光纖色散參考

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1、光波導(dǎo)理論與技術(shù)第6章光纖的色散特性§6.1色散概述z=0z=LDispersion色散導(dǎo)致脈沖展寬z=0z=LAttenuation損耗導(dǎo)致脈沖減弱1§色散分類(lèi)波長(zhǎng)色散(色度色散)色散導(dǎo)致脈沖展寬色散模式色散（偏振模色散本質(zhì)上也是一種模式色散）材料色散波導(dǎo)色散折射率剖面色散材料是頻率的函數(shù)相位常數(shù)是頻率的函數(shù)相對(duì)折射率差是頻率的函數(shù)，但此項(xiàng)很小模式色散就是第三章討論的多徑色散，一般存在在多模光纖中2§6.1色散概述光纖中群速度的定義群時(shí)延群時(shí)延與波長(zhǎng)有關(guān)群時(shí)延差與波長(zhǎng)有關(guān)群時(shí)延差與頻率有關(guān)dω＝-2πcdλ/λ23§6.2材料色散構(gòu)成材料的分子、原子可以看成是諧振子，在外加電

2、磁場(chǎng)的作用下，它們做受迫振動(dòng)。介質(zhì)的折射率寫(xiě)為n=n+jn’折射率的實(shí)部和虛部在諧振點(diǎn)附近隨頻率的變化情況如左圖，一般，介質(zhì)不止一個(gè)諧振點(diǎn)4§6.2材料色散在諧振點(diǎn)附近，介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收，所以工作頻率應(yīng)該遠(yuǎn)離這些諧振頻率，這樣我們只要討論折射率的實(shí)部即可。折射率計(jì)算的近似公式為：折射率對(duì)波長(zhǎng)的導(dǎo)數(shù)為335§6.2材料色散無(wú)界媒質(zhì)中電磁波的相位常數(shù)為無(wú)界媒質(zhì)中電磁波的相速度無(wú)界媒質(zhì)中電磁波的群速度群折射率石英系玻璃的折射率隨波長(zhǎng)的變化情況ε06§6.2材料色散N群時(shí)延差(注意與折射率關(guān)于的二階導(dǎo)數(shù)成正比),式中,稱(chēng)材料的歸一化色散系數(shù)7§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)單模

3、光纖中只有主模式LP01，總色散由材料色散、波導(dǎo)色散、折射率剖面色散、以及偏振模色散構(gòu)成，前三項(xiàng)屬于波長(zhǎng)色散。這里的波長(zhǎng)色散用D(λ)表示，單位為ps/nmkm,即單位波長(zhǎng)間隔的兩個(gè)頻率成分在光纖中傳播1km時(shí)所產(chǎn)生的群時(shí)延差。在忽略折射率剖面色散偏振模色散時(shí)，可以證明波長(zhǎng)色散為：上式Dm(λ)，Dw(λ)分別稱(chēng)之為材料色散項(xiàng)和波導(dǎo)色散項(xiàng)，分別表示為，8§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)上式中N1、N2、b分別為：、、V的意義與第五章相同，為歸一化頻率散的絕對(duì)值則由纖芯半徑、相對(duì)折射率差以及折射w9§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)率的分布規(guī)律決定。一般說(shuō)來(lái)Δ較大，a較

4、小的則波導(dǎo)色散也就越大，因而零色散波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向的移動(dòng)也就越大，。參見(jiàn)下圖最大色散十分，10§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)單模光纖的分類(lèi)：1.常規(guī)單模光纖(G.652、G.654)，零色散波長(zhǎng)λ0～1.300－1.324μm，在零色散區(qū)（1.288～1.339μm）最大色散系數(shù)D(λ)<3.5ps/nm·km11§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)2.色散位移光纖(DSF)(G.653)，零色散波長(zhǎng)λ0～1.50－1.60μm，在零色散區(qū)（1.525～1.575μm）最大色散系數(shù)D(λ)<3.5ps/nm·km3.非零色散光纖(NZDF)(G.655)，在1.55窗口

5、保留了一定量的色散，從而抑制非線性效應(yīng)（四波混頻）為了解決非線性問(wèn)題，近年研制了大有效面積光纖(LEAF).也是為了抑制光纖中單位面積中能量太大而產(chǎn)生的非線性效應(yīng)。此種光纖折射率剖面很復(fù)雜，不在這里討論4.色散平坦型光纖，波長(zhǎng)在1.3～1.6μm內(nèi)都有很小的色散。此種光纖折射率剖面更為復(fù)雜。12§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)13§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)偏振模色散它們傳播單位距離的群時(shí)延分別為由此產(chǎn)生的傳播時(shí)延差或脈沖展寬利用得石英光纖第一項(xiàng)遠(yuǎn)大于第二項(xiàng)，式中LB為拍長(zhǎng)，f為光源頻率偏振模色散并不與距離成正比，與波長(zhǎng)色散相比，對(duì)信號(hào)傳輸影響不太大，只是在一些

6、特殊場(chǎng)合，比如相干光通信，某些光纖傳感對(duì)偏振特性要求高的情況下，才考慮偏振模色散。由于光纖制造過(guò)程中和的環(huán)境的不確定性因素，利用統(tǒng)計(jì)的方法可以得出長(zhǎng)為L(zhǎng)的光纖PMD的統(tǒng)計(jì)平均值14§6.3單模光纖的色散及單模光纖的分類(lèi)一種利用ex的展開(kāi)式可以得到和的結(jié)果。外腔激光器偏振控制器聲光調(diào)制器(選擇給定點(diǎn)的反射光信號(hào)及偏振態(tài))光帶通濾波器光纖放大器壓縮EDFA產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲15§6.4多模光纖的色散多模光纖折射率分布第p個(gè)模式群的相位常數(shù)第pmax為最大模式群的相位常數(shù)，令第p個(gè)模式群傳播單位長(zhǎng)度的群時(shí)延為重寫(xiě)第p個(gè)模式群的相位常數(shù)16§6.4多模光纖的色散可求得第p個(gè)模式的時(shí)延上

7、式中：主模式p＝0的傳播時(shí)延差第p個(gè)模式與主模式之間的時(shí)延差相應(yīng)最大時(shí)延差為階躍光纖（與幾何方法結(jié)果一致）α＝2的拋物線型光纖（與幾何方法結(jié)果一致），17§6.4多模光纖的色散令此式中得到最佳折射率指數(shù)是波長(zhǎng)的函數(shù)，所以不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的最佳折射率分布光纖，下面是兩種摻雜光纖與波長(zhǎng)之間的關(guān)系。18§6.5色散導(dǎo)致的光信號(hào)畸變及其對(duì)通信的影響n也是頻率的函數(shù)非單色時(shí)的波動(dòng)方程(亥姆霍茲方程)認(rèn)為單色電磁波受到一個(gè)緩變信號(hào)A(z,t)的調(diào)制E的傅立葉變換單色波動(dòng)方程(6.5-9)上式代入波動(dòng)方程