三百多年前的歐洲，在一個(gè)充滿陽(yáng)光的午后，牛頓布下了這樣一個(gè)局。

讓陽(yáng)光投射到三棱鏡上，穿透棱鏡后，光線散開成了由紅橙黃綠青藍(lán)紫組成的彩帶，投射到屋中的一個(gè)幕布上。就這樣，看似透明的太陽(yáng)光在三棱鏡的加持下變幻出不可思議的色帶。

這之后，牛頓又將幕布的中間打開一條垂直的裂縫，在幕布的后面布置了第二個(gè)三棱鏡和第二塊幕布。

只見他轉(zhuǎn)動(dòng)第一個(gè)三棱鏡，將紅橙黃綠青藍(lán)紫七條彩帶依次投射到第一個(gè)幕布的裂縫上，再經(jīng)過第二個(gè)三棱鏡投射到第二塊幕布上。奇跡誕生了，只見第二塊幕布上依次呈現(xiàn)的竟然是單一顏色的光。示意圖如下所示：

至此，太陽(yáng)光被分離成了多種單一顏色呈現(xiàn)在第二塊幕布上，牛爵爺利用三棱鏡參破了天機(jī)：光是可以分散的!太陽(yáng)光仿佛被封印了一般，平凡的的外表下有一顆色彩豐富的內(nèi)核。這，就是我們現(xiàn)在常說的光的色散。

1色散是如何產(chǎn)生的?

三棱鏡實(shí)驗(yàn)中，太陽(yáng)光(也就是復(fù)合光)從空氣進(jìn)入玻璃中，再由玻璃進(jìn)入空氣，發(fā)生了兩次折射。要知道，萬(wàn)物皆有趨利性，折射發(fā)生時(shí)，光也會(huì)自然而然的選擇最短的路徑，在盡量減少能量損耗的情況下前進(jìn)。從上面牛頓的三棱鏡實(shí)驗(yàn)中，我們知道復(fù)合光本質(zhì)上是由很多不同顏色的單一光組成的，這些光具備不同的波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)的光的能量大小是有懸殊的。眾口難調(diào)，不同波長(zhǎng)的光對(duì)折射后如何選路產(chǎn)生了分歧，于是，出三棱鏡后就“分道揚(yáng)鑣”了。

所以，光為什么會(huì)分散?原來(lái)，造成這種分散的就是光的波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)的光在介質(zhì)里的折射率不同，傳播速度(路徑)也不同，必然會(huì)造成光(們)的分散傳播，色散就形成了。

光的色散現(xiàn)象說明光在介質(zhì)中的傳播的速度與折射率有很大的關(guān)系，折射率越大光速越小，見下面的公式：

2色散的影響

盡管色散能幫助我們走入一個(gè)五顏六色的彩色世界，但在通信領(lǐng)域中，色散就真的沒有那么美麗了。

光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)倪^程中，色散是導(dǎo)致?lián)p耗的重要因素之一。

這是由于，光的折射率引起了色散，色散導(dǎo)致了光脈沖產(chǎn)生碼間干擾，從而在輸出端產(chǎn)生展寬。

什么是展寬呢?

展寬就是不同波長(zhǎng)的光在介質(zhì)中因?yàn)檎凵渎什煌瑢?dǎo)致傳播速度不同，從而產(chǎn)生的光譜寬度增加。換言之，就是一束光在介質(zhì)中傳送時(shí)，有些光波折射率大，嚴(yán)重偏離跑道。

有些光波折射率小，雖然歪歪扭扭，但也能按照既定方向前進(jìn)。

光波們的不和諧現(xiàn)象導(dǎo)致了這一束光的寬度比進(jìn)入介質(zhì)之前大了，形成了展寬。

有色散的情況下，光信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，展寬越嚴(yán)重，后果就是信號(hào)失真，誤碼率性能惡化，嚴(yán)重影響信息的傳送質(zhì)量。

針對(duì)色散給通信造成的影響，如何規(guī)避呢?

3如何規(guī)避色散的影響?

電影獅子王中有句話說的好：世界上所有的生命都在微妙的平衡中生存。

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的探索和研究，人們找到了用補(bǔ)償?shù)霓k法去平衡色散的損耗。在多種補(bǔ)償方法中，色散補(bǔ)償光纖技術(shù)是一種認(rèn)可度比較高的色散補(bǔ)償方法。

在普通的單模光纖系統(tǒng)中，光纖的工作波長(zhǎng)在1550nm具有較高的正色散。

正色散的特質(zhì)：隨著波長(zhǎng)的增大，折射率逐步減小。

按照補(bǔ)償?shù)乃悸罚枰谶@些光纖中增加負(fù)色散進(jìn)行色散補(bǔ)償，保證整條光纖線路的總色散近似為零。而色散補(bǔ)償光纖(DCF)是一種主要針對(duì)1550nm波長(zhǎng)而設(shè)計(jì)的新型單模光纖，在1550nm處具有較高的負(fù)色散(負(fù)色散與正色散的特質(zhì)相反)，可以用于在普通的單模光纖系統(tǒng)中進(jìn)行色散補(bǔ)償，如下圖所示，在1550nm處經(jīng)過補(bǔ)償?shù)恼?fù)色散之和趨近于零。

下圖為色散補(bǔ)償光纖應(yīng)用在單模光纖上的公式。

實(shí)際應(yīng)用中，傳輸線路采用DCF和單模光纖串聯(lián)的方式，補(bǔ)償單模光纖在1550nm光波長(zhǎng)的正色散，達(dá)到延長(zhǎng)中繼距離，減少損耗的目的，從而實(shí)現(xiàn)高速度、大容量、長(zhǎng)距離的通信。如下圖所示：

DCF作為色散補(bǔ)償，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

補(bǔ)償效果顯著，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

操作簡(jiǎn)便，補(bǔ)償光纖直接接入傳輸系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

色散補(bǔ)償量按需可控，根據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)際需要的補(bǔ)償量進(jìn)行按需調(diào)整

友情提示：光信號(hào)在傳輸線路上跑的距離遠(yuǎn)了，還會(huì)產(chǎn)生其他損耗，例如：線路衰減。為了規(guī)避線路衰減，就要考慮使用EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)摻餌光纖放大器了。

好了，有關(guān)色散的故事就講到這里了，大家還想聽更多有趣的科學(xué)故事嗎?歡迎在評(píng)論留言哦~

原文標(biāo)題：色散這么好看，為什么光纖卻不喜歡?

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審核編輯：湯梓紅