《光纤色散》PPT课件
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《光纤损耗和色散》课件
色散评估指标：色散系数、色散斜 率、色散带宽等
色散评估应用：光纤通信系统设计、 光纤选型、光纤性能评估等
光纤损耗和色散的关系
损耗和色散的相互影响
光纤损耗：光在光纤中传输时，由于各种原因导致的能量损失
色散：光在光纤中传输时，由于不同波长的光速不同，导致光脉冲在传输过程中发生展宽和变 形的现象
损耗与色散的关系：损耗和色散是相互影响的，损耗越大，色散越严重
光纤损耗和色散
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Hale Waihona Puke 单击输入目录标题 光纤损耗 光纤色散 光纤损耗和色散的关系 光纤损耗和色散的应用
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光纤损耗
定义和分类
分类：根据损耗原因，可以 分为吸收损耗、散射损耗和 弯曲损耗
光纤损耗：光纤在传输过程 中由于各种原因导致的光能 损失
吸收损耗：光纤材料对光的 吸收导致的损耗
添加 标题
材料色散：由于光纤材料对不同波长的光的 折射率不同，导致光脉冲在传播过程中发生 展宽和变形的现象。
添加 标题
波导色散：由于光纤中不同模式的光速不同， 导致光脉冲在传播过程中发生展宽和变形的 现象。
影响色散的因素
光纤材料：不同材料对色散的影响不同 光纤长度：光纤越长，色散越严重 光纤直径：直径越大，色散越小 光纤温度：温度越高，色散越严重 光纤弯曲：弯曲程度越大，色散越严重 光纤折射率：折射率越高，色散越小
降低色散的方法
采用低色散光纤，如G.652光纤 采用色散补偿技术，如色散补偿光纤 采用色散补偿设备，如色散补偿器 采用色散补偿算法，如色散补偿软件
色散的测量和评估
色散测量方法：光谱分析法、干涉 法、光时域反射法等
色散测量设备：光谱分析仪、干涉 仪、光时域反射仪等
光纤中的色散和偏振模色散PPT教学课件
2020/12/11
7
其他形状的脉冲
高斯形状的光脉冲，经过傅里叶变换后仍为高 斯型，即频谱在载波频率附近服从高斯分布。实 际上，光通信中的脉冲并不是严格的高斯脉冲， 脉冲形状的变化导致频谱分布的变化，因而会影 响到在色散介质中传输后脉冲的展宽。图7.3展示 了三种不同脉冲的展宽。它们是梯形脉冲，高斯 脉冲和余弦脉冲。注意它们有不同的频谱分布和 不同脉冲展宽。梯形脉冲具有最宽的频带宽度，
式中 F是高斯包络ex tp 2的傅里叶变换
F 4 1e x p 4 2
（7.2-3）
在上面的公式中，忽略了波函数u0x,y。波函数
在信号频带范围内保持不变时，这种忽略是合理
的。注意，高斯函数的频谱函数也是高斯函数。
可以把式（7.2-2）看成是谐波场的集合，每个谐
波都是其独特的频率
2020/12/11
激发。这里的 u0x,y是一个约束模式的波函数，
是常数， 0 是光载波的频率。考虑慢变包络的情 形以使包络包含多个光振荡，这种情形对应于
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5
12 0。我们可以把输入脉冲 E x ,y ,z 0 ,t表示
为傅里叶积分的形式
E z 0 , t e ix 0 t F p e i t d （7.2-2）
就是众所周知的群速度色散（GVD）。在光电子
学中，我们经常要处理光波在各种光学系统中的
传输，包括光纤，调制器，以及放大器。在这样
一个普通光学系统中的群速度色散，可以通过相
移是频率的函数来描述。
2020/12/11
3
7.2 色散介质中的光脉冲传播
事实上在现代通信中，光纤中所携带的载流子 基本上都是以数字脉冲的形式存在的，每个脉冲 代表一个比特的信息。因此，脉冲越窄，在一个 给定的时隙中就能容纳更多的脉冲，更多的数据 （比特）就能在时隙中传输。实际上，现代通信 系统的脉冲宽度窄至 311 0s 1，数据速率超过1010bits 在一个 10Gbs的系统中，每秒钟就有100亿个比特。 窄脉冲高速度的趋势一直不会衰减。进一步降低
第五章光纤色散2
2 2 A( z, T) A( z, T) j z 2 T 2
1 A( z, T) 2
令Ω=ω-ω0
其中A(z,T)由其各A(z, ω-ω0) 傅立叶分量叠加而成
A( z, 0 ) exp[ j ( 0 )T]d ( 0 )
n A( z, t ) [j( 0 )] A( z, 0 ) t n
n
脉冲频谱的演化方程
A z, 1 j 2 2 A z , z 2
得出脉冲在光纤中传输距离z之后的频域表达式
j A( z, ) A(0, ) exp 22 z 2
脉冲的频域表达式
j 2 A( z, ) A(0, ) exp 2 z 2
g
无色散情况下，信号形状无畸变；信号获得传输时延 1 z
