光纖的色散特性

光纖的色散特性2023/3/131第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日1、材料色散：n=n(λ)，n是波長λ的非線性函數(shù)。2、波導色散：同一模式的相位常數(shù)β隨波長λ而變，從而引起色散。3、模式色散：多模光纖中，即使在同一波長，不同模式的傳播速度也不同，它引起的色散叫模式色散。4、偏振色散：單模光纖中實際存在偏振方向相互正交的兩個基模。當光纖中存在雙折射時，這兩個模式的傳輸速度不同，引起偏振色散。MMF模式中：以模式色散為主，SMF：以材料色散為主2023/3/132第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日一、ModelDispersionGroupdelay:波長相同，β不同最低階模的縱向波矢：最高階模的縱向波矢：最低階模的縱向波矢：最高階模的縱向波矢：ModelDispersioncanbeexpressed(notethathasunitsofS/m)2023/3/133第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日二、時延差在光纖中，不同速度的信號經(jīng)過同樣的距離會有不同的時延，從而產(chǎn)生時延差。時延差越大，色散越嚴重。常用最大時延差來表示光纖色散程度，簡稱時延差。假若有一頻率為f的已調(diào)光載頻在光纖中傳播，信號的群速度：（包絡(luò)線中心前進的速度）β：信號縱向相位常數(shù)，ω：角頻率2023/3/134第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日B.單位長度上的時延：or(s/m)C.時延差設(shè)光譜寬為，單位長度光纖的時延差用表示。若2023/3/135第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日嚴格的說，在不同頻率上，是不同的，在這里近似認為在整個譜寬內(nèi)是不變的，等于中心頻率的值。D.色散系數(shù)D：單位線寬光源在單位長度光纖上所引起的時延差。單位：三、沖擊響應(yīng)h(t)與脈沖展寬A.脈沖寬度（FullWidthatHalfMaximum—FWHM）2023/3/136第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日Gaussian脈沖：tP0tet2023/3/137第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日——脈沖總能量——為平均時間，時間重心均方根脈沖寬度定義為：即取的平方，平均，方根。對Gaussian脈沖：之間的關(guān)系：2023/3/138第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日B.沖擊響應(yīng)（timedomain）輸入任意的光功率脈沖光纖h(t)—沖擊響應(yīng)，忽略光纖的損耗，完全由光纖的色散特性決定①若實際光纖的h(t)常接近Gaussian型（忽略損耗）2023/3/139第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日②不是函數(shù)可用和h（t）的卷積得到C.脈沖寬度：當輸入零寬度的脈沖時，其輸出波形h（t）。因而h（t）的寬度即脈沖展寬，以示之。2023/3/1310第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日輸入寬度，輸出脈沖寬度：脈沖展寬：對單模光纖：—單位長度的脈沖展寬，ns/km，ps/km）（四、頻率響應(yīng)H（F）與3dB帶寬BA.3dB帶寬B：使H（F）降低到最大值一半時的帶寬，單位長度光纖的基帶3dB帶寬常用表示。對SMF：B：MHz，GHz：MHz·km，GHz·km以上指的是光帶寬，它是由光功率來定義的。2023/3/1311第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日五、h（t）與H（F）的關(guān)系h（t）與H（F）的關(guān)系由傅立葉變換和反變換聯(lián)系：若：則：3dB帶寬：2023/3/1312第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日六、材料色散A.相速，群速（PhaseVelocity﹠GroupVelocity）1、phasevelocity:等相位面?zhèn)鞑サ乃俣?、groupvelocity2023/3/1313第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日包絡(luò)線沿時空維持不變的條件為：包絡(luò)線中心前進的速度：1、正常色散—normaldispersion：2、反常色散—abnormaldispersion:3、光纖經(jīng)常選擇在色散最小的工作波段。所以群速度色散在感興趣的波長兩邊要變號（±）。2023/3/1314第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日六、材料色散A.群折射指數(shù)N，描述材料的色散特性。群速度：時延＝B.材料色散系數(shù)1、一譜寬為的光脈沖，若足夠窄，進入光纖傳輸單位長度是的時延差為：定義材料色散，光源單位線寬引起的時延差2023/3/1315第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日2、塞爾梅耶公式，n—λ之間的關(guān)系為諧振波長；和為常數(shù)。七、光纖材料的色散特性材料的色散系數(shù)隨波長λ變換的曲線：0.61.31.602023/3/1316第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日八、單模光纖的色散SMF中：材料色散MaterialDispersion波導色散WaveguideDispersion偏振色散PolarizationDispersion時延：光纖包層和芯子材料的群折射指數(shù)。2023/3/1317第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日由于芯子和包層材料有近似的色散特性，故：弱導條件：結(jié)果，對V，b，歸一化頻率，歸一化縱向相位常數(shù)第一項：（材料色散）2023/3/1318第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日材料系數(shù)第三項：WaveguideDispersion系數(shù)：第二項是交叉項，對弱導光纖可認為芯子和包層材料色散特性一致，而將該項忽略。SMF的色散＝MaterialDispersion+WaveguideDispersion2023/3/1319第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日九、SIF的色散基模模，色散包括Material+WaveguideDispersionA.波導色散B.光纖的色散由下式計算2023/3/1320第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日色散系數(shù)D－101.21.42.0波導色散材料色散總色散作業(yè)：一SMF，SIF，對1550nm的光波：歸一化頻率是多少？該光纖支持幾個導模？該光纖的波導色散是多少？2023/3/1321第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日十、特種色散光纖A.零色散頻移光纖：將光纖的零色散點移到1.55μm處，以與光纖最低損耗波段一致，從而得到低損耗和低色散。途徑：增加波導色散手段：采用三角形折射指數(shù)分布光纖B.超寬帶低色散光纖W型光纖：兩個包層Dispersion－shiftedFiberDispersion－FlattenedFiber十一、多模光纖的色散：Material,Waveguide,ModeDispersion以ModeDispersion為主弟p歌模式群在單位長度光纖上的群延時：2023/3/1322第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日表示固定的時延值，第二、三項表示模式色散。相對時延差：與p=0的模式群的時延差：時模式色散最小。2023/3/1323第二十三頁，共二十四頁