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本教程包含以下部分: 7!]$XGz[ ① 玻璃光纤中的导光 GXr9J rs.e ② 光纤模式 CJ8X Ky
③ 单模光纤 FF0N{bY ④ 多模光纤 Dwj!B;AZ_ ⑤ 光纤末端 9 ]c2ub7 ⑥ 光纤接头 &-:ZM0Fl ⑦ 传播损耗 Yev] Lp ⑧ 光纤耦合器和分路器 2RFYnDN ⑨ 偏振问题 @mSdksB/L ⑩ 光纤的色散 AA6_D?)vv ⑪ 光纤的非线性 ='`z s{(aW5$!s ⑫ 光纤中的超短脉冲和信号 f7Y0L8D ⑬ 附件和工具 @i'RIL} 9.{u2a\ 这是 Paschotta 博士的无源光纤教程的第 10 部分 6NPCp/ (+`pEDD{X jV2L;APCq ,|D_? D)U 第十部分:光纤的色散 ]i(tou-[i qjFz}6 /BjM&v(5/ ]P;uQ! P^&%T?Y6z 色散是光在光纤中传播的相速度和群速度取决于光频率的现象。它与光纤的许多应用有关。例如,它对光纤通信中电信信号的传播和超短脉冲的传播有很大的影响。
AyKvh {F6>XuS=u ;IZ*o<_ 9UsA>m. 色散的起源 j]U sb_7 ELf cZfJ @<=x fs VkTdpeBV 在光纤中,色散来自两个完全不同的来源: <o@&I "
o 玻璃材料具有一些材料色散,例如应用于在该玻璃的均匀片中传播的平面波。这意味着折射率与波长有关。 g HdNqOy
c 还有波导色散:由于在光纤中我们没有平面波(即使光纤模式通常具有平面波前),而是空间受限的光波,因此修改了色散。 mFfw*,M @}eEV[Lli f!%G{G^` dn(I$K8 !~Gx@Ro 了解波导色散 #5)0~4%l 7r;7'X5 7#d>a=$h TUHm.!+a 考虑一个有点人为的情况,波导色散更容易理解:从端面看,光纤纤芯为方形而不是圆形,在 x 和 y 方向上的宽度为 a 。我们还假设高指数对比度,因此至少低阶模式在核心之外基本上没有强度。在这种情况下,每个模场(在纤芯内)本质上是四个平面波的叠加。有两个在 ± x 方向具有波矢量分量,另外两个在 ± y 方向具有波矢量。 rH*1bDL 由于模式场必须在核心的边缘消失,波矢量的 x 分量必须满足条件 k x a = j x π 和正整数模式索引 j x。( k x 是 x 方向上每单位长度的相位超前。)类似的规则适用于 y 方向。图 1 显示了 j x = 3 和j y = 4 的横向幅度分布。 F*m^AFjs w^OV;gp
图 1: “方形纤芯光纤模式的幅度分布。 C))5,aX ,5!&} 对于色散,重要的是 z 方向的相位超前。相位常数为: cq lA"Eof yMaU`z 这是由一个简单的计算得出的:我们有一定幅度的波矢量,由核心的波长和折射率 n 决定,并且该波矢量具有根据毕达哥拉斯定律加起来的横向和纵向分量。 2-!OflkoM0 我们现在看到,高阶模式具有较低的相位常数 β ,主要是因为它们的波矢量分量更强烈地相对于光纤轴倾斜。这意味着它们的相速度v ph = ω / β 高于基本(最低阶)模式的相速度。 Geyy!sr`` 群速度是导数 d β / d ω 的倒数。由于每个模式都具有与波长无关的横向分量,因此对于高阶模式,它的 β 随频率上升得更快。(随着频率的增加,2 π n / λ 的增加而不增加横向分量意味着纵向分量的上升更快。)因此,高阶模式具有较低的群速度。 Loz5[L XJg8-)T# NwAvxN<R(f L7i2is =og>& K 多模光纤的色散 TL& |