模式色散 Intermodal dispersion

2022-11-15 14:09:19 浏览:438

定义

光在波导结构中传播的群速度取决于波导模式的现象。

模态间色散(也称为模态色散)是光在多模光纤(或其他波导)中传播的群速度不仅取决于光学频率(→色散)而且取决于所涉及的传播模式的现象。

图1显示了一个数值模拟,其中将200 fs的超短脉冲发射到50厘米长的多模光纤中,从而激发多个模态。 在光纤之后,由于模态的群速度不同,相应的贡献出现在不同的时间。 基本模式是第一位的,因为它是最快的。

图1:注入 50 cm 长的多模光纤的 200 fs 输入脉冲的输出功率与时间的关系。 数值模拟是用RP光纤功率软件完成的。

图2:与图1相同情况下的随时间变化的输出光束曲线。

多峰色散的强度可以量化为差模延迟(DMD)。 它在很大程度上取决于光纤芯内和周围的光纤的折射率分布。 例如,对于阶跃指数曲线,高阶模式具有较低的群速度,这可能导致10 ps/m = 10 ns/km量级的差异群延迟。 这样就几乎不可能在一公里长的光纤链路中实现几千兆字节/秒的数据速率。

在基于多模光纤的光纤通信系统中,多模联运色散会严重限制可实现的数据传输速率(比特率)。 为了避免强烈的信号失真,通常需要保持脉冲足够长的时间,以保持来自不同模式的组件的合理时间重叠,这不可避免地会限制数据速率。

消除多模态色散的自然方法是使用基于单模光纤的光纤链路:如果只有一种传播模式可用(忽略可能的偏振模色散和包层模式),则传播时间之间没有差异。 然而,通过使用具有抛物面折射率曲线的多模光纤,也可以最大限度地减少多峰色散,其中多峰色散最小化。

参考文献

[1] R. Paschotta, tutorial on "Passive Fiber Optics", Part 10: Nonlinearities of Fibers and Part 12: Ultrashort Pulses

作          者: 泮桥成像光电商城

出          处: https://www.ipanqiao.com/entry/1549

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