光纤色散参考

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1、光波导理论与技术第6章光纤的色散特性§6.1色散概述z=0z=LDispersion色散导致脉冲展宽z=0z=LAttenuation损耗导致脉冲减弱1§色散分类波长色散(色度色散)色散导致脉冲展宽色散模式色散（偏振模色散本质上也是一种模式色散）材料色散波导色散折射率剖面色散材料是频率的函数相位常数是频率的函数相对折射率差是频率的函数，但此项很小模式色散就是第三章讨论的多径色散，一般存在在多模光纤中2§6.1色散概述光纤中群速度的定义群时延群时延与波长有关群时延差与波长有关群时延差与频率有关dω＝-2πcdλ/λ23§6.2材料色散构成材料的分子、原子可以看成是谐振子，在外加电

2、磁场的作用下，它们做受迫振动。介质的折射率写为n=n+jn’折射率的实部和虚部在谐振点附近随频率的变化情况如左图，一般，介质不止一个谐振点4§6.2材料色散在谐振点附近，介质产生强烈的吸收，所以工作频率应该远离这些谐振频率，这样我们只要讨论折射率的实部即可。折射率计算的近似公式为：折射率对波长的导数为335§6.2材料色散无界媒质中电磁波的相位常数为无界媒质中电磁波的相速度无界媒质中电磁波的群速度群折射率石英系玻璃的折射率随波长的变化情况ε06§6.2材料色散N群时延差(注意与折射率关于的二阶导数成正比),式中,称材料的归一化色散系数7§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类单模

3、光纤中只有主模式LP01，总色散由材料色散、波导色散、折射率剖面色散、以及偏振模色散构成，前三项属于波长色散。这里的波长色散用D(λ)表示，单位为ps/nmkm,即单位波长间隔的两个频率成分在光纤中传播1km时所产生的群时延差。在忽略折射率剖面色散偏振模色散时，可以证明波长色散为：上式Dm(λ)，Dw(λ)分别称之为材料色散项和波导色散项，分别表示为，8§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类上式中N1、N2、b分别为：、、V的意义与第五章相同，为归一化频率散的绝对值则由纤芯半径、相对折射率差以及折射w9§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类率的分布规律决定。一般说来Δ较大，a较

4、小的则波导色散也就越大，因而零色散波长向长波方向的移动也就越大，。参见下图最大色散十分，10§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤的分类：1.常规单模光纤(G.652、G.654)，零色散波长λ0～1.300－1.324μm，在零色散区（1.288～1.339μm）最大色散系数D(λ)<3.5ps/nm·km11§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类2.色散位移光纤(DSF)(G.653)，零色散波长λ0～1.50－1.60μm，在零色散区（1.525～1.575μm）最大色散系数D(λ)<3.5ps/nm·km3.非零色散光纤(NZDF)(G.655)，在1.55窗口

5、保留了一定量的色散，从而抑制非线性效应（四波混频）为了解决非线性问题，近年研制了大有效面积光纤(LEAF).也是为了抑制光纤中单位面积中能量太大而产生的非线性效应。此种光纤折射率剖面很复杂，不在这里讨论4.色散平坦型光纤，波长在1.3～1.6μm内都有很小的色散。此种光纤折射率剖面更为复杂。12§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类13§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类偏振模色散它们传播单位距离的群时延分别为由此产生的传播时延差或脉冲展宽利用得石英光纤第一项远大于第二项，式中LB为拍长，f为光源频率偏振模色散并不与距离成正比，与波长色散相比，对信号传输影响不太大，只是在一些

6、特殊场合，比如相干光通信，某些光纤传感对偏振特性要求高的情况下，才考虑偏振模色散。由于光纤制造过程中和的环境的不确定性因素，利用统计的方法可以得出长为L的光纤PMD的统计平均值14§6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类一种利用ex的展开式可以得到和的结果。外腔激光器偏振控制器声光调制器(选择给定点的反射光信号及偏振态)光带通滤波器光纤放大器压缩EDFA产生的自发辐射噪声15§6.4多模光纤的色散多模光纤折射率分布第p个模式群的相位常数第pmax为最大模式群的相位常数，令第p个模式群传播单位长度的群时延为重写第p个模式群的相位常数16§6.4多模光纤的色散可求得第p个模式的时延上

7、式中：主模式p＝0的传播时延差第p个模式与主模式之间的时延差相应最大时延差为阶跃光纤（与几何方法结果一致）α＝2的抛物线型光纤（与几何方法结果一致），17§6.4多模光纤的色散令此式中得到最佳折射率指数是波长的函数，所以不同波长对应不同的最佳折射率分布光纤，下面是两种掺杂光纤与波长之间的关系。18§6.5色散导致的光信号畸变及其对通信的影响n也是频率的函数非单色时的波动方程(亥姆霍兹方程)认为单色电磁波受到一个缓变信号A(z,t)的调制E的傅立叶变换单色波动方程(6.5-9)上式代入波动方程