新型光纖和光纖的基本特性課件

第4章新型光纖和光纖的基本特性2018.04.16星期一第4章新型光纖和光纖的基本特性2018.04.16復習：弱導光纖的模式當光纖的芯層和包層的相對折射率差△<<1時，稱這種光纖為弱導光纖。只能支持少數(shù)模式。弱導光纖,n1n2,k0n1k0n2;即k0n1k0n2；實際的光纖就是弱導光纖LPlm模特點：1、場的橫向分量遠大于縱向分量；

2、場的橫向分量是線偏振的，（Hx,Ey;Ex,Hy）

3、滿足標量場方程，在邊界處連續(xù)

4、LP模只有四個不為零的場分量Ex,0,Ez,0,Hy,Hz;0,Ey,Ez,Hx,0,Hz復習：弱導光纖的模式當光纖的芯層和包層的相對折射率差△<<1LP模與傳統(tǒng)模的標記方法的關系

精確模單模光纖實際存在兩個正交的偏振模，LP01X和LP01y

；LP模與傳統(tǒng)模的標記方法的關系精確模單模光纖實際存在兩個正新型光纖和光纖的基本特性課件主要內容一、光纖的傳輸特性二、特種光纖三、單模光纖色散補償、減小色散的影響主要內容一、光纖的傳輸特性一、光纖的傳輸特性1、光纖的損耗損耗系數(shù)光纖的損耗限制了光纖最大無中繼傳輸距離。損耗大小用損耗系數(shù)α(λ)表示，單位為dB/km,即單位長度光纖的光功率損耗dB（分貝）值。如果注入光纖的功率為p(z=0),光纖的長度為L，經長度L的光纖傳輸后光功率為p(z=L)，則α(λ)為一、光纖的傳輸特性1、光纖的損耗如果注入光纖

影響光纖的損耗系數(shù)較多,包括：1、瑞利散射；2、光纖缺陷；3、雜質吸收（如OH-根離子、紅外）等式中，c1為瑞利散射常數(shù)，c2為與缺陷有關的常數(shù)，A(λ)為雜質引起的波吸收。損耗是波長的函數(shù):影響光纖的損耗系數(shù)較多,式中，c1為瑞利散射常數(shù)，c2為與光纖損耗與波長的關系α(λ)與波長的關系如下圖所示。從圖中可看出，有三個低損耗窗口，其中心波長分別位于0.85μm、1.30μm、1.55μm處。光纖損耗與波長的關系α(λ)與波長的關系如下圖所示。從圖光纖可用頻譜

窗口單模光纖的第一低損耗窗口位于0.85μm附近;第二低損耗窗口位于1.30μm附近;第三低損耗窗口位于1.55μm附近。

三個波段:

S波段：1475-1510nm；

C波段：位于1528～1565nm：

L波段：1565～1620nm。光纖可用頻譜窗口三個波段:2、光纖的色散色散種類（1）模式色散（2）單模光纖的波長色散

a、材料色散

b、波導色散

C、偏振模色散2、光纖的色散色散種類（1）模式色散（2）單模光纖的波長色散（1）光纖的模式色散

模間時延差

模間時延主要存在于多模光纖中。由于不同的模的傳播路徑不同，因此到達目的地時不同的模之間存在時延差。對于多模光纖，其纖芯為50μm，遠大于光的波長1.3μm，因而波動理論與幾何光學分析的結論是一致的?？梢詫⒁粋€模式看成是光線在光纖中一種可能的行進路徑。由于不同的路徑其長度不同，因而對應的不同的模式其傳播時延也不同。（1）光纖的模式色散模間時延差對于多模光纖，其纖芯為5圖模間時延差圖模間時延差設有一光脈沖注入長為L的階躍型光纖中，可以用幾何光學求出其最大的時延差δτ。設一單色光波注入光纖中，其能量將由不同的模式攜帶，速度最快的模（路徑最短）與中心軸線光線相對應，速度最慢的模（路徑最長）與沿全反射路徑的光線相對應，可求出最大的時延差：

