光纖中的色散
在光纖等光學(xué)介質(zhì)中纷责，有三種類型的色散：色度透绩、模態(tài)和材料色散庭再。
色度色散(chromatic dispersion)
色度色散由發(fā)射體的光譜寬度決定的士八。光譜寬度決定了從LED或激光發(fā)射的不同波長的數(shù)量裙秋。光譜寬度越小琅拌，發(fā)射的波長就越少缨伊。因?yàn)檩^長的波長比較短的波長(更高的頻率)傳播得更快，這些較長的波長會(huì)比較短的波長先到達(dá)光纖的末端进宝，將信號(hào)傳播出去刻坊。
減小色散的一種方法是減小發(fā)射源的譜寬。例如党晋，激光的光譜寬度比LED更窄谭胚。
單色激光器只發(fā)出一個(gè)波長的光，因此對(duì)色度色散沒有貢獻(xiàn)未玻。
模間色散(modal dispersion)
模間色散涉及到每條光線的路徑(模式)灾而。如上所述，大多數(shù)發(fā)射源發(fā)射多種不同的模式扳剿。有些光線會(huì)直接通過光纖的中心(軸向模式)旁趟，而其他的會(huì)不斷地從包層/核心邊界反彈，沿著波導(dǎo)之字形前進(jìn)庇绽，如下圖所示锡搜。
以銳角進(jìn)入的模態(tài)稱為高階模態(tài)。這些模態(tài)在光纖中傳播的時(shí)間比低階模態(tài)要長得多瞧掺，因此對(duì)模間色散有貢獻(xiàn)耕餐。降低模間色散的一種方法是使用梯度折射率光纖。與階梯折射率光纖中的兩種不同的材料不同辟狈，漸變折射率光纖的包層是摻雜的肠缔，因此折射率在許多層上逐漸降低。纖維類型的對(duì)應(yīng)截面如下圖所示哼转。
在漸變折射率光纖中明未，光線的路徑更加彎曲。高階模的大部分時(shí)間是在附近的低折射率包層中傳播纖維的外部释簿。這些低折射率的芯層允許光比高折射率的中心層傳播得更快亚隅。因此硼莽，高階模的高速度補(bǔ)償了高階模的長路徑庶溶。一個(gè)好的波導(dǎo)設(shè)計(jì)可以顯著地減少模間色散。
使用單模光纖可以完全消除模間色散懂鸵。顧名思義偏螺，單模光纖只傳輸一種模式的光，因此沒有由于模間色散導(dǎo)致的信號(hào)光展寬匆光。帶有單模光纖的單色激光器完全消除了光波導(dǎo)中的色散套像，但由于其復(fù)雜性和費(fèi)用，通常用于非常長距離的應(yīng)用终息。
材料色散(material dispersion)
材料色散是由于折射率對(duì)纖芯材料的波長依賴性造成的夺巩，而波導(dǎo)色散則是由于模態(tài)傳播常數(shù)對(duì)光纖參數(shù)(纖芯半徑贞让、纖芯和纖包層折射率差)和信號(hào)波長的依賴性造成的。材料色散與波導(dǎo)延遲失真柳譬、差分模態(tài)延遲和多模態(tài)群延遲擴(kuò)展一樣喳张，會(huì)導(dǎo)致群延遲失真。
光纖色散補(bǔ)償裝置
色散管理是在傳輸路徑中設(shè)計(jì)光纖和補(bǔ)償元件美澳，使總色散保持在一個(gè)小的數(shù)字销部。
通常，色散補(bǔ)償元件每隔100公里左右放置一次制跟。
下圖顯示了每20公里(+D) NZ-DSF和(-d) NZ-DSF交替長度的光纖路徑的性能舅桩。
前20公里的光纖長度為(+D) NZ-DSF，因此色散增加到60 ps/nm雨膨。接下來的20公里光纖是(-D) NZ-DSF型擂涛，所以色散逐漸減小為零。這個(gè)模式重復(fù)兩次以上聊记。在120公里光纖路徑的末端歼指，色散已恢復(fù)到接近于零的水平。
但在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中甥雕，光纖已經(jīng)放置好踩身，而且很可能是NDSF類型的光纖。
全世界80%以上的單模光纖是NDSF型的社露。在這些情況下挟阻，一種更常見的控制色散的方法是使用DCM(色散補(bǔ)償模塊)，它被放置在周期性的間隔中峭弟。
DCM通常有兩種類型附鸽。第一種是DCF或色散補(bǔ)償光纖。這只是一個(gè)特殊類型的纖維具有非常大的負(fù)色散的卷瞒瘸。典型的DCF色散范圍為-80 ps/(nm?km)坷备，因此20 km的DCF可以補(bǔ)償100 km NDSF的色散。
第二種類型的DCM是FBG(光纖光柵)類型情臭。在這里省撑，一系列光纖光柵或一個(gè)很長的光纖光柵被寫入數(shù)十米長的光纖中進(jìn)行色散補(bǔ)償。這兩種類型的DCM都具有較高的插入損耗俯在。一個(gè)60公里的補(bǔ)償器可能顯示6分貝或更多的損失竟秫。因此，DCM通常與EDFA位于同一位置跷乐。
