22.一种传输线路，依次包括适用于在所用的谱域中发送信息的单模线路光纤(1)和根据权利要求20或权利要求21所述的信号放大和色散补偿系统(6)。

23.一种设计色散补偿模块的方法，所述模块包括：

外壳，其包括输入终端和输出终端；

高阶模色散补偿光线路，其位于所述外壳内并布置在所述输入终端与所述输出终端之间，所述线路包括一个或多个串行的高阶模多模色散补偿光纤并且不包括任何单模光纤；

输入模式转换器，用于将基模转换为所述高阶模，所述输入模式转换器位于所述输入终端与所述补偿光线路之间；

输出模式转换器，用于将所述高阶模转换为基模，所述输出模式转换器位于所述补偿光线路与所述输出终端之间；

所述模块适用于通过所述输入终端和所述输出终端插入到传输线路中，所述传输线路包括适用于在所用的谱域中发送信息的单模线路光纤，

所述输入终端和所述输入模式转换器共同将单位为dB的输入损耗Γ_in引入到所述传输线路中；

所述输出终端和所述输出模式转换器共同将单位为dB的输出损耗Γ_out引入到所述传输线路中；

如果在补偿光纤之间有附加的连接，则这些连接共同将单位为dB的连接损耗Γ_inter引入到所述传输线路中；

在波长为1550nm时，所述补偿光纤或所述的一组串行的补偿光纤具有多个平均参数，包括单位为dB/km的平均衰减系数α_DCF，单位为ps/nm-km且为负的平均色散D_DCF，单位为ps/nm²-km且为负的平均色散斜率S_DCF，单位为nm的平均色散与色散斜率比D_DCF/S_DCF，定义为-D_DCF/α_DCF的单位为ps/nm-dB的平均品质因数FOM_DCF，单位为μm²的平均有效面积A_eff，以及根据强度变化的单位为10^-20m²/W的平均二阶折射率系数n₂，

所述平均色散与色散斜率比是所述平均色散与所述平均色散斜率之间的比值；

所述平均品质因数是所述平均色散与所述平均衰减系数之间的比值的负值；

在单一补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数是所述单一补偿光纤的相应衰减系数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述平均衰减系数等于以这些补偿光纤在所述补偿光纤的总串行长度中的各自长度比率进行加权的各补偿光纤的相应衰减系数之和加上所述连接损耗除以所述总长度的比值；

在单一补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是所述单一补偿光纤的相应参数的集总，并且在一组串行的补偿光纤的情况下，所述其他平均参数的每一个参数是以所述各补偿光纤各自的长度进行加权的所述各补偿光纤的相应参数的算术平均；

所述模块具有单位为dB的插入损耗IL，其中

$\mathrm{IL}=\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCF}}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{out}}$

并且其中D_CM代表所述线路光纤的累积负色散，所述模块具有代表非线性相位效应并且单位为10^-6km/W-dB的非线性度指标NLC，其中

$\mathrm{NLC}=\frac{100\·n_2\·(1-{10}^{\frac{D_{\mathrm{DCM}}}{10\·{\mathrm{FOM}}_{\mathrm{DCF}}}})}{A_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DCF}}\·{10}^{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{in}}}{10}}}$

所述模块具有单位为dB的质量指标CQ，其中

CQ＝IL+10logNLC

所述设计方法包括用于优化所述模块的优化步骤，所述优化步骤包括减小所述质量指标。

24.一种高阶模色散补偿光纤，其纤芯具有至少四个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上，并且在波长为1550nm时，所述光纤同时具有-300ps/nm-km以下的负色散以及大于80nm的色散与色散斜率比。

25.根据权利要求24所述的高阶模色散补偿光纤，其中所述高阶模是LP₀₂。

26.根据权利要求24或权利要求25所述的高阶模色散补偿光纤，其中所述色散与色散斜率比大于120nm。

27.一种高阶模色散补偿光纤，其纤芯具有至少五个纤芯段，将纤芯包层加于该纤芯之上，并且在波长为1550nm时，所述光纤同时具有-300ps/nm-km以下的负色散以及大于200nm的色散与色散斜率比。

28.根据权利要求27所述的高阶模色散补偿光纤，其中所述高阶模是LP₀₂。

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