光纤色散原理

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1、当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真，这说明光纤对光脉冲有展宽的作用，即光纤存在色散。这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。　　光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时，也限制了光信号的传输距离。　　G.652光纤是1310nm窗口零色散，在1550nm窗口存在色散，在传输10G信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653光纤是色散位移光纤，在1550nm窗口零色散，可传输1

2、0G的光信号，但传输WDM波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM波分的传输。G.655光纤在1550nm窗口有很小的色散，可用于SDH光信号和WDM信号的传输。　　光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散和波导色散。　　模式色散：主要对多模光纤而言，对单模光纤来说，因只有一个模式传播，不存在模式色散的问题。　　定义：多模光在多模光纤中传输时会存在许多种传输模式，而每种传输模式具有不同的传播速度和相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端时的时间却不一致，于是

3、产生了脉冲展宽的现象，叫模式色散。　　材料色散：是指组成光纤的材料二氧化硅本身所产生的色散。　　波导色散：波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。　　对于多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也比较大，其材料色散较小，不占主导地位，波导色散对多模光纤的影响甚小，所以，多模光纤主要考虑其模式色散。而单模光纤传输的是一个单模，不存在模式色散，模式色散为零，考虑的是其材料色散和波导色散。光纤的总色散所引起的脉冲展宽为三种色散各自平方的和后开平方。　　色散主要用色散系数D(λ)表示。色散系数一般只对

4、单模光纤来说，包括材料色散和波导色散，统称色散系数。色散系数的定义：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值，与长度呈线性关系。其计算公式为：   σ=δλ*D*L   其中：δλ为光源的均方根谱宽，D(λ)为色散系数，L为长度，现在的单模光纤色散系数一般为20ps/km.nm，光纤长度越长，则引起的色散总值就越大。色散系数越小越好，，因色散系数越小，根据上式可知，光纤的带宽越大，传输容量也就越大。所以，传输2.5G以上光信号时，要考虑光纤色散对传输距离的影响，最好采用零色散的G.653光纤传输，但光

5、纤色散为零时，传输WDM波分光信号会产生四波混频等非线性效应，所以色散要小，但不能为零，最终采用的光纤为G.655光纤来传输10G的光信号和WDM波分复用信号。对于单模光纤，其带宽系数在25GHz.km以上，但多模光纤的带宽系数一般在1GHz.km以下。所以，多模光纤一般用于622M以下短距离的通信，而单模光纤可用于多种速率的通信。   ITU-TG.652建议规定零色散波长范围为：1300nm~1324nm，最大色散斜率为0.093ps/（nm2.km），在1525~1575nm波长范围内的色散系数约

6、为20ps/（nm.km）。ITU-TG.653建议规定零色散波长为：1550nm，在1525~1575nm区的色散斜率为0.085ps/（nm2.km）。在1525~1575nm波长范围内的最大色散系数为3.5ps/（nm.km）。G.655光纤在1530~1565nm范围内的色散系数在绝对值应处于0.1~6.0ps/（nm2.km）。二、单模光纤的偏振模色散产生机理　　随着单模光纤在测试中应用技术的不断发展，特别是集成光学、光纤放大器以及超高带宽的非零色散位移单模光纤即ITU-TG655光纤的广泛应

7、用，光纤衰减和色散特性已不是制约长距离传输的主要因素，偏振模色散特性越来越受到人们重视。偏振是与光的振动方向有关的光性能，我们知道光在单模光纤中只有基模HE11传输，由于HE11模由相互垂直的两个极化模HE11x和HE11y简并构成，在传输过程中极化模的轴向传播常数βx和βy往往不等,从而造成光脉冲在输出端展宽现象。如下图所示：图1：PMD极化模传输图　　因此两极化模经过光纤传输后到达时间就会不一致，这个时间差称为偏振模色散PMD（PolarizationModeDispersion）。PMD的度量单位

8、为匹秒（ps）。　　光纤是各向异性的晶体，光一束光入射到光纤中被分解为两束折射光。这种现象就是光的双折射，如果光纤为理想的情况，是指其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内无应力存在，光纤本身无弯曲现象，这时双折射的两束光在光纤轴向传输的折射率是不变的，跟各向同性晶体完全一样，这时PMD=0。但实际应用中的光纤并非理想情况，由于各种原因使HE11两个偏振模不能完全简并，产生偏振不稳定状态。　　造成单模光纤中光的偏振态不稳定的原因，有光纤本