光纖的損耗特性課件

第三章光纖中的信號劣化3.1光纖的損耗特性3.2光纖的色散特性3.4單模光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)第三章光纖中的信號劣化3.1光纖的損耗特性相關(guān)問題：光纖中信號衰減的機(jī)理是什么樣的？為什么光信號在光纖中傳播的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生失真？失真會(huì)嚴(yán)重到什么程度？相關(guān)問題：即使是最好的光纖，光從它的一端傳到另一端，強(qiáng)度也會(huì)有所減弱。光纖中的信號劣化與光纖的傳輸特性有關(guān)。光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性、色散特性和非線性特性。即使是最好的光纖，光從它的一端傳到另一端，強(qiáng)度也會(huì)有3.1光纖的損耗特性光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強(qiáng)度逐漸減弱，光纖對光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗（或衰減）。光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。

3.1光纖的損耗特性光波在光纖中傳輸，隨著傳3.1.1吸收損耗吸收損耗是由制造光纖材料本身以及其中的過渡金屬離子和氫氧根離子(OH－)等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生的損耗，包括:本征吸收損耗雜質(zhì)吸收損耗原子缺陷吸收損耗

3.1.1吸收損耗1.本征吸收損耗 本征吸收損耗在光學(xué)波長及其附近有兩種基本的吸收方式。

(1)紫外吸收損耗 紫外吸收損耗是由光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材料中的電子從低能級激發(fā)到高能級時(shí)，光子流中的能量將被電子吸收，從而引起的損耗。吸收峰在0.16m,尾巴延伸至光纖通信波段,在短波長區(qū)達(dá)1dB/km,長波長區(qū)約0.05dB/km。1.本征吸收損耗

(2)紅外吸收損耗 紅外吸收損耗是由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時(shí)，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動(dòng)加劇，從而引起的損耗。

Si-O鍵振動(dòng)吸收,諧振吸收峰在9.1、12.5、21m，尾巴延伸至1.5~1.7m，造成光纖工作波長的上限。(2)紅外吸收損耗2.雜質(zhì)吸收損耗

光纖中的有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和OH－。

OH離子吸收：

O-H鍵的基本諧振波長為2.73m，與Si-O鍵的諧振波長相互影響，在光纖通信波段內(nèi)產(chǎn)生一系列的吸收峰，影響較大的是在1.39、1.24、0.95m，峰之間的低損耗區(qū)構(gòu)成了光纖通信的三個(gè)窗口。金屬離子吸收：金屬雜質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的邊帶吸收峰（0.5~1.1m)，目前雜質(zhì)含量低于10-9，其影響已可忽略。OH－吸收峰解決方法：(1)對制造光纖的材料進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)提純，比如材料達(dá)到99.9999999%的純度(2)制造工藝上改進(jìn)，如避免使用氫氧焰加熱(汽相軸向沉積法)2.雜質(zhì)吸收損耗OH－吸收峰解決方法：3.原子缺陷吸收損耗

通常在光纖的制造過程中，光纖材料受到某種熱激勵(lì)或光輻射時(shí)將會(huì)發(fā)生某個(gè)共價(jià)鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時(shí)晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長約為630nm左右。1rad(Si)=0.01J/kg800人死亡3.原子缺陷吸收損耗1rad(Si)=0.01J/光纖吸收損耗曲線摻GeO2的低損耗、低OHˉ含量石英光纖OH－0.154dB/km幾種摻雜成分不同的光纖的損耗比較光纖吸收損耗曲線摻GeO2的低損耗、低OHˉ含量石英光纖OH3.1.2散射損耗空氣中浮游著無數(shù)的煙霧、塵粒，光照射到這些微粒上，微粒把光朝四面八方散射，微粒越多，光柱越亮，光的散射損耗越大，照射的距離也就越短。這種散射叫分子散射。一切物質(zhì)都由分子構(gòu)成，光纖材料也不例外，所以散射損耗不可避免。另有一種散射是由光纖材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完整所引起，比如光纖中有氣泡、雜質(zhì)，粗細(xì)不均勻，特別是纖芯包層的界面不平滑，光傳輸?shù)竭@里，也會(huì)被散射到各個(gè)方面。3.1.2散射損耗空氣中浮游著無數(shù)的煙霧、塵粒1.線性散射損耗 任何光纖波導(dǎo)都不可能是完美無缺的，無論是材料、尺寸、形狀和折射率分布等等，均可能有缺陷或不均勻，這將引起光纖傳播模式散射性的損耗，由于這類損耗所引起的損耗功率與傳播模式的功率成線性關(guān)系，所以稱為線性散射損耗。1.線性散射損耗(1)瑞利散射