z vg
二.时域分析
目的： 对光信号在光纤中的传输演化情况进行分析 观察： 仪器---示波器 信号特点---窄、宽、交叠等
时域传输方程的获得
[j( 0 )]n A( z, 0 )
忽略高阶色散
A( z, 0 ) 1 j[ 1 ( 0 ) 2 ( 0 ) 2 ] A( z, 0 ) 0 z 2 n
信号各频 率成分
E(u, v, z, ) A( z, 0 ) (u, v) exp[ j0 z)]
构成A(z,t)的各频率成分
A( z, t )
A( z, 0 )
傅立叶变换
1 Az, t 2
A( z,
0பைடு நூலகம்
) exp j 0 t d
LD
1 A( z, T) 2
令Ω=ω-ω0
其中A(z,T)由其各A(z, ω-ω0) 傅立叶分量叠加而成
A( z, 0 ) exp[ j ( 0 )T]d ( 0 )
n A( z, t ) [j( 0 )] A( z, 0 ) t n
n
脉冲频谱的演化方程
A z, 1 j 2 2 A z , z 2
得出脉冲在光纤中传输距离z之后的频域表达式
j A( z, ) A(0, ) exp 22 z 2
脉冲的频域表达式
j 2 A( z, ) A(0, ) exp 2 z 2
g
无色散情况下，信号形状无畸变；信号获得传输时延 1 z
z vg
二.时域分析
目的： 对光信号在光纤中的传输演化情况进行分析 观察： 仪器---示波器 信号特点---窄、宽、交叠等
时域传输方程的获得
[j( 0 )]n A( z, 0 )
忽略高阶色散
A( z, 0 ) 1 j[ 1 ( 0 ) 2 ( 0 ) 2 ] A( z, 0 ) 0 z 2 n
信号各频 率成分
E(u, v, z, ) A( z, 0 ) (u, v) exp[ j0 z)]
构成A(z,t)的各频率成分
A( z, t )
A( z, 0 )
傅立叶变换
1 Az, t 2
A( z,
0பைடு நூலகம்
) exp j 0 t d
LD
《光纤的色散》PPT课件
•3. 单模光纤的色散
a) 、色散系数
单模光纤中只有主模式传输，总色散包括材料色散、波导色散 和折射率剖面色散的波长色散，还有归入模式色散的偏振模色散。 如果光纤的双折射参量很小，则波长色散是主要的。
单模光纤的波长色散用D(λ)度量，即单位波长间隔的两个频率 成分在光纤中传播1km时所产生的群时延差，工程中称D(λ)为色散 系数，定义为
正常 色散
反常 色散
b) 、波导色散
由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全 反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输 一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传 输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出 的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所 以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。
上述三类波长色散效应产生的传播时延差与光信号的 谱宽成正比，所在光源本身起决定性作用的条件下，减 小波长色散影响的最有效措施是采用窄线宽的光源。。
2) 、模式色散
模式色散是由于光纤不同模式在同一波长下传播速度 不同，使传播时延不同而产生的色散。这种色散的机理 与波长色散不同，它与光信号的谱宽没有关系，仅由传 播模式间相位常数的差异导致色散效应。
光信号的频谱宽度决定于光源的线宽和调制信号的 频谱。在大多数情况下，光纤通信系统主要采用光源为L ED和LD，此时光信号的谱宽主要取决于光源的线宽。但 对于高速率的传输系统，一般采用DFB激光器作为光源 ，这时信号谱宽几乎完全决定了光信号的谱宽。
光信号在光纤中以群速度传播，群速度定义为光载波 的角频率对相位常数的微分，即
p 2
L
即总的偏振模色散与光纤长度的平方根成正比，这是与实际测
光纤的损耗和色散39页PPT
光纤的损耗和色散
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
光纤的色散特性课件
单模光纤色散波谱特性曲线
该式也可写成
c m
式中，C = 3×108m/s,是真空中的光速, —是光源的谱线宽度
波导色散
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而 产生的色散。取决于波导尺寸和纤芯包层的相 对折射率差。 波导色散和材料色散都是模式的本身色散， 也称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散， 又有模内色散，但主要以模式色散为主。而单 模光纤不存在模式色散，只有材料色散和波导 色散，由于波导色散比材料色散小很多，通常 可以忽略。
