RP 系列激光分析设计软件 | 模间色散

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模间色散(也称为模式色散)是一种现象，即在多模光纤(或其他波导)中传播的光的群速度不仅取决于光学频率(→色散)，还取决于所涉及的传播模式。

图1显示了一个数值模拟，其中一个200 fs的超短脉冲被发射到一个50 cm长的多模光纤中，从而激发多个模式。在光纤之后，由于不同模式的不同群速度，相应的模式的贡献也出现在不同的时间。基模最先出现，因为它最快。

图1:注入50 cm长多模光纤的200 fs输入脉冲的输出功率与时间的关系。

模间色散的强度可以量化为差模延迟(DMD)。它很大程度上取决于纤芯内和周围光纤的折射率分布。例如，对于阶跃折射率分布，高阶模式具有较低的群速度，这可能导致10 ps/m = 10 ns/km数量级的差分群延迟。因此，在一千米长的光纤链路中实现每秒几个G比特的数据速率几乎是不可能的。

在基于多模光纤的光纤通信系统中，模间色散会严重限制可达到的数据传输速率(比特率)。为了避免强烈的信号失真，通常需要将脉冲保持足够长，以保持不同模式分量的合理时间重叠，这不可避免地会限制数据速率。

消除模间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(不考虑可能的偏振模式色散和包层模式)，则传播时间之间不会有差异。不过，使用抛物线折射率分布的多模光纤也能最大程度地减少模间色散。