光纤色散的分类

光纤模式色散原理光纤模式色散（Mode dispersion）是指在光纤中不同传输模式的光信号由于传播速度不同而导致的时间延迟或频率偏移现象。

它是光纤通信系统中的一个重要的限制因素，会导致光脉冲的展宽和扩散，最终影响信号的传输性能。

光纤模式色散主要由两个因素引起：多模干涉色散和单模色散。

多模干涉色散是由于光纤中存在多个传输模式，不同传输模式的相速度不同，导致的相互干涉引起的色散效应。

而单模色散则是由于光纤中心折射率与外围折射率不同，导致不同频率的光信号在光纤中传播时折射率变化，从而引起的频率色散效应。

多模干涉色散是由于光纤中心折射率高于外围的情况下，光信号传播时会在纵向和横向方向上发生多次反射。

不同传输模式的光信号在经过这些反射过程后，会在接收端产生时延和频率偏移。

这种色散现象会导致信号的展宽，使得接收端无法准确地识别和解码信号。

单模色散是由于光纤中心折射率与外围折射率之差，导致不同频率的光信号在经过光纤传播时，折射率的变化程度不同。

高频信号的光子更容易逃逸出纤芯，而低频信号则被束缚在纤芯中。

这种频率依赖的折射率变化会导致光信号在传播过程中频率的偏移。

频率偏移会导致信号的相位差异，进而影响信号的传输质量。

为了减小光纤模式色散的影响，可以采取以下几种措施：1.单模光纤：采用单模光纤可以消除多模干涉色散的影响。

单模光纤仅支持一个传输模式，从而避免了多个传输模式之间的相互干涉。

2.色散补偿：使用色散补偿技术，例如光纤光栅和光纤光栅衍射器，可以对不同传输模式的信号进行相位调整，从而消除由于多模干涉色散引起的时延和频率偏移。

3.光纤设计：通过改变光纤的结构参数，例如纤芯尺寸、折射率分布等，可以减小光纤中心与外围折射率之差，从而降低单模色散的影响。

例如，采用光纤的波导设计可以改变折射率分布，减小单模色散。

4.光纤传输系统设计：在光纤传输系统中，可以采用预调制和解调技术，通过对信号进行调制和解调来消除光纤模式色散的影响。

色散及其补偿介绍目录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。

光纤传输中的色散理论2011.2.14摘要：随着光纤通信系统中信号速率的提高和传输距离的增加，光纤的色散、非线性效应，以及二者之间的相互作用成为限制系统性能的重要因素。

目前，在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等实际应用中，色散特性显得十分重要。

本文首先简单介绍了光纤通信的发展，重点讲述了光纤传输过程中的色散特性。

接着我们从麦克斯韦方程组出发,建立了光脉冲在光纤中传播的理论模型。

在只考虑色散效应的情况下,对该理论模型进行进一步的研究,数值模拟出高斯光脉冲在光纤中的传输状态,并讨论了色散对光脉冲传播特性的影响。

最后分别研究了光纤传输系统的几种色散补偿技术。

关键词：光脉冲，色散，麦克斯韦方程组，色散补偿Dispersion in Fiber TransmissionABSTRACT：Fiber dispersion ,fiber nonlinearity and their interaction become the essential limiting factors of fiber communication systems with theincreasing of bit rate and transmission distance. At present, dispersion characteristics are very important for realistic applications of optical fiber communications, dispersion compensation and nonlinear optics. The article introduces development of fiber communication ，and undertakes a detailed study of dispersion in fiber transmission. then we proceed from Maxwell’s equations to built a theoretic model that describes the propagation of optical pulse in fiber. A further discussion about this theoretic model is proposed in the case of only considering dispersion. The transmission state of Gauss optical pulse in fiber was simulated numerically ,and the influence of dispersion on transmission characteristics of optical pulse is discussed. Finally,the fundamental principle of dispersion compensation are given.Key words:optical pulse , dispersion, Maxwell’s equations ,dispersion compensation一 引 言数据业务，特别是占主导地位的IP 业务量的爆炸式增长，对数据网的带宽、传输距离、容量等性能提出了更高的要求。

四、简答题：1.简述影响光纤接续质量、造成光纤接续损耗的原因。

答：影响光纤接续质量、造成光纤接续损耗的原因：光纤的轴向错位、光纤端面切割角度不良、光纤端面不清洁、光纤的芯径或折射率不同、熔接机放电强度或光纤推进量不合适等。

2. 什么是光纤寿命?在施工过程中应注意哪些因素?答：光纤的使用寿命常称为光纤寿命。

从机械性能讲，寿命指断裂寿命。

在光缆施工中应注意张力，避免造成光纤断裂；应注意光纤接头盒中光纤余长处理和光缆预留等处的弯曲半径及可能产生光纤残余应力的各种状态。

同时，应注意光缆、光纤安装环境，高、低温影响和水、潮气浸入，以及减少光纤断裂等因素，延长光缆使用寿命。

3．请写出光缆中继段光纤线路衰耗值计算公式，并注明公式中字母的含义。

答：中继段光纤线路衰耗计算公式：YXLAcsmnnnααα++=∑=1（dB）式中：nα——中继段中第n段光纤的衰减系数（dB/km）；L n——中继段中第n段光纤的长度（km）；sα——固定连接的平均损耗（dB/个）；X——中继段中固定接头的数量；cα——活动连接器的插入损耗（dB/个）；Y——中继段活动连接器的数量。

4．什么是光缆配盘？答：光缆配盘是根据路由复测计算出的光缆敷设总长度以及光纤全程传输质量要求，选择配置单盘光缆，光缆配备是为了合理使用光缆，减少光缆接头和降低接头损耗，达到节省光缆和提高光缆通信工程质量的目的。

5．在工程中光纤连接损耗的监测为什么普遍采用OTDR？答：目前，工程中光纤连接损耗的监测普遍采用OTDR。

采用OTDR监测的优点是：OTDR 不仅能测量接头损耗，还能显示端头到接头点的光纤长度，继而推算出接头点至端局的实际距离，又能观测被接光纤段是否在光缆敷设中已出现损伤和断纤，这对现场施工有很好的提示作用。

6.简述光纤熔接法的操作步骤。

答：连接电源，并打开熔接机电源开关；选择熔接机的熔接程序；将热缩管事先套入被接光纤中，制备光纤端面（去除涂覆层、清洗裸纤、切割光纤端面）、光纤的熔接、接头的增强保护。

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。

PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD）。

二、色散（带宽）的描述模内色散系数的定义是：单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽（延时差）[ps/（nm·km）]。