光纤的色散特性

色散这是由于棱镜材料对不同波长（不同颜色）的光呈现的折射率不同，使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。复色光分解成单色光而形成光谱的现象。“三棱镜”雨后的彩虹——色散光纤中的色散？主要内容光纤中的色散光纤色散的种类色散补偿光纤通信系统中传递的信息总是以光脉冲的形式在光纤中传输。随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，称为色散。光纤中的色散色散在传输信号上的反映即为群延时。群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。延时差：速度不同，即延时不同。色散定义色散定义：光源谱宽为1nm时，光脉冲信号传播1km所引起的脉冲展宽的ps数。数学表达式：色散单位：𝑝𝑠/(𝑛𝑚∙𝑘𝑚)由色散可以估计光脉冲的展宽：例如：标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为:τ=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps()gDLpsgdDd光纤色散的影响光纤色散光脉冲展宽引起时域信号干扰光纤通信误码率增加速率降低中继距离减小色散是光纤传输中的损耗之一！也是光纤通信传输距离首要限制因素之一！光纤色散种类•模间色散•材料色散•波导色散•偏振模色散多模光纤色散（适用于局域网）单模光纤色散（适用于骨干网）这种色散并不是由频率不同引起，称之为单色弥散。色度色散（模内色散）。模间色散•多模光纤中，不同的模式以不同的群速度传输；•光脉冲由不同的模式支持传输，就会导致色散；•传输的模式越多，模间色散越大;•取决于光纤的折射率分布（SIFGIF）.使用GIF减少模式数阶跃折射率光纤（Step-indexfiber,SIF)渐变折射率光纤（Graded-indexfiber,GIF)模内色散（色度色散）材料色散：纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同波长承载的光脉冲成分的传播速度也随波长而变化，使得光脉冲波形被展宽，称之为材料色散。掺GeO2石英玻璃的折射率-波长特性曲线的关系模内色散（色度色散）波导色散：波导结构影响光波群速度。•光纤中只有80%的光功率在纤芯中传播，20%在包层中传播。•光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输，由于包层中传播速率大于纤芯，就出现色散。•波导色散的大小取决于光纤的设计。偏振模色散(PMD)基模两个互相正交的偏振模的传输速度不同导致光脉冲展宽，称之为偏振模色散（PolarizationModeDispersion，PMD）。•应力、温度、弯曲使光纤不具备圆柱的对称性，引入双折射效应；•光纤中传输的光脉冲激励了多个偏振模式；•各个偏振模式在光纤中传输速度不同；•对于高速率（10Gbit/s）的传输系统，PMD越严重；•由于PMD的随机性，一般只能对PMD的平均值进行补偿。色散补偿非色散位移光纤（NDSF）：单模光纤，零色散波长1.3um；不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。色散补偿方案：非零色散位移光纤（NZ－DSF）：Lucent：1.53um；Corning：1.57um。一种改进的DSF，在光纤制作中，适当控制掺杂量，大到足以抑制DWDM中的四波混频，小到足以允许单信道10Gb/s，而不需色散补偿。适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是大容量传输的DWDM系统用光纤的理想选择。色散位移光纤（DSF）:通过改变折射率剖面形状增大波导色散，使零色散点往长波长方向移动：1.55um。四波混频（FWM）是主要的问题,适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于DWDM应用。三种光纤色散情况比较1550nm1310nm色散ps/nmkm普通光纤(SMF)非色散位移光纤（NDSF，G.652）已有光纤的95%波长色散位移光纤（DSF,G.653）非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）180DWDM波长范围•在1530－1550nm范围,色散趋近于0•适用于波分复用系统色散补偿色散平坦光纤（DFF）色散补偿光纤（DCF）利用一段光纤来补偿光纤中的色散。如常规的单模光纤在1.55um波长区为正色散值，那么DCF光纤应该具有负色散值，零色散值在1.7um以上。色散补偿FBG补偿器：一种选择特定波长反射的无源光纤器件。使原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减少不同波长由于速度不一样而导致的时延。小结E-E+E-E+•模间色散•色度色散•偏振模色散光纤传输的影响光纤色散光纤色散的类型非色散位移光纤，色散位移光纤，非零色散位移光纤，色散平坦光纤，色散补偿光纤；光纤光栅补偿器色散补偿方案思考1.已知一光纤对于1310nm波长是单模传输，当传输850nm波长和1550nm波长的光波时，其色散特性有何不同？2.在什么条件下，光纤的色散为零？3.倘若光纤端面折射率分布为三角形，与平方律折射率分布光纤相比，哪种波导色散大？为什么？