第五讲 光纤的色散特性
主要内容
• • • • 一、色散的定义 二、色散的种类及其产生原因 三、色散的计算分析 四、单模光纤的色散波谱特性
色散的定义
光纤的色散是在光纤中传输的光信号， 随传输距离增加，由于不同成分的光传 输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。 色散主要影响系统的传输容量，也对中 继距离有影响。色散的大小常用时延差 表示，时延差是光脉冲中不同模式或不 同波长成分传输同样距离而产生的时间 差。
所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δ t为：
Ln1 Ln1 L n1 Ln1 t t 2 t1 ( 1) C sin 0 C C n2 C
渐变型光纤的模式色散
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线，其中正弦幅 度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光线传输路程短，但由于 渐变型光纤纤芯折射率分布在轴心处最大并沿径向逐渐减小，所以 正弦幅度最大的光线由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正 弦幅度最小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果在 到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐变型多模光纤 的模式色散较小。 一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为
第五章光纤色散 ppt课件
A(z, )
A(0,
)
exp
j 2
22 z
频率响应函数H(Ω)
输入脉冲的傅立叶脉冲的时域表达式
A(z, T) 1
主要内容
第一节 概述 第二节 单模光纤中的色散 第三节 光信号在色散光纤中的传输 第四节 色散优化光纤 第五节 偏振模色散
一.频域分析
光纤中沿z方向传输的载波中心频率为ω0的线偏振的电磁波可表示为：
横向坐标
0 对应的传输常数
E(u, v, z,t) A(z,t) (u, v) exp[ j(0t 0z)]
2
E(u, v, z,) A(z, 0 ) (u, v) exp[ j0z)]
构成A(z,t)的各频率成分
A( z, t )
A(z, 0 )
傅立叶变换
Az,t
1
2
A(z,
0 ) exp j
0 td
A(z, 0) A z,t exp j 0 t dt
E(u, v, z,)
t2 [k02n2 ( ) 2 ( )] 0
2
j0
A(z, 0 )
z
(
2
2 0
)
A(
z,
0)
0
标量波动方程
光信号在频域的传输方程
横向场分布 模式特征方程 不同频率下模式传输常数
表明了信号中各频率成分 在光纤中的传输性质
光信号的频域 传输方程推导思路
E(u, v, z, ) A(z, 0 ) (u, v) exp[ j0 z)] E Ae j0z
当光信号谱宽较小时，即 略去3以上的高阶色散 ()
( )
0
0
1( 0)
1 2
光纤色散
m
1 n(0) 2 C
2
材料色散
材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的 光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材料折射率的波长特性和 光源的谱线宽度。 对于谱线宽度为 Δ λ 的光波，经过长度为 L 的光纤后，由材料色 散引起的时延差为
L d 2n c 2 C d
二、色散的种类
• 模式色散 • 材料色散 • 波导色散
模式色散
模式色散是由于光纤不同模式 在同一波长下传播速度不同，使 传播时延不同而产生的色散。只 有多模光纤才存在模式色散，它 主要取决于光纤的折射率分布。
阶跃型光纤的模式色散
在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端面 临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条光 线代表一种模式，则不同入射角的光线代表不 同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的传 播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布，纤 芯中不同路径的光线的传播速度相同，均为， 因此不同路径的光线到达输出端的时延不同， 从而产生脉冲展宽，形成模式色散。
