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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标题: ( 2 )光纤色散
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat May 10 13:51:29 2003) , 转信

光脉冲在光纤中以群速传播，群速随频率而变，
光脉冲中不同频率的分量将以不同速度传播，导致脉冲分散
，称为群速色散，起因于光纤材料的本征特性和光纤波导的
结构特性，分别称为材料色散和波导色散[4][5][6]。材料色散
起因于光波电场与介质材料束缚电子的相互作用，可用
材料线性折射率n0(ω)与频率的关系来分析，束缚电子与
光频率发生谐振时，对n0(ω)的贡献最大，远离谐振时，
n0(ω)可用塞尔迈耶尔(Sellmeier)方程近似计算：
(1.2.3)
式中ωj与Aj(j=1,2,···n)分别为谐振频率和强度，
可通过拟合实验测得的色散曲线求得[7]，对块状熔石英[8]，
取n=3，可得相应的Aj与ωj＝2πc/λj（c为真空中光速），
分别为A1=0.696，A2=0.408，A3=0.897，λ1=0.0684μm，
λ2=0.116μm，λ3=0.90μm。由于不同频率分量的光波以
不同的速度c/n0传播，所以色散将引起脉冲展宽，限制
光通信系统的通信容量。通常光纤的色散特性可用中心频率
ω0处的传输常数k的级数展开来描述[9]：
(1.2.4)
式中
(m=0,1,2,···) (1.2.5)
与折射率有关:
(1.2.6)
(1.2.7)
k2称为群速色散或群色散。普通单模光纤在λ=λ0(=1.33μm)处，
k2=0，称为零色散波长，而在λ<λ0时，k2>0；λ>λ0时，k2<0，
其值可按下式近似计算：
(1.2.8)
分别称正色散或正常色散和负色散或异常色散。k3及更高阶km称为
高阶色散，在零色散点附近传输光脉冲时，高阶色散的影响不可忽视。
在光纤技术文献中，常用群时延参量D来表示群色散大小，
简称色散参数，其值为
(1.2.9)
代表相隔1nm间隔的两个光波行进1Km距离后到达
时间的延迟量，单位为[ps/nm·Km]。在正色散波长区，
光脉冲的高频分量（蓝移）比低频分量（红移）行进得快，在负色散区则相反。
以后将看到
惫饴龀宀ǔう?λ0时，负色散和非线性
效应相互作用，可支持亮孤子传输，而在λ<λ0的正色散区，将支持暗孤子传输
[11][12]。
两种孤子均可支持高速通信。
除材料色散外，光纤的波导结构亦对群色散产生影响，
减弱了折射率对ω的依赖关系。光纤总色散是波导色散
与材料色散之和，可以通过光纤结构参数设计，将零色散波长
从λ=1.3μm移到具有损耗最小的波长λ=1.55μm处，这种光纤
称为色散位移光纤（DSF）[13]。

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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]

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