光纖傳輸特性

1、關(guān)于光纖傳輸特性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁(yè)，共36頁(yè)2.6.1損耗 1、損耗的定義：當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減小，這種現(xiàn)象即稱為光纖的損耗。2、損耗一般用損耗系數(shù)表示： (單位：dB/km)v損耗大小影響光纖的傳輸距離長(zhǎng)短和中繼距離的選擇 ，影響光纖通信系統(tǒng)的成本1 0lgino u tPLP現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁(yè)，共36頁(yè) 3、損耗的種類v吸收損耗v散射損耗v其他損耗現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁(yè)，共36頁(yè)吸收損耗v本征吸收損耗是由于光纖材料本身吸收光能量產(chǎn)生的。主要存在紅外波段的分子振動(dòng)吸收和紫外波段的電子躍遷吸收。紅外吸收對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)有影響，紫外吸收對(duì)短波長(zhǎng)有影響。v雜質(zhì)吸收損耗主要是由于

2、光纖中含有的各種過(guò)渡金屬離子和氫氧根（OH-）離子在光的激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)，吸收光能量造成。 （OH-）離子的吸收對(duì)光通信的長(zhǎng)波長(zhǎng)影響比較大（主要在1.38um)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁(yè)，共36頁(yè)散射損耗v散射損耗是指在光纖中傳輸?shù)囊徊糠止庥捎谏⑸涠淖儌鬏敺较?，從而使一部分光不能到達(dá)收端所產(chǎn)生的損耗。主要包含瑞利散射損耗、 非線性散射損耗和波導(dǎo)效應(yīng)散射損耗。v瑞利散射損耗是由于光纖材料折射率分布小尺寸的隨即不均勻性所引起的本征損耗。瑞利散射損耗與波長(zhǎng)的四次方成反比，即波長(zhǎng)越短，損耗越大。因此對(duì)短波長(zhǎng)窗口影響較大。v非線性散射損耗是當(dāng)光強(qiáng)度大到一定程度時(shí)，產(chǎn)生非線性喇曼散射和布里淵散射，使輸入光信號(hào)的

3、能量部分轉(zhuǎn)移到新的頻率成分上而形成損耗。因此非線性散射損耗是隨傳播頻率變化的。在常規(guī)光纖中由于半導(dǎo)體激光器發(fā)送光功率較小，該損耗可忽略。但在DWDM系統(tǒng)中，由于總功率很大，就必須考慮其影響。v波導(dǎo)效應(yīng)散射損耗是由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷引起的損耗，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷主要由熔煉和拉絲工藝不完善造成。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁(yè)，共36頁(yè)其他損耗v主要是連接損耗和彎曲損耗和微彎損耗。v連接損耗是由于進(jìn)行光纖接續(xù)是端面不平整或光纖位置未對(duì)準(zhǔn)等原因造成接頭處出現(xiàn)損耗。其大小與連接使用的工具和操作者技能有密切關(guān)系。v彎曲損耗是由于光纖中部分傳導(dǎo)模在彎曲部位成為輻射模而形成的損耗。它與彎曲半徑成指數(shù)關(guān)系，彎曲半

4、徑越大，彎曲損耗越小。v微彎損耗是由于成纜時(shí)產(chǎn)生不均勻的側(cè)壓力，導(dǎo)致纖芯與包層的界面出現(xiàn)局部凹凸引起。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁(yè)，共36頁(yè)連接與耦合損耗：軸偏角度偏現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁(yè)，共36頁(yè)彎曲損耗（宏彎損耗和微彎損耗） 單模光纖中的宏彎損耗：a)光纖中的模場(chǎng)分布 b)彎曲光纖中的模場(chǎng)分布現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁(yè)，共36頁(yè)微彎損耗現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁(yè)，共36頁(yè) 宏彎損耗現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁(yè)，共36頁(yè)v彎曲損耗是光信息傳輸所受衰減的主要原因之一，它與光纖敷設(shè)的彎曲半徑有關(guān)，最小彎曲半徑常作為光纖的一項(xiàng)參數(shù)給出。v彎曲半徑應(yīng)超出光纖包層直徑的150倍；對(duì)短期應(yīng)用，應(yīng)超過(guò)包層直徑的100倍。如果包層直徑為125m的

5、話，這兩個(gè)數(shù)值分別19mm和13mm。v利用光纖的彎曲損耗特性，可以在光纖鏈路上引入一些可控的衰減。在需要對(duì)光進(jìn)行可控衰減時(shí)，通過(guò)將光纖繞上幾圈就可以實(shí)現(xiàn)，所繞圈數(shù)和半徑均可控制衰減量?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁(yè)，共36頁(yè) 4 光纖的損耗波譜曲線損耗dB/km一般測(cè)試曲線長(zhǎng)波長(zhǎng)窗口瑞利散射波導(dǎo)缺陷吸收紫外吸收紅外吸收短波長(zhǎng)窗口現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁(yè)，共36頁(yè)v光纖通信所使用的三個(gè)低損耗窗口光纖通信所使用的三個(gè)低損耗窗口:v0.85um 約為約為 2.5dB/kmv1.31um 約為約為 0.5dB/kmv1.55um 約為約為 0.2dB/km現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁(yè)，共36頁(yè)2.6.2 光波導(dǎo)中信號(hào)失真