所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δ t为：
Ln1 Ln1 L n1 Ln1 t t 2 t1 ( 1) C sin 0 C C n2 C
渐变型光纤的模式色散
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线，其中正弦幅 度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光线传输路程短，但由于 渐变型光纤纤芯折射率分布在轴心处最大并沿径向逐渐减小，所以 正弦幅度最大的光线由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正 弦幅度最小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果在 到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐变型多模光纤 的模式色散较小。 一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为
光纤色散精品PPT课件
单模光纤总色散导致的脉冲展宽为：
t mat w PMD [Dmat () Dw ()]L DPMD L (9)
光纤色散补偿技术
色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤 的传输容量。对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散， 在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。随着脉冲在光纤中传输，脉冲的 宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，因而对色散补偿的研究是一项 极有意义的课题。
谢谢 观赏
1
d d
0
1 Vg
为群速度色散的倒数
2
d 2 d2
0
为群速度色散(GVD)
3
d 3 d3
为三阶色散
0
戻り
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More麦克斯韦方程出发，得到光脉冲振幅 A 在时域中的表达式为：
A(z, t)
1
2
A(0,
)eit
exp[(
i 2
2
A2
1 6
3
A3
)
z]d
(1)
为了简化计算，我们忽略三阶色散，并且只考虑单模光纤下情况。那么 上式包络在z处的脉冲持续时间可以写成半峰宽度（FHWM）的形式，即
光纤色散
主要内容
• 历史背景及发展现状 • 色散的基本概念、原理和分类 • 色散补偿技术研究
历史背景及发展现状
数据业务爆炸式增长 单信道速率正向40Gbit/s，甚至更高速率发展 影响光纤通信系统的因素
622M
2.5G
《光纤的色散》课件
多模光纤的色散特性
1
升级成本低
2
相对于单模光纤，多模光纤的升
级成本较低，更适合大规模应用。
3
色散模小
多模光纤由于模式的相互作用， 色散模相对较小，使其更适合传 输高速数据。
传输距离短
多模光纤的色散效应会随着传输 距离的增加而加剧，限制了其传 输距离。
影响光纤色散的因素
光波频率
光波的频率对色散的影 响较大，高频率光波的 色散效应更明显。
结论和要点
• 光纤的色散是光信号在光纤中传输时的频率扩散现象。 • 光纤色散有不同的类型，包括材料色散、波导色散和偏振模色散。 • 单模光纤和多模光纤的色散特性和应用有所不同。 • 影响光纤色散的因素包括光波频率、光纤长度和光纤结构。 • 光纤色散在通信领域、光纤传感器和科学研究中有着广响色 散的程度，较长的光纤 会有更大的色散效应。
光纤结构
不同类型的光纤结构对 色散的影响也不同，如 单模光纤和多模光纤。
光纤色散的应用
1 通信领域
光纤色散可以用于增 加光纤传输的带宽和 距离。
2 光纤传感器
利用光纤色散的特性 可以制造各种类型的 光纤传感器。
3 科学研究
光纤色散的研究在光 学领域具有重要的科 学价值。
《光纤的色散》PPT课件
本课件将讨论光纤的色散现象，包括不同类型的色散、单模光纤和多模光纤 的色散特性，以及影响光纤色散的因素。
什么是光纤的色散
1 定义
光纤的色散是光信号在光纤中传输时，由于折射率的变化而引起的频率扩散。
2 类型
光纤的色散可以分为色散波长短和色散速度快慢的两种类型。
几种不同的色散类型
材料色散
由于不同材料的折射率随波 长变化的不同而引起的频率 扩散。
光纤的损耗和色散ppt课件
19
柔性光纤的优点
对光的约束增强 在任意波段均可实现单模传输：调节空气孔径之间的距离 可以实现光纤色散的灵活设计 减少光纤中的非线性效应 抗侧压性能增强
ppt课件.
