光纤的结构与波导特性ppt课件.ppt

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1、2.3光纤的色散特性色散分类模间色散材料色散波导色散偏振色散高阶色散引言光纤的色散单模光纤的色散——主要表现为群速色散材料色散：材料折射率随波长变化波导色散：传播常数β随a/λ变化色散展宽的主要影响是引起相邻脉冲发生重叠，限制通信容量(BL积)阶跃型光纤的模式色散一、光纤色散引起的脉冲展宽及对通信容量的影响设频率为ω的一光谱分量经过长为L的单模光纤时，其时延为T=L／vg。，vg为群速度vg=dβ/dω利用β与模折射率的关系可得为群折射率。由于光脉冲包含许多频率分量，因而群速度的频率相关性导致了脉冲传输过程中展宽，不再同时到达光纤输出端。设光脉冲的谱宽为△ω，则脉冲展宽的程度可由下

2、式决定式中β2=dβ2/dω2称为群速色散(GVD)，它直接决定了脉冲在光纤中的展宽程度利用ω=2πc／λ和Δω=(-2πc／λ2)Δλ，则上式可改变为式中称为群速色散，代表两个波长间隔为1nm的光波传输1km距离后到达时间的延迟。群速色散对比特率的影响可利用不产生相邻脉冲重叠的准则BΔT

3、吸收电磁辐射的特征共振频率有关。在远离材料共振频率处，折射率n(ω)可用三项塞尔梅耶尔(Sellmeier)多项式很好地近似式中，ωj为共振频率；Bj为振动强度。上式求和包含了感兴趣的材料的所有共振点。由此就可以求出材料色散参数DM计算和实验发现，在λ=1.276μm，DM=0，这个波长称为零色散波长(λ0)。在λ<λ0区，色散参数DM为负值；在λ>λ0区，DM为正值。在1.25-1.66μm波长区，DM可用下列经验公式近似DM≈122（1-λ0/λ）纯石英玻璃材料色散与波长的关系三、波导色散波导色散DW由下式给出他决定于光纤的V参数。式中，n2g为包层的群折射率。波导色散引起的时

4、延为将k0用归一化频率V代替，则有式中，第一项为常数；第二项为波导色散引起的脉冲展宽。因子d(Vb)/dV可用下式表示波导色散由群时延对波长求导，可得到由谱宽为σλ的光脉冲在波导色散影响下引起的脉冲展宽为下图展示了单模光纤中b、d(Vb)／dV和Vd2(Vb)／dV2的计算结果，由此可计算群时延和脉冲展宽。可见在V=1.2处Vd2(Vb)／dV2达到最大值，但在V=2.0~2.4的实际单模应用范围内，该值在0.2~0.1之间。展示了DM、Dw和D=DM+Dw随着波长的变化，可见波导色散使零色散波长从1．276μm向右移动了30-40nm四、色散位移和非零色散光纤由于波导色散参数与纤

5、芯半径a和折射率差△等参数有关，这提供了将零色散波长移至1.55μm处，实现既具有低损耗、又具有低色散的可能，这种光纤称为色散位移光纤(DSF)。改变纤芯半径来移动零色散波长色散位移和非零色散光纤参数极化色散也称为偏振模色散，用τp表示。从本质上讲属于模式色散，这里仅给出粗略的概念。单模光纤中可能同时存在LP01x和LP01y两种基模，也可能只存在其中一种模式，并且可能由于激励和边界条件的随机变化而出现这两种模式的交替。五、极化色散当光纤中存在着双折射现象时，两个极化正交的LP01x和LP01y模传播常数βx和βy不相等。对于弱导光纤，βy和βx之差可以近似地表示为：式中：nx和

6、ny分别为x方向和y方向的折射率。六、高阶色散GVD对单模光纤比特率一距离积(即通信容量)影响的估算式：当单模光纤工作于零色散波长λ0时，D=0，其BL可无限增大，然而实际上是不可能的，实际上λ=λ0处色散并未完全消失。因为此时尚存高阶色散，光脉冲仍会展宽。实际上D不能使中心波长位于零色散波长λ0的光脉冲包含的所有波长都为零，D=0并不意味着色散不随波长而变，D的波长相关性或高阶色散亦将引起脉冲展宽。高阶色散取决于色散斜率：S=dD/dλ，S也称为微分色散或二阶色散参数。式中β3=dβ2/dω=d3β/dω3，在λ=λ0处，β2=0，因此S与β3成比例。利用S的有效值，可得高阶色

7、散斜率和光源谱宽对光波系统比特率一距离积的限制BLlSI(△λ0)<1总色散光纤的总色散为：值得说明的是，单模光纤一般只给出色散系数D，其中包含了材料色散和波导色散的共同影响。光纤的色散和带宽描述的是光纤的同一特性。其中色散特性是在时域中的表现形式，即光脉冲经过光纤传输后脉冲在时间坐标轴上展宽了多少；而带宽特性是在频域中的表现形式，在频域中对于调制信号而言，光纤可以看作是一个低通滤波器，当调制信号的高频分量通过光纤时，就会受到严重衰减，如图所示。七、光纤的色散和带