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          光纖模式與模式色散

          信息來源:本站 日期:2018-12-12 

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                 如圖所示,一般來說,光纖大致分階躍折射率分布光纖和漸變折射率分布光纖。階躍折射率光纖又根據纖芯的大小分單模光纖和階躍折射率多模光纖[6],如圖3(a)和(b)所示。漸變折射率分布光纖也是多模的,如果將折射率分布做成如公式(4)的拋物線分布,則光線在其中可以周期性地聚焦,這種光纖也叫自聚焦光纖。500w光纖激光焊接機

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          圖(a) 階躍折射率分布多模光纖; (b) 階躍折射率單模光纖; (c) 漸變折射率分布多模光纖


                 其中,a是纖芯的半徑是相對折射率差,一般來說,Δ≈0.01?1。


                所謂光纖模式是光纖中能夠存在的穩定光場形態。如果用幾何光學來描述光纖模式,可以粗略地用纖芯中不同角度全反射的不同光線來表示。如圖4(a)所示,接近臨界角θc入射的光線表示最高階模式,入射角大一些的光線代表低階模式,沿軸線傳播的光線代表基模。500w光纖激光焊接機

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          (a) 光纖模式色散示意圖; (b) 模式色散導致的誤碼


                一個光脈沖從光纖左端射入,由于不同模式光線沿軸線方向的傳播速度不同,造成在不同模式中的光脈沖到達光纖右端的時間不同,最后合成的光脈沖將是一個展寬的脈沖,這就是光纖中的模式色散現象。模式色散會導致光纖通信產生誤碼,如圖4(b)所示,假設待傳輸的碼流是“110101”,有光脈沖時記為“1”碼,沒有光脈沖時記為“0”碼。如果模式色散造成光脈沖展寬,展寬到一定程度,“0”碼處也有光功率,極易判斷為“1”碼,這就是誤碼。500w光纖激光焊接機


                對于階躍折射率分布光纖,其最大模式(接近臨界角θc的光線)傳輸L距離所需時間為

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                基模傳輸L距離所需時間為

                模式色散定義為光傳輸單位距離產生的最大時間差(也叫時延差)為

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                將階躍折射率多模光纖的典型數值代入公式(7),n1=1.500,n2=1.489,則Δ≈0.011,模式色散Δτ=55ns/km。如果對應于某傳輸碼率,傳輸信號的比特周期至少要求與模式色散相當,則傳輸20km,傳輸碼率被限制在1Mbit/s以下,這是一個非常低的傳輸容量,因此階躍折射率多模光纖不適合目前要求的高速率光纖通信系統。500w光纖激光焊接機

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