上式利用了全反射定理：sinθ=n2/n1，其中τ為單位長度的時延。

設有一光脈沖注入長為L的階躍型光纖中，可以用幾何光學求出其模間色散的減少模式色散：由于不同的光線在光纖中傳輸?shù)臅r間不同，因而輸入一個光脈沖時，其能量在時間上相對集中，經光纖傳輸后到達輸出端，輸出一個光脈沖，其能量在時間上相對彌散(脈沖展寬)，這種現(xiàn)象稱為模式色散。模式色散的影響。

措施：通過合理設計光纖，模式色散可以減小（如漸變光纖），甚至沒有（如單模光纖）。模間色散的減少措施：通過合理設計光纖，模式色散可以減?。ㄈ缍嗄９饫w的最大比特率由于模式色散的存在，展寬的光脈沖會達到某種程度，使得前后光脈沖相互重疊，可能造成誤碼。一根光纖信號傳輸?shù)乃俾?？?/p>

一個粗略的判據(jù)是,只要光脈沖在時間上的展寬不超過系統(tǒng)比特周期1/B的1/2，即1/(2B)（B為系統(tǒng)的比特率也就是信息傳輸速率），就可接受。因此模式色散有如下的限制:多模光纖的最大比特率一個粗略的判據(jù)是,只要光脈沖在時間上的

因而光纖通信系統(tǒng)由于受模式色散的影響，其比特距離積為：

如Δ=0.01，n1=1.5（≈n2），可得BL<10（Mb/s）·km。階躍多模光纖因而光纖通信系統(tǒng)由于受模式色散的影響，其比特距離積為：

對于折射率成拋物線分布的漸變光纖，在光纖L處，最快光線和最慢光線的時延差為：

如假設

,則系統(tǒng)的帶寬距離積為對于折射率成拋物線分布的漸變光纖，在光纖L處，最快光（2）單模光纖的波長色散(色度色散)

相速單色光波可以描述為E(z,t)=Acos(ω0t-β(ω0)z)式中：A為光場的振幅，β(ω=ω0)為傳播常數(shù)，ω0=2πf0。（2）單模光纖的波長色散(色度色散)相速

相速vφ定義為與行波光場保持固定相位的觀察者前進的速度或等相位面（ωt-βz=常數(shù)）前進的速度:ω0t-β(ω0)z=c相速vφ定義為與行波光場保持固定相位的觀察者前進的速度或等群速實際光纖通信系統(tǒng)中的光波不是單色波，為簡化分析,

假設光波只包含兩個分量：ω0+Δω和ω0-Δω，且Δω<<ω0，則有

β(ω0±Δω)≈β0±β1Δω式中群速β(ω0±Δω)≈β0±β1Δω式中則光脈沖的電場可以描述為

E(z,t)=E［cos((ω0+Δω)t-β(ω0+Δω)z)+cos((ω0-Δω)t-β(ω0-Δω)z)］≈Ecos(Δωt-β1Δωz)cos(ω0t-β0z)可見，合成光波E(z,t)是一個調制波，為快變化的光載波cos(ω0t-β0z)和一個慢變化的包絡波cos(Δωt-β1Δωz)的乘積。其中，E為光場的振幅；ω0±Δω為調制信號產生的頻率分量，以不同的相速傳播（β0±Δβ）;ω0為光波的頻率。則光脈沖的電場可以描述為可見，合成光波E(z,t)是一個調光載波行進的速度為光波的相速,即為ω0/β0，包絡行進的速度1/β1相應地稱為群速,即：光載波行進的速度為光波的相速,即為ω0/β0，

