色散補償主要是指消除某些光學元件的色散。不過，該術語通常也用于更廣義的色散管理，即對某些系統的整體色散進行控制（但不一定是完全補償）。例如，其目的可以是避免超短脈沖的過度時間展寬或光纖通信中信號的失真。色散補償主要應用于鎖相激光器和電信系統中，但有時也應用于光纖傳感器的光傳輸中。

光纖通信鏈路中的色散補償

色散補償是光纖鏈路（即光纖通信）的一個重要問題。在高數據速率情況下，調制信號會出現強烈的色散展寬。在沒有色散補償的情況下，每個碼元都會被大幅拓寬，以至于與相鄰的多個碼元嚴重重疊。即使是中度展寬，大量的碼間干擾也會嚴重扭曲檢測到的信號。因此，必須在檢測信號之前對色散進行補償。

對于 40 Gbit/s 或 160 Gbit/s 等高數據速率，脈沖展寬比 10 Gbit/s 等高數據速率要強得多。這主要有兩個原因：

• 較短的碼元持續時間意味著可允許的傳播時間更短。
• 信號的頻譜帶寬變大，從而導致更強的時間拓寬。

因此，一般來說，僅補償二階色散通常是不夠的，還需要處理高階色散。例如，在使用具有較大色散斜率的色散位移光纖時，如果只補償二階色散，就會出現問題。圖1顯示了 1550 nm 波長的單個 2 ps 脈沖在經過 10 千米和 50 千米這樣的光纖后產生的效果。結果的失真主要是未補償的三階色散造成的。

圖1:當僅對二階色散進行補償時，三脈沖在經過 10 千米（實線）和 50 千米（虛線）色散位移光纖傳播后的失真。模擬由 RP ProPulse 軟件完成。

由此產生的脈沖失真可能看起來很小。然而，以 160 Gbit/s 的間距對三重 2 ps 脈沖進行的仿真表明，即使在這種情況下，也會由于碼元間干擾而產生嚴重的信號失真。

圖2:僅對二階色散進行補償時，色散位移光纖 10 千米（實線）和 50 千米（虛線）后的脈沖畸變。

傳輸光纖的色散可以通過不同設計的光纖或其他光學元件進行補償。色散補償模塊（DCM）可包含長段色散位移光纖或啁啾光纖布拉格光柵等。后者的優點是結構緊湊，插入損耗相對較低。

在一定程度上，光數據傳輸系統中的色散影響也可以通過電子色散補償以經濟有效的方式得到緩解。

鎖模激光器中的色散補償

在用于產生飛秒脈沖的鎖模激光器中，由激光諧振器中的增益介質和其他光學元件引入的色度色散通常并不理想，因為它會導致產生的脈沖變寬和啁啾。雖然自然產生的色度色散通常處于正常色散狀態（至少對于在短波長下工作的激光器而言），但所需的色度色散可能接近零，甚至是反常的（對于在諧振器中形成準孑子脈沖而言）。這種色散值可以通過引入反常色散的光學元件來實現。在體激光器中，這類元件通常是特殊的介質色散鏡（如整體式 Gires-Tournois 干涉儀或啁啾鏡）或棱鏡對。

對于鎖模光纖激光器，色散可通過特殊色散光纖（如光子晶體光纖或使用高階模式的多模光纖）、啁啾光纖布拉格光柵或有時通過成對衍射光柵等塊狀元件進行補償。

對于持續時間低于 30 fs 的脈沖，不僅需要控制二階色散，還需要控制高階色散。因此，選擇合適的棱鏡對材料或優化棱鏡壓縮機的幾何形狀就顯得尤為重要。還有一種稱為 GRISM 的特殊裝置[7]，棱鏡上有一個光柵結構，可以優化二階和三階色散的強度比。

色散脈沖壓縮

色散光學元件還可用于對激光諧振器外的超短脈沖進行色散（線性）壓縮。