第八讲 光纤的色散特性

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二、色散的种类
材料色散
掺GeO2石英玻璃的折射率-波长特性曲线的关系
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二、色散的种类
波导色散
波导色散: 波导色散Dw，单模光纤中只有约80％的光功
率在纤芯中传播，20％在包层中传播。 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。
f 式中：λ和ƒ分别是光源的 f 中心波长和中心频率。
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二、色散的起因
线宽越窄，光源的相干性就越强。一个 理想的相干光源发出的是单频光，即具有零 线宽。实际光源的线宽视光源的种类而异。
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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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二、色散的种类
模式色散
1 0 lP g P 光 光 f 0 c ＝ 3 d－ B
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二、色散的起因
为了了解光纤色散，需知道送进光纤中 的信号结构。
首先，送进光纤的并不是单色光。这由 两方面的原因引起： 一是光源发出的并不是单色光； 二是光信号有一定的带宽。
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二、色散的起因
1
相
实际光源发
对 输
出的光不是单色 的(或单频的)，
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带宽（B）
色散描述方式
光纤的带宽(f为调制信号频率)
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通常把调制信号经过光纤传播后，光功率下降一 半 ( 即 3dB) 时 的 频 率 (fc) 的 大 小 ， 定 义 为 光 纤 的 带 宽 (B)。由于它是光功率下降3dB对应的频率，故也称为 3dB光带宽。可用下式表示。
模式色散＞材料色散＞波导色散＞偏振模色散
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Ln C
1
Ln =
1
C
路径最长的是以临界角入射的光线②，产生的时延t2是最大
时延，等于：
t2
L / sin0
C/ n1
= Ln 1 C sin 0
所以光纤中不同的模式的最大时延差Δt为：
tt2t1C s L1 in 0 nL C 1 nL C 1(n n n 1 2 1 )
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二、色散的种类
光纤的色散特性与物 理特性
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光纤的色散特性
色散的定义 色散的起因 色散的分类 单模光纤的色散波谱特性 色散补偿技术
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1.4 .1 .4 光纤的色散特性
1.4.1.4.1 色散的物理意义 根据物理光学中“色散”的定义，色散是指复色光分解
成单色光而形成光谱的现象。
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度不同，到达光纤终端有先有后，使光脉冲发生 展宽，这就是光纤的色散。
色散引起的脉冲展宽示意图
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一、色散的定义
光纤色散的影响：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
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一、色散的定义
光纤色散的表示方法
时延：光信号在光纤中传输一段距离所需的时间 时延差：信号的速度不同，即各信号的时延不同 通常用最大时延差：即光纤中速度最快和最慢的 光波成分的时延之差来描述。 时延差越大，脉冲展宽越大，色散就越严重。
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。
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的时延t1最小,等于 t1
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1.4 .1 .4 光纤的色散特性
1.4.1.4.4 偏振模色散 偏振模色散（PMD）也称为极化色散。由于光信号的两
个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称偏 振模色散。
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单模光纤中存在着材料色散、波导色散、和偏振模色散。
多模光纤除具有单模光纤中存在的各种色散外，还存在 一种模式色散。
出 功 率
而是在一定的波 0.5
长范围。这个范
围常是光源的线
宽或谱宽。
光源的谱宽 f f
0 780 800 820 840 860
波长(nm)
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二、色散的起因
一般认为光功率降低为峰值的一半所 对应的波长范围即为光源的线宽或谱宽。 线宽即可用波长范围△λ表示，也可用频 率范围△ƒ来表示。它们的关系为：
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。
模式色散，用光的射线理论来说，就是由于 轨迹不同的各光线沿轴向的平均速度不同所造成 的时延差。
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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。
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一、色散的定义
色散的概念 当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝
紫顺序排列的彩色光谱。 这是由于棱镜材料对不同波长（不同颜色）的光
呈现的折射率不同，使光的传播速度不同和折射角度 不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。
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一、色散的定义
光纤色散的概念 光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的速
材料色散
材料色散是材料的折射率n是波长λ的函数，从 而使光的传播速度随波长而变。由此引起的色散 叫材料色散。
引起材料色散的原因，是因为光源器件不是 工作于单一频率，即光源器件所发出的光都有一 定的谱线宽度△λ；而光纤材料的折射率并非固 定不变的，它会随传输的光波波长(或光波频率) 发生变化。
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