Y8T45 材料色散与波导色散
课本上经常有这么一句描述
G.652光纤材料的零色散波长是1270nm
课本上经常有另一句描述
G.652光纤的零色散波长是1310nm
今天解释一下这二者的区别。
举例，一个DFB激光器做光源，信号进入光纤。DFB是“单横模”“单纵模”激光器。
G.652是常规单模光纤，所谓的单模，是单横模的意思
Y8T42说的就是横模，Y8T42 为何DFB/FP收窄波导会导致发散角增大？
聊激光器的设计时，有这么一段背景
光的干涉是具有时空性， 可基于空间干涉，也可基于时间干涉
横模是能量的分布，在激光器中是基于空间干涉出现的，由波导结构限定。
纵模的频率的分布，在激光器中是基于时间干涉出现的，由谐振腔决定。FP的谐振腔是多纵模，DFB的谐振腔是单纵模，但纵模的宽度较大，外谐振腔/DBR谐振腔是为了降低单纵模的光谱宽度，实现窄线宽（也叫窄谱宽）的设计。
DFB的横模能量分布与纵模（光谱）能量分布都是高斯形态
光信号在光纤中传输，纵模的分布会导致信号“散”开，这种分散的零色散波长在G.652中是1270nm。
纵模的色散，叫材料色散
横模的分布也会导致信号“散”开，横模的色散叫波导色散。
综合考虑横模与纵模的色散，G.652光纤的零色散波长在1310nm
先说纵模的色散，为什么叫做材料色散。光纤的材料是二氧化硅，芯层和包层的折射率不同，是芯层的二氧化硅材料略加入一点点的其他材料，改变折射率，一般是加入锗
光纤的材料，是二氧化硅，这个材料在不同的波长下，折射率不一样
折射率，是光在材料中的传输速度的一个量化指标。折射率的定义如下。
光在真空中的传播速度是个定值，30万公里/秒
光在二氧化硅（也就是玻璃，光纤就是用来传光的玻璃纤维）中的传输速度约为20万公里/秒，所以根据定义，二氧化硅的折射率n=30/20=1.5
但这个材料的光传播速度，并不是定值。和波长相关。不同波长的光在光纤的材料中体现了不同的传输速度。
这是材料特性，波长不同，速度不同，也就是折射率不同。DFB的光谱，有个参数叫光谱宽度，很窄的光谱宽度叫线宽，虽然我们追求理论上的单波长，但实际上有个范围。
由于DFB激光器实际发出的纵模还有一个范围内的纵模分量，而这些分量在光纤的二氧化硅材料中，传输的速度略有不同。这些分量进入光纤后，传输速度的差异导致其在光纤中逐步的“散”开。
因为光源不是理想的单一波长，不同的纵模分量在二氧化硅中，出现速度差异，原因是光纤的材料特性所致，叫做“材料色散”，只考虑这个原因，零色散的理论波长是1270nm
光在光纤中传输，依赖的是“全反射”原理，光在芯和包层的界面，由于全反射，而被限制在纤芯中。在2020合集的167-173页，分解解释了全反射与模场和波长的关系。
光纤的模块直径比纤芯的物理直径要大一些。
原因是光的反射引起的。我们以为的反射如下图
放大后来看，反射是有一个位移的，原因看合集就行。今天只说结论
光主要在纤芯中分布，少部分在包层传输，纤芯是一个较大的折射率，包层是一个较小的折射率，换句话说，二者的光传输速度不同。
也就是我们激光器的横模的分布，主要部分在芯层中传输，小部分在包层传输，同一个信号，速度不同，导致随着传输距离越来越长，出现分散。
这个分散，是由于光波导的能量分布导致的，所以也叫结构色散，或者叫波导色散。
综合这两个色散，G.652光纤的零色散波长是1310nm
