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1、第五部分第五部分第五部分第五部分 光纤色散光纤色散光纤色散光纤色散 Dispersion in Optical FibersDispersion in Optical Fibers 光纤技术基础光纤技术基础光纤技术基础光纤技术基础 北京交通大学全光网与现代通信网教育部重点实验室北京交通大学全光网与现代通信网教育部重点实验室 2007-5-8 陈根祥陈根祥 一一概述概述 二二单模光纤中的色散单模光纤中的色散 三三光信号在色散光纤中的传输光信号在色散光纤中的传输 四四色散优化光纤色散优化光纤 五五偏振模色散偏振模色散 主要内容主要内容主要内容主要内容 一、 概 述一、 概 述 色散的一般描述色散的
2、一般描述色散的一般描述色散的一般描述 光纤色散光纤色散 构成光信号的电磁波各分量在光纤中具有不同传输速度的现象构成光信号的电磁波各分量在光纤中具有不同传输速度的现象 模间色散：不同模式不同传输速度 材料色散：不同频率不同折射率 波导色散：不同频率不同模场分布 偏振模色散：不同偏振态不同传输速度 模间色散：不同模式不同传输速度 材料色散：不同频率不同折射率 波导色散：不同频率不同模场分布 偏振模色散：不同偏振态不同传输速度 色散是限制光纤容量和传输距离的主要因素色散是限制光纤容量和传输距离的主要因素 色度色散定义色度色散定义：单位长度光纤传输时延随波长的变化率：单位长度光纤传输时延随波长的变化率
3、 色散调节手段：改变光纤结构，改变波导色散色散调节手段：改变光纤结构，改变波导色散 ( ) ( ) ( )kmnmps d d D=,的时延的光通过单位长度光纤波长 长途系统使用单模光长途系统使用单模光 时时 脉冲展脉冲展 色散对光通信系统的影响色散对光通信系统的影响 信号畸变光脉冲形状畸变引起误码信号畸变光脉冲形状畸变引起误码 多模光纤中的模式色散多模光纤中的模式色散 1.概念概念 光脉冲能量的载体：所有模式光脉冲能量的载体：所有模式 不同模式具有不同的传输速度，在光纤中沿传输方向行进 的过程中，各模式逐渐分离，使得光信号展宽。 不同模式具有不同的传输速度，在光纤中沿传输方向行进 的过程中，
4、各模式逐渐分离，使得光信号展宽。 2.模式色散的表示模式色散的表示 单位光纤长度上，模式的最大时延差单位光纤长度上，模式的最大时延差 传输速度最快的模式与传输速度最慢的模式通过单位长度 光纤所需的时间之差。 传输速度最快的模式与传输速度最慢的模式通过单位长度 光纤所需的时间之差。 子午线与斜射线子午线与斜射线子午线与斜射线子午线与斜射线 子午线子午线：轨迹通过光纤的中心轴线，在光纤端面上的投影与 光纤芯子的直径相重合 轨迹通过光纤的中心轴线，在光纤端面上的投影与 光纤芯子的直径相重合 斜射线斜射线： 阶跃光纤阶跃光纤轨迹不通过光纤的中心轴线，在光纤端面上的投 影为芯、包界面上的内接多边形 轨迹
5、不通过光纤的中心轴线，在光纤端面上的投 影为芯、包界面上的内接多边形 渐变型折射率光纤渐变型折射率光纤轨迹不通过光纤的中心轴线，在光纤 端面上的投影为以光纤轴线为圆心，半径小于芯子半径的圆 轨迹不通过光纤的中心轴线，在光纤 端面上的投影为以光纤轴线为圆心，半径小于芯子半径的圆 z 子午线子午线子午线子午线 斜射线斜射线斜射线斜射线 模式色散的计算模式色散的计算模式色散的计算模式色散的计算几何光学方法几何光学方法几何光学方法几何光学方法 c 包层n2 芯区n1 传输最快的子午线传输最快的子午线 传输最慢的子午线传输最慢的子午线 对于，单位长度光纤传输的时延：对于，单位长度光纤传输的时延： 对于
6、，单位长度光纤传输的时延：对于 ，单位长度光纤传输的时延： c n ncV 1 11 1 / 11 = = = 1 2 1 12 2 sin sinsin)/( 11 n n c n ncV c cc 2 2 1 2 cn n = c n n nn c n c n cn n = = 1 2 211 1 2 2 1 12 多模光纤的模式色散为多模光纤的模式色散为 光纤中传输的基模为模，模式的传输常数为 01 LP 01 光纤中传输的最高次模为模，模式的传输常数为mn LP mn 单位长度上的传输群时延为： d d mn mn = 多模光纤的模式色散为：多模光纤的模式色散为： d d mn mn
7、)( 01 01 = 模式色散的计算模式色散的计算模式色散的计算模式色散的计算波动光学方法波动光学方法波动光学方法波动光学方法 抛物型光纤的群时延 PMD对光通信系统的影响对光通信系统的影响 导致脉冲的展宽或信号畸变导致脉冲的展宽或信号畸变 限制光通信容量的最终杀手！限制光通信容量的最终杀手！ 偏振模色散的补偿与抑制偏振模色散的补偿与抑制 如：对轴反相保偏光纤等如：对轴反相保偏光纤等 保偏光纤保偏光纤PMF Polarization Maintaining Fiber X和和y轴的传输损耗一致，但是轴的传输损耗一致，但是 x， y 差别很大，输入某一 偏振态的光，经光纤传输后，偏振态保持不变！ 差别很大，输入某一 偏振态的光，经光纤传输后，偏振态保持不变！ 单偏振光纤单偏振光纤起偏器起偏器 x, y 方向偏振的光，传输损耗差别很大，方向偏振的光，传输损耗差别很大， 光注入后，某一个偏振方向的光迅速率减光注入后，某一个偏振方向的光迅速率减 保偏光纤的典型剖面保偏光纤的典型剖面 单偏振光纤的典型截面单偏振光纤的典型截面 注入金属 空洞 作业：作业： P85 exe. 5.2 exe. 5.3 exe. 5.6 exe. 5.13
