单模光纤的色散
单模光纤传输色散的主要原因
单模光纤传输色散的主要原因单模光纤是一种用于光通信的传输介质，它具有传输带宽大、传输损耗小的优势，因此被广泛应用于长距离的光通信系统中。
然而，在光纤传输过程中，会出现一种现象称为色散，它会影响信号的传输质量和距离。
本文将介绍色散的主要原因以及对光纤传输的影响。
色散是指光信号在传输过程中不同波长的光的传播速度不同，从而导致光信号发生扩散现象。
色散的主要原因可以归结为两点：色散介质的折射率对波长的依赖性以及光纤的结构特性。
色散介质的折射率对波长的依赖性是导致色散的主要原因之一。
在光纤中，光信号是通过光的全反射来进行传输的。
而光在光纤中的传播速度与介质的折射率有关。
不同波长的光在同一介质中的折射率是不同的，这就导致了不同波长的光在传输过程中会出现不同的传播速度。
当光信号中包含多个波长的光同时传输时，由于波长的差异，它们会以不同的速度传播，从而导致光信号的扩散现象，即色散。
光纤的结构特性也会影响光信号的传输质量和距离。
光纤是由芯和包层构成的，芯是光信号传输的核心部分，而包层则用于保护和引导光信号。
而光纤的结构特性主要体现在芯的直径和包层的折射率上。
当光纤的芯直径较大时，光信号在传输过程中会发生多次反射，从而导致不同路径的光信号传播时间不同，进而引起色散现象。
此外，包层的折射率也会影响光信号的传输速度，当包层的折射率不均匀或与芯的折射率存在差异时，也会导致光信号的色散。
色散对光纤传输的影响主要体现在两个方面：信号失真和传输距离的限制。
由于不同波长的光在传输过程中会以不同的速度传播，当光信号中包含多个波长的光同时传输时，它们会在一定距离后发生扩散，导致信号失真。
这会降低光信号的传输质量，使得接收端无法正确解读信号。
此外，色散还会限制光信号的传输距离。
由于光纤中不同波长的光在传输过程中会以不同的速度传播，当传输距离较长时，不同波长的光会逐渐分离，使得信号质量下降，传输距离受到限制。
为了克服色散对光纤传输的影响，人们采用了一系列的补偿措施。
单模光纤偏振模色散PMD
单模光纤偏振模色散PMD测试摘要：研究PMD产生的原因、机理和影响，研究光纤PMD测量、控制和补偿方法，研究PMD对光缆和光缆链路的影响，对保障光纤通信系统的性能具有重要意义。
本文将着重对单模光纤PMD测试技术和不稳定因素进行论述。
关键词：PMD、干涉法、色散一、引入近几年，电信市场发展迅速，住宅用户和商业用户数量都大幅增长，网络业务量也呈指数般上升。
据信息产业部最新公布数据表明：截止2004年5月底，中国固定电话用户达到2.904亿户，移动电话用户达到3.006亿户，互联网拨号用户5359.9万户，互联网专线用户6.7万户，宽带接入用户1659.7万户。
巨大的用户群带来海量的通信流量，而如此大的流量需求，对现有光网络系统能力提出了严峻挑战，也推动了光网络建设，光纤通信系统向大容量、高速率、长距离方向发展，使得原本对低速系统而言可以忽略不计的非线性效应和偏振模色散（PMD）等光纤性能缺陷成为限制系统容量升级和传输距离的主要因素，人们越来越重视非线性效应和偏振模色散（PMD）的影响。
二、单模光纤的偏振模色散产生机理随着单模光纤在测试中应用技术的不断发展，特别是集成光学、光纤放大器以及超高带宽的非零色散位移单模光纤即ITU-T G655光纤的广泛应用，光纤衰减和色散特性已不是制约长距离传输的主要因素，偏振模色散特性越来越受到人们重视。
偏振是与光的振动方向有关的光性能，我们知道光在单模光纤中只有基模HE11传输，由于HE11模由相互垂直的两个极化模HE11x和HE11y简并构成，在传输过程中极化模的轴向传播常数βx和βy往往不等,从而造成光脉冲在输出端展宽现象。
如下图所示：图1：PMD极化模传输图因此两极化模经过光纤传输后到达时间就会不一致，这个时间差称为偏振模色散PMD （Polarization Mode Dispersion）。
PMD的度量单位为匹秒（ps）。
光纤是各向异性的晶体，光一束光入射到光纤中被分解为两束折射光。
光纤的色散波长范围
光纤的色散波长范围
光纤的色散波长范围取决于它的材料、制造工艺和设计。
光纤的色散分为色散波长和色散量两种。
1. 色散波长（Dispersion wavelength）：光纤在这个波长附近的色散效应最为显著。
不同材料的光纤具有不同的色散波长范围。
- 单模光纤：单模光纤的色散波长范围通常在1.26μm至1.64μm之间。
这个范围内的光纤称为C波段光纤。
- 多模光纤：多模光纤的色散波长范围通常在0.8μm至1.4μm之间。
这个范围内的光纤称为通用光纤。
2. 色散量（Dispersion）：光纤在特定波长下的色散量用来描述光信号在光纤中传播时的色散现象。
色散量通常以补偿模的传输距离（Dispersion Compensated Fiber Length）来表示。
不同材料、制造工艺和设计的光纤具有不同的色散量。
总结来说，光纤的色散波长范围可以根据材料和设计进行调整，但常见的单模光纤的色散波长范围是在1.26μm至1.64μm之间，多模光纤的色散波长范围通常在0.8μm至1.4μm之间。
常用光纤色散系数-电缆情缘网
使用波长
光纤主要尺寸参数 光纤类别 光纤数目 2003年12月20日