20
光纤损耗的度量
光信号在光纤中传播时，其功率随距离L的增加呈指数衰减：
可以通过损耗系数来Po衡ut量Pin光e纤L 链路的损耗特性：
ppt课件.
27
模内色散 - 群速度色散 (GVD)
信号分量的群速率是频率/波长的函数：
即不同的频率分量v间g 存dd在群时dd延 差1。信号在传输了距离L后，
频率分量经历的延时为：
T L L d
22
光纤的损耗
主要内容
色散及其引起的信号失真
单模光纤的色散优化
ppt课件.
23
3.2 色散引起的信号失真
光信号包含不同的频率、模式、偏振分量
光源输出有一定谱宽： 100 KHz~10 MHz 信号具有不同的频谱分量
f
ppt课件.
24
色散的定义
色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生 码间干扰，给信号的最后判决造成困难
基本损耗
宏弯损耗
微弯 损耗
长波长处附加损耗显著
V2 an1 2n2 21/22 aNA
2 W 0 2 a 0 . 6 1 . 6 5 V 3 1 / 2 2 . 8 9 V 6 7
增加，V减少，W0越大
ppt课件.
17
宏弯带来的应用局限：Verizon的 烦恼
Verizon钟爱光纤：花费230亿美元配置了12.9万公里长的光 纤，直接连到180万用户家中，提供高速因特网和电视服务
材料本身 (如SiO2) 的特性决定，即便波导结 构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在 本征吸收
光纤中的色散和偏振模色散PPT课件
光纤中的色散和偏振模色 散
• 引言 • 光纤中的色散 • 偏振模色散 • 色散和偏振模色散在光纤通信中的应
用 • 实验和案例分析 • 结论和展望
01
引言
主题简介
色散
色散是光在光纤中传输时，不同 频率或模式的光以不同速度传播 的现象。
偏振模色散
偏振模色散是由于光纤中不同偏 振态的光以不同速度传播而引起 的。
色散产生的原因和影响
原因
01
色散的产生与光纤的材料、折射率、波长、温度等因素有关。
误码率，限制传输距离和
数据速率。
解决方法
03
采用色散补偿技术，如色散补偿光纤、啁啾脉冲等，以减小或
消除色散对信号的影响。
03
偏振模色散
偏振模色散定义
偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，简称PMD）是指光纤中两个正交偏 振模式传播速度不同而引起的脉冲展宽现象。
2. 将激光器发出的光信号通过光纤传输，并使用偏振控制器和示波器测 量光信号的偏振态和波形。
偏振模色散实验
3. 改变光纤的长度或弯曲程度，观 察光信号的偏振态和波形变化。
4. 分析实验数据，探究偏振模色散对 光信号传输的影响。
光纤通信系统中的色散和偏振模色散案例分析
案例一
长距离光纤通信系统中的色散和偏振模色散
产生原因
色散是由于光纤材料对光 的折射率随波长变化而引 起的。
影响
色散会导致光信号的脉冲 展宽，影响信号的传输质 量和距离。
色散类型
材料色散
由于光纤材料对不同波长 的光具有不同的折射率而 引起的色散。
波导色散
由于光纤的几何结构对不 同模式的信号具有不同的 传播速度而引起的色散。
• 引言 • 光纤中的色散 • 偏振模色散 • 色散和偏振模色散在光纤通信中的应
用 • 实验和案例分析 • 结论和展望
01
引言
主题简介
色散
色散是光在光纤中传输时，不同 频率或模式的光以不同速度传播 的现象。
偏振模色散
偏振模色散是由于光纤中不同偏 振态的光以不同速度传播而引起 的。
色散产生的原因和影响
原因
01
色散的产生与光纤的材料、折射率、波长、温度等因素有关。
误码率，限制传输距离和
数据速率。
解决方法
03
采用色散补偿技术，如色散补偿光纤、啁啾脉冲等，以减小或
消除色散对信号的影响。
03
偏振模色散
偏振模色散定义
偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，简称PMD）是指光纤中两个正交偏 振模式传播速度不同而引起的脉冲展宽现象。
2. 将激光器发出的光信号通过光纤传输，并使用偏振控制器和示波器测 量光信号的偏振态和波形。
偏振模色散实验
3. 改变光纤的长度或弯曲程度，观 察光信号的偏振态和波形变化。
4. 分析实验数据，探究偏振模色散对 光信号传输的影响。
光纤通信系统中的色散和偏振模色散案例分析
案例一
长距离光纤通信系统中的色散和偏振模色散
产生原因
色散是由于光纤材料对光 的折射率随波长变化而引 起的。
影响
色散会导致光信号的脉冲 展宽，影响信号的传输质 量和距离。
色散类型
材料色散
由于光纤材料对不同波长 的光具有不同的折射率而 引起的色散。
波导色散
由于光纤的几何结构对不 同模式的信号具有不同的 传播速度而引起的色散。
《光纤色散》PPT课件
6
精选PPT
7
二、色散的种类
模式色散 材料色散 波导色散
精选PPT
8
模式色散
模式色散是由于光纤不同模式在同 一波长下传播速度不同，使传播时 延不同而产生的色散。只有多模光 纤才存在模式色散，它主要取决于 光纤的折射率分布。
精选PPT
9
多模光纤中的每一个模式的能量都 以略有差别的速度传播（模间色 散），因此导致光脉冲在长距离光 纤中传播时被展宽（脉冲 展宽）
精选PPT
10
阶跃型光纤的模式色散
在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端 面临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条 光线代表一种模式，则不同入射角的光线代表 不同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的 传播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布， 纤芯中不同路径的光线的传播速度相同，因此 不同路径的光线到达输出端的时延不同，从而 产生脉冲展宽，形成模式色散。
结论: 适用于10Gb/s以上速率DWDM传输， 是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。
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28
三种光纤色散情况比较
18
色散 0 ps/nm•km
普通光纤(SMF) 非色散位移光纤（NDSF，G.652） 已有光纤的>95%
正常色散区
DWDM 波长范围
1310nm
反常色散区
1550nm
波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也 称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散，又 有模内色散，但主要以模式色散为主。而单模光 纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散， 由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。
