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齐天小圣金虫 (正式写手)
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百思不得其解-------关于光通信色散里的一段说明 已有1人参与
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本人在相关教科书上看到关于光纤色散里，有一段话： “光纤中传输的光信号是用需要传输的信号去调制光源所发出的连续光波产生的,因而这种光信号是由多种频率成分的光波构成的。光信号的频谱宽度决定于光源的线宽和调制信号的频谱。在大多数情形下,光信号的谱宽主要取决于光源的线宽。目前光纤通信中所用的光源主要是半导体发光二极管（LED）和半导体激光器(LD),前者的线宽达数百埃,后者的线宽在1O埃数量级。如果对光源进行调制的脉冲重复频率不超过2.5GHz,则调制带宽仅在0.5埃左右,显然光源本身的谱宽起决定性作用。如果进一步提高光纤传输速率,而且采用线宽极窄的动态单纵模激光器作为光源,则调制信号的带宽将成为影响光信号谱宽的决定性因素。” 关于激光的调制我向来搞不清楚，非常困惑。所以问题多多，这里”如果对光源进行调制的脉冲重复频率不超过2.5GHz,则调制带宽仅在0.5埃左右,显然光源本身的谱宽起决定性作用。“这句话究竟是什么意思？ 什么是调制带宽，2.5GHz和0.5埃的对应关系怎么计算得来的？ 求高手指点或讨论，谢谢 |
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【答案】应助回帖
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| 光是电磁波，而绝对的单色（只有单一频率）光是一个其电场（以及磁场）按正弦规律波动的正弦波。数学上，正弦波的自变量应该是从负无穷到正无穷的，也就是说，这单色光是自古就有，而且永远不变地一直发光下去的。否则，就不是正弦波，其傅里叶变换（频谱）也不是只有一个频率的delta函数。实际的光当然不是这样的，它只能在激光器接通电源后发光，也不可能永远亮下去，而且由于要传输信号，光必须被调制。这样，光就不是正弦波了，被调制的正弦波（例如强度调制的光可以看做是一段一段的正弦波）数学上就是sin函数与时间开关函数的乘积，表现在频谱上，其傅里叶变换当然也不是delta函数了，delta函数的线宽是无穷小的，调制光的线宽因为调制而变宽，这个就是你那本书上所说的“激光调制带宽”。显然，调制速率低时，光波的电磁振荡虽不是严格正弦波，但仍非常接近正弦波，因调制而使线宽变宽的效应弱，光信号的线宽由激光器本身决定，当调制速率高（正弦波被切成更碎的一小段一小段）时，由于调制而使光信号的线宽变宽的效应就强，以至于成为光信号线宽的主要部分。 |
5楼2013-07-18 15:49:03
基极电流
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【答案】应助回帖
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另外我还想说一句：工程上的问题可用适当的数学模型来描述、分析，模型是否合理要看用这个模型处理的结果与实际之间的差距是否过大。以光纤中的光传播为例，多模光纤因为芯层直径较大，可以使用“光线”概念，用几何光学理论进行分析；单模光纤就不适合用几何光学理论了，这时用Maxwell方程在圆柱坐标中的解，同时边界条件时圆柱介质波导（不就是光纤嘛，哈哈）就比较合适，各种导模的截止波长都可以计算出来；但如果涉及到光与波导物质（光纤材料）相互作用、外调制时光与声光电等物理量作用、光源产生（激光器）、光检测等问题时，我觉得Maxwell方程组也不一定管用了，量子光学或者量子电动力学才能解决。需要注意的是，这里说的几何光学、光的电磁理论、量子电动力学不是互相排斥的，几何光学是波动光学的近似（忽略光的波长，这在光学元件的尺寸远比波长大时是合理的），而光的电磁理论又是量子电动力学在某些情况下的近似（光子的传播由光子的波函数描述，波函数模的平方代表光子出现的概率，“某些情况”主要指光子不与电子或其他粒子交换介子），是它的子集。 所以你不要纠结，能解释现象，能分析问题，能得到结果的理论就可以了。实际上，作为一项工程技术，光纤通信方面的理论问题在上世纪六、七十年代就基本解决了，只是现在由于通信业务量日益增大，不断提出新的需求，需要不断按理论实现相应的器件或系统就可以了。 |
10楼2013-07-19 19:46:49
基极电流
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【答案】应助回帖
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不是的。 呵呵，我也没有做定量的计算，实际上我毕业都20多年近30年了，毕业后也不从事这方面的工作，计算起来也不熟练了。但我可以告诉你定量计算的思路：应该是光信号（数学上就是sin函数与时间开关函数的乘积，这里sin函数的频率为f0，对应波长是lamda0，时间开关函数是2.5GHz的方波）通过傅里叶变换转换成频域，在频域中考察信号的频率范围是多少到多少，例如3dB带宽是从f1到f2，这里f1、f2都应该在f0附近。然后再分别把这两个频率换算成波长（注意是真空中的波长，实际上，同一频率的光在真空中的波长和在光纤中的波长是不一样的），假设记作lamda1和lamda2，那么应该是lamda1和lamda2的差约为0.5埃。 |
7楼2013-07-19 10:27:34
goldfox_79
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当然，实际光源不是单色光，频谱当然也不是delta函数。 但是在光功率不太大的情况下（也就是通常情况下，即光纤有源区的能量密度不太大，不至于引起各种非线性效应的情况下），无论描述光场的Maxwell方程，还是Fourier变换，或者你这个问题中的其他方程，都是线性方程，整个系统也是线性时不变系统，所以符合叠加原理。光源虽不是单色光，但可以认为是由各种频率的单色光叠加而成，每种光被调制后，其谱线变宽，叠加后，调制后的光谱线也变宽。 我上面说了，我现在不从事这方面的工作，我只是上世纪80年代光电子专业的学生。所以，我没有图可以给你看。如果你现在在做这方面的工作，如果你有实验条件，有光谱分析仪，倒是可以分别观察一下同一个光源经调制（无论是内调制还是外调制）前后的光谱变化。 |
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