文档介绍：上式右边第一项为材料色散
式中,λ的单位为nm。
当λ=1273nm时,M2(λ)=0。式()第二项为波导色散,其中δ=(n3-n2)/(n1-n3),是W型单模光纤的结构参数,当δ=0时,相应于常规单模光纤。含V项的近似经验公式为
经简化,得到单位长度的单模光纤色散系数为
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其值由实验确定。SiO2材料M2(λ)的近似经验公式为
图 不同结构单模光纤的色散特性
不同结构参数的C(λ),,,~,(c)(a)。
式中,λ0为中心波长。利用σλ<< λ0,可以把时间延迟τ(λ)展开为泰勒级数
τ(λ)=τ0+(λ-λ0)C0+(λ-λ0)2C′0/2 ()
式中,τ0=τ(λ0),C0=C(λ0),C′0=。
光源的影响存在色散[C(λ)≠0]的条件下,光源对光纤脉冲展宽的影响可以分为三种情况。
多色光源:设Δωλ(光源频谱宽度)>> Δωs (调制带宽) ,且光谱不受调制的影响。
这相当于多纵模半导体激光器的情况。考虑rms 谱线宽度为σλ的高斯型光源,其功率谱密度为
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把rms 脉冲宽度为σ1的高斯型光脉冲(用功率表示)输入长度为L的单模光纤,在中心波长λ0远离零色散波长λd,即|λ0-λd|>>σλ/2的条件下,输出光脉冲仍保持高斯型,设其rms 脉冲宽度为σ2,由式()、式() 和式()得到
作为一级近似,σ≈|C0|Lσλ。由式()可以计算出3dB光带宽,。
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由长度为L的单模光纤色度色散产生的脉冲展宽为
σ22=σ21+(C0Lσλ)2+ ()
图 常规单模光纤带宽和波长的关系
上式右边第二项为光纤产生的脉冲展宽。
和多色光源不同, 单色光源脉冲展宽与输入脉冲宽度σ1有关。根据式(), 可以选取使输出脉冲宽度σ2最小的最佳输入脉冲宽度σ1
单色光源:设Δωλ(光源频谱宽度)<< Δωs (调制带宽) 且中心波长不受调制的影响。
这相当于锁模激光器和稳定的单频激光器。
在长度为L的单模光纤上,输入和输出的光脉冲都是高斯型,其 rms 脉冲宽度分别为σ1和σ2,经计算得到
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由此得到最佳输出脉冲宽度
(σ2)最佳=
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中等谱宽:设光源的频谱宽度Δωλ和调制带宽Δωs相近(Δωλ≈Δωs),这相当于频谱宽度较大的单纵模激光器。在这种情况下,
式中,ω为光源的 rms频谱宽度(用角频率表示)。同样可以选取使σ2最小的最佳σ1。
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式中,nx和ny分别为x-和y-方向的等效折射率。
偏振模色散本质上是模式色散,由于模式耦合是随机的, 因而它是一个统计量。
目前虽没有统一的技术标准,。
由于存在偏振模色散,即使在色度色散C(λ)=0的波长,带宽也不是无限大,。
偏振模色散:实际光纤不可避免地存在一定缺陷,如纤芯椭圆度和内部残余应力,使两个偏振模的传输常数不同,这样产生的时间延迟差称为偏振模色散或双折射色散。
偏振模色散Δτ取决于光纤的双折射,由Δβ=βx-βy≈nxk-nyk得到,
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光纤损耗
损耗的存在光信号幅度减小限制系统的传输距离。
在最一般的条件下,在光纤内传输的光功率P随距离z的变化,可以用下式表示
习惯上α的单位用dB/km, 由式()得到损耗系数
Po=Pi exp(-αL) ()
设长度为L(km)的光纤,输入光功率为Pi,根据式(),输出光功率应为
式中,α是损耗系数。
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1. 损耗的机理
,图中示出各种机理产生的损耗与波长的关系,这些机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。
吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。
散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利(Rayleigh )散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。
瑞利散射损耗是光纤的固有损耗,它决定着光纤损耗的最低理论极限。