《光纤通信》教案 - 信息与通信工程.PDFVIP

《光纤通信》教案 学院：信息与通信工程学院 通信网技术教研中心 教师姓名：黄治同 课程名称：光纤通信 授课班级：信息与通信工程学院 通信工程专业 116-123 班 授课题目：光纤的色散 1. 教学目的： 1） 掌握光纤中色散的概念和种类； 2） 了解定量分析色散的方法，理解色散参数的物理意义和用途； 3） 理解色散对光纤通信的影响，掌握基本的降低色散的方法。 2. 教学内容： 1） 光纤中色散的概念：当一个光脉冲在光纤中传播的过程中，其中不同的频率 分量，模式分量的传播速度不同，造成了脉冲形状的畸变，这种现象称为光 纤的色散。 2） 光的色散产生的两个条件：其一，输入光信号不是单色光，而是有一定谱宽 的光脉冲（即光源的线宽）；其二，传输媒介是一种色散介质，即不同频率的 分量传输速度不同。实际应用的光源都不可能是严格的单频（跟电脉冲不一 样），所以第一个条件比较容易满足；第二个条件，光纤就是一种典型的色散 介质，但是真空或者空气都不是色散介质。所以彩虹不是随时都可以看到的。 3） 色散的影响：由于不同频率或模式分量的传输速度不同，导致光脉冲在传输 过程中发生畸变，最通常的表现就是脉冲展宽，引起码间干扰，限制了传输 容量和传输距离，因此需要在深入掌握色散机理的基础上研究如何降低色散 的影响。 4） 色散的种类： 模式色散、材料色散、波导色散、偏振模色散，分别为： 模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，即使在同一波长，不同模式沿 光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，从而产生了模式 1 色散。 材料色散：由于光纤材料的折射率是波长λ的函数，从而使光的传输速度随 波长的变化而变化，由此而引起的色散称为材料色散。 波导色散：同一模式的相位常数 β 随波长 λ 而变化，由此而引起的色散称 为波导色散。 偏振模色散：由于实际光纤总是存在一定的不完善性，使得沿着两个不同方 向偏振的同一模式的相位常数β不同，从而导致这两个模式传输不同步，形 成色散。 材料色散和波导色散统称为色度色散； 模式色散只有多模光纤中有，也称为模间色散，与之对应，单模光纤中的材 料色散、波导色散统称为模内色散。 偏振模色散是单模光纤中一种特殊的模式色散，通常很小，在速率不高的光 纤通信系统中一般忽略不计。近年来，随着单纤速率的进一步提升，开始逐 渐受到重视。 5） 色散的定量分析方法：从波包传输的群速度，推导群时延的表达式，进而推 导出色散参数 D 的定义式：单位线宽（两个相隔 1nm）的光信号在光纤中传 输单位长度（一般取1km）后引起的时延差。 推导过程为： 一个光脉冲在光纤中传输的群速度为： 式中： 为光波传输常数； 为角频率。 因此，光脉冲经过单位长度光纤的群时延 为： 若光源的谱宽为 （也可用 表示），经过单位长度光纤传输后的群时延或 脉冲展宽近似为 2 光纤的色散参数 定义为单位线宽光源在单位长度光纤上所引起的时延 差，其公式为