光纤色散对通信传输的影响

光纤色散是光纤传输中一个较为重要的概念，我们一步步解析。

一、光纤色散的定义

光脉冲的不同频率或模式在光纤种速度不同，到达光纤终端有先有后，使光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散。

色散的产生基于两个方面的因素，一是进入光纤的光信号不是单色光（光源发出的光不是单色或是调制信号具有一定的带宽）；二是光纤对光信号的色散作用。

二、光纤色散的分类

【模式色散】

模式色散由信号不是单一模式携带所导致，也称模间色散。

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相同，到达接收端所用的时间不同。

不同的入射角的光线，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，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。

材料色散和波导色散是由于同一个模式内携带信号的光波频率成分不同所导致的，所以也称为模内色散。

【材料色散】

光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比，所以在系统使用时尽可能选择光谱线宽窄的光源。

【波导色散】

单模光纤中只有约80%的光功率在纤芯中传播，20%在薄层中传播。由于光纤的纤芯与薄层的折射率差很小，因此在交界面产生反射时，就可能有一部分光进入薄层之内。这部分光在薄层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入薄层内的这部分的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波长的不同而异。

【偏振模色散】

偏振模色散也称为极化色散，由于光信号的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称为偏振模色散。

三、光纤色散的影响

光纤色散对系统的主要影响是由于脉冲展宽，造成光信号畸变，典型表现为脉冲展宽和峰值功率降低，从而造成系统误码，同样也会影响传输距离的长短，以及系统速率的大小。

色散对于系统的影响

对于传统的传输系统，由于采用的技术如调制方式、纠错方式以及激光器的线宽不同，对色散容限也稍有不同。但色散容限与系统速率的关系基本成平方反比的关系。即系统速率提高4倍，则色散容限小16倍。

偏振模色散对系统的影响

偏振模色散主要可能会引起脉冲信号畸变及脉冲展宽。