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华信邮电咨询设计研究院有限公司
(2)光纤类别的代号及其意义 J--------二氧化硅系多模渐变型光纤； Z-------二氧化硅系多模准突变型光纤； X-------二氧化硅纤芯塑料包层光纤； T--------二氧化硅多模突变型光纤； D-------二氧化硅系单模光纤； S-------塑料光纤。 (3)光纤主要尺寸参数 用阿拉伯数字以微米为单位表示多模光纤的芯径/包层直径或单模光纤 的模场直径/包层直径。 (4)传输性能代号 由使用波长、损耗系数及模式带宽的代号(a，bb，cc三组数字 代号)构成。用a表示使用波长代号，其阿拉伯数字代号规定如下： 1--------使用波长850nm区域，2---------使用波长1310nm区域，3-------使用波长1550nm区域。 bb表示损耗系数代号，cc表示模式带宽系数代 号(单模光纤无此项)。
2003年12月20日
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华信邮电咨询设计研究院有限公司
2、光纤通信的特点
(1)优点：
传输频带极宽，通信容量很大 传输衰减小，距离远 信号串扰小，传输质量高 抗电磁干扰，保密性好 光纤尺寸小，重量轻，便于运输和敷设 耐化学腐蚀，适用于特殊环境 原材料资源丰富,节约有色金属
(2)缺点：
光纤弯曲半径不宜过小 光纤的切断和连接操作技术要求较高 分路、耦合操作繁琐
我国自70年代初就已开始了光通信技术研究，1977年，武汉邮科院 研制出中国第一根多模光纤，其在850nm地衰减系数为300dB/km。
1979年建立了用多模短波长光纤进行的8Mbt/s、5.7km室内通信系统。 1987年底，建成第一个国产长途光通信系统，由武汉－荆州，全长约 250km，传输34Mbit/s。
1.5单模光纤
法二：制作可能高的双折射光纤，使两个基模的传 输系数之差很大，使光纤微扰产生的耦合作用很 小，当光纤输入端激发起某一个极化方向的基模 时，可以在较长的距离里保持它的主导地位，从 而得到单模单极化传输；
法三：把光纤设计成水平极化或垂直极化被，使 两个极化方向的模式的传输损耗不等，以致使 其中一个截止，得到绝对单模光纤。
两模式间的相位差
两个正交的LP01模 Ex E0 cos cos( t x z) Ey E0 sin cos( t x z)
y
xz
Ex、Ey平方相加得椭圆公式，长轴Emax与x轴夹
角ψ
tan 2 tan 2 cos tan 2 cos( y x )z
可见，输入线极化波，沿线可能变成椭圆极化、 圆极化、线极化等，使极化方向旋转。
1.5 单模光纤
单模光纤应用范围：光通信、光纤传感器、激光放 大器件等 1.5.1 单模光纤的基本分析 传输基模是HE11模（或LP01模），但其简并度为2； 理想阶跃折射率光纤，归一化频率V<2.405时
横向电场分量：
定义λc为单模光纤截止波长，则有
2 n0a 2
c
2.405
当传输光波长大于λc时，满足在该光纤中的单模传输条件
1.5.2 单模光纤的结构
常规型
W型
凹陷型
多层结构：纤芯、内包层、外包层。
采用内包层的作用： 减小基模的损耗；
（电磁场集中纤芯←→单模传输） 得到纤芯半径较大的单模光纤； （单模传输←→ 非线性光学效应）
1.5.3 单模光纤的频率色散
材料色散；波导色散 1、单模光纤频率色散的计算
单位长度的光纤中的传输时延 d d Ld
光纤的色散及降低色散的措施
(3.20)
它决定一阶群（速度）色散，称作色散参量，它是由于Vg 与 有关引起的（许多
书中称此参量为二阶色散，它是从 () 对 的二阶微商定义的，而从式 ()
v 看， 与相速度对 的二阶微商有关，因此称作二阶色散；但是从群速度看 与
群速度对 的一阶微商有关，因此称作一阶群色散）。第三项系数 为二阶群色散 （有些人称此为三阶色散，这是从相速度对频率的三阶微商而得名）。
反常色散： 0 ， dVg 0 ， D 0 d
(3.23b)
1.2 色散位移光纤（DSF）和非零色散位移光纤（NZ—DSF）
由于总色度色散是由材料色散和波导色散构成的， 材料色散基本不能改变，而波导色散是由波导结构尺寸 决定的，最简单的改变波导色散的办法就是改变芯径尺 寸。纤芯直径下降可使波导色散下降（数值更负），从而 总色散零点就可向长波长移动，这就是色散位移光纤 （DSF）。更复杂的波导结构，如多包层结构也可使色散 零点向长波长移动。 人们一度认为色散位移光纤是最理想的光纤，限制光纤传 输特性(比特率距离积 )的两大因素，衰减和色散在
6. 用单模光纤消除模式色散 单模光纤是在给定工作波长内只能传输单一基模的光纤。前面有关
阶跃折射率光纤的讨论中已经指出，当满足单模传输条件时，光纤中只 能传输 LP01模(即矢量模的 HE11 模)，此种光纤即称作单模光纤。
为了满足单模传输条件(归一化频率V 2.40483),V 要足够小，即在 光纤材料（包括纤芯和包层材料）和工作波长一定的条件下，纤芯半径 a
由式(3.20)可进一步得到
d
d
(1/Vg )
1 Vg2
dVg
d
(3.21)
在光纤通信技术中常用色散系数 D 表示群色散，定义为：
17-光纤色散及补偿方法简述
