波導色散

波導色散是對於光纖的某一傳輸模式，在不同的光波長下的群速度不同引起的脈衝展寬。它與光纖結構的波導效應有關，因此也被成為結構色散。

基本介紹

• 中文名：波導色散
• 外文名：waveguide dispersion
• 又稱：結構色散

定義

光纖的第三類色散是波導色散。光纖的纖芯與包層的折射率大於一定程度，波導色散占主導，在交界面產生全反射時，有一部分平行於界面的光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離後，又可能回到纖芯中繼續傳輸。進入包層內的這部分光強的大小與光波長有關，這就相當於光傳輸路徑長度隨光波波長的不同而異。把有一定波譜寬度的光源發出的光脈衝射入光纖後，由於不同波長的光傳輸路徑不完全相同，所以到達終點的時間也不相同，從而出現脈衝展寬。具體來說，入射光的波長越長，全反射角越大，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導引起的，由此產生的脈衝展寬現象叫做波導色散

理解

波導色散是一種由波導效應導致的色散效應：對於一個在波導中的光波，其色散相移與在均勻介質中不同。對一個波導而言，總的色散是材料色散與波導色散的總和。

波導色散可以這樣理解：光波的波矢（K矢量）是一個的與頻率有關分布，而平面波（作為基準）只有一個單獨的波矢量，其正好指向傳播方向。需要注意的是，對於波導中一個特定的傳播模式，其色散是利用傳播常數（單位距離的相移）的虛部分量與頻率的關係計算而出的。

波導色散對於有效模場面積較小的情況極為重要。以光纖而言，特別是某些光子晶體光纖以及某些光纖通信中的單模光纖，波導色散可以經由光纖設計進行調整，從而得到一些特殊的色散需求（參閱色散位移光纖）。對於大模場面積光纖，波導色散是通常可以忽略不計，其材料色散是主要的色散來源。

波導色散是模式本身的色散，是指光纖中某一種波導模式在不同的頻率下，相位常數不同、群速度不同而引起的色散。形象地說，就是理想狀態下光線中的波導只在纖芯中傳輸，但由於光纖的幾何結構、形狀等方面的不完善，使得光波一部分在纖芯中傳輸，而另一部分在包層中傳輸，由於纖芯和包層的折射率不同，這樣造成脈衝展寬的現象，就是波導色散，或稱結構色散。這種色散主要是由光波導的結構參數而決定的。

對於單模光纖來說，由於不存在模式色散，因此這種色散就比較重要。典型的單模光纖的色散與光波之間的關係曲線見圖。虛線代表材料色散，點劃線代表波導色散，實線代表總色散（為材料色散與波導色散的疊加）。