6、1什么是色散，色散的分類名詞：色散信號(hào)在光纖中是由不同的頻率成份和不同的模式成份攜帶的，這些不同的頻率成份和模式成份有不同的傳播速度，使得光纖輸出波形在時(shí)間上產(chǎn)生展寬。色散種類：模內(nèi)色散（色度色散）和模間色散，偏振模色散（單模光纖中）?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁(yè)，共36頁(yè)2 模內(nèi)色散（色度色散）v模內(nèi)色散包括材料色散和波導(dǎo)色散v材料色散：纖芯的材料的折射率隨波長(zhǎng)的變化導(dǎo)致色散。折射率隨波長(zhǎng)的變化,使不同波長(zhǎng)的群速度不同，造成時(shí)延差,發(fā)生脈沖展寬。在1.27um處最小v波導(dǎo)色散：原因是由于光纖中只有80%的光功率在纖芯中傳播，20%在包層中傳播，由于包層中傳播速率大于纖芯，就出現(xiàn)色散。波導(dǎo)色散的大小取

7、決于光纖的設(shè)計(jì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁(yè)，共36頁(yè)色度色散現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁(yè)，共36頁(yè)3 偏振模色散現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁(yè)，共36頁(yè)4 模間色散v模間色散產(chǎn)生的原因：即使在同一頻率的光，不同的模式群速率不一樣，也產(chǎn)生色散。它主要取決于光纖的折射率分布。v模間色散主要存于多模光纖中?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁(yè)，共36頁(yè)5 光纖各種色散對(duì)傳輸?shù)挠绊懀耗ｉg色散材料色散偏振模色散現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁(yè)，共36頁(yè)6 色散效應(yīng)對(duì)高速通信系統(tǒng)的影響10 Gb/s40 Gb/s現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁(yè)，共36頁(yè) 7 階躍型光纖的模式色散 在階躍型光纖中，當(dāng)光線端面的入射角小于端面臨界角時(shí)，將在纖芯中形成全反射。若每條光線代表一

8、種模式，則不同入射角的光線代表不同的模式，不同入射角的光線，在光纖中的傳播路徑不同，而由于纖芯折射率均勻分布，纖芯中不同路徑的光線的傳播速度相同，因此不同路徑的光線到達(dá)輸出端的時(shí)延不同，從而產(chǎn)生脈沖展寬，形成模式色散?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁(yè)，共36頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁(yè)，共36頁(yè) 漸變型光纖中光線的傳播路徑是近似于正弦形曲線，其中正弦幅度大的光線傳播距離長(zhǎng)，而正弦幅度小的光線傳輸路程短，但由于漸變型光纖纖芯折射率分布在軸心處最大并沿徑向逐漸減小，所以正弦幅度最大的光線由于離軸心遠(yuǎn)，折射率小而傳播速率高，而正弦幅度最小的光線由于離軸心近，折射率大而傳播速率低，結(jié)果在到達(dá)輸出端時(shí)相互之間的時(shí)延差

9、近似為零，從而使?jié)u變型多模光纖的模式色散較小。一般漸變型多模光纖的每公里長(zhǎng)度上的最大時(shí)延差為2)0(21Cnm8 漸變型光纖的模式色散現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁(yè)，共36頁(yè)v9 單模光纖：色度色散和偏振模色散色度色散 兩類：材料色散 波導(dǎo)色散 色度色散參數(shù)為波長(zhǎng)的函數(shù)；matwgD=D=D=材料色散，波導(dǎo)色散，總色散現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁(yè)，共36頁(yè)偏振模色散：v兩個(gè)偏振模式因光纖的不完善而出現(xiàn)傳輸常數(shù)的差異時(shí)產(chǎn)生的色散v偏振模色散與色度色散相比相對(duì)較小 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁(yè)，共36頁(yè)表2-7 PMD與系統(tǒng)傳輸速率以及最大傳輸距離的關(guān)系PMD/(ps/km1/2)最大傳輸距離/km2.5Gbit/s10Gbit/s40bit/s3.018011 9 95 5% %波波長(zhǎng)長(zhǎng) 色色散散位位移移光光纖纖（D DS SF F, ,G G. .6 65 53 3）非非零零色色散散位位移移光光纖纖（N NZ ZD DS SF F, ,G G. .6 65 55 5）180D DW WD DM M波波長(zhǎng)長(zhǎng)范范圍圍正常色散區(qū)正常色散區(qū)反常色散區(qū)反常色散區(qū)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三