三百多年前的歐洲，在一個充滿陽光的午后，牛頓布下了這樣一個局。

讓陽光投射到三棱鏡上，穿透棱鏡后，光線散開成了由紅橙黃綠青藍紫組成的彩帶，投射到屋中的一個幕布上。就這樣，看似透明的太陽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三棱鏡和第二塊幕布。

只見他轉動第一個三棱鏡，將紅橙黃綠青藍紫七條彩帶依次投射到第一個幕布的裂縫上，再經過第二個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的竟然是單一顏色的光。示意圖如下所示：

至此，太陽光被分離成了多種單一顏色呈現在第二塊幕布上，牛爵爺利用三棱鏡參破了天機：光是可以分散的!太陽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核。這，就是我們現在常說的光的色散。

1色散是如何產生的?

三棱鏡實驗中，太陽光(也就是復合光)從空氣進入玻璃中，再由玻璃進入空氣，發生了兩次折射。要知道，萬物皆有趨利性，折射發生時，光也會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。從上面牛頓的三棱鏡實驗中，我們知道復合光本質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，不同波長的光的能量大小是有懸殊的。眾口難調，不同波長的光對折射后如何選路產生了分歧，于是，出三棱鏡后就“分道揚鑣”了。

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

光的色散現象說明光在介質中的傳播的速度與折射率有很大的關系，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五顏六色的彩色世界，但在通信領域中，色散就真的沒有那么美麗了。

光信號在光纖中傳輸的過程中，色散是導致損耗的重要因素之一。

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

什么是展寬呢?

展寬就是不同波長的光在介質中因為折射率不同導致傳播速度不同，從而產生的光譜寬度增加。換言之，就是一束光在介質中傳送時，有些光波折射率大，嚴重偏離跑道。

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。

光波們的不和諧現象導致了這一束光的寬度比進入介質之前大了，形成了展寬。

有色散的情況下，光信號傳輸的距離越遠，展寬越嚴重，后果就是信號失真，誤碼率性能惡化，嚴重影響信息的傳送質量。

針對色散給通信造成的影響，如何規避呢?

3如何規避色散的影響?

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。

經過長時間的探索和研究，人們找到了用補償的辦法去平衡色散的損耗。在多種補償方法中，色散補償光纖技術是一種認可度比較高的色散補償方法。

在普通的單模光纖系統中，光纖的工作波長在1550nm具有較高的正色散。

正色散的特質：隨著波長的增大，折射率逐步減小。

按照補償的思路，需要在這些光纖中增加負色散進行色散補償，保證整條光纖線路的總色散近似為零。而色散補償光纖(DCF)是一種主要針對1550nm波長而設計的新型單模光纖，在1550nm處具有較高的負色散(負色散與正色散的特質相反)，可以用于在普通的單模光纖系統中進行色散補償，如下圖所示，在1550nm處經過補償的正負色散之和趨近于零。

下圖為色散補償光纖應用在單模光纖上的公式。

實際應用中，傳輸線路采用DCF和單模光纖串聯的方式，補償單模光纖在1550nm光波長的正色散，達到延長中繼距離，減少損耗的目的，從而實現高速度、大容量、長距離的通信。如下圖所示：

DCF作為色散補償，具有以下優點：

補償效果顯著，系統工作穩定。

操作簡便，補償光纖直接接入傳輸系統即可實現補償。

色散補償量按需可控，根據傳輸系統實際需要的補償量進行按需調整

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

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

原文標題：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