光纤色散

2021年9月14日117

在光纤中传输的光信号(脉冲)的不同频率成分或不同的模式分量以不同的速度传播,到达一定距离后必然产生信号失真(脉冲展宽),这种现象称为光纤色散或弥散。

光纤色散

脉冲展宽:在同一根光纤中,高次模到达终点走的路程长,低次模走的路程短,这就意味着高次模到达终点需要的时间长,低次模到达点需要的时间短。在一条长度相同的光纤上,最高次模与最低次模到达终点所用的时间差,就是这段光纤产生的脉冲展宽。

光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度,也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时,在多模光纤中,光信号还可能由若干个模式叠加而成,也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。

光纤色散产生因素

光纤色散

光纤色散的产生基于两个方面的因素:

一是进入光纤中的光信号不是单色光(光源发出的光不是单色或是调制信号具有一定的带宽);

二是光纤对光信号的色散作用。

光纤色散是指由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的,不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,从而导致信号的畸变。在数字光纤通信系统中,光纤色散使光脉冲发生展宽。当色散严重时,会使光脉冲前后相互重叠,造成码间干扰,增加误码率。所以光纤色散不仅影响光纤的传输容量,也限制了光纤通信系统的中继距离。

光纤色散原理

光纤色散

由于光纤中所传信号的不同频率成分,或信号能量的各种模式成分,在传输过程中,因群速度不同互相散开,引起传输信号波形失真,脉冲展宽的物理现象称为光纤色散。

光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变,从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说,光纤色散分为材料色散,波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起,后一种色散由于信号不是单一模式所引起。

光纤色散种类

光纤色散

光纤色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模式色散四种。其中,模间色散是多模光纤所特有的。

【模式色散】

模式色散由信号不是单一模式携带所导致,也称模间色散。

模式色散在多模光纤中存在许多传输模式,即使在同一波长,不同模式沿光纤轴向的传输速度也不相同,到达接收端所用的时间不同。不同的入射角的光线,在光纤中的传播路径不同,而由于纤芯折射率均匀分布,纤芯中不同路径的光线的传播速度相同,因此不同路径的光线到达输出端的时延不同,从而产生脉冲展宽,形成模式色散。

【材料色散】

→ 材料色散和波导色散是由于同一个模式内携带信号的光波频率成分不同所导致的,所以也称为模内色散。

光纤材料的折射率是波长的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此引起的色散称为材料色散。材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比,所以在系统使用时尽可能选择光谱线宽窄的光源。

【波导色散】

单模光纤中只有约80%的光功率在纤芯中传播,20%在薄层中传播。由于光纤的纤芯与薄层的折射率差很小,因此在交界面产生反射时,就可能有一部分光进入薄层之内。这部分光在薄层内传输一定距离后,又可能回到纤芯中继续传输。进入薄层内的这部分的大小与光波长有关,这就相当于光传输路径长度随光波长的不同而异。

【偏振模色散】

偏振模色散也称为极化色散,由于光信号的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称为偏振模色散。

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