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本教程包含以下部分: T'W@fif ① 玻璃光纤中的导光 V/t/uNm ② 光纤模式 `d,v ③ 单模光纤 *ku}.n ④ 多模光纤 eb` ! ⑤ 光纤末端 4uX|2nJ2!; ⑥ 光纤接头 B2kKEMdGg ⑦ 传播损耗 {0(:5% ⑧ 光纤耦合器和分路器 `)aIFAW ⑨ 偏振问题 On`T
pz/ ⑩ 光纤的色散 .="/n8B ⑪ 光纤的非线性 B=<Z@u Nn/f*GDvK ⑫ 光纤中的超短脉冲和信号 yIq.
m= ⑬ 附件和工具 #^>Md59N !T|q/ri 这是 Paschotta 博士的无源光纤教程的第 10 部分 prdc}~J8{ @CB&*VoB i"_@iN0N vyA
`Z1 第十部分:光纤的色散 E2nsBP=5C + g*s%^(E 2=%R>&]* AY(z9&;6 llE_-M2gH 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。 !H^e$BA RxB9c(s^@ e[($rsx +7V4mF!u 色散的起源 /QW-#K|S& \i.Yhl:O ?= RC?K nYb{?{_ca8 在光纤中,色散来自两个完全不同的来源: q(XO_1W0V 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。 K;'s+ZD 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。 lh]Q\ s#*
DY {aoG60N +FBUB \:5M0 了解波导色散 S2\|bs7;J, P 5_l& oD8X]R,
H GE!fh1[[u 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。 "Nh}_jO 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。 7Ap==J{a XIRvIwO
图 1: “方形纤芯光纤模式的幅度分布。 [rO TWN U?e.)G 对于色散,重要的是 z 方向的相位超前。相位常数为: zqlgJn {x\lK; 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。 tPz!C&.= 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。 wgcKeTD9 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。 d) $B vwIP8z~< ;Ob`B@!=b XNaiMpp' QT)5-Jy 多模光纤的色散 f2]O5rXp =C4!h'hz qgkC) ;a9`z+ K 在实际光纤中,由于圆对称、可能是平滑的折射率分布和显着延伸到包层的模式,我们通常会遇到更复杂的情况。然而,各种基本方面与上述示例中的基本相同。作为一个更现实的例子,让我们看看多模锗硅光纤的模式。图 2 显示了指数分布和径向模式函数。 P>wTp) 64 83v' =2& |