《光纤的色散特性》PPT课件

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1、光纤的色散特性(教材20-24）主要内容一、色散的定义二、色散的种类及其产生原因三、色散的计算分析四、单模光纤的色散波谱特性色散的定义光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的时间差。二、色散的种类模式色散材料色散波导色散模式色散模式色散是由于光纤不同模式在同一波长下传播速度不同，使传播时延不同而产生的色散。只有多模光纤才存在模式色散，它主要取决于光纤的折射率分布。阶跃型光纤的

2、模式色散在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端面临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条光线代表一种模式，则不同入射角的光线代表不同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的传播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布，纤芯中不同路径的光线的传播速度相同，均为，因此不同路径的光线到达输出端的时延不同，从而产生脉冲展宽，形成模式色散。阶跃型光纤中模式色散示意图图中，沿光纤轴线传播的光线①传播路径最短，经过长度为L的光纤传播时延t1最小,等于=光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时延t2是最大时延，等于：=所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δt为：渐变型光纤中光

3、线的传播路径是近似于正弦形曲线，其中正弦幅度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光线传输路程短，但由于渐变型光纤纤芯折射率分布在轴心处最大并沿径向逐渐减小，所以正弦幅度最大的光线由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正弦幅度最小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果在到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐变型多模光纤的模式色散较小。一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为渐变型光纤的模式色散材料色散材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。对于谱线宽度为Δλ的光

4、波，经过长度为L的光纤后，由材料色散引起的时延差为该式也可写成式中，C=3×108m/s,是真空中的光速,—是光源的谱线宽度波导色散波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的色散。取决于波导尺寸和纤芯包层的相对折射率差。波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散，又有模内色散，但主要以模式色散为主。而单模光纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散，由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。单模光纤色散波谱特性曲线