第三期: 电磁材料的色散概念问题

2016-11-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

电磁仿真中需要涉及到色散材料,请问:

1、色散的定义是什么?

2、电磁场中有几种色散,它们各自的物理背景是什么?

3、 Debye、Drude、Lorentz色散模型分别针对哪些物理现象?

4、所谓的Djordjevic-Sarkar色散模型其实质是什么物理背景的色散?

5、什么是N阶色散模型?其用途为何?

6、时域算法和频域算法均是如何处理色散材料的?

7、色散材料仿真的因果性指的是什么?如何保证因果性?

1、色散的定义是什么?

材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率,严格来说,并不是一个固定的常数,而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光,并不是只有理想的单一波长,而是有一定的波谱宽度。

当光在折射率n的为介质中传播时,其速度v与空气中的光速C之间的关系为:

v=C/n

光的波长不同,折射率n就不同,光传输的速度也就不同。因

此,当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时,光的传输速度将随光波长的不同而改变,到达终端时将产生时延差,从而引起脉冲波形展

宽。

而对于电磁波:介质对不同频率的电磁波的传播速率,折射系数等都不同,于是不同频率的电磁波会分开,这就是色散效应

2、电磁场中有几种色散,它们各自的物理背景是什么?

答:色散包括材料色散和波导结构色散两部分,材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性,而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向.材料色散与波导色散都与波长有关,所以又统称为波长色散.
材料色散:是由光纤材料自身特性造成的.石英玻璃的折射率,严格来说,并不是一个固定的常数,而是对不同的传输波长有不同的值.光纤通信实际上用的光源发出的光,并不是只有理想的单一波长,而是有一定的波谱宽度.当光在折射率n的为介质中传播时,其速度v与空气中的光速C之间的关系为:
v=C/n
光的波长不同,折射率n就不同,光传输的速度也就不同.因此,当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时,光的传输速度将随光波长的不同而改变,到达终端时将产生时延差,从而引起脉冲波形展宽.
波导色散:由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小,因此在交界面产生全反射时,就可能有一部分光进入包层之内.这部分光在包层内传输一定距离后,又可能回到纤芯中继续传输.进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关,这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异.把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后,由于不同波长的光传输路径不完全相同,所以到达终点的时间也不相同,从而出现脉冲展宽.具体来说,入射光的波长越长,进入包层中的光强比例就越大,这部分光走过的距离就越长.这种色散是由光纤中的光波导引起的,由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散.

未完待续。。。。

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