光纤光学第10讲.pdf

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1、二、光纤的色散2012-03-202012-03-20©HUST20123、阶跃型弱导光纤的色散（单模）dg方法：的定义gd2222Wnk20由归一化传播常数：b22222Vnknk102012222222knbknkn0201021nkb2nkb200假设nnn12dddnk0dbnk0则gdcdk0cdk0cdk02012-03-202012-03-20©HUST2012在上式中：材料色散引起的群延时——第一项；波导色散引起的群延时——第二项；（一）材料色散材料色散是折射率对波长的二阶导数，属折射率随波长的非线性变化，不

2、能简单地认为折射率随波长而变所引起的。2012-03-202012-03-20©HUST2012对石英光纤：材料色散小于0，正常色散区;长波长光传播快，短波长光传播慢!（负色散值）。材料色散大于0，反常色散区;短波长光传播快，长波长光传播慢!（正色散值）。2012-03-202012-03-20©HUST2012（二）波导色散ndVΔ()bτ=⋅w波导色散引起的群延时：cdV2dτndΔ()Vbw由色散的计算式可得：DV=≈−⋅w2dcdλλV2dVb下面求的值：2dVdbV1dbVUdUb1dV2dVVdV22dbV1db

3、VdbVVbV22dV2dVdV22UdUdUdUU2VdVdVdV2dUdU其中dV和dV2由下面给出：2012-03-202012-03-20©HUST2012对单模光纤，仅存在HE模，V、W、U满足：11222U+W=VUJ()UWK()W11=J()UK()W002dUU⎡K()W⎤0=⎢1−⎥dVVK()W⎣1⎦2⎧222dUUK()W⎡K()W⎤⎡J()U⎤000⇒2=2⎨2()⎢2()−1⎥−2W⎢1+2()⎥dVVKWKWJU⎩1⎣1⎦⎣1⎦32⎫⎡K()W1K()WK()W⎤000×⎢3+⋅2−⎥⎬K()W

4、WK()WK()W⎣111⎦⎭2012-03-202012-03-20©HUST20122012-03-202012-03-20©HUST2012总色散系数D≈D+Dmw(单模光纤)D≈D+Dmw1320-材料色散的影响一般大于波导色散：

5、D

6、>

7、D

8、mw-波导色散系数通常为负值2012-03-202012-03-20©HUST2012标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟（ITU－T）把这种光纤规范为G.652光纤。其特点是当工作波长在1.3μm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制

9、。但这种光纤在1.3μm波段的损耗较大，约为0.3dB/km～0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，约为0.2dB/km～0.25dB/km。色散在1.3μm波段为3.5ps/nm·km，在1.55μm波段的损耗较大，约为20ps/nm·km。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的2.5Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s的信号，传输距离超过50公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。2012-03-202012-03-20©HUST2012大多数已安装的光纤低损耗大色散分布大有效面积

10、色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。2012-03-202012-03-20©HUST2012（三）色散位移光纤在单模光纤中，短波长区m材料色散很大，波导色散可以忽略；而长波长区mm，材料色散随波长的增加而减少至与波导色散相当的数量级，有可能互相抵消，出现零色散区。原理：在1.3μm~1.7μm范围内任何波长，通过适当调整光纤波导的结构参量（

11、a,△和g），总可以获得零色散，这就是色散位移光纤所依据的原理，将零色散波长从1.3μm移至1.55μm，可以使其与最低损耗波长一致。2012-03-202012-03-20©HUST2012G.653色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550nm办法：材料色散不变，通过改变折射率剖面形状来增大波导色散，使零色散点往长波长方向移动1550nma=4.5μma=2.2μmΔ≈1.5%2aΔ≈0.35%1550nm2a1320普通商用光纤色散位移光纤2012-03-202012-03-20©HUST2012•标准单模光纤(SM

12、F)–λ0@1310nm–Dcrom<20ps/nm-km@1550nm•色散位移光纤(DSF)–λ0@1550nm•非零色散位移光纤(NZDSF)–在1550nm存在小正或负色散，减少光纤中非线性效应的影响。2012-03-202012-03-20©HUST2012针对色散位移光纤在1.