由于材料的不均勻使光信號向四面八方散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。瑞利散射是一種最基本的散射過程，屬于固有散射。瑞利散射損耗也是一種本征損耗，它和本征吸收損耗一起構(gòu)成光纖損耗的理論極限值。

光纖在加熱制造過程中的熱騷動(dòng)，造成材料密度不均勻，進(jìn)而造成折射率的不均勻（比光波長小的尺度上的隨機(jī)變化），引起光的散射--瑞利散射。大小與4成反比。在1.55m波段，瑞利散射引起的損耗仍達(dá)0.12~0.16dB/km，仍是該波段損耗的主要原因。顯然，若能在更長波長區(qū)域內(nèi)工作，瑞利損耗的影響將會(huì)減?。?m處約0.01dB/km)，但受限于石英光纖的材料損耗（紅外吸收）。采用新型材料的光纖可望在遠(yuǎn)紅外區(qū)域獲得更低的損耗－氟化物光纖。(1)瑞利散射(2)波導(dǎo)散射損耗

在光纖制造過程中，由于工藝、技術(shù)問題以及一些隨機(jī)因素，可能造成光纖結(jié)構(gòu)上的缺陷，如光纖的纖芯和包層的界面不完整、芯徑變化、圓度不均勻、光纖中殘留氣泡和裂痕等等。

光纖芯徑沿軸向不均勻（大于光波長尺度）造成導(dǎo)模和輻射模間的能量耦合，使能量從導(dǎo)模轉(zhuǎn)移到輻射模，造成波導(dǎo)散射損耗（又稱米氏散射），目前的光纖制造水平，可將芯徑的變動(dòng)控制到<1%，相應(yīng)的散射損耗<0.03dB/km，可以忽略。(2)波導(dǎo)散射損耗2.非線性散射損耗

當(dāng)光通信系統(tǒng)運(yùn)行于高能級(>幾毫瓦），且比特率>2.5Gb/s，需要考慮非線性效應(yīng)。

光纖中存在兩種非線性散射，源于光波與二氧化硅介質(zhì)中聲子（分子震動(dòng)）的相互作用。它們都與石英光纖的振動(dòng)激發(fā)態(tài)有關(guān)，分別為受激喇曼散射和受激布里淵散射。2.非線性散射損耗受激喇曼散射

受激喇曼散射：能量從短波長光波轉(zhuǎn)移至長波長光波。

stimulatedRamanscattering

某物質(zhì)能級1與能級2之間的能量差為h△v，當(dāng)頻率為v的單色光入射到此介質(zhì)中時(shí),如處于能級1的介質(zhì)分子吸收一個(gè)入射光子而躍遷到某個(gè)虛能級上，并從此虛能級躍遷回到能級2上,同時(shí)發(fā)射一個(gè)頻率為vs＝v-△v的散射光子,則vs線稱為喇曼散射的斯托克斯線。若處于能級2上的分子吸收一個(gè)入射光子，隨后從虛能級躍遷回到能級1上,并發(fā)射一個(gè)頻率為va＝v＋△v的散射光子，則va線稱為喇曼散射的反斯托克斯線。當(dāng)入射光強(qiáng)較弱時(shí),散射過程基本上是自發(fā)散射,即普通的喇曼散射。當(dāng)入射光是很強(qiáng)的激光時(shí)，受激散射成為主導(dǎo)的。散射光的這種變化過程有明顯的閾值。入射光強(qiáng)超過此閾值后,散射光的強(qiáng)度突然增大,并有很高的方向性、單色性和相干性。這就是受激喇曼散射。受激喇曼散射可用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，同時(shí)又是產(chǎn)生具有新波長的激光的一種方法?；诖诵?yīng)而制成的喇曼移頻器，已使激光輸出波長擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外和真空紫外范圍。利用后向喇曼散射，可以壓縮激光脈沖的寬度，從而獲得極高的峰值功率。

受激喇曼散射受激布里淵散射

受激布里淵散射

phononscattering

受激布里淵散射主要是由于入射光功率很高，由光波產(chǎn)生的電磁伸縮效應(yīng)在物質(zhì)內(nèi)激起超聲波，入射光受超聲波散射而產(chǎn)生的。散射光具有發(fā)散角小、線寬窄等受激發(fā)射的特性。也可以把這種受激散射過程看作光子場與聲子場之間的相干散射過程。受激布里淵散射有可能在一個(gè)信道中引起嚴(yán)重畸變。它會(huì)朝向源的方向上產(chǎn)生增益。

受激布里淵散射3.1.3彎曲損耗 光纖的彎曲有兩種形式：一種是曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲，我們習(xí)慣稱為彎曲或宏彎；另一種是光纖軸線產(chǎn)生微米級的彎曲，這種高頻彎曲習(xí)慣稱為微彎。3.1.3彎曲損耗