由于群速與頻率的依賴關系，光脈沖的不同分量的傳播速度不同，到達光纖的輸出端有先有后，因而光脈沖被展寬了。假設譜寬為Δω，光纖的長度為L，則光脈沖的展寬為：

式中,D為色散系數(shù)，單位是:ps/(nm·km)即單位長度(km)、單位波長(nm)間隔的時延(ps)值。由于群速與頻率的依賴關系，光脈沖的不同分量的傳播速度不同其中，第一項為材料色散，與光纖的折射率和波長有關;第二項為波導色散，與波導的結構參數(shù)V、Δ有關。色散系數(shù)D的表達式：其中，第一項為材料色散，與光纖的折射率和波長有關;第二項為a、材料色散材料色散是由于石英材料的折射率隨波長變化（是波長的函數(shù)）而引起的；

實際的光源的譜是有一定寬度的，因而不同的波長由于速度不同相互之間有延遲，導致輸入光纖的窄脈沖輸出時變寬了。

對于普通的單模光纖，材料色散在波長λ=1.27μm左右時為零，λ>1.27μm時有正的色散，λ<1.27μm時有負的色散。a、材料色散波導色散是由于光纖的波導結構引起的色散，與光纖的結構參數(shù)如V等有關。對于普通的單模光纖，波導色散相對于材料色散較小，它與光纖結構參數(shù)有關，隨V、光纖的纖芯、光波長的減小而變大。波導色散為負色散。b、波導色散波導色散是由于光纖的波導結構引起的色散，與光纖的結構參數(shù)如V常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖脈沖線寬Δλ,經過單位長度的光纖后脈沖的展寬量為:設λ1>λ2,若D>0,則τ1>τ2表示長波比短波的時延大,長波的速度小于短波的速度,這是反常色散反常色散區(qū)正常色散區(qū)紅光，綠光？？正常色散、反常色散脈沖線寬Δλ,經過單位長度的光纖后脈沖的展寬量為:設λ1>初始脈沖輸出脈沖三、單模光纖色散補償、減小色散的影響光纖脈沖展寬示意圖初始脈沖輸出脈沖三、單模光纖色散補償、減小色散的影響光纖脈

單模光纖中的基模LP01可以分成相互正交的線性偏振模LP01X和LP01y

。對于理想的圓柱對稱光纖，這兩個模具有相同的傳播常數(shù)，盡管光脈沖的能量分布在這兩個模上，但并沒有引起光脈沖的展寬。實際上，光纖不可能保證圓柱對稱性，存在雙折射，因而這兩個模的傳播常數(shù)有微小的差別，分布在這兩個模式上的光能略微有分開。傳播常數(shù)的差別導致了光脈沖的展寬，稱這一現(xiàn)象為偏振模色散PMD偏振模及其色散單模光纖中的基模LP01可以分成相互正交的線性偏振模SlowpolarizationstateFastpolarizationstatet

=DelayInputpulset

Combined

output偏振模色散LP01XLP01ySlowpolarizationstateFastpo二、特種光纖1、零色散波長光纖2、色散位移光纖DSF3、色散平坦光纖DFF4、色散補償光纖DCF5、非零色散位移光纖（G.655）6、大有效面積光纖7、光子晶體光纖8、摻稀土元素光纖二、特種光纖1、零色散波長光纖2、色散位移光纖DSF3、色散1、零色散波長光纖。

在某一波長范圍，如λ>1.27μm，由于材料色散與波導色散符號相反，因而在某一波長上可以完全相互抵消。對于普通的單模光纖，波長為λ=1.30μm，選用工作于該波長的光纖其色散最小。常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖1、零色散波長光纖。常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖2、色散位移光纖DSF。減小光纖的纖芯使波導色散增加，可以把零色散波長向長波長方向移動，從而在光纖最低損耗窗口λ=1.55μm附近得到最小色散。將零色散波長移至λ=1.55μm附近的光纖稱為DSF光纖。

