
【化】 wavelength dispersion
wavelength
【计】 wave length
【化】 wavelength
【医】 W. L.; wave length; wavelength
【化】 dispersion
波长色散(Wavelength Dispersion)是光学和材料科学中的核心概念,指不同波长的光波在通过介质时因传播速度差异导致的分离现象。该术语的英文表述为"Wavelength Dispersion",在专业文献中也常简称为"色散"(Dispersion)。
从物理机制分析,波长色散主要包含两种表现形式:
工程应用中,波长色散系数(Dispersion Coefficient)的数学表达式为: $$ D = frac{d}{dlambda}left( frac{1}{v_g} right) $$ 其中$v_g$为群速度,$lambda$为波长,该公式量化了单位波长变化引起的脉冲展宽程度。
在光纤通信领域,国际电信联盟(ITU-T G.650.1)明确规定单模光纤的色散参数需控制在17 ps/(nm·km)以下,以保障信号传输质量。美国国家标准技术研究院(NIST)的测量数据显示,石英光纤在1550 nm窗口的典型色散值为16-20 ps/(nm·km)。
波长色散是光在介质中传播时,由于不同波长的光波折射率不同,导致传输速度差异的现象。这种现象会引发光脉冲展宽,影响通信系统的性能。以下是详细解释:
波长色散是光波在介质中传播时,因波长差异产生的折射率变化,进而导致各波长分量传输速度不同。这种色散是材料特性(材料色散)和波导结构(波导色散)共同作用的结果。
波长色散会导致光脉冲在传输过程中展宽,限制光纤通信的带宽和传输距离。例如,在高速光纤通信中,需通过色散补偿技术(如色散位移光纤)来减少其影响。
材料色散的折射率与波长关系可用柯西公式近似表示: $$ n(lambda) = A + frac{B}{lambda} + frac{C}{lambda} $$ 其中,( A, B, C )为材料常数,( lambda )为波长。
波长色散是光通信中的关键物理现象,其成因包括材料折射率差异和波导结构效应,需通过工程手段优化以提升系统性能。
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