第五讲光纤的色散特性
第五讲 光纤的色散特性
主要内容 一、色散的定义 二、色散的种类及其产生原因 色散的计算分析 四、单模光纤的色散波谱特性
主要内容 • 一、色散的定义 • 二、色散的种类及其产生原因 • 三、色散的计算分析 • 四、单模光纤的色散波谱特性
色散的定义 光纤的色散是在光纤中传输的光信号, 随传输距离增加,由于不同成分的光传 输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应 色散主要影响系统的传输容量,也对中 继距离有影响。色散的大小常用时延差 表示,时延差是光脉冲中不同模式或不 同波长成分传输同样距离而产生的时间 差
色散的定义 光纤的色散是在光纤中传输的光信号， 随传输距离增加，由于不同成分的光传 输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。 色散主要影响系统的传输容量，也对中 继距离有影响。色散的大小常用时延差 表示，时延差是光脉冲中不同模式或不 同波长成分传输同样距离而产生的时间 差
二、色散的种类 模式色散 材料色散 波导色散
二、色散的种类 •模式色散 •材料色散 •波导色散
模式色散 莫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 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
阶跃型光纤的模式色散 在阶跃型光纤中,当光线端面的入射角小端面 临界角时,将在纤芯中形成全反射。若每条光 线代表一种模式,则不同入射角的光线代表不 同的模式,不同入射角的光线,在光纤中的传 番路径不同,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,均为, 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
阶跃型光纤的模式色散 在阶跃型光纤中，当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。若每条光 线代表一种模式，则不同入射角的光线代表不 同的模式，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，均为， 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
阶跃型光纤中模式色散示意图
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 光纤传播时延t1最小,等于 L t1 光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②,它所产生的时 延t2是最大时延,等于 L/sin e Ln C sin Bo 所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差△t为 Ln Ln,△ △t=t。-t, Csin。CC
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 光纤传播时延t1最小,等于 = 光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时 延t2是最大时延，等于： = 所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δt为： C Ln t 1 1 = C Ln1 1 0 2 / /sin C n L t = 0 1 C sin Ln C Ln n n C L C Ln C Ln t t t = − = − = − 1 2 1 1 0 1 2 1 ( 1) sin
渐变型光纤的模式色散 渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线,其中正弦幅 度大的光线传播距离长,而正弦幅度小的光线传输路程短,但由于 渐变型光纤纤芯折射率分布在轴心处最大并沿径向逐渐减小,所以 正弦幅度最大的光线由于离轴心远,折射率小而传播速率高,而正 弦幅度最小的光线由于离轴心近,折射率大而传播速率低,结果在 到达输出端时相互之间的时延差近似为零,从而使渐变型多模光纤 的模式色散较小 般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为 1n(O)
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线，其中正弦幅 度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光线传输路程短，但由于 渐变型光纤纤芯折射率分布在轴心处最大并沿径向逐渐减小，所以 正弦幅度最大的光线由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正 弦幅度最小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果在 到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐变型多模光纤 的模式色散较小。 一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为 (0) 2 2 1 = C n m 渐变型光纤的模式色散
材料色散 材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的 光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材料折射率的波长特性和 光源的谱线宽度。 对于谱线宽度为AA的光波,经过长度为L的光纤后,由材料色 散引起的时延差为 L 7=-.△ d22 该式也可写成 7=m·2·△2 式中,C=3×108m/s,是真空中的光速, M一是光源的谱线宽度
材料色散 材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的 光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材料折射率的波长特性和 光源的谱线宽度。 对于谱线宽度为Δλ的光波，经过长度为L的光纤后，由材料色 散引起的时延差为 该式也可写成 式中，C = 3×108m/s,是真空中的光速, —是光源的谱线宽度 2 2 d d n C L c = c = m