第第頁光纖中的色散概述色散是自然界一種非常常見的物理現(xiàn)象，只要任意物理量隨頻率（或波長）而變，都可以稱為色散，光的色散實(shí)驗(yàn)的概念圖如圖2.1所示。圖2.1光的色散實(shí)驗(yàn)概念圖光纖中發(fā)生色散的原因是，當(dāng)光信號(hào)在光纖上進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候會(huì)出現(xiàn)引脈沖展寬的現(xiàn)象。在光纖中會(huì)同時(shí)傳輸具有不同模式分量和頻率的光信號(hào)[6]，并且這些信號(hào)的傳輸速度也是不相同。當(dāng)信號(hào)傳輸了一段距離之后，就會(huì)出現(xiàn)脈沖展寬的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)失真。圖2.2所展示的就是光纖色散效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)脈沖時(shí)域展寬的情況。圖2.2光纖色散效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)脈沖時(shí)域展寬光纖色散顯示了輸入信號(hào)在光纖內(nèi)部傳輸?shù)囊环N傳播狀態(tài)，通常情況光纖的色散由于產(chǎn)生原因的不同會(huì)分成四種，分別是偏振模色散、材料色散、模式色散和波導(dǎo)色散。一般情況下，只有多模光纖在傳輸時(shí)才會(huì)產(chǎn)生模式色散。材料色散和波導(dǎo)色散有都可以被稱之為色度色散，這種類型的色散是指在光纖傳輸中，由于不同的波長分量和群速度所產(chǎn)生的光脈沖展寬現(xiàn)象[7]。這種類型的色散現(xiàn)象下圖所示。圖2.3色度色散現(xiàn)象波導(dǎo)色散是由于光纖參數(shù)和信號(hào)波長過于依賴模態(tài)傳播常數(shù)而產(chǎn)生的一種色散。材料色散則是由于芯材料的波長對(duì)折射率產(chǎn)生依賴效果而形成是一種色散。一般來說，偏振模色散可以反映了傳輸中光波傳播特性的偏振相關(guān)性。在實(shí)際的光纖傳輸中，基模中一般會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)相互垂直的偏振模式。如果在理想狀態(tài)下，這兩種相互垂直的偏振模式會(huì)有相同的傳播特性，但通常在不同的偏振模式下會(huì)有細(xì)微的差異。導(dǎo)致這種情況發(fā)生的因素是傳播過程中溫度、壓力的變化造成它們傳輸速度不一樣，進(jìn)而造成了延遲，發(fā)生偏振模色散。一般來說偏振模色散只會(huì)影響鏈路速度高于2.5Gbps的網(wǎng)絡(luò)，即使傳輸距離大于1000km。偏振模色散形成情況如圖2.4所示。圖2.4偏振模色散形成情況模式色散是發(fā)生在多模光纖和其他波導(dǎo)中的一種信號(hào)畸變機(jī)制。在多模光纖中，以不同入射角進(jìn)入光纖的光看作是不同的路徑或模式。由于各種模式的光具有不同的傳輸路徑和傳輸速度，這樣當(dāng)各種光信號(hào)傳輸?shù)焦饫w的尾端時(shí)使用不同時(shí)長，使用就會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差。換句話說，一些光線在傳輸是可以直接進(jìn)行軸向模式傳輸，通過纖芯到達(dá)末端；另外一些光線可能會(huì)在光纖的包層和纖芯之間發(fā)生多次反射，以之字形的方式傳輸?shù)侥┒?。圖2.5所展示的就是階躍折射率多模光纖內(nèi)的模間色散。如果光線在光纖出現(xiàn)折射現(xiàn)象，模式色散也就產(chǎn)生了。階躍折射率多模光纖內(nèi)的模間色散如圖2.5所示。圖2.5階躍折射率多模光纖內(nèi)的模間色散講到色散補(bǔ)償技術(shù)，很重要的一個(gè)就是色散系數(shù)，色散系數(shù)：每千米的光纖因單位譜寬所導(dǎo)致的脈沖展寬值。光纖傳輸?shù)木嚯x越長，則色散總值就越大。模式色散是不會(huì)發(fā)生在單模光纖中，而色度色散是由于不同波長的信號(hào)由于傳輸速度的差異而產(chǎn)生的。單模光纖中模式的相位系數(shù)在中心頻率附近展開成泰勒級(jí)數(shù)，表示為：（2-1）其中：（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）上式中，為光脈沖的群折射率，為群速度（光波包絡(luò)的傳輸速度），光脈沖包絡(luò)將以的速度在光纖纖芯中傳播。群速度色散系數(shù)通?？梢员硎久}沖展開的主要原因[8]。色散參數(shù)D一般用來指代通常光纖的色散。（2-6）D的單位是ps/nm/km。普通的G.652光纖在的1310nm的波長處不會(huì)發(fā)生色散，所以這里也被稱為零色散點(diǎn)，而現(xiàn)在的通信傳輸中使用了波分復(fù)用系統(tǒng)，所以還會(huì)使用1550nm的波長，并且這里一般是摻餌光纖放大器的工作窗口。但是光信號(hào)的傳輸時(shí)，在1550nm的波長處就會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的色散情況，一般G.652光纖在此處的色散數(shù)值為+18ps/nm/km。本設(shè)計(jì)中使用到的G.652單模光纖的色散特性曲線如圖2.6所示。雖說G.652單模光纖的色散系數(shù)是一個(gè)范圍