3、色散平坦光纖DFF。將在λ=1.30μm和λ=1.55μm范圍內，色散接近于零的光纖稱為DFF光纖。2、色散位移光纖DSF。3、色散平坦光纖DFF。4、色散補償光纖DCF。普通單模光纖的色散典型值為幾個ps/(nm·km)，在特定波長范圍內，DCF光纖的色散符號與其相反，即D為負數(shù)，這樣當DCF光纖與普通單模光混合使用時,色散得到了補償。為了得到好的補償效果,通常DCF光纖的色散值很大，典型值為-103ps/(km·nm)，所以只需很短的DCF光纖就能補償很長的普通單模光纖。(色散管理)

色散補償器如光纖光柵FBG。

其原理都是讓原先跑得快的波長經過補償器時慢下來，減少不同波長由于速度不一樣而導致的時延。DCFDCFDCF4、色散補償光纖DCF。色散補償器如光纖光柵FBG。DCFDAB啁啾光纖光柵原理：不同波長的光在光柵的不同位置反射AB啁啾光纖光柵原理：不同波長的光在光柵的不同位置反射環(huán)形器啁啾光纖光柵1.補償一階二階色散2.動態(tài)補償環(huán)形器啁啾光纖光柵1.補償一階二階色散5、非零色散位移光纖（G.655）色散位移光纖在單信道系統(tǒng)中運行良好；在WDM系統(tǒng)中，由于有多個波長，各波長的色散接近于零，會引起四波混頻。所以研究者研制了非零色散位移光纖。

色散值為0.1-6ps/(nm.km)作用：

可用于WDM系統(tǒng)中。零色散點在1500nm附近，在1525-1620nm（對應于摻鉺光纖放大器的放大范圍）的整個波段上，色散值為正值。5、非零色散位移光纖（G.655）色散位移光纖在單信道系統(tǒng)中非零色散位移光纖折射率分布非零色散位移光纖折射率分布幾種單模光纖色散分布圖幾種單模光纖色散分布圖6、大有效面積（模場面積）光纖折射率分布圖增大有效面積，可以減小非線性效應6、大有效面積（模場面積）光纖折射率分布圖增大有效面積，可以7、光子晶體光纖多孔光纖，微結構光纖折射率引導型光子晶體光纖(index-guidingPCF)

光子帶隙波導型光子晶體光纖(photonicband-gapPCF)

7、光子晶體光纖多孔光纖，微結構光纖折射率引導型光子晶體光纖光子晶體光纖的制作

步驟：首先設計出光子晶體光纖的基本結構，然后將預先熔融制成的預制棒研磨、鉆孔后在光纖塔內拉伸成微細管；將這些微細管按照預先設計形狀（六角形，網狀等等）排列在一起，中心替換成一根直徑完全相同的實心微棒或者抽掉中間的實心微棒甚或再將周圍的一圈微細管也同時抽去形成空芯結構；再經過一步或兩步復拉伸形成最后所要的光子晶體光纖。對不同結構參數(shù)的光子晶體光纖應設定不同溫度,以保證結構形狀不變形。光子晶體光纖的制作步驟：首先設計出光子晶體光纖的基本結構，光子晶體光纖的模場分布光子晶體光纖的模場分布光子晶體光纖的特性

a、無截止單模特性傳統(tǒng)光纖的歸一化頻率V決定了模式數(shù)目，當V<2.405時光纖是單模的。由于材料折射率相對于波長的變化較緩慢，因此傳統(tǒng)光纖的V值與波長差不多成反比，如果縮短工作波長，就出現(xiàn)多?；?。普通單模光纖的截止波長一般大于1。