目录色散及其补偿介绍 (2)一、色散的基本概念 (2)1.1 基本概念 (2)1.2 光纤中色散的种类 (2)1.3 光纤色散表示法 (2)1.4 单模光纤的色散系数 (3)1.5 光纤色散造成的系统性能损伤 (3)1.6 减小色散的技术 (4)1.7 偏振模色散（PMD） (6)二、非线性问题 (7)色散及其补偿介绍当前，光纤通信正向超高速率、超长距离的方向发展。
EDFA的出现为1.55um波长窗口实现大容量、长距离光通信创造了条件，并使光纤通信中衰耗的问题得到了一定的解决。
然而光纤的色散影响仍然是制约因素之一，加之引入光放大器使光信号功率提高之后，光纤的非线性影响又突显出来。
一、色散的基本概念1.1 基本概念光纤色散是由于光纤所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象。
所谓群速度就是光能在光纤中的传输速度。
所谓光信号畸变，一般指脉冲展宽。
1.2 光纤中色散的种类光纤中的色散可分为材料色散、波导色散、模式色散。
材料色散和波导色散也称为模内色散，模式色散也称为模间色散。
材料色散是由于光纤材料的折射率随光源频率的变化引起的，不同光源频率所所应的群速度不同，引起脉冲展宽。
波导色散是由于模传播常数随波长的变化引起的，与光纤波导结构参数有关，它的大小可以和材料色散相比拟。
材料色散和波导色散在单模光纤和多模光纤中均存在。
模式色散是由于不同传导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度，所引起的脉冲展宽。
模式色散主要存在于多模光纤中。
简而言之，材料色散和波导色散是由于光纤传输的信号不是单一频率所引起的，模式色散是由于光纤传输的信号不是单一模式所引起的。
1.3 光纤色散表示法在光纤中，不同速度的信号传过同样的距离会有不同的时延，从而产生时延差，时延差越大，表示色散越严重。
因而，常用时延差来表示色散程度。
时延并不表示色散值，时延差用于表示色散值。
若各信号成分的时延相同，则不存在色散，信号在传输过程中不产生畸变。
单模光纤中的色散及色散补偿技术
单模光纤中的色散及色散补偿技术This manuscript was revised on November 28, 2020光通信光纤中的色散补偿技术(原理、优点、缺点)姓名:__彭坚大_ 学号:_ 专业班级:_电04摘要：本文叙述了光通信系统中一个重要的参数——色散，详细介绍了各种色散补偿技术的原理,以及色散补偿光纤和啁啾光纤光栅色散补偿等多种解决方案的特点。
Abstract: This paper describes an important parameter dispersion in optical communication systems. The principles of various dispersion compensation techniques and the characteristics of dispersion compensation fiber and chirped fiber grating dispersion compensation are introduced in detail.关键词：色散效应，色散补偿1.引言色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起传输信号畸变的一种物理现象。
在光纤中,脉冲色散越小,它所携带的信息容量就越大。
其链路的色散累积直接影响系统的传输性能,自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。
所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题，研究宽带多波长色散补偿具有重要意义。
光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。
但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。
解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。
2.色散补偿原理光纤色散述语一、色散及其表示：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色散。
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光纤色散
在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成份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），这种现象称为光纤的色散或弥散。
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。
光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。
其中，模间色散是多模光纤所特有的。
这四种色散作用还相互影响，由于材料折射率n是波长λ（或频率w）的非线性函数，d2n/d2λ≠0，于是不同频率的光波传输的群速度不同，所导致的色散成为材料色散。
