第八講 光纖的色散特性

1、 光纖的色散特性與物光纖的色散特性與物理特性理特性光纖的色散特性n色散的定義n色散的起因n色散的分類n單模光纖的色散波譜特性n色散補償技術(shù)3一、色散的定義色散的概念 當(dāng)日光通過棱鏡或水霧時會呈現(xiàn)按紅橙黃綠青藍紫順序排列的彩色光譜。這是由于棱鏡材料對不同波長（不同顏色）的光呈現(xiàn)的折射率不同，使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。一、色散的定義n光纖色散的概念 光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的速度不同，到達光纖終端有先有后，使光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散光纖的色散。色散引起的脈沖展寬示意圖一、色散的定義色散的定義光纖色散的影響：使信號在目的端產(chǎn)生碼間干擾，給信號的

2、最后判決造成困難7時延：光信號在光纖中傳輸一段距離所需的時間時延差：時延差：信號的速度不同，即各信號的時延不同通常用最大時延差：最大時延差：即光纖中速度最快和最慢的光波成分的時延之差來描述。時延差越大，脈沖展寬越大，色散就越嚴(yán)重。光纖色散的表示方法一、色散的定義色散的定義89）（光光33. 3 30lg0 1dBPfPc10為了了解光纖色散，需知道送進光纖中的信號結(jié)構(gòu)。 首先，送進光纖的并不是單色光并不是單色光。這由兩方面的原因引起：一是光源發(fā)出的并不是單色光；二是光信號有一定的帶寬。二、色散的起因色散的起因11 實際光源發(fā)出的光不是單色的(或單頻的)，而是在一定的波長范圍。這個范圍常是光源的

3、線寬或譜寬。二、色散的起因色散的起因00.51780800820840860 相對輸出功率相對輸出功率波長波長(nm)光源的譜寬光源的譜寬ff 一般認為光功率降低為峰值的一半峰值的一半所對應(yīng)的波長范圍即為光源的線寬或譜寬線寬或譜寬。線寬即可用波長范圍表示，也可用頻率范圍來表示。它們的關(guān)系為：式中：和分別是光源的中心波長和中心頻率。ff 二、色散的起因色散的起因13 線寬越窄，光源的相干性就越強。一個理想的相干光源發(fā)出的是單頻光，即具有零線寬。實際光源的線寬視光源的種類而異。二、色散的起因色散的起因n模式色散n材料色散n波導(dǎo)色散 二、色散的種類 模式色散模式色散是由于光纖不同模式在同一波長下傳播

4、速度不同，使傳播時延不同而產(chǎn)生的色散。只有多模光纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。 模式色散，用光的射線理論來說，就是由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不同所造成的時延差。二、色散的種類模式色散階躍型光纖中模式色散示意圖 光線端面的入射角小于端面臨界角時，將在纖芯中形成全反射。不同入射角的光線，在光纖中的傳播路徑不同路徑不同，而由于纖芯折射率均勻分布，纖芯中不同路徑的光線的傳播速度相同傳播速度相同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同，從而產(chǎn)生脈沖展寬，形成模式色散。 圖中，沿光纖軸線傳播的光線傳播路徑最短，經(jīng)過長度為L的時延t1最小,等于 = 路徑最長的是以臨界角入射的光線

5、，產(chǎn)生的時延t2是最大時延，等于：= 所以光纖中不同的模式的最大時延差t為： CLnt11CLn1102/sin/nCLt01sinCLn) 1(sin21110112nnCLnCLnCLnttt 材料色散材料色散是材料的折射率n是波長的函數(shù)，從而使光的傳播速度隨波長而變。由此引起的色散叫材料色散。 引起材料色散的原因，是因為光源器件不是工作于單一頻率，即光源器件所發(fā)出的光都有一有一定的譜線寬度定的譜線寬度；而光纖材料的折射率并非固定不變的，它會隨傳輸?shù)墓獠úㄩL(或光波頻率)發(fā)生變化。二、色散的種類材料色散二、色散的種類材料色散摻摻GeO2石英玻璃的折射率石英玻璃的折射率-波長特性曲線的關(guān)系波長特性曲線的關(guān)系 波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散: 由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內(nèi)。這部分光在包