色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信 号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产 生的一种物理效应。
1.平面横电磁波 ( TEM波 )
“平面”表示 波 被偏振化(polarized)在一个平面 内。电场E偏振在x-z平面,E可以改变自身的大小,但不 能脱离x-z平面;磁场H在y-z平面内。可以说E是x偏振, H是y偏振。
“横”表示向量E和H与图中z轴的传播方向垂直。
2. 光纤中E(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)分布是一种近似的TEM波,近似在横 截面上,而且空间指向基本不变。
则矢量E(H)->沿传输方向其方向不变,仅 大小变化的标量E(H),满足标量的亥姆霍兹方程:
又因为: 可得:
2E n 2 E 0
c
2H n 2 H 0
c
c为真空中的光速,ω是光纤中传播的单色光的角频率, 折射率n变化很小。
选用圆柱坐标(r, φ,z),使z轴与光纤中心轴 线一致,将上式在圆柱坐标中展开,
2.3光纤传输特性
光信号经光纤传输后要产生损耗和畸变 (失真),因而输出信号和输入信号不同。
对于脉冲信号,不仅幅度要减小,而且 波形要展宽。产生信号畸变的主要原因是 光纤中存在色散。
损耗和色散是光纤最重要的传输特性。 损耗限制系统的传输距离,色散则限制系 统的传输容量。
光纤色散
著名的牛顿实验:用棱镜将太阳光分解成 不同颜色的光。这里,色散意味着不同波 长的光以不同的角度弯曲。
Jv(ur/a):v阶贝塞尔函数 Kv(wr/a): v阶修正的贝塞尔函数
特征参数
决定光纤传输模式的电磁场分布和性质
u和w决定纤芯和包层横向(r)电磁场的分布,称为横向 传输常数;β决定纵向(z)电磁场分布和传输性质,称为 (纵向)传输常数。