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19
材料色散：不同波长的光 ，折射率不同。 波导色散：不同波长的光，传播常数不同。
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石英光纤中，从原材料上看1.55μm段的传输损耗 最小（约0.2dB／km）。
D()cdd22cdd22
D()为色散系数，单位是ps/nm/km。
对于谱线宽度为的光源，波导色散产生的 总时延 差为 ＝ ·D()(ps)
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20
单模光纤色散波谱特性曲线
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21
传输使用的三种不同类型的单模光纤
G.652单模光纤（NDSF）
非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤
G.653单模光纤（DSF） DSF：DispersionShifted Fiber
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3
对色散有4种表示方法：
1．单位长度上的群延时差，即在单位长度上 模式最先到达终点和最后到达终点的时间差。
2. 用输出与输入脉冲宽度均方根之比表示。
3．用光纤的冲激响应经傅氏变换得到的频率 响应的3dB带宽表示。
4．用单位长度的单位波长间隔内的平均群延 时差来表示。
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4
光纤的色散
波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也 称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散，又 有模内色散，但主要以模式色散为主。而单模光 纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散， 由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。
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材料色散：不同波长的光 ，折射率不同。 波导色散：不同波长的光，传播常数不同。
对于谱线宽度为Δλ的光波，经过长度为L的光纤后，由材料色
散引起的时延差为c Nhomakorabea LC
d2n
d2
该式也可写成 c m
式中，C = 3×108m/s,是真空中的光速,
—是光源的谱线宽度
波导色散
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生 的色散(同一模式的光，其传播常数β随λ变化而引 起的色散)。取决于波导尺寸和纤芯包层的相对折 射率差。
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11
阶跃型光纤中模式色散示意图
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13
图中，沿光纤轴线传播的光线①传播路径最短，经过长度为L的 光纤传播时延t1最小,等于
t1
Ln 1 C
= Ln 1 C
光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时
延t2是最大时延，等于：
t2
L / sin0
C/ n1
色散位移光纤
G.655单模光纤（NZ-DSF） 常规G.655
非零色散位移光纤
大有效面积G.655
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22
G.652单模光纤（NDSF）
大多数已安装的光纤
(1)在1310nm 波长处的色散为零。 (2)在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为0.22dB/km，但在1550nm 附近其具有较大色散系数，为17ps/(nm·km)。 (3) 工作波长即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它 的最佳工作波长在1310nm区域。G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。
光纤的色散特性
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1
色散的定义 色散的种类及其产生原因 色散的计算分析 单模光纤的色散波谱特性 色散补偿技术
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2
色散的定义
光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随 传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不 同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响 系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散 的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不 同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的 时间差。
6
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7
二、色散的种类
模式色散 材料色散 波导色散
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8
模式色散
模式色散是由于光纤不同模式在同 一波长下传播速度不同，使传播时 延不同而产生的色散。只有多模光 纤才存在模式色散，它主要取决于 光纤的折射率分布。
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9
多模光纤中的每一个模式的能量都 以略有差别的速度传播（模间色 散），因此导致光脉冲在长距离光 纤中传播时被展宽（脉冲 展宽）
色散受限距离短
2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km
10Gb/s系统色度色散受限距离约34km
G.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。
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23