光子晶體光纖在337nm到1550nm波長范圍內都是單模的。

光子晶體光纖有效歸一化頻率作為光子晶體光纖的單模傳輸條件

光子晶體光纖的特性a、無截止單模特性光子晶體光纖在337n在較長的工作波長下時，光場分布擴展到纖芯附近的氣孔區(qū)域；如果工作波長較短，光場向包層空氣孔的滲出就減小，也就是說光場更集中于纖芯位置，所以包層的有效折射率上升，從而接近于纖芯的折射率。結果是，隨著波長變短，纖芯和包層的折射率差減小，V值的波長依賴性減弱，使得歸一化頻率趨于定值，從而可以在更寬的帶寬范圍內實現(xiàn)單模工作。在較長的工作波長下時，光場分布擴展到纖芯附近的氣孔區(qū)域；b、靈活控制的色散特性PCF的另一個重要特點是其可以靈活控制的色散特性。就光子晶體光纖的結構特征來說，它對波導色散有較高的控制性。常規(guī)光纖是在石英玻璃中摻雜而在截面內形成一定的折射率分布制成的，由于材料不匹配會造成光纖損耗，因此纖芯和包層的折射率差不能過大。光子晶體光纖由單一材料(純二氧化硅)構成，它不存在常規(guī)光纖的材料不匹配現(xiàn)象。通過合理調節(jié)空氣孔的尺寸和間距，可以獲得較大的折射率差，從而更有效的控制波導色散。因此，通過設法改進PCF的波導結構就可以實現(xiàn)各種期望的色散特性。b、靈活控制的色散特性PCF的另一個重要特點是其可以靈活控制c、高雙折射特性

在PCF中比較容易實現(xiàn)高的雙折射，只需將PCF橫截面上的圓對稱性破壞，比如，在對稱方向上減少一些空氣孔或者改變空氣孔的尺寸。下圖圖給出了兩種類型的高雙折射光子晶體光纖的截面圖目前報道的最高的雙折射高達7.7×10-3

[37]c、高雙折射特性在PCF中比較容易實現(xiàn)高的雙折射，只需將P8、摻稀土元素光纖摻鉺光纖，摻鐿光纖作用制作光纖放大器，光纖激光器特種材料光纖，見書P1018、摻稀土元素光纖摻鉺光纖，摻鐿光纖特種材料光纖，見書P10重點一、光纖的損耗二、光纖的色散思考題：零色散位移光纖是根據(jù)什么原理設計的？重點一、光纖的損耗思考題：零色散位移光纖是根據(jù)什么原理設計的第4章新型光纖和光纖的基本特性2018.04.16星期一第4章新型光纖和光纖的基本特性2018.04.16復習：弱導光纖的模式當光纖的芯層和包層的相對折射率差△<<1時，稱這種光纖為弱導光纖。只能支持少數(shù)模式。弱導光纖,n1n2,k0n1k0n2;即k0n1k0n2；實際的光纖就是弱導光纖LPlm模特點：1、場的橫向分量遠大于縱向分量；

2、場的橫向分量是線偏振的，（Hx,Ey;Ex,Hy）

3、滿足標量場方程，在邊界處連續(xù)

4、LP模只有四個不為零的場分量Ex,0,Ez,0,Hy,Hz;0,Ey,Ez,Hx,0,Hz復習：弱導光纖的模式當光纖的芯層和包層的相對折射率差△<<1LP模與傳統(tǒng)模的標記方法的關系

精確模單模光纖實際存在兩個正交的偏振模，LP01X和LP01y

；LP模與傳統(tǒng)模的標記方法的關系精確模單模光纖實際存在兩個正新型光纖和光纖的基本特性課件主要內容一、光纖的傳輸特性二、特種光纖三、單模光纖色散補償、減小色散的影響主要內容一、光纖的傳輸特性一、光纖的傳輸特性1、光纖的損耗損耗系數(shù)光纖的損耗限制了光纖最大無中繼傳輸距離。損耗大小用損耗系數(shù)α(λ)表示，單位為dB/km,即單位長度光纖的光功率損耗dB（分貝）值。如果注入光纖的功率為p(z=0),光纖的長度為L，經長度L的光纖傳輸后光功率為p(z=L)，則α(λ)為一、光纖的傳輸特性1、光纖的損耗如果注入光纖

