光纖的色散特性課件

1、線務工程課程主講： 楊斐通信技術專業(yè)教學資源庫石家莊郵電職業(yè)技術學院光纖的色散特性知識點大家好大家好 今天我們將一起學習今天我們將一起學習光纖的色散特性光纖的色散特性目 錄光纖的色散特性01 該知識點將介紹該知識點將介紹光纖的色散特性光纖的色散特性 模式色散模式色散 材料色散材料色散 波導色散波導色散 偏振膜色散偏振膜色散模式色散02材料色散03波導色散04偏振膜色散05 光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖產生畸變和展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。色散主要影響傳輸容量，也對傳輸距離有影響。對多模光纖而言，有對多模光纖而言，有模式色散模式色散和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散

2、；對于單模光纖而言，和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱模內色散）。模內色散）。 色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。單位是單位是ps/(kmps/(kmnm)nm)模式色散模式色散材料色散材料色散波導色散波導色散偏振模色散偏振模色散1.光纖的色散特性光脈沖在光纖中傳輸時光脈沖在光纖中傳輸時 隨著傳輸距離的增加隨著傳

3、輸距離的增加 光脈沖產生畸變和展寬光脈沖產生畸變和展寬 光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖產生畸變和展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。色散主要影響傳輸容量，也對傳輸距離有影響。對多模光纖而言，有對多模光纖而言，有模式色散模式色散和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱模內色散）。模內色散）。 色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖

4、由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。單位是單位是ps/(kmps/(kmnm)nm)模式色散模式色散材料色散材料色散波導色散波導色散偏振模色散偏振模色散1.光纖的色散特性這種現(xiàn)象稱為光纖的色散這種現(xiàn)象稱為光纖的色散 色散主要影響傳輸容量色散主要影響傳輸容量 也對傳輸距離有影響也對傳輸距離有影響 光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖產生畸變和展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。色散主要影響傳輸容量，也對傳輸距離有影響。對多模光纖而言，有對多模光纖而言，有模式色散模式色散和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，和波長色散，影響

5、其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱模內色散）。模內色散）。 色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。單位是單位是ps/(kmps/(kmnm)nm)模式色散模式色散材料色散材料色散波導色散波導色散偏振模色散偏振模色散1.光纖的色散特性對多模光纖而言對多模光纖而言 有模式色散和波長色散有模式色散和波長色散 影響其傳輸性能的主要是模式色散

6、影響其傳輸性能的主要是模式色散 光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖產生畸變和展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。色散主要影響傳輸容量，也對傳輸距離有影響。對多模光纖而言，有對多模光纖而言，有模式色散模式色散和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱模內色散）。模內色散）。 色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖

7、展寬值。）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。單位是單位是ps/(kmps/(kmnm)nm)模式色散模式色散材料色散材料色散波導色散波導色散偏振模色散偏振模色散1.光纖的色散特性對于單模光纖而言對于單模光纖而言 由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題 光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖產生畸變和展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。色散主要影響傳輸容量，也對傳輸距離有影響。對多模光纖而言，有對多模光纖而言，有模式色散模式色散和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對

8、于單模光纖而言，由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱模內色散）。模內色散）。 色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。單位是單位是ps/(kmps/(kmnm)nm)模式色散模式色散材料色散材料色散波導色散波導色散偏振模色散偏振模色散1.光纖的色散特性故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散 光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖產生畸變和

9、展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。色散主要影響傳輸容量，也對傳輸距離有影響。對多模光纖而言，有對多模光纖而言，有模式色散模式色散和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，和波長色散，影響其傳輸性能的主要是模式色散；對于單模光纖而言，由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱由于實現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散（統(tǒng)稱模內色散）。模內色散）。 色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。單位是單位是ps/(kmps/(k

10、mnm)nm)模式色散模式色散材料色散材料色散波導色散波導色散偏振模色散偏振模色散1.光纖的色散特性色散系數(shù)色散系數(shù)D D（）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值單位是）為每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值單位是ps/(kmps/(kmnmnm) ) 由于不同傳播模式在同一波長下傳播速度不同，使傳播時延不同而引起的色散，稱為模式色散，又稱為模間色散。不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。只有多模

11、光纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。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。2.模式色散由于不同傳播模式在同一波長下傳播速度不同由于不同傳播模式在同一波長下傳播速度不同 使傳播時延不同而引起的色散使傳播時延不同而引起的色散 稱為稱為 由于不同傳播模式在同一波長下傳播速度不同，使傳播時延不同而引起的色散，稱為模式色散，又稱為模間色散。不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。只有多模光

