第八講 光纖的色散特性

光纖的色散特性與物理特性第八講光纖的色散特性光纖的色散特性色散的定義色散的起因色散的分類單模光纖的色散波譜特性色散補(bǔ)償技術(shù)第八講光纖的色散特性31.4.1.4光纖的色散特性1.4.1.4.1色散的物理意義根據(jù)物理光學(xué)中“色散”的定義，色散是指復(fù)色光分解成單色光而形成光譜的現(xiàn)象。

第八講光纖的色散特性一、色散的定義色散的概念當(dāng)日光通過(guò)棱鏡或水霧時(shí)會(huì)呈現(xiàn)按紅橙黃綠青藍(lán)紫順序排列的彩色光譜。這是由于棱鏡材料對(duì)不同波長(zhǎng)（不同顏色）的光呈現(xiàn)的折射率不同，使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。第八講光纖的色散特性一、色散的定義光纖色散的概念

光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的速度不同，到達(dá)光纖終端有先有后，使光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散。

色散引起的脈沖展寬示意圖第八講光纖的色散特性一、色散的定義光纖色散的影響：使信號(hào)在目的端產(chǎn)生碼間干擾，給信號(hào)的最后判決造成困難第八講光纖的色散特性7時(shí)延：光信號(hào)在光纖中傳輸一段距離所需的時(shí)間

時(shí)延差：信號(hào)的速度不同，即各信號(hào)的時(shí)延不同通常用最大時(shí)延差：即光纖中速度最快和最慢的光波成分的時(shí)延之差來(lái)描述。時(shí)延差越大，脈沖展寬越大，色散就越嚴(yán)重。光纖色散的表示方法一、色散的定義第八講光纖的色散特性8色散描述方式帶寬（B）光纖的帶寬(f為調(diào)制信號(hào)頻率)第八講光纖的色散特性9

通常把調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時(shí)的頻率(fc)的大小，定義為光纖的帶寬(B)。由于它是光功率下降3dB對(duì)應(yīng)的頻率，故也稱為3dB光帶寬?？捎孟率奖硎尽５诎酥v光纖的色散特性10為了了解光纖色散，需知道送進(jìn)光纖中的信號(hào)結(jié)構(gòu)。首先，送進(jìn)光纖的并不是單色光。這由兩方面的原因引起：一是光源發(fā)出的并不是單色光；二是光信號(hào)有一定的帶寬。二、色散的起因第八講光纖的色散特性11實(shí)際光源發(fā)出的光不是單色的(或單頻的)，而是在一定的波長(zhǎng)范圍。這個(gè)范圍常是光源的線寬或譜寬。二、色散的起因00.51780800820840860相對(duì)輸出功率波長(zhǎng)(nm)光源的譜寬第八講光纖的色散特性一般認(rèn)為光功率降低為峰值的一半所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍即為光源的線寬或譜寬。線寬即可用波長(zhǎng)范圍△λ表示，也可用頻率范圍△?來(lái)表示。它們的關(guān)系為：式中：λ和?分別是光源的中心波長(zhǎng)和中心頻率。ffD=Dll二、色散的起因第八講光纖的色散特性13線寬越窄，光源的相干性就越強(qiáng)。一個(gè)理想的相干光源發(fā)出的是單頻光，即具有零線寬。實(shí)際光源的線寬視光源的種類而異。二、色散的起因第八講光纖的色散特性模式色散材料色散波導(dǎo)色散

二、色散的種類第八講光纖的色散特性

模式色散是由于光纖不同模式在同一波長(zhǎng)下傳播速度不同，使傳播時(shí)延不同而產(chǎn)生的色散。只有多模光纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。

模式色散，用光的射線理論來(lái)說(shuō)，就是由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不同所造成的時(shí)延差。二、色散的種類模式色散第八講光纖的色散特性階躍型光纖中模式色散示意圖

光線端面的入射角小于端面臨界角時(shí)，將在纖芯中形成全反射。不同入射角的光線，在光纖中的傳播路徑不同，而由于纖芯折射率均勻分布，纖芯中不同路徑的光線的傳播速度相同，因此不同路徑的光線到達(dá)輸出端的時(shí)延不同，從而產(chǎn)生脈沖展寬，形成模式色散。第八講光纖的色散特性第八講光纖的色散特性

圖中，沿光纖軸線傳播的光線①傳播路徑最短，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的時(shí)延t1最小,等于

=

路徑最長(zhǎng)的是以臨界角入射的光線②，產(chǎn)生的時(shí)延t2是最大時(shí)延，等于：=

所以光纖中不同的模式的最大時(shí)延差Δt為：第八講光纖的色散特性

材料色散是材料的折射率n是波長(zhǎng)λ的函數(shù)，從而使光的傳播速度隨波長(zhǎng)而變。由此引起的色散叫材料色散。引起材料色散的原因，是因?yàn)楣庠雌骷皇枪ぷ饔趩我活l率，即光源器件所發(fā)出的光都有一定的譜線寬度△λ；而光纖材料的折射率并非固定不變的，它會(huì)隨傳輸?shù)墓獠úㄩL(zhǎng)(或光波頻率)發(fā)生變化。二、色散的種類材料色散第八講光纖的色散特性二、色散的種類材料色散摻GeO2石英玻璃的折射率-波長(zhǎng)特性曲線的關(guān)系第八講光纖的色散特性

波導(dǎo)色散:波導(dǎo)色散Dw，單模光纖中只有約80％的光功率在纖芯中傳播，20％在包層中傳播。

由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時(shí)，就可能有一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)。這部分光在包層內(nèi)傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進(jìn)入包層內(nèi)的這部分光強(qiáng)的大小與光波長(zhǎng)有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長(zhǎng)度隨光波波長(zhǎng)的不同而異。二、色散的種類波導(dǎo)色散第八講光纖的色散特性221.4.1.4光纖的色散特性1.4.1.4.4偏振模色散偏振模色散（PMD）也稱為極化色散。由于光信號(hào)的兩個(gè)正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引起的色散稱偏振模色散。

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