一、引言
光纤通信从较为微观的视角来看，就是玩儿的光波的叠加，就像打一场麻将一样，玩法就是有首轮摸牌（如材料特性–>影响折射率及其分布）、是否摸牌和碰牌杠牌(是否加中继)、牌本身怎么样（什么波长的光）、最后能胡牌才算能赢（要到达接收端）、赢多少取决于牌技（综合因素导致的误码率）
不过我现在想想好像整个通信系统都可以这么比喻。
这些波还可以变身合体，其中一个重要的概念就是群速、相速和色散。
二、群速与相速
我们先来看看
什么是群速度和相速度
文献里给的定义是：
相速度：载波的零点或恒定相位的其他点行进的速度
群速度：电磁波在介质中传播，包络传播的速度(能量传播的速度)[1]
我们下面来看两个小动画来更好的理解什么是群速度和相速度，视频截取自B站[2]
如果所有频率分量具有相同的相速度，那么合成的波就会恒定不变，而因为实际传播中各分量并不是具有相同的相速度，所以合成的波自然会波涛起伏，你看到的波涛起伏就是群速度。
三、色散
有了这些概念我们来看看光纤中的色散现象
Figure1：色散现象
色散分为材料色散和波导色散
3.1 材料色散
材料色散的原因可以理解为：
一条铁路（光纤），里面有很多火车（车厢数量没有限制）在行驶（速率距离积BL–>燃油），每一节车厢就看做一个波长由于火车的自我性能和构造不一样，导致他们在铁路上的速度就不同，红光可能是车厢较长（波长比较长）但是车厢比较窄、载重比较轻（折射率较小）那种，所以在铁道上速度比较快；同理紫光可能是车厢较段（波长比较段）但是车厢比较短、载重比较重（折射率较大）那种，所以在铁道上速度比较慢。
所以当这些列车同时接到运输任务的时候，相同时间相同地点同时出发从北京到上海，到达时间自然不一样。
Figure2：色散示意图
图注：
1、红色火车代表红光，波长长，折射率小，同一时间先到达，其他颜色同理
2、人观察虚线即观察列车缝隙
3、为什么头上有一颗卫星？下期我们来讲讲流星余迹通信
那我们刚才讨论的都是单一频率的光，光纤中传输的光不可能是单一频率，而是一些频率合成的光，为方便我们理解，我们把上述若干蓝色系火车零件拆开重组，但是我们知道就像每个人的器官和细胞都是不同的，就算器官移植也是需要配体的，这样大锅烩的改造必然必然造成相速度的折中；而群速度则稍微理解起来要难一些，我们知道，如果两列火车绝对速度不同，那么其相对速度必然不同，既然有了相对速度，加入我们站在两节车厢的缝隙去看对面那列车的车厢缝隙，必然有个周期，这个周期就是群速度，而光纤中则是很多成分的光一起在这个跑道上跑，所以就相当于你要在很多列车同时运行时去看所有的共同缝隙。
多模光纤：模间色散+模内色散
单模光纤：模内色散
单模光纤按理说只有一种频率的激光在光纤内传输，但是由于器件的原因并不能做到，所以便于理解得说如果单模光纤传输蓝色系光源，那波导里传输的其实有淡蓝、浅蓝、蓝……深蓝
单模光纤可不只能传一个波长哦，可以传输很大一个波段范围的光，只要输入光的波长大于截至波长（V=2.405对应的波长）
同样的道理，多模光纤里因为本来就不止传输蓝色系，所以波导里传输的就更为广泛，包括淡红、浅红、红……淡黄、浅黄、黄……淡蓝、浅蓝、蓝……
此处为电子科大江宁老师评注
3.2波导色散
波导色散是对于光纤的某一传输模式，在不同的光波长下的群速度不同引起的脉冲展宽。它与光纤结构的波导效应有关，因此也被成为结构色散。
同样由上面图中的理解可以为铁路经过的地方弯弯曲曲，或高山，或平原，或踏马而至青青草原，或一江春水乘奔御风，速度必然不同。
四、结语
最后要说，任何模型都是人类为了解释物理现象发明的，都不一定对，但是世界很美，数学也很美，所以世界应当会有数学之美。
[1] 茆慧玲. 负群时延电路中信号群速度与保真度研究[D].浙江大学,2019.
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