色散位移光纤
单模光纤的工作波长在1.3μm时，模场直径约 9μm，其传输损耗约0.3dB／km。此时，零色散波 长恰好在1.3μm处。
=
Ln 1 C sin 0
所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δt为：
t t2 t1 C s L1 i0 n n L C 1 n L C 1(n n n 1 2 1 ) L C 1 n
模式色散：不同方向的光路径不同，到达的时间不同。
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渐变型光纤的模式色散
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线， 其中正弦幅度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光 线传输路程短，但由于渐变型光纤纤芯折射率分布在轴 心处最大并沿径向逐渐减小，所以正弦幅度最大的光线 由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正弦幅度最 小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果 在到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐 变型多模光纤的模式色散较小。
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阶跃型光纤的模式色散
在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端 面临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条 光线代表一种模式，则不同入射角的光线代表 不同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的 传播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布， 纤芯中不同路径的光线的传播速度相同，因此 不同路径的光线到达输出端的时延不同，从而 产生脉冲展宽，形成模式色散。
一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为
m
1 2
n(0) C
2
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材料色散
材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的 光时间延迟不同产生的色散。不同频率的光在光纤中的速度不同。 而所有光源发射的光都具有一定的带宽，因此一个被传输的短脉冲 会扩展开来。
材料色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽
劣化的程度随数据速率的平方增大
决定了中继器之间的距离
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5
色散对传输的限制
10000
1000 600km
100 10 1
小色散光纤－理论上 小色散光纤－实际上 传统光纤－理论上 传统光纤－实际上
2
3
4
5
6
7
调 制 速 率 （ Gbps）
8
9
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D()cdd22cdd22
D()为色散系数，单位是ps/nm/km。
对于谱线宽度为的光源，波导色散产生的 总时延 差为 ＝ ·D()(ps)
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单模光纤色散波谱特性曲线
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传输使用的三种不同类型的单模光纤
G.652单模光纤（NDSF）
非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤
G.653单模光纤（DSF） DSF：DispersionShifted Fiber
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对色散有4种表示方法：
1．单位长度上的群延时差，即在单位长度上 模式最先到达终点和最后到达终点的时间差。
2. 用输出与输入脉冲宽度均方根之比表示。
3．用光纤的冲激响应经傅氏变换得到的频率 响应的3dB带宽表示。
4．用单位长度的单位波长间隔内的平均群延 时差来表示。
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光纤的色散
波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也 称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散，又 有模内色散，但主要以模式色散为主。而单模光 纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散， 由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。
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材料色散：不同波长的光 ，折射率不同。 波导色散：不同波长的光，传播常数不同。
对于谱线宽度为Δλ的光波，经过长度为L的光纤后，由材料色
散引起的时延差为c Nhomakorabea LC
d2n
d2
该式也可写成 c m
式中，C = 3×108m/s,是真空中的光速,
—是光源的谱线宽度
波导色散
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生 的色散(同一模式的光，其传播常数β随λ变化而引 起的色散)。取决于波导尺寸和纤芯包层的相对折 射率差。
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阶跃型光纤中模式色散示意图
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图中，沿光纤轴线传播的光线①传播路径最短，经过长度为L的 光纤传播时延t1最小,等于
t1
Ln 1 C
= Ln 1 C
光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时
延t2是最大时延，等于：
t2
L / sin0
C/ n1
色散位移光纤
G.655单模光纤（NZ-DSF） 常规G.655
非零色散位移光纤
大有效面积G.655
