实验 7 色散现象观测实验2011.12.14 一、实现目的1、通过观查并测量单模光纤的13/15 之间以及1550 窗口内两点之间的色散值，了解并掌握 相移法测量单模光纤色散的方法 二、实验原理（一） 、色散概述色散是光纤的传输特性之一由于不同波长的光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽光纤的色散现象对光纤通信极为不利光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错 为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重因此， 为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短光纤的色散可分为：1．模式色散又称模间色散：光纤的模式色散只存在于多模光纤中每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象2．材料色散：含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波在玻璃中的折射 率)(n不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散3．波导色散又称结构色散：它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。
光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用， 被限制在纤芯中传播但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输， 而包层的折射率低、传播速度大， 这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散4、偏振模色散（PMD） ：又称光的双折射，单模光纤只能传输一种基模的光基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x 和 HE11y 所组成若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x 和 HE11y 存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即 x 和 y 方向的折射率不同因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD ） 二） 、色散（带宽）的描述理想圆对称单模光纤的色散（实际上光纤并非理想的圆对称，因此要考虑偏振模色散这里我们只描述理想圆对称情况），由于不存在模畸变（只有一个基模，不存在高阶模，忽略偏振态的改变） ，传导光脉冲的展宽完全是由波导色散和材料色散决定，人们常把这种基模的一个模内的色散定义为模内色散，有时为了和其他色散进行区分，也称色度色散， 表明是和光的“色彩” （波长）有关。
模内色散系数的定义是：单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽（延时差）[ps/（nm·km） ]：]km)ps/(nm[)(dd对所有类型的光纤， 该系数是可以根据测定不同波长的光通过一定长度的光纤的相对时差（延时）来确定的根据国际标准ITU 、IEC 和 EIA/TIA的规定，测量单位光纤长度乘波长的群延时数据，宜用Sellmeier 三项表达式来拟合（适用于单模和多模光纤）三） 、单模光纤色散的测量PCVD 单模光纤色散的测量方法很多，例如相移法（频域法）、脉冲法（时域法） 、干涉法等等， 在图 1 中介绍最常用的ITU 、 IEC 及 EIA/TIA等国际标准推荐的采用“相位移方法”（PHASE-SHIFT METHOD） 图 1 单模光纤色散测量的相位移方框图系统由光源、波长选择器、信号发生器、包层模滤出器、广探测器、时延发生器、鉴相器以及计算机信号处理部分等组成，测量时波长选择器选择波长λ 1，λ2⋯⋯ λN，并且选择信号发生器调制合适的调制频率，使得所有波长的相位延时Φi 满足 2Nπ<Φi<(2N+2) π，于是当波长差别很小的时候，不同波长的时延τi 有下面的关系：)(11 i iiiiD dd即可得到不同波长的色散值。
三、实验装置：1、光纤通信原理实验箱1 台2、20MHz双踪模拟示波器1 台3、万用表1 台4、FC/PC-FC/PC单模光跳线1 根5、850nm光发端机和光收端机（可选）1 套6、ST/PC-ST/PC 多模光跳线（可选）1 根7、连接导线 20根四、实验步骤色散测量1． 接通电源；2． 选择信号源频率为高频率处，将 WDM 的两个连接端子接在1310nm 和 1550nm 两个 LD 的输出上，记录此时鉴相器的读数（1310nm/1550nm 的相位差）；3． 选择信号源频率为高频率处，将 WDM 的两个连接端子接在1310nm 和 1530nm 两个 LD的输出上，记录此时鉴相器的读数（1310nm/1530nm 的相位差）；4． 重复上述2～3 步骤 5～10 次，利用公式计算1550 窗口的待测光纤色散的平均值；光源波长选择器光检测器 鉴相器信号发生器计算机信号处理信号通道时延发生器待测光纤包层模滤出器器。