波导色散

更新时间:2024-07-01 12:41

波导色散是对于光纤的某一传输模式,在不同的光波长下的群速度不同引起的脉冲展宽。它与光纤结构的波导效应有关,因此也被成为结构色散。

定义

光纤的第三类色散是波导色散。光纤的纤芯与包层的折射率大于一定程度,波导色散占主导,在交界面产生全反射时,有一部分平行于界面的光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后,又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关,这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后,由于不同波长的光传输路径不完全相同,所以到达终点的时间也不相同,从而出现脉冲展宽。具体来说,入射光的波长越长,全反射角越大,进入包层中的光强比例就越大,这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的,由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散

理解

波导色散是一种由波导效应导致的色散效应:对于一个在波导中的光波,其色散相移与在均匀介质中不同。对一个波导而言,总的色散是材料色散与波导色散的总和。

波导色散可以这样理解:光波的波矢(K矢量)是一个的与频率有关分布,而平面波(作为基准)只有一个单独的波矢量,其正好指向传播方向。需要注意的是,对于波导中一个特定的传播模式,其色散是利用传播常数(单位距离的相移)的虚部分量与频率的关系计算而出的。

波导色散对于有效模场面积较小的情况极为重要。以光纤而言,特别是某些光子晶体光纤以及某些光纤通信中的单模光纤,波导色散可以经由光纤设计进行调整,从而得到一些特殊的色散需求(参阅色散位移光纤)。对于大模场面积光纤,波导色散是通常可以忽略不计,其材料色散是主要的色散来源。

波导色散是模式本身的色散,是指光纤中某一种波导模式在不同的频率下,相位常数不同、群速度不同而引起的色散。形象地说,就是理想状态下光线中的波导只在纤芯中传输,但由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善,使得光波一部分在纤芯中传输,而另一部分在包层中传输,由于纤芯和包层的折射率不同,这样造成脉冲展宽的现象,就是波导色散,或称结构色散。这种色散主要是由光波导的结构参数而决定的。

对于单模光纤来说,由于不存在模式色散,因此这种色散就比较重要。典型的单模光纤的色散与光波之间的关系曲线见图。虚线代表材料色散,点划线代表波导色散,实线代表总色散(为材料色散与波导色散的叠加)。

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