影響光纖的損耗系數(shù)較多,包括：1、瑞利散射；2、光纖缺陷；3、雜質吸收（如OH-根離子、紅外）等式中，c1為瑞利散射常數(shù)，c2為與缺陷有關的常數(shù)，A(λ)為雜質引起的波吸收。損耗是波長的函數(shù):影響光纖的損耗系數(shù)較多,式中，c1為瑞利散射常數(shù)，c2為與光纖損耗與波長的關系α(λ)與波長的關系如下圖所示。從圖中可看出，有三個低損耗窗口，其中心波長分別位于0.85μm、1.30μm、1.55μm處。光纖損耗與波長的關系α(λ)與波長的關系如下圖所示。從圖光纖可用頻譜

窗口單模光纖的第一低損耗窗口位于0.85μm附近;第二低損耗窗口位于1.30μm附近;第三低損耗窗口位于1.55μm附近。

三個波段:

S波段：1475-1510nm；

C波段：位于1528～1565nm：

L波段：1565～1620nm。光纖可用頻譜窗口三個波段:2、光纖的色散色散種類（1）模式色散（2）單模光纖的波長色散

a、材料色散

b、波導色散

C、偏振模色散2、光纖的色散色散種類（1）模式色散（2）單模光纖的波長色散（1）光纖的模式色散

模間時延差

模間時延主要存在于多模光纖中。由于不同的模的傳播路徑不同，因此到達目的地時不同的模之間存在時延差。對于多模光纖，其纖芯為50μm，遠大于光的波長1.3μm，因而波動理論與幾何光學分析的結論是一致的。可以將一個模式看成是光線在光纖中一種可能的行進路徑。由于不同的路徑其長度不同，因而對應的不同的模式其傳播時延也不同。（1）光纖的模式色散模間時延差對于多模光纖，其纖芯為5圖模間時延差圖模間時延差設有一光脈沖注入長為L的階躍型光纖中，可以用幾何光學求出其最大的時延差δτ。設一單色光波注入光纖中，其能量將由不同的模式攜帶，速度最快的模（路徑最短）與中心軸線光線相對應，速度最慢的模（路徑最長）與沿全反射路徑的光線相對應，可求出最大的時延差：

上式利用了全反射定理：sinθ=n2/n1，其中τ為單位長度的時延。

設有一光脈沖注入長為L的階躍型光纖中，可以用幾何光學求出其模間色散的減少模式色散：由于不同的光線在光纖中傳輸?shù)臅r間不同，因而輸入一個光脈沖時，其能量在時間上相對集中，經光纖傳輸后到達輸出端，輸出一個光脈沖，其能量在時間上相對彌散(脈沖展寬)，這種現(xiàn)象稱為模式色散。模式色散的影響。

措施：通過合理設計光纖，模式色散可以減?。ㄈ鐫u變光纖），甚至沒有（如單模光纖）。模間色散的減少措施：通過合理設計光纖，模式色散可以減?。ㄈ缍嗄９饫w的最大比特率由于模式色散的存在，展寬的光脈沖會達到某種程度，使得前后光脈沖相互重疊，可能造成誤碼。一根光纖信號傳輸?shù)乃俾剩浚?/p>

一個粗略的判據(jù)是,只要光脈沖在時間上的展寬不超過系統(tǒng)比特周期1/B的1/2，即1/(2B)（B為系統(tǒng)的比特率也就是信息傳輸速率），就可接受。因此模式色散有如下的限制:多模光纖的最大比特率一個粗略的判據(jù)是,只要光脈沖在時間上的

因而光纖通信系統(tǒng)由于受模式色散的影響，其比特距離積為：

如Δ=0.01，n1=1.5（≈n2），可得BL<10（Mb/s）·km。階躍多模光纖因而光纖通信系統(tǒng)由于受模式色散的影響，其比特距離積為：

對于折射率成拋物線分布的漸變光纖，在光纖L處，最快光線和最慢光線的時延差為：

如假設

,則系統(tǒng)的帶寬距離積為對于折射率成拋物線分布的漸變光纖，在光纖L處，最快光（2）單模光纖的波長色散(色度色散)

