光的色散是谁发现的(揭晓光的色散产生原因)

三百多年前,欧洲一个阳光灿烂的下午,牛顿设下这样的局。

光的色散是谁发现的(揭晓光的色散产生原因)

让太阳投在三棱镜里,透过棱镜,光就散在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色的彩带里,投在房子里一块幕布里。就这样,看似透明的太阳光在三棱镜的加持下变幻出不可思议的色带。

光的色散是谁发现的(揭晓光的色散产生原因)

在此之后牛顿在幕布中部再开一竖直裂缝,幕布背面排列第二三棱镜及第二幕布。

只见他旋转第一三棱镜把红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7条彩带按顺序投影在第一块幕布缝隙处,然后通过第二三棱镜投影在第二块幕布处。奇迹横空出世,但见第二块幕布顺序出现的竟是单一色彩的光芒。示意图见下图:

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到现在为止,太阳光已经分离为各种单一颜色展现在第二幕布之上,牛爵爷用三棱镜参天机:光能发散!太阳光就像被封印起来一样,在普通的表象下面是一个色彩斑斓的核心。这,便是我们今天所要研究的光线色散问题。

色散怎么来的?

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在三棱镜实验中,太阳光(也就是复合光)从空气进入玻璃,又从玻璃进入空气,发生两次折射。须知一切事物都具有趋利性,当折射出现后,光线就会很自然地选择最短路径向前移动,同时将能量损耗降到最低。由以上牛顿三棱镜实验可知,复合光实质上由许多单一的不同色彩的光线所构成,它们具有不同波长,且不同波长光线能量的大小相差甚远。众口难调的是,不同波长的光线在折射之后如何选择道路上存在着差异,因此,走出三棱镜之后便“分道扬镳”起来。

那么光线为什么是发散的呢?本来,引起这种发散的是光线的波长,波长不一致的光线在介质中折射率不一致、传播速度(路径)不一致,势必引起光线(们)发散传播而形成色散。

光线色散现象表明光线在介质内传播速度和折射率显着相关,折射率越大光速越小,如下式所示:

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色散的作用

尽管色散能帮助我们走入一个五颜六色的彩色世界,但在通信领域中,色散就真的没有那么美丽了。

光信号通过光纤传输时色散是造成损耗最主要原因之一。

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旄因,光线折射率造成色散,色散使光线脉冲形成码间干扰而使输出端展宽。

何谓展宽?

展宽是指由于折射率的差异而使不同波长光线在介质内传播速度不一样,由此引起的光谱宽度的增大。也就是说一束光经过介质的传输后,某些光波的折射率会很大,严重地偏离了跑道。

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有的光波折射率很小,尽管是歪的,但是也可以按设定的方向行进。

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光波们之间的不协调现象使这束光宽大于进入介质前的光宽,从而产生展宽。

当色散存在时,光信号传输得越远,展宽就越大,其结果是信号失真和误码率特性变坏,极大地影响了信息传输质量。

对于色散对通信带来的影响怎样避免?3

怎样避免色散带来的影响呢?

影片狮子王有一句话说得好:这个世界上的一切生命,都是在一种微妙的平衡之中存活下来的。

光的色散是谁发现的(揭晓光的色散产生原因)

通过长期探索研究发现采用补偿方法来均衡色散损失。在众多补偿方法当中色散补偿光纤技术得到了较为认可。

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一般单模光纤系统工作波长1550nm处光纤正色散较大。

正色散特点:折射率随波长增加而逐渐降低。

根据补偿思想,必须对这些光纤加入负色散来补偿色散,以确保整个光纤线路总色散接近于0。色散补偿光纤(DCF)是一种主要针对1550nm波长的新型单模光纤,在1550nm处具有很高的负色散(负色散和正色散则表现出相反的特质),可应用于一般单模光纤系统的色散补偿,下图为1550nm补偿后正负色散总和趋于0。

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如下图所示,色散补偿光纤用于单模光纤中的计算公式。

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在实践中,该传输线路将DCF与单模光纤进行串联,对单模光纤1550nm波长范围内的正色散进行补偿,从而实现了中继距离的加长,降低损耗,以达到高速度,大容量和远距离通信。见下图:

光的色散是谁发现的(揭晓光的色散产生原因)

DCF用作色散补偿有如下的优点:

补偿效果明显,系统运行平稳。

操作简单,补偿光纤与传输系统直接连接就可以达到补偿的目的。

色散补偿量随用随控,随传输系统的实际要求随调

友情提示:光信号从传输线路中跑得太远,会造成其他损失,如:线路衰减。为避免线路衰减应考虑采用EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)掺饵光纤放大器。

好啦,关于色散故事到此结束~

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