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色散的分類

  光纖的色散主要由模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散組成。其中,材料色散與波導(dǎo)色散都與波長(zhǎng)有關(guān),所以又統(tǒng)稱為波長(zhǎng)色散。

模式色散

  在多模光纖中,傳輸?shù)哪J胶芏啵煌哪J,其傳輸路徑不同,所?jīng)過(guò)的路程就不同,達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也就不同,這就引起了脈沖的展寬。對(duì)模式色散進(jìn)行的嚴(yán)密分析比較復(fù)雜,這里僅作簡(jiǎn)單討論。我們知道,在同一根光纖中,高次模到達(dá)終點(diǎn)走的路程長(zhǎng),低次模走的路程短,這就意味著高次模到達(dá)終點(diǎn)需要的時(shí)間長(zhǎng),低次模到達(dá)點(diǎn)需要的時(shí)間短。在同一條長(zhǎng)度為的光纖上,最高次模與最低次模到達(dá)終點(diǎn)所用的時(shí)間差,就是這段光纖產(chǎn)生的脈沖展寬。

  影響光纖時(shí)延差的因素有兩個(gè):纖芯-包層相對(duì)折射率差和光纖的長(zhǎng)度。光纖的時(shí)延差與纖芯-包層相對(duì)折射率差成正比。其中是纖芯的折射率,是包層的折射率。越大,時(shí)延差就會(huì)越大,光脈沖展寬也越大。從減小光纖時(shí)延差的觀點(diǎn)上看,希望較小為好,這種小的光纖稱為弱導(dǎo)光纖。通信用光纖都是弱導(dǎo)光纖。另外,光纖越長(zhǎng),時(shí)延差也越大,色散也越大。

材料色散

  材料色散是由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率,嚴(yán)格來(lái)說(shuō),并不是一個(gè)固定的常數(shù),而是對(duì)不同的傳輸波長(zhǎng)有不同的值。光纖通信實(shí)際上用的光源發(fā)出的光,并不是只有理想的單一波長(zhǎng),而是有一定的波譜寬度。當(dāng)光在折射率n的為介質(zhì)中傳播時(shí),其速度v與空氣中的光速C之間的關(guān)系為:
              v=C/n

  光的波長(zhǎng)不同,折射率n就不同,光傳輸?shù)乃俣纫簿筒煌。因此,?dāng)把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖內(nèi)傳輸時(shí),光的傳輸速度將隨光波長(zhǎng)的不同而改變,到達(dá)終端時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延差,從而引起脈沖波形展寬。

波導(dǎo)色散

  光纖的第三類色散是波導(dǎo)色散。由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小,因此在交界面產(chǎn)生全反射時(shí),就可能有一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)。這部分光在包層內(nèi)傳輸一定距離后,又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進(jìn)入包層內(nèi)的這部分光強(qiáng)的大小與光波長(zhǎng)有關(guān),這就相當(dāng)于光傳輸路徑長(zhǎng)度隨光波波長(zhǎng)的不同而異。把有一定波譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖后,由于不同波長(zhǎng)的光傳輸路徑不完全相同,所以到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同,從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來(lái)說(shuō),入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),進(jìn)入包層中的光強(qiáng)比例就越大,這部分光走過(guò)的距離就越長(zhǎng)。這種色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的,由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散。

三種色散的比較

  一般來(lái)說(shuō),光纖三種色散的大小順序是:

              模式色散>材料色散>波導(dǎo)色散

  對(duì)于多模光纖,總色散等于三者相加,在限制帶寬方面起主導(dǎo)作用的是模式色散,其他兩個(gè)色散影響很小。

  對(duì)于單模光纖,因只有一個(gè)傳輸模式,故不存在模式色散,其總色散為材料色散和波導(dǎo)色散之和。為減小總的波長(zhǎng)色散,要盡量選用窄譜線激光器作光源。

  對(duì)光纖用戶來(lái)說(shuō),一般只關(guān)心光纖的總帶寬或總色散。光纖光纜在出廠時(shí),也只標(biāo)明光纖的總帶寬或總色散。

 

 
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