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由于光纖中所傳信號的不同頻率成分， 或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中， 因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。光纖色 散的存在使傳輸?shù)男盘柮}沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機(jī)理上說， 光纖色散分為材料色散， 波導(dǎo)色散和模式色散。 前兩種色散由于信號不是單一頻率所引 起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。光纖色散如圖2-19所示。

圖2-19 光纖色散

---- 單模光纖中只傳輸基模(主模) HE 11 ( LP 01 ),總色散由材料色散、波導(dǎo)色散組成。這兩 種色散都與波長有關(guān)，所以單模光纖的總色散也稱為波長色散。光纖的波長色散系數(shù)是單 位光纖長度的波長色散， 通常

用表示，單位為 。光纖的波長色散總

系數(shù)為：

(2-77)

是純 材料色散系數(shù)， 為：

(2-78)

為波導(dǎo)色散系數(shù)， 為：

）

(2-79)

式中，

為信號的波長； 為真空中的光速； 為光纖材料的折射率； 為信號的相位傳播常數(shù)。

材料色散

---- 材料色散：是光纖材料的折射率隨頻率（波長)而變，可使信號的各頻率（波長)群速度不同引起色散，如圖2-20所示。

 

 

圖2-20 材料色散

波導(dǎo)色散

---- 波導(dǎo)色散是模式本身的色散。即指光纖中某一種導(dǎo)波模式在不同的頻率下，相位常數(shù)不同，群速度不同而引起的色散。

---- 波導(dǎo)色散是光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，如圖2-21所示。從圖中可看出，在一定的波長范圍內(nèi)，波導(dǎo)色散與材料色散相反為負(fù)值，其幅度由纖芯半徑

、相對折射率差 及剖面形狀決定。通常通過采用復(fù)雜的折射率分布形狀和改變剖面結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法獲得適量的負(fù)波導(dǎo)色散來抵消石英玻璃的正色散，從而達(dá)到移動零色散波長的位置，即使光纖的總色散在所希望的波長上實現(xiàn)總零色散和負(fù)色散的目的。正是這種方法才研制出色散位移光纖、非零色散位移光纖。

 

圖2-21 波導(dǎo)色散

---- 圖2-22為單模石英光纖中材料色散、波導(dǎo)色散及總色散與波長的關(guān)系?？偵椴牧仙ⅰ⒉▽?dǎo)色散的近似相加。從圖中可以看到，在某個特定波長下，材料色散和波導(dǎo)色散相抵消，總色散為零。對普通的單模光纖?？偵榱愕牟ㄩL在1.31μm，這意味著在這個波長傳輸?shù)墓饷}沖不會發(fā)生展寬。在波長1.55μm，雖然損耗最低，但在該波長上的色散較大，如將零色散波長從1.31μm移到1.55μm，這就是色散位移光纖(DSF)。這種低損耗色散的光纖，對長距離大容量光纖通信系統(tǒng)十分有利。

---- 顯然，為了把零色散波長從1.31μm移到1.55μm，可以增加波導(dǎo)色散的絕對值。

 

圖2-22 改變纖芯半徑

來移動零色散波長

模式色散

--- 模式色散是指多模傳輸時同一波長分量的各種傳導(dǎo)模式的相位常數(shù)不同，群速度不同，引起到達(dá)終端的光脈沖展寬的現(xiàn)象。如圖2-23所示。

 

圖2-23 模式色散

--- 對于漸變型光纖，由于離軸心較遠(yuǎn)的折射率小，因而傳輸速度快。離軸心較近的折射率大，因而傳輸速度慢。結(jié)果使不同路程的光線到達(dá)輸出面的時延差近似為零，所以漸變型多模光纖的模式色散較小。如圖2-24所示。

 

圖2-24 漸變型多模光纖的模式色

--- 對于多模光纖，模式色散通常占主導(dǎo)地位。單模光纖只存在一個模式，所以，單模光纖沒有模式色散。

2．5．4 非色散位移單模光纖、色散位移單模光纖

1、非色散位移單模光纖ITU-T G.652

--- G.652 稱為非色散位移單模光纖，也稱為常規(guī)單模光纖，其性能特點是：(1)在1310nm波長處的色散為零。(2)在波長為1550nm附近衰減系數(shù)最小，約為0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系數(shù)，為17ps/(nm·km)。（3）這種光纖工作波長即可選在1310nm波長區(qū)域，又可選在1550nm波長區(qū)域，它的最佳工作波長在1310nm區(qū)域。G.652 光纖是當(dāng)前使用最為廣泛的光纖。

2、色散位移單模光纖ITU-T G.653

--- G.653稱為色散位移單模光纖。色散位移光纖是通過改變光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)、折射率分布 形狀，力求加大波導(dǎo)色散，從而將零色散點從1310nm位移到1550nm，實現(xiàn)1550nm處最低衰 減和零色散波長一致。這種光纖工作波長在1550nm區(qū)域。它非常適合于長距離單信道光纖通信系統(tǒng)。