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齊天小圣金蟲 (正式寫手)
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百思不得其解-------關(guān)于光通信色散里的一段說明 已有1人參與
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本人在相關(guān)教科書上看到關(guān)于光纖色散里，有一段話： “光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)是用需要傳輸?shù)男盘?hào)去調(diào)制光源所發(fā)出的連續(xù)光波產(chǎn)生的,因而這種光信號(hào)是由多種頻率成分的光波構(gòu)成的。光信號(hào)的頻譜寬度決定于光源的線寬和調(diào)制信號(hào)的頻譜。在大多數(shù)情形下,光信號(hào)的譜寬主要取決于光源的線寬。目前光纖通信中所用的光源主要是半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光器(LD),前者的線寬達(dá)數(shù)百埃,后者的線寬在1O埃數(shù)量級(jí)。如果對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制的脈沖重復(fù)頻率不超過2.5GHz,則調(diào)制帶寬僅在0.5埃左右,顯然光源本身的譜寬起決定性作用。如果進(jìn)一步提高光纖傳輸速率,而且采用線寬極窄的動(dòng)態(tài)單縱模激光器作為光源,則調(diào)制信號(hào)的帶寬將成為影響光信號(hào)譜寬的決定性因素�！� 關(guān)于激光的調(diào)制我向來搞不清楚，非常困惑。所以問題多多，這里”如果對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制的脈沖重復(fù)頻率不超過2.5GHz,則調(diào)制帶寬僅在0.5埃左右,顯然光源本身的譜寬起決定性作用�！斑@句話究竟是什么意思？ 什么是調(diào)制帶寬，2.5GHz和0.5埃的對(duì)應(yīng)關(guān)系怎么計(jì)算得來的？ 求高手指點(diǎn)或討論，謝謝 |
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| 光是電磁波，而絕對(duì)的單色（只有單一頻率）光是一個(gè)其電場(chǎng)（以及磁場(chǎng)）按正弦規(guī)律波動(dòng)的正弦波。數(shù)學(xué)上，正弦波的自變量應(yīng)該是從負(fù)無窮到正無窮的，也就是說，這單色光是自古就有，而且永遠(yuǎn)不變地一直發(fā)光下去的。否則，就不是正弦波，其傅里葉變換（頻譜）也不是只有一個(gè)頻率的delta函數(shù)。實(shí)際的光當(dāng)然不是這樣的，它只能在激光器接通電源后發(fā)光，也不可能永遠(yuǎn)亮下去，而且由于要傳輸信號(hào)，光必須被調(diào)制。這樣，光就不是正弦波了，被調(diào)制的正弦波（例如強(qiáng)度調(diào)制的光可以看做是一段一段的正弦波）數(shù)學(xué)上就是sin函數(shù)與時(shí)間開關(guān)函數(shù)的乘積，表現(xiàn)在頻譜上，其傅里葉變換當(dāng)然也不是delta函數(shù)了，delta函數(shù)的線寬是無窮小的，調(diào)制光的線寬因?yàn)檎{(diào)制而變寬，這個(gè)就是你那本書上所說的“激光調(diào)制帶寬”。顯然，調(diào)制速率低時(shí)，光波的電磁振蕩雖不是嚴(yán)格正弦波，但仍非常接近正弦波，因調(diào)制而使線寬變寬的效應(yīng)弱，光信號(hào)的線寬由激光器本身決定，當(dāng)調(diào)制速率高（正弦波被切成更碎的一小段一小段）時(shí)，由于調(diào)制而使光信號(hào)的線寬變寬的效應(yīng)就強(qiáng)，以至于成為光信號(hào)線寬的主要部分。 |
5樓2013-07-18 15:49:03
