光波导理论与技术精选PPT.ppt
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1、光波导理论与技术1第1页,此课件共39页哦色散分类波长色散波长色散(色度色散色度色散)色散导致脉冲展宽色散导致脉冲展宽色散色散模式色散(模式色散(偏振模色散本质上也偏振模色散本质上也 是一种模式色散)是一种模式色散)材料色散材料色散波导色散波导色散折射率剖面色散折射率剖面色散材料是频率的函数相位常数是频率的函数相对折射率差是频率的函数,但此项很小模式色散就是第三章讨论的多径色散,一般存在在多模光纤中2第2页,此课件共39页哦6.1色散概述色散概述光纤中群速度的定义光纤中群速度的定义群时延群时延群时延与波长有关群时延与波长有关群时延差与波长有关群时延差与波长有关群时延差与频率有关群时延差与频率有
2、关d-2c d/23第3页,此课件共39页哦6.2材料色散材料色散构成材料的分子、原子可以看成是谐振子,在外加电磁场的作构成材料的分子、原子可以看成是谐振子,在外加电磁场的作用下,它们做受迫振动。用下,它们做受迫振动。介质的折射率写为介质的折射率写为 n=n+jn折射率的实部和虚部折射率的实部和虚部在谐振点附近随频率在谐振点附近随频率的变化情况如左图,的变化情况如左图,一般,介质不止一个一般,介质不止一个谐振点谐振点4第4页,此课件共39页哦6.2材料色散材料色散在谐振点附近,介质产生强烈的吸收,所以工作频率应该在谐振点附近,介质产生强烈的吸收,所以工作频率应该远离这些谐振频率,这样我们只要讨
3、论折射率的实部即可。远离这些谐振频率,这样我们只要讨论折射率的实部即可。折射率计算的近似公式为:折射率计算的近似公式为:折射率对波长的导数为折射率对波长的导数为335第5页,此课件共39页哦6.2材料色散材料色散无界媒质中电磁波的相位常数为无界媒质中电磁波的相位常数为无界媒质中电磁波的相速度无界媒质中电磁波的相速度无界媒质中电磁波的群速度无界媒质中电磁波的群速度群折射率 石英系玻璃的折射率随波长的变化情况石英系玻璃的折射率随波长的变化情况06第6页,此课件共39页哦6.2材料色散材料色散N群时延差群时延差(注意与折射率关于注意与折射率关于的二阶导数成正比的二阶导数成正比),式中式中 ,称称材料
4、的归一化色散系数材料的归一化色散系数7第7页,此课件共39页哦6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤中只有主模式单模光纤中只有主模式LP01,总色散由材料色散、波导色散、折射率剖面色散、以及偏振模色散构,总色散由材料色散、波导色散、折射率剖面色散、以及偏振模色散构成,前三项属于波长色散。这里的波长色散用成,前三项属于波长色散。这里的波长色散用D()表示,单位为表示,单位为ps/nm km,即单位波长间隔的两个频即单位波长间隔的两个频率成分在光纤中传播率成分在光纤中传播1km时所产生的群时延差。时所产生的群时延差。在忽略折射率剖面色散偏振模色散时,可以证明波长
5、色散为:在忽略折射率剖面色散偏振模色散时,可以证明波长色散为:上式上式Dm(),Dw()分别称之为材料色散项和波导色散项,分别表示为分别称之为材料色散项和波导色散项,分别表示为,8第8页,此课件共39页哦6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤的色散及单模光纤的分类上式中上式中N1、N2、b分别为:分别为:、V 的意义与第五章相同,为归一化频率的意义与第五章相同,为归一化频率散的绝对值则由纤芯半径、相对折射率差以及折射散的绝对值则由纤芯半径、相对折射率差以及折射w9第9页,此课件共39页哦6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤的色散及单模光纤的分类率的分布规律决定。一般说来率的分布规
6、律决定。一般说来较大,较大,a较小的则波导色散也就越大,因而零色散波长向长波方向的移动也就较小的则波导色散也就越大,因而零色散波长向长波方向的移动也就越大,越大,。参见下图。参见下图最大色散最大色散十分十分,10第10页,此课件共39页哦6.3单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤的色散及单模光纤的分类单模光纤的分类:单模光纤的分类:1.常规单模光纤常规单模光纤(G.652、G.654),零色散波长,零色散波长01.3001.324 m,在零色散区(,在零色散区(1.2881.339 m)最大色散系数)最大色散系数D()3.5ps/nmkm11第11页,此课件共39页哦6.3单模光纤的色散及单
7、模光纤的分类单模光纤的色散及单模光纤的分类2.色散位移光纤色散位移光纤(DSF)(G.653),零色散波长,零色散波长01.501.60 m,在零色散区(,在零色散区(1.5251.575 m)最大色散系数)最大色散系数D()0正常色散正常色散 0(正常色散正常色散)“+”号对应号对应2 0(反常色散反常色散)对正常色散在对正常色散在T0区域,区域,0 24第24页,此课件共39页哦6.5色散导致的光信号畸变及其对通信的影响色散导致的光信号畸变及其对通信的影响对正常色散在对正常色散在T 0区域,区域,0,频率比原来下降了一点频率比原来下降了一点(0 0,频率越低,频率越低,群速度越快,所以群速
8、度增加,在脉冲后沿,即群速度越快,所以群速度增加,在脉冲后沿,即(T 0区域区域),0,频率上升了一点点,此时频率上升了一点点,此时群速度降低,群速度降低,T 0区域又对应于脉冲前沿,所以脉冲前沿加快意味着脉冲展宽,脉冲后沿群速区域又对应于脉冲前沿,所以脉冲前沿加快意味着脉冲展宽,脉冲后沿群速度降低也以意味着脉冲展宽。同理对于度降低也以意味着脉冲展宽。同理对于2 0,也可这样理解。也可这样理解。这样也给我们指出了一条解决脉冲展宽问题的途径。输入一个带有初始啁啾的脉冲就可这样也给我们指出了一条解决脉冲展宽问题的途径。输入一个带有初始啁啾的脉冲就可以在某段传输距离内抵消一部分由于色散引起的啁啾。当
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