
【化】 wavelength dispersion
wavelength
【計】 wave length
【化】 wavelength
【醫】 W. L.; wave length; wavelength
【化】 dispersion
波長色散(Wavelength Dispersion)是光學和材料科學中的核心概念,指不同波長的光波在通過介質時因傳播速度差異導緻的分離現象。該術語的英文表述為"Wavelength Dispersion",在專業文獻中也常簡稱為"色散"(Dispersion)。
從物理機制分析,波長色散主要包含兩種表現形式:
工程應用中,波長色散系數(Dispersion Coefficient)的數學表達式為: $$ D = frac{d}{dlambda}left( frac{1}{v_g} right) $$ 其中$v_g$為群速度,$lambda$為波長,該公式量化了單位波長變化引起的脈沖展寬程度。
在光纖通信領域,國際電信聯盟(ITU-T G.650.1)明确規定單模光纖的色散參數需控制在17 ps/(nm·km)以下,以保障信號傳輸質量。美國國家标準技術研究院(NIST)的測量數據顯示,石英光纖在1550 nm窗口的典型色散值為16-20 ps/(nm·km)。
波長色散是光在介質中傳播時,由于不同波長的光波折射率不同,導緻傳輸速度差異的現象。這種現象會引發光脈沖展寬,影響通信系統的性能。以下是詳細解釋:
波長色散是光波在介質中傳播時,因波長差異産生的折射率變化,進而導緻各波長分量傳輸速度不同。這種色散是材料特性(材料色散)和波導結構(波導色散)共同作用的結果。
波長色散會導緻光脈沖在傳輸過程中展寬,限制光纖通信的帶寬和傳輸距離。例如,在高速光纖通信中,需通過色散補償技術(如色散位移光纖)來減少其影響。
材料色散的折射率與波長關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 )為材料常數,( lambda )為波長。
波長色散是光通信中的關鍵物理現象,其成因包括材料折射率差異和波導結構效應,需通過工程手段優化以提升系統性能。
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