光纤的色散特性

光纤的色散特性2023/6/161第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期日1、材料色散：n=n(λ)，n是波长λ的非线性函数。2、波导色散：同一模式的相位常数β随波长λ而变，从而引起色散。3、模式色散：多模光纤中，即使在同一波长，不同模式的传播速度也不同，它引起的色散叫模式色散。4、偏振色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。当光纤中存在双折射时，这两个模式的传输速度不同，引起偏振色散。MMF模式中：以模式色散为主，SMF：以材料色散为主2023/6/162第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期日一、ModelDispersionGroupdelay:波长相同，β不同最低阶模的纵向波矢：最高阶模的纵向波矢：最低阶模的纵向波矢：最高阶模的纵向波矢：ModelDispersioncanbeexpressed(notethathasunitsofS/m)2023/6/163第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期日二、时延差在光纤中，不同速度的信号经过同样的距离会有不同的时延，从而产生时延差。时延差越大，色散越严重。常用最大时延差来表示光纤色散程度，简称时延差。假若有一频率为f的已调光载频在光纤中传播，信号的群速度：（包络线中心前进的速度）β：信号纵向相位常数，ω：角频率2023/6/164第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期日B.单位长度上的时延：or(s/m)C.时延差设光谱宽为，单位长度光纤的时延差用表示。若2023/6/165第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期日严格的说，在不同频率上，是不同的，在这里近似认为在整个谱宽内是不变的，等于中心频率的值。D.色散系数D：单位线宽光源在单位长度光纤上所引起的时延差。单位：三、冲击响应h(t)与脉冲展宽A.脉冲宽度（FullWidthatHalfMaximum—FWHM）2023/6/166第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期日Gaussian脉冲：tP0tet2023/6/167第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期日——脉冲总能量——为平均时间，时间重心均方根脉冲宽度定义为：即取的平方，平均，方根。对Gaussian脉冲：之间的关系：2023/6/168第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期日B.冲击响应（timedomain）输入任意的光功率脉冲光纤h(t)—冲击响应，忽略光纤的损耗，完全由光纤的色散特性决定①若实际光纤的h(t)常接近Gaussian型（忽略损耗）2023/6/169第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期日②不是函数可用和h（t）的卷积得到C.脉冲宽度：当输入零宽度的脉冲时，其输出波形h（t）。因而h（t）的宽度即脉冲展宽，以示之。2023/6/1610第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期日输入宽度，输出脉冲宽度：脉冲展宽：对单模光纤：—单位长度的脉冲展宽，ns/km，ps/km）（四、频率响应H（F）与3dB带宽BA.3dB带宽B：使H（F）降低到最大值一半时的带宽，单位长度光纤的基带3dB带宽常用表示。对SMF：B：MHz，GHz：MHz·km，GHz·km以上指的是光带宽，它是由光功率来定义的。2023/6/1611第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期日五、h（t）与H（F）的关系h（t）与H（F）的关系由傅立叶变换和反变换联系：若：则：3dB带宽：2023/6/1612第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期日六、材料色散A.相速，群速（PhaseVelocity﹠GroupVelocity）1、phasevelocity:等相位面传播的速度2、groupvelocity2023/6/1613第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期日包络线沿时空维持不变的条件为：包络线中心前进的速度：1、正常色散—normaldispersion：2、反常色散—abnormaldispersion:3、光纤经常选择在色散最小的工作波段。所以群速度色散在感兴趣的波长两边要变号（±）。2023/6/1614第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期日六、材料色散A.群折射指数N，描述材料的色散特性。群速度：时延＝B.材料色散系数1、一谱宽为的光脉冲，若足够窄，进入光纤传输单位长度是的时延差为：定义材料色散，光源单位线宽引起的时延差2023/6/1615第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期日2、塞尔梅耶公式，n—λ之间的关系为谐振波长；和为常数。七、光纤材料的色散特性材料的色散系数随波长λ变换的曲线：0.61.31.602023/6/1616第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期日八、单模光纤的色散SMF中：材料色散MaterialDispersion波导色散WaveguideDispersion偏振色散PolarizationDispersion时延：光纤包层和芯子材料的群折射指数。2023/6/1617第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期日由于芯子和包层材料有近似的色散特性，故：弱导条件：结果，对V，b，归一化频率，归一化纵向相位常数第一项：（材料色散）2023/6/1618第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期日材料系数第三项：WaveguideDispersion系数：第二项是交叉项，对弱导光纤可认为芯子和包层材料色散特性一致，而将该项忽略。SMF的色散＝MaterialDispersion+WaveguideDispersion2023/6/1619第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期日九、SIF的色散基模模，色散包括Material+WaveguideDispersionA.波导色散B.光纤的色散由下式计算2023/6/1620第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期日色散系数D－101.21.42.0波导色散材料色散总色散作业：一SMF，SIF，对1550nm的光波：归一化频率是多少？该光纤支持几个导模？该光纤的波导色散是多少？2023/6/1621第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期日十、特种色散光纤A.零色散频移光纤：将光纤的零色散点移到1.55µm处，以与光纤最低损耗波段一致，从而得到低损耗和低色散。途径：增加波导色散手段：采用三角形折射指数分布光纤B.超宽带低色散光纤W型光纤：两个包层Dispersion－shiftedFiberDispersion－FlattenedFiber十一、多模光纤的色散：Material,Waveguide,ModeDispersion以ModeDispersion为主弟p歌模式群在单位长度光纤上的群延时：2023/6/1622第二十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期日表示固定的时延值，第二、三项表示模式色散。相对时延差：与p=0的模式群的时延差：时模式色散最小。2023/6/1623第二十三页，共二十四页