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光纤色散的机理与类型

发布时间:2021-04-02 16:21:10 浏览量:640 作者:Wilson

摘要

在光纤中传输的光信号的不同频率成分或不同的模式分量以不同的速度传播,到达一定距离后必然产生信号失真(脉冲展宽),这种现

象称为光纤的色散或弥散。光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度,也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时,在多模光纤

中,光信号还可能由若干个模式叠加而成,也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。


光信号通过光纤传输引起光信号畸变、脉冲展宽。由于光信号能量是由不同频率和模式成分共同承载的,因而引起色散的原因与机

理也是多方面的。色散的主要机理与类型包括:多模光纤的色散(模间色散);由于光纤材料固有的折射率对波长依赖性而产生的波导

色散;以及单模光纤中不同偏振模式传输速度不同而引起的偏振色散。

正文


摘要:
光纤中传输的光信号的不同频率成分或不同的模式分量以不同的速度传播,到达一定距离后必然产生信号失真(脉冲展宽),这种现

象称为光纤的色散或弥散。光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度,也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时,在多模光纤

中,光信号还可能由若干个模式叠加而成,也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。


光信号通过光纤传输引起光信号畸变、脉冲展宽。由于光信号能量是由不同频率和模式成分共同承载的,因而引起色散的原因与机理也

是多方面的。色散的主要机理与类型包括:多模光纤的色散(模间色散);由于光纤材料固有的折射率对波长依赖性而产生的波导色

散;以及单模光纤中不同偏振模式传输速度不同而引起的偏振色散。


一、模间色散

多模光纤中,即使对同一波长,不同传输模式仍具有不同的群速度,即长波速度不同,由此引起的脉冲展宽称为“模式色散”。在多模光

纤中,模式色散引起的脉冲展宽是各种色散因素中影响最严重的一种。并且,传输的模式越多,脉冲展宽也越严重;另外,在多模光纤

中,渐变折射率多模光纤由于其自聚焦效应,色散性能得到一定程度的改善,因而其模式色散的脉冲展宽较阶跃折射率光纤的脉冲展宽

可减小约两个数量级。


图1.光纤色散示意图


以多模阶跃折射率光纤为例,对模式色散进行时域分析。在全部传导模中,低阶模几乎与光轴平行传播,传输速度快,最先到达出射

端;而高阶模其传输角几乎等于全反射临界角,传播速度最慢,因而最后到达出射端。


二、光谱色散

在单模光纤与多模光纤中都共同存在的一类色散是“光谱色散”,又称“色度色散”。光谱色散是指:光信号脉冲通过光纤传输时,由于群

速度与波长频率有关而产生的脉冲展宽。光谱色散属于频率色散。这是因为,由光源发出并通过光纤传输的总是具有一定波长范围的光

信号。因而,由于位相常数随波长变化将引起色散。光谱色散是光纤材料固有色散与波导结构引起的色散两者之和,且两种色散的符号

也可能相反。一般情况下,光纤的材料色散与波导色散两者是交织在一起的,不能截然分开;仅在弱波导条件下才可采用近似分析将两

者分开。


图2.光谱色散示意图


结语:光纤总的色散是由上述色散综合作用的结果,但对不同类型光纤,所存在的色散类型是有差别的。例如:对阶跃多模光纤,存在

模式色散、波导色散;对单模光纤,则没有模间色散,而只存在材料色散、波导色散、偏振色散。另外,材料色散与波导色散均属于频

率色散,即由于相位常数随频率的变化而引起的色散,故又可称为“光谱色散”。


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