单模光纤与多模光纤的色散

单模光纤与多模光纤的色散2007-10-18 08:20在对光纤进行分类时，严格地来讲应该从构成光纤的材料成分、光纤的制造方

法、光纤的传输点模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长等方面来分类。

现在计算机网络中最常采用的分类方法是根据传输点模数的不同进行分类。根

据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定

角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用

发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散

(因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同，

这种特征称为模分散。)，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此，

多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较

低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传

播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细，传输频

带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高，通常在建筑物之

间或地域分散时使用。同时，单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点，

也是光纤通信与光波技术发展的必然趋势。

多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率和渐变型折射率。以

突变型折射率光纤作为传输媒介时，发光管以小于临界角发射的所有光都在光

缆包层接口进行反射，并通过多次内部反射沿纤心传播。这种类型的光缆主要

适用于适度比特率的场合，多模突变型折射率光纤的散射通过使用具有可变折

射率的纤心材料来减小，折射率随离开纤心的距离增加导致光沿纤心的传播好

象是正弦波。将纤心直径减小到一种波长（3-10um），可进一步改进光纤的性

能，在这种情况下，所有发射的光都沿直线传播，这种光纤称为单模光纤，这

种单模光纤通常使用ＩＬＤ(注入式激光二极管)作为发光组件，可操作的速率

为数百Mbps。从上述三种光纤接受的信号看，单模光纤接收的信号与输入的

信号最接近，多模渐变型次之，多模突变型接收的信号散射最严重，因而它所

获得的速率最低。

一、概述

色散是<strong class="kgb" onmouseover="isShowAds = false;isShowAds2 = false;isShowGg = true;InTextAds_GgLayer="_u5149_u7EA4";KeyGate_ads.ShowGgAds(this,"_u5149_u7EA4", event)" style="BORDER-RIGHT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; BORDER-TOP: 0px; PADDING-LEFT: 0px; FONT-WEIGHT: normal; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; BORDER-LEFT: 0px; CURSOR: hand; COLOR: #0000ff; PADDING-TOP: 0px; BORDER-BOTTOM: 0px; TEXT-DECORATION: underline"

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输码的失误，造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。光纤的色散可分为：

1．模式色散又称模间色散

光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。

2．材料色散

含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。

3．波导色散又称结构色散

它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。

4、偏振模色散（PMD）又称光的双折射

单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD）。

二、色散（带宽）的描述

模内色散系数的定义是：单位光源<strong class="kgb" onmouseover="isShowAds = false;isShowAds2 = false;isShowGg = true;InTextAds_GgLayer="_u5149_u8C31";KeyGate_ads.ShowGgAds(this,"_u5149_u8C31", event)" style="BORDER-RIGHT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; BORDER-TOP: 0px; PADDING-LEFT: 0px; FONT-WEIGHT: normal; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; BORDER-LEFT: 0px; CURSOR: hand; COLOR: #0000ff; PADDING-TOP: 0px; BORDER-BOTTOM: 0px; TEXT-DECORATION: underline"

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