宏彎：在光纜的生產(chǎn)、接續(xù)和施工過程中，不可避免地出現(xiàn)彎曲。光纖有一定曲率半徑的彎曲時(shí)就會(huì)產(chǎn)生輻射損耗。當(dāng)曲率半徑減小時(shí)，損耗以指數(shù)形式增加。

高階模比低階模容易發(fā)生宏彎損耗，因此有時(shí)可用彎曲的辦法濾掉高階模消逝場qqq￠

<qqq

>qcq￠RCladdingCore場分布 宏彎：在光纜的生產(chǎn)、接續(xù)和施工過程中，不可避免地出

微彎是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，光纖的纖芯、包層和套塑的熱膨脹系數(shù)不一致而引起的，其損耗機(jī)理和彎曲一致，也是由模式變換引起的。微彎導(dǎo)致了導(dǎo)播模與泄漏?；蚍菍?dǎo)波模之間的重復(fù)性能量耦合。 微彎是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，微彎損耗微彎的原因：

光纖的生產(chǎn)過程中的帶來的不均 成纜時(shí)受到壓力不均

使用過程中由于光纖各個(gè)部分熱脹冷縮的不同導(dǎo)致的后果： 造成能量輻射損耗高階模功率損耗低階模功率耦合到高階模減小微彎的一種辦法是在光纖外面一層彈性保護(hù)套微彎損耗微彎的原因：高階模功率損耗低階模功率耦宏彎和微彎對損耗的附加影響彎曲損耗隨模場直徑增加顯著增加光纖彎曲帶來額外損耗宏彎損耗微彎

損耗基本損耗l增加，V減少宏彎和微彎對損耗的附加影響彎曲損耗隨模場直徑增加顯著增加光纖3.1.4光纖損耗系數(shù) 為了衡量一根光纖損耗特性的好壞，在此引入損耗系數(shù)(或稱為衰減系數(shù))的概念，即傳輸單位長度(1km)光纖所引起的光功率減小的分貝數(shù)，一般用α表示損耗系數(shù)，單位是dB/km。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：3.1.4光纖損耗系數(shù) 式中：L為光纖長度，以km為單位；P1和P2分別為光纖的輸入和輸出光功率，以mW或μW為單位。 式中：L為光纖長度，以km為單位；P1和P2分別為

在單模光纖中有兩個(gè)低損耗區(qū)域，分別在1310nm和1550nm附近，即通常說的1310nm窗口和1550nm窗口；1550nm窗口又可以分為C-band（1525nm～1562nm）和L-band（1565nm～1610nm）。一般標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在1550nm的損耗系數(shù)為0.2dB/km。如圖所示。在單模光纖中有兩個(gè)低損耗區(qū)域，分別在1310nm和光纖的損耗特性損耗的補(bǔ)償辦法：（1）電放大：

光電光

（2）全光放大： EDFA、拉曼放大器光纖的損耗特性損耗的補(bǔ)償辦法：（1）電放大： 光電光例3.2設(shè)想一根30km長的光纖，在波長1300nm處的衰減為0.8db/km，如果我們從一端注入功率為200W的光信號，求其輸出功率Pout.

例3.2設(shè)想一根30km長的光纖，在波長1300nm處的衰3.2光纖的色散特性3.2.1色散的概念當(dāng)日光通過棱鏡或水霧時(shí)會(huì)呈現(xiàn)按紅橙黃綠青藍(lán)紫順序排列的彩色光譜。這是由于棱鏡材料（玻璃）或水對不同波長（對應(yīng)于不同的顏色）的光呈現(xiàn)的折射率n不同，從而使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。3.2光纖的色散特性3.2.1色散的概念當(dāng)日自然光的色散自然光的色散光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散，如圖所示。色散一般用時(shí)延差來表示，所謂時(shí)延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時(shí)間之差。色散引起的脈沖展寬示意圖模式色散：不同模式不同傳輸速度（僅多模光纖有）材料色散：不同頻率不同折射率波導(dǎo)色散：不同頻率不同模場分布偏振模色散：不同偏振態(tài)不同傳輸速度色散分類光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻t1t2t3t4脈沖展寬導(dǎo)致接收端無法將相鄰的脈沖分開，從而導(dǎo)致誤碼。因此，射散特性限制了光纖的傳輸容量。t1t2t3t4脈沖展寬導(dǎo)致接收端無法將相鄰的脈沖分開，從而色散描述方式信號分量的群速率是頻率/波長的函數(shù)：即不同的頻率分量間存在群時(shí)延差。信號在傳輸了距離L，頻率分量w經(jīng)歷的延時(shí)為：假設(shè)輸入脈沖的譜寬Dw不太寬，那么脈沖展寬的多少可以由下式?jīng)Q定：群速度色散(GVD)（ps2/km)色散描述方式信號分量的群速率是頻率/波長的函數(shù)：群速度色散(通常光源的譜寬用Dl來表示。根據(jù)w和l之間的關(guān)系代入DT中，那么可以得到：其中D(l)稱為色散系數(shù)(單位長度群延遲差):

