第三期: 電磁材料的色散概念問題

2016-11-22 by:CAE仿真在線來源:互聯網

電磁仿真中需要涉及到色散材料,請問:

1、色散的定義是什么?

2、電磁場中有幾種色散,它們各自的物理背景是什么?

3、 Debye、Drude、Lorentz色散模型分別針對哪些物理現象?

4、所謂的Djordjevic-Sarkar色散模型其實質是什么物理背景的色散?

5、什么是N階色散模型?其用途為何?

6、時域算法和頻域算法均是如何處理色散材料的?

7、色散材料仿真的因果性指的是什么?如何保證因果性?

1、色散的定義是什么?

材料色散是由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率,嚴格來說,并不是一個固定的常數,而是對不同的傳輸波長有不同的值。光纖通信實際上用的光源發出的光,并不是只有理想的單一波長,而是有一定的波譜寬度。

當光在折射率n的為介質中傳播時,其速度v與空氣中的光速C之間的關系為:

v=C/n

光的波長不同,折射率n就不同,光傳輸的速度也就不同。因

此,當把具有一定光譜寬度的光源發出的光脈沖射入光纖內傳輸時,光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變,到達終端時將產生時延差,從而引起脈沖波形展

寬。

而對于電磁波:介質對不同頻率的電磁波的傳播速率,折射系數等都不同,于是不同頻率的電磁波會分開,這就是色散效應

2、電磁場中有幾種色散,它們各自的物理背景是什么?

答:色散包括材料色散和波導結構色散兩部分,材料色散取決于制造光纖的二氧化硅母料和摻雜劑的分散性,而波導色散通常是一種模式的有效折射率隨波長而改變的傾向.材料色散與波導色散都與波長有關,所以又統稱為波長色散.
材料色散:是由光纖材料自身特性造成的.石英玻璃的折射率,嚴格來說,并不是一個固定的常數,而是對不同的傳輸波長有不同的值.光纖通信實際上用的光源發出的光,并不是只有理想的單一波長,而是有一定的波譜寬度.當光在折射率n的為介質中傳播時,其速度v與空氣中的光速C之間的關系為:
v=C/n
光的波長不同,折射率n就不同,光傳輸的速度也就不同.因此,當把具有一定光譜寬度的光源發出的光脈沖射入光纖內傳輸時,光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變,到達終端時將產生時延差,從而引起脈沖波形展寬.
波導色散:由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小,因此在交界面產生全反射時,就可能有一部分光進入包層之內.這部分光在包層內傳輸一定距離后,又可能回到纖芯中繼續傳輸.進入包層內的這部分光強的大小與光波長有關,這就相當于光傳輸路徑長度隨光波波長的不同而異.把有一定波譜寬度的光源發出的光脈沖射入光纖后,由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同,所以到達終點的時間也不相同,從而出現脈沖展寬.具體來說,入射光的波長越長,進入包層中的光強比例就越大,這部分光走過的距離就越長.這種色散是由光纖中的光波導引起的,由此產生的脈沖展寬現象叫做波導色散.

未完待續。。。。

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