相速單色光波可以描述為E(z,t)=Acos(ω0t-β(ω0)z)式中：A為光場的振幅，β(ω=ω0)為傳播常數(shù)，ω0=2πf0。（2）單模光纖的波長色散(色度色散)相速

相速vφ定義為與行波光場保持固定相位的觀察者前進的速度或等相位面（ωt-βz=常數(shù)）前進的速度:ω0t-β(ω0)z=c相速vφ定義為與行波光場保持固定相位的觀察者前進的速度或等群速實際光纖通信系統(tǒng)中的光波不是單色波，為簡化分析,

假設光波只包含兩個分量：ω0+Δω和ω0-Δω，且Δω<<ω0，則有

β(ω0±Δω)≈β0±β1Δω式中群速β(ω0±Δω)≈β0±β1Δω式中則光脈沖的電場可以描述為

E(z,t)=E［cos((ω0+Δω)t-β(ω0+Δω)z)+cos((ω0-Δω)t-β(ω0-Δω)z)］≈Ecos(Δωt-β1Δωz)cos(ω0t-β0z)可見，合成光波E(z,t)是一個調制波，為快變化的光載波cos(ω0t-β0z)和一個慢變化的包絡波cos(Δωt-β1Δωz)的乘積。其中，E為光場的振幅；ω0±Δω為調制信號產生的頻率分量，以不同的相速傳播（β0±Δβ）;ω0為光波的頻率。則光脈沖的電場可以描述為可見，合成光波E(z,t)是一個調光載波行進的速度為光波的相速,即為ω0/β0，包絡行進的速度1/β1相應地稱為群速,即：光載波行進的速度為光波的相速,即為ω0/β0，

由于群速與頻率的依賴關系，光脈沖的不同分量的傳播速度不同，到達光纖的輸出端有先有后，因而光脈沖被展寬了。假設譜寬為Δω，光纖的長度為L，則光脈沖的展寬為：

式中,D為色散系數(shù)，單位是:ps/(nm·km)即單位長度(km)、單位波長(nm)間隔的時延(ps)值。由于群速與頻率的依賴關系，光脈沖的不同分量的傳播速度不同其中，第一項為材料色散，與光纖的折射率和波長有關;第二項為波導色散，與波導的結構參數(shù)V、Δ有關。色散系數(shù)D的表達式：其中，第一項為材料色散，與光纖的折射率和波長有關;第二項為a、材料色散材料色散是由于石英材料的折射率隨波長變化（是波長的函數(shù)）而引起的；

實際的光源的譜是有一定寬度的，因而不同的波長由于速度不同相互之間有延遲，導致輸入光纖的窄脈沖輸出時變寬了。

對于普通的單模光纖，材料色散在波長λ=1.27μm左右時為零，λ>1.27μm時有正的色散，λ<1.27μm時有負的色散。a、材料色散波導色散是由于光纖的波導結構引起的色散，與光纖的結構參數(shù)如V等有關。對于普通的單模光纖，波導色散相對于材料色散較小，它與光纖結構參數(shù)有關，隨V、光纖的纖芯、光波長的減小而變大。波導色散為負色散。b、波導色散波導色散是由于光纖的波導結構引起的色散，與光纖的結構參數(shù)如V常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖脈沖線寬Δλ,經過單位長度的光纖后脈沖的展寬量為:設λ1>λ2,若D>0,則τ1>τ2表示長波比短波的時延大,長波的速度小于短波的速度,這是反常色散反常色散區(qū)正常色散區(qū)紅光，綠光？？正常色散、反常色散脈沖線寬Δλ,經過單位長度的光纖后脈沖的展寬量為:設λ1>初始脈沖輸出脈沖三、單模光纖色散補償、減小色散的影響光纖脈沖展寬示意圖初始脈沖輸出脈沖三、單模光纖色散補償、減小色散的影響光纖脈