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另外我還想說一句：工程上的問題可用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來描述、分析，模型是否合理要看用這個(gè)模型處理的結(jié)果與實(shí)際之間的差距是否過大。以光纖中的光傳播為例，多模光纖因?yàn)樾緦又睆捷^大，可以使用“光線”概念，用幾何光學(xué)理論進(jìn)行分析；單模光纖就不適合用幾何光學(xué)理論了，這時(shí)用Maxwell方程在圓柱坐標(biāo)中的解，同時(shí)邊界條件時(shí)圓柱介質(zhì)波導(dǎo)（不就是光纖嘛，哈哈）就比較合適，各種導(dǎo)模的截止波長都可以計(jì)算出來；但如果涉及到光與波導(dǎo)物質(zhì)（光纖材料）相互作用、外調(diào)制時(shí)光與聲光電等物理量作用、光源產(chǎn)生（激光器）、光檢測(cè)等問題時(shí)，我覺得Maxwell方程組也不一定管用了，量子光學(xué)或者量子電動(dòng)力學(xué)才能解決。需要注意的是，這里說的幾何光學(xué)、光的電磁理論、量子電動(dòng)力學(xué)不是互相排斥的，幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)的近似（忽略光的波長，這在光學(xué)元件的尺寸遠(yuǎn)比波長大時(shí)是合理的），而光的電磁理論又是量子電動(dòng)力學(xué)在某些情況下的近似（光子的傳播由光子的波函數(shù)描述，波函數(shù)模的平方代表光子出現(xiàn)的概率，“某些情況”主要指光子不與電子或其他粒子交換介子），是它的子集。 所以你不要糾結(jié)，能解釋現(xiàn)象，能分析問題，能得到結(jié)果的理論就可以了。實(shí)際上，作為一項(xiàng)工程技術(shù)，光纖通信方面的理論問題在上世紀(jì)六、七十年代就基本解決了，只是現(xiàn)在由于通信業(yè)務(wù)量日益增大，不斷提出新的需求，需要不斷按理論實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的器件或系統(tǒng)就可以了。 |
10樓2013-07-19 19:46:49
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不是的。 呵呵，我也沒有做定量的計(jì)算，實(shí)際上我畢業(yè)都20多年近30年了，畢業(yè)后也不從事這方面的工作，計(jì)算起來也不熟練了。但我可以告訴你定量計(jì)算的思路：應(yīng)該是光信號(hào)（數(shù)學(xué)上就是sin函數(shù)與時(shí)間開關(guān)函數(shù)的乘積，這里sin函數(shù)的頻率為f0，對(duì)應(yīng)波長是lamda0，時(shí)間開關(guān)函數(shù)是2.5GHz的方波）通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換成頻域，在頻域中考察信號(hào)的頻率范圍是多少到多少，例如3dB帶寬是從f1到f2，這里f1、f2都應(yīng)該在f0附近。然后再分別把這兩個(gè)頻率換算成波長（注意是真空中的波長，實(shí)際上，同一頻率的光在真空中的波長和在光纖中的波長是不一樣的），假設(shè)記作lamda1和lamda2，那么應(yīng)該是lamda1和lamda2的差約為0.5埃。 |
7樓2013-07-19 10:27:34
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6樓2013-07-19 09:10:35
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當(dāng)然，實(shí)際光源不是單色光，頻譜當(dāng)然也不是delta函數(shù)。 但是在光功率不太大的情況下（也就是通常情況下，即光纖有源區(qū)的能量密度不太大，不至于引起各種非線性效應(yīng)的情況下），無論描述光場(chǎng)的Maxwell方程，還是Fourier變換，或者你這個(gè)問題中的其他方程，都是線性方程，整個(gè)系統(tǒng)也是線性時(shí)不變系統(tǒng)，所以符合疊加原理。光源雖不是單色光，但可以認(rèn)為是由各種頻率的單色光疊加而成，每種光被調(diào)制后，其譜線變寬，疊加后，調(diào)制后的光譜線也變寬。 我上面說了，我現(xiàn)在不從事這方面的工作，我只是上世紀(jì)80年代光電子專業(yè)的學(xué)生。所以，我沒有圖可以給你看。如果你現(xiàn)在在做這方面的工作，如果你有實(shí)驗(yàn)條件，有光譜分析儀，倒是可以分別觀察一下同一個(gè)光源經(jīng)調(diào)制（無論是內(nèi)調(diào)制還是外調(diào)制）前后的光譜變化。 |
9樓2013-07-19 18:58:14
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