光纤的色散特性.ppt

2020/6/11,Opticalfibercommunications,2020/6/11,Opticalfibercommunications,1、材料色散：n=n()，n是波长的非线性函数。,2、波导色散：同一模式的相位常数随波长而变，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,2020/6/11,Opticalfibercommunications,一、ModelDispersion,Groupdelay:,波长相同，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),2020/6/11,Opticalfibercommunications,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）,：信号纵向相位常数，：角频率,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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,（FullWidthatHalfMaximumFWHM）,2020/6/11,Opticalfibercommunications,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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：,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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,若,实际光纤的h(t)常接近Gaussian型,（忽略损耗）,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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。,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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B,A.,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,：MHzkm，GHzkm,以上指的是光带宽，它是由光功率来定义的。,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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：,2020/6/11,Opticalfibercommunications,六、材料色散,A.相速，群速（PhaseVelocityGroupVelocity）,1、phasevelocity:等相位面传播的速度,2、groupvelocity,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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（）。,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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,2020/6/11,Opticalfibercommunications,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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。,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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）,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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+WaveguideDispersion,2020/6/11,Opticalfibercommunications,九、SIF的色散,基模,模，色散包括Material+WaveguideDispersion,A.波导色散,B.光纤的色散由下式计算,2020/6/11,Opticalfibercommunications,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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1.55m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DispersionshiftedFiberDispersionFlattenedFiber,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：,2020/6/11,Opticalfibercommunications,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