單模光纖中的基模LP01可以分成相互正交的線性偏振模LP01X和LP01y

。對于理想的圓柱對稱光纖，這兩個模具有相同的傳播常數(shù)，盡管光脈沖的能量分布在這兩個模上，但并沒有引起光脈沖的展寬。實際上，光纖不可能保證圓柱對稱性，存在雙折射，因而這兩個模的傳播常數(shù)有微小的差別，分布在這兩個模式上的光能略微有分開。傳播常數(shù)的差別導致了光脈沖的展寬，稱這一現(xiàn)象為偏振模色散PMD偏振模及其色散單模光纖中的基模LP01可以分成相互正交的線性偏振模SlowpolarizationstateFastpolarizationstatet

=DelayInputpulset

Combined

output偏振模色散LP01XLP01ySlowpolarizationstateFastpo二、特種光纖1、零色散波長光纖2、色散位移光纖DSF3、色散平坦光纖DFF4、色散補償光纖DCF5、非零色散位移光纖（G.655）6、大有效面積光纖7、光子晶體光纖8、摻稀土元素光纖二、特種光纖1、零色散波長光纖2、色散位移光纖DSF3、色散1、零色散波長光纖。

在某一波長范圍，如λ>1.27μm，由于材料色散與波導色散符號相反，因而在某一波長上可以完全相互抵消。對于普通的單模光纖，波長為λ=1.30μm，選用工作于該波長的光纖其色散最小。常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖1、零色散波長光纖。常規(guī)單模光纖的色散特性示意圖2、色散位移光纖DSF。減小光纖的纖芯使波導色散增加，可以把零色散波長向長波長方向移動，從而在光纖最低損耗窗口λ=1.55μm附近得到最小色散。將零色散波長移至λ=1.55μm附近的光纖稱為DSF光纖。

3、色散平坦光纖DFF。將在λ=1.30μm和λ=1.55μm范圍內，色散接近于零的光纖稱為DFF光纖。2、色散位移光纖DSF。3、色散平坦光纖DFF。4、色散補償光纖DCF。普通單模光纖的色散典型值為幾個ps/(nm·km)，在特定波長范圍內，DCF光纖的色散符號與其相反，即D為負數(shù)，這樣當DCF光纖與普通單模光混合使用時,色散得到了補償。為了得到好的補償效果,通常DCF光纖的色散值很大，典型值為-103ps/(km·nm)，所以只需很短的DCF光纖就能補償很長的普通單模光纖。(色散管理)

色散補償器如光纖光柵FBG。

其原理都是讓原先跑得快的波長經過補償器時慢下來，減少不同波長由于速度不一樣而導致的時延。DCFDCFDCF4、色散補償光纖DCF。色散補償器如光纖光柵FBG。DCFDAB啁啾光纖光柵原理：不同波長的光在光柵的不同位置反射AB啁啾光纖光柵原理：不同波長的光在光柵的不同位置反射環(huán)形器啁啾光纖光柵1.補償一階二階色散2.動態(tài)補償環(huán)形器啁啾光纖光柵1.補償一階二階色散5、非零色散位移光纖（G.655）色散位移光纖在單信道系統(tǒng)中運行良好；在WDM系統(tǒng)中，由于有多個波長，各波長的色散接近于零，會引起四波混頻。所以研究者研制了非零色散位移光纖。

色散值為0.1-6ps/(nm.km)作用：

可用于WDM系統(tǒng)中。零色散點在1500nm附近，在1525-1620nm（對應于摻鉺光纖放大器的放大范圍）的整個波段上，色散值為正值。5、非零色散位移光纖（G.655）色散位移光纖在單信道系統(tǒng)中非零色散位移光纖折射率分布非零色散位移光纖折射率分布幾種單模光纖色散分布圖幾種單模光纖色散分布圖6、大有效面積（模場面積