t
t2
t1
Ln1
C sin 0

Ln1 C
L ( n1 C n2
1)
Ln1 C
渐变型光纤的模式色散
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线，其中正弦幅 度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光线传输路程短，但由于 渐变型光纤纤芯折射率分布在轴心处最大并沿径向逐渐减小，所以 正弦幅度最大的光线由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正 弦幅度最小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果在 到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐变型多模光纤 的模式色散较小。
二、色散的种类
模式色散 材料色散 波导色散
模式色散
模式色散是由于光纤不同模式 在同一波长下传播速度不同， 使传播时延不同而产生的色散。 只有多模光纤才存在模式色散， 它主要取决于光纤的折射率分 布。
阶跃型光纤的模式色散
在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端面 临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条光线 代表一种模式，则不同入射角的光线代表不同的 模式，不同入射角的光线，在光纤中的传播路径 不同，而由于纤芯折射率均匀分布，纤芯中不同 路径的光线的传播速度相同，均为，因此不同路 径的光线到达输出端的时延不同，从而产生脉冲 展宽，形成模式色散。
一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为
m

1 2
n(0) C
2
材料色散
材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的
光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材料折射率的波长特性和
光源的谱线宽度。
对于谱线宽度为Δ λ 的光波，经过长度为L的光纤后，由材料色
散引起的时延差为
c

L C
阶跃型光纤中模式色散示意图
图中，沿光纤轴线传播的光线①传播路径最短，经过长度为L的 光纤传播时延t1最小,等于
t1

Ln=1 C
Ln1 C
光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时来自延t2是最大时延，等于：
t2

L / sin0
C / n1
=
Ln1
C sin 0
所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δ t为：
光纤的色散特性
内容
一、色散的定义 二、色散的种类及其产生原因 三、色散的计算分析 四、单模光纤的色散波谱特性
色散的定义
光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距 离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉 冲展宽的物理效应。色散主要影响系统的传输容量， 也对中继距离有影响。色散的大小常用时延差表示， 时延差是光脉冲中不同模式或不同波长成分传输同 样距离而产生的时间差。
单模光纤色散波谱特性曲线




d 2n
d2
该式也可写成
c m
式中，C = 3×108m/s,是真空中的光速,
—是光源的谱线宽度
波导色散
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而 产生的色散。取决于波导尺寸和纤芯包层的相 对折射率差。
波导色散和材料色散都是模式的本身色散， 也称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散， 又有模内色散，但主要以模式色散为主。而单 模光纤不存在模式色散，只有材料色散和波导 色散，由于波导色散比材料色散小很多，通常 可以忽略。