光通信色散研究

参考数据
[1]广磁信息作.光纤通信[M].台北市，光磁信息，1996. [2]吴,彝尊,蒋,佩璇,李,玲.光纤通信基础[M].北京市，人 民邮电，1987. [3]不详.波导色散 [EB/OL].http://baike.baidu.com/view/265436.htm. [4]不详.材料色散[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/265434.htm. [5]不详.光纤偏振模色散原理[EB/OL]. http://www.fnet.com.cn/tech/tech8/20.htm. [6]不详.模式色散[EB/OL]. http://www.kepu.net.cn/gb/technology/telecom/fiber/f br224.html.
是介于二者之间的某一值,通常用neff来表 示, Leabharlann Baidueff称为有效折射率。
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偏振模色散 （Polarization Mode Dispersion）
偏振模色散是 指单模光纤中偏振色散， 起因于实际的单模光纤中基模含有两个相互 垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于光 纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因 素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且 它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉 冲展宽，展宽量也不确定，便相当于随机的 11 2013-8-12 石利芬 色散。
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而在graded index光纤中，存在自聚焦现象，使得其 群延时为 n12 两者之比为
2
2c
因此，graded index光纤可以大幅度地减小 光纤的模式色散。 石利芬 2013-8-12 8
材料色散（material dispersion）
不论任何介质，由于在某些波长上，材料 对电磁波存在谐振吸收现象，因此，材料对外 场的响应与电磁波的波长相关。即材料的折射 率应当是电磁波频率或波长的函数。 在一般光纤中的材料色散为：
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色散对系统的影响
信号畸变 光脉冲形状畸变
脉冲延展
引起误码
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色散的衡量
色度色散定义
单位长度光纤传输时延随波长的变化率
d D d
是波长为
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的光通过单位长度光纤的时延
ps / nm km
主要与波长和折射率对波长的二阶导有关，因此 可以通过改变折射率的形状来减小光纤的材料色散。 9 2013-8-12 石利芬
波导色散（waveguide dispersion）
由于光纤几何特性而使信号的相位和群 速度随波长变化引起的色散。
有效折射率：
光纤中的模式能量分布于纤芯与包层, 其感受到的折射率既不是n1,也不是n2,而
偏振模色散 （Polarization Mode Dispersion）
随着单模光纤技术的不断完善 ，损耗、 材料色散和波导 色散已经不再是影响光纤通 信的主要因素 ，单模光纤的偏振模色散 ( PMD)逐渐成为限制光纤通信质量的最严重 的瓶颈。
解决偏振模色散的一个重要技术是利用 保偏光纤（PMF Polarization Maintaining Fiber） 12 2013-8-12 石利芬
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色散的分类
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模间色散 材料色散
波导色散 偏振模色散
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模间色散（intermodal dispersion）
模式色散的定义： 多模光纤中因各传导模式的传输 常数不一致，导致每个模态到达目的 地的时间不一样而引起的色散。 模式色散的表示： 单位元元光纤长度上，模式的最大 时延差。
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Chromatic Dispersion
色 散
色散的定义
光纤中传输的光信号具有许多不 同的频率成分。同时，在多模光纤中， 光信号还可能由若干个模式迭加而成。 在光纤中传输的光信号的不同频 率成份或不同的模式分量以不同的速 度传播，构成光信号的电磁波各分量 在光纤中具有不同传输速度的现象， 这种现象称为光纤的色散或弥散。
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模间色散（intermodal dispersion）
模式色散的计算：
子午线1的传输延迟： 子午线2的传输延迟：
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模间色散（intermodal dispersion）
因此多模光纤的模式色散为：
n n1 n1 n1 n2 n1 1 2 cn2 c c n2 c
总
结
光纤中的色散就是由于光纤的几何形状、 材料对光的不同波长或者不同模态之间的效 应不同，导致光的各个不同分量的传播速度 不同，使得接收端收到的脉冲波形畸变，产 生误码，影响通信效果、通信容量和通信距 离等等。 解决不同类型的色散，有不同的技术， 一般来说，主要有改变光纤折射率形状、掺 杂各种杂质、优化光纤结构、加入空洞、注 入金属等技术。 13 2013-8-12 石利芬