12、纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。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。2.模式色散模式色散模式色散 又稱為模間色散又稱為模間色散 不不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同 由于不同傳播模式在同一波長下傳播速度不同，使傳播時延不同而引起的色散，稱為模式色散，又稱為模間色散。不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。只有多模光纖才存在模式色散，它主

13、要取決于光纖的折射率分布。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。2.模式色散因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同 從而產生脈沖展寬從而產生脈沖展寬 形成模式色散形成模式色散 由于不同傳播模式在同一波長下傳播速度不同，使傳播時延不同而引起的色散，稱為模式色散，又稱為模間色散。不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同入射角的光線在光纖中的傳播路徑不同，因此不同路徑的光線到達輸出端的時延不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。不同，從而產生脈沖展寬，形成模式色散。只有多模光纖才存在模式色散，它主要取決于光

14、纖的折射率分布。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。2.模式色散只有多模光纖才存在模式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它主要取決于光纖的折射率分布 材料色散是由于光纖的折射率隨波長變化而使模式內不同波長的光時延不同，而產生的色散。 石英玻璃的折射率，并不是固定的，對不同的傳輸波長有不同的折射率。 3.材料色散材料色散是由于光纖折射率隨波長變化而使模式內不同波長的光時延不同材料色散是由于光纖折射率隨波長變化而使模式內不同波長的光時延不同 而產生的色散而產生的色散 材料色散是由于光纖的折射率隨波長變化而使模式內不同波長的光時延不同，而產生的色散。

15、石英玻璃的折射率，并不是固定的，對不同的傳輸波長有不同的折射率。 3.材料色散上圖中可以看到上圖中可以看到石英玻璃的折射率石英玻璃的折射率 并不是固定的并不是固定的 對不同的傳輸波長有不同的折射率對不同的傳輸波長有不同的折射率 材料色散是由于光纖的折射率隨波長變化而使模式內不同波長的光時延不同，而產生的色散。 石英玻璃的折射率，并不是固定的，對不同的傳輸波長有不同的折射率。 3.材料色散因此不同波長的光信號隨著傳輸距離的增加因此不同波長的光信號隨著傳輸距離的增加 造成光脈沖在時域展寬而形成了材料色散造成光脈沖在時域展寬而形成了材料色散由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色

16、散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散由于光纖中

17、的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散 叫做波導色散叫做波導色散由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性

18、變化。色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小 因此在交界面產生全反射時因此在交界面產生全反射時 就可能有一部分光就可能有一部分光由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。

19、材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散 進入包層之內進入包層之內 這部分光在包層內傳輸一定距離后這部分光在包層內傳輸一定距離后 又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小

20、，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散 入射光的波長越長入射光的波長越長 進入包層中的

21、光強比例就越大進入包層中的光強比例就越大 這部分光走過的距離就越長這部分光走過的距離就越長 由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。色度色散是指折

22、射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散 材料色散與波導色散都與波長有關材料色散與波導色散都與波長有關 所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波

23、導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散 色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化色度色散是指折射率隨波長的非線性變化由于光纖中的光波導結構參數(shù)與波長有關而引起的色散，叫做波導色散。因為光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包

24、層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。材料色散與波導色散都與波長有關，所以材料色散與波導色散都與波長有關，所以又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。又統(tǒng)稱為波長色散或色度色散。色度色散有以下特點：色度色散有以下特點： 色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。色度色散是指折射率隨波長的非線性變化。 傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。傳播特性（特別是群速率）隨波長變化。 色散可正可負。色散可正可負。 4.波導色散 傳播特性傳播特性 特別是群速率特別是群速率 隨波長變化隨波長變化 色散可正可負色散可正可負 由于光纖本身形狀不對稱或

25、光纖受到外界磁場的干擾等因素造成雙折射現(xiàn)象，引起了偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，簡稱PMD）。偏振模色散起因于實際的單模光纖中基模含有兩個相互垂直的偏振模，沿光纖傳播過程中，由于光纖受到外部的作用，如溫度、壓力、外界磁場等因素變化或擾動，使得兩模式發(fā)生耦合，兩個偏振的方向相互垂直的模傳播速度不一樣，形成雙折射，從而導致光脈沖展寬。 偏振模色散是隨機色偏振模色散是隨機色散散5.偏振膜色散由于光纖本身形狀不對稱或光纖受外界磁場干擾等因素造成雙折射現(xiàn)象由于光纖本身形狀不對稱或光纖受外界磁場干擾等因素造成雙折射現(xiàn)象 引起了偏振模色散引起了偏振模色散 由于光纖本身形狀不對稱或光纖受到外界磁場的干擾等因素造成雙折射現(xiàn)象，引起了偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，簡稱PMD）。偏振模色散起因于實際的單模光