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G.652单模光纤（NDSF）
大多数已安装的光纤
(1)在1310nm 波长处的色散为零。 (2)在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为0.22dB/km，但在1550nm 附近其具有较大色散系数，为17ps/(nm·km)。 (3) 工作波长即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它 的最佳工作波长在1310nm区域。G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。
光纤的色散特性
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色散的定义 色散的种类及其产生原因 色散的计算分析 单模光纤的色散波谱特性 色散补偿技术
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色散的定义
光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随 传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不 同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响 系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散 的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不 同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的 时间差。
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二、色散的种类
模式色散 材料色散 波导色散
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模式色散
模式色散是由于光纤不同模式在同 一波长下传播速度不同，使传播时 延不同而产生的色散。只有多模光 纤才存在模式色散，它主要取决于 光纤的折射率分布。
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多模光纤中的每一个模式的能量都 以略有差别的速度传播（模间色 散），因此导致光脉冲在长距离光 纤中传播时被展宽（脉冲 展宽）
色散受限距离短
2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km
10Gb/s系统色度色散受限距离约34km
G.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。
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色散位移光纤
单模光纤的工作波长在1.3μm时，模场直径约 9μm，其传输损耗约0.3dB／km。此时，零色散波 长恰好在1.3μm处。
=
Ln 1 C sin 0
所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δt为：
t t2 t1 C s L1 i0 n n L C 1 n L C 1(n n n 1 2 1 ) L C 1 n
模式色散：不同方向的光路径不同，到达的时间不同。
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渐变型光纤的模式色散
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线， 其中正弦幅度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光 线传输路程短，但由于渐变型光纤纤芯折射率分布在轴 心处最大并沿径向逐渐减小，所以正弦幅度最大的光线 由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正弦幅度最 小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果 在到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐 变型多模光纤的模式色散较小。
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阶跃型光纤的模式色散
在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端 面临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条 光线代表一种模式，则不同入射角的光线代表 不同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的 传播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布， 纤芯中不同路径的光线的传播速度相同，因此 不同路径的光线到达输出端的时延不同，从而 产生脉冲展宽，形成模式色散。
一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为
m
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n(0) C
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材料色散
材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的 光时间延迟不同产生的色散。不同频率的光在光纤中的速度不同。 而所有光源发射的光都具有一定的带宽，因此一个被传输的短脉冲 会扩展开来。
材料色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽
劣化的程度随数据速率的平方增大
决定了中继器之间的距离
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色散对传输的限制
10000
1000 600km
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小色散光纤－理论上 小色散光纤－实际上 传统光纤－理论上 传统光纤－实际上
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调 制 速 率 （ Gbps）
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