由于导引模的传播常数β是波长λ(或频率w)的非线性函数，使得该导引模的群速度随着光波长的变化而变化，所产生的色散成为波导色散（或结构色散）。
偏振模色散指光纤中偏振色散，简称PMD(polarization modedispersion)，它是由于实际的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，引起信号失真。
不同的导引模的群速度不同引起的色散成为模间色散，模间色散只存在与多模光纤中。
色散限制了光纤的带宽—距离乘积值。
色散越大，光纤中的带宽—距离乘积越小，在传输距离一定（距离由光纤衰减确定）时，带宽就越小，带宽的大小决定传输信息容量的大小。
光纤色散可以使脉冲展宽，而导致误码。
这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。
一般来说，光纤色散包括材料色散和波导结构色散两部分，材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性，而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向。
材料色散与波导色散都与波长有关，所以又统称为波长色散。
材料色散：是由光纤材料自身特性造成的。
石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。
光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。
当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速C之间的关系为：
v=C/n
光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。
因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。
波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。
这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。
把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。
具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。
这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
一、概述色散是光纤的传输特性之一。
由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。
光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。
为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。
另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。
因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
光纤的色散可分为：1．模式色散又称模间色散
光纤的模式色散只存在于多模光纤中。
每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。
2．材料色散
含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。
3．波导色散又称结构色散
它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。
光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。
但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。
4、偏振模色散（PMD）又称光的双折射
单模光纤只能传输一种基模的光。
基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。
若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。
因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。
光纤的色散主要有材料色散、波导色散和模间色散三种
一、群速度色散补偿
1.采用谱宽很窄的DFB（分布反馈激光器）光源，半导体激光器的典型线宽为1nm到几nm，发光二极管的典型现款为10~40nm，而DFB激光器的谱宽约为0.5nm；
2.利用色散移位光纤，使它的最小耗损波长接近于零色散波长；
3.采用各种色散补偿器件/技术，如色散补偿光纤，预chirp技术，中频反转技术，chirp布拉格光栅，光孤子，色散支持传输，预啁啾等。
二、偏振色散补偿
1.光域补偿
2.电域补偿。