1、光纖的色散特性(教材20-24）,主要內(nèi)容,一、色散的定義 二、色散的種類及其產(chǎn)生原因 三、色散的計算分析 四、單模光纖的色散波譜特性,色散的定義,光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘枺S傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。色散主要影響系統(tǒng)的傳輸容量，也對中繼距離有影響。色散的大小常用時延差表示，時延差是光脈沖中不同模式或不同波長成分傳輸同樣距離而產(chǎn)生的時間差。,二、色散的種類,模式色散 材料色散 波導(dǎo)色散,模式色散,模式色散是由于光纖不同模式在同一波長下傳播速度不同，使傳播時延不同而產(chǎn)生的色散。只有多模光纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。,階躍型光纖

2、的模式色散,在階躍型光纖中，當(dāng)光線端面的入射角小于端面臨界角時，將在纖芯中形成全反射。若每條光線代表一種模式，則不同入射角的光線代表不同的模式，不同入射角的光線，在光纖中的傳播路徑不同，而由于纖芯折射率均勻分布，纖芯中不同路徑的光線的傳播速度相同，均為，因此不同路徑的光線到達(dá)輸出端的時延不同，從而產(chǎn)生脈沖展寬，形成模式色散。,階躍型光纖中模式色散示意圖,圖中，沿光纖軸線傳播的光線傳播路徑最短，經(jīng)過長度為L的光纖傳播時延t1最小,等于 = 光纖中路徑最長的是以端面臨界角入射的光線，它所產(chǎn)生的時延t2是最大時延，等于： = 所以階躍型光纖中不同的模式的最大時延差t為：,漸變型光纖中光線的傳播路徑是

3、近似于正弦形曲線，其中正弦幅度大的光線傳播距離長，而正弦幅度小的光線傳輸路程短，但由于漸變型光纖纖芯折射率分布在軸心處最大并沿徑向逐漸減小，所以正弦幅度最大的光線由于離軸心遠(yuǎn)，折射率小而傳播速率高，而正弦幅度最小的光線由于離軸心近，折射率大而傳播速率低，結(jié)果在到達(dá)輸出端時相互之間的時延差近似為零，從而使?jié)u變型多模光纖的模式色散較小。 一般漸變型多模光纖的每公里長度上的最大時延差為,漸變型光纖的模式色散,材料色散,材料色散是由于光纖的折射率隨波長變化而使模式內(nèi)不同波長的光時間延遲不同產(chǎn)生的色散。取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜線寬度。 對于譜線寬度為的光波，經(jīng)過長度為L的光纖后，由材料色散引起的時延差為 該式也可寫成 式中，C = 3108m/s,是真空中的光速, 是光源的譜線寬度,波導(dǎo)色散,波導(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長有關(guān)而產(chǎn)生的色散。取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯包層的相對折射率差。 波導(dǎo)色散和材料色散都是模式的本身色散，也稱模內(nèi)色散。對于多模光纖，既有模式色散，又有模內(nèi)色散，但主要以模式色散為主。而單模光纖不