ps/(km·nm)通常光源的譜寬用Dl來表示。根據(jù)w和l之間的關(guān)系3.2.2模式色散

多模光纖中不同模式的光束有不同的群速度，在傳輸過程中，不同模式的光束的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的色散，稱模式色散。所謂模式色散，用光的射線理論來說，就是由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不同所造成的時(shí)延差。3.2.2模式色散1.階躍型光纖中的模式色散 在階躍型光纖中，傳播最快的和最慢的兩條光線分別是沿軸線方向傳播的光線①和以臨界角θc入射的光線②，如圖3.6所示。因此，在階躍型光纖中最大色散是光線①和光線②到達(dá)終端的時(shí)延差。1.階躍型光纖中的模式色散圖3.6階躍型光纖的模式色散DL為兩種模式的光程差。圖3.6階躍型光纖的模式色散DL為兩種模式的光程差。2.漸變型光纖中的模式色散 在漸變型光纖中合理地設(shè)計(jì)光纖折射率分布，使光線在光纖中傳播時(shí)速度得到補(bǔ)償，從而模式色散引起的光脈沖展寬將很小。2.漸變型光纖中的模式色散3.2.3材料色散

由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時(shí)間延遲不同。由于材料折射率隨光信號頻率的變化而不同，光信號不同頻率成分所對應(yīng)的群速度不同，由此引起的色散稱為材料色散。

一般情況下，材料色散往往是用材料色散系數(shù)這個(gè)物理量來衡量，材料色散系數(shù)定義為單位波長間隔內(nèi)各頻率成份通過單位長度光纖所產(chǎn)生的色散。3.2.3材料色散光纖的折射率是波長的函數(shù)n(l)，則不同的波長的傳播函數(shù)b不同：

可以得到傳播了L后波長l所經(jīng)歷的群延時(shí)(材料色散)為：式中：Δλ為光源的譜線寬度，即光功率下降到峰值光功率一半時(shí)所對應(yīng)的波長范圍；L是光纖的傳播長度。Dm為材料色散系數(shù)。減小材料色散方法：選擇譜寬窄的光源，采用較長的工作波長。光纖的折射率是波長的函數(shù)n(l)，則不同的波長的傳3.2.4波導(dǎo)色散單模光纖只有約80%的光功率在纖芯中傳播，20%在包層中傳播的光功率其速率要更大一些。這種由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的色散稱為波導(dǎo)色散。3.2.4波導(dǎo)色散假設(shè)纖芯和包層的折射率與波長無關(guān)，而且折射率差D=(n1-n2)/n1非常小，傳播函數(shù)b近似等于：可以得到傳播了L后波長l所經(jīng)歷的群延時(shí)為：其中V為歸一化頻率。進(jìn)一步可以得到波導(dǎo)色散導(dǎo)致的脈沖展寬：其中Δλ為光源的譜線寬度，即光功率下降到峰值光功率一半時(shí)所對應(yīng)的波長范圍；L是光纖的傳播長度。Dw(λ)為波導(dǎo)色散系數(shù)假設(shè)纖芯和包層的折射率與波長無關(guān)，而且折射率波導(dǎo)色散系數(shù)一般為負(fù)值例：令n2=1.48，D=0.2%，從左圖可以看出當(dāng)V=2.4時(shí)，有：因此可以算出在1320nm處，波導(dǎo)色散為：2.4隨V變化的曲線波導(dǎo)色散系數(shù)一般為負(fù)值例：令n2=1.48，D=0.標(biāo)準(zhǔn)單模光纖總的模內(nèi)色散1320一般來說材料色散的影響大于波導(dǎo)色散：|Dm|>|Dw|波導(dǎo)色散特性取決于光纖的特性，如：芯徑a，相對折射率差以及折射率分布等，因此可以通過改變光纖特性來改變其色散特性。色散的改變主要集中在零色散波長的位移和色散平坦兩方面。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖總的模內(nèi)色散1320一般來說材料色散的影響大于波3.2.5偏振模色散（極化色散）偏振模色散（PMD）也稱為極化色散。由于光信號的兩個(gè)正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引起的色散稱偏振模色散。偏振模色散3.2.5偏振模色散（極化色散）偏振模色散（PMD）也稱為本征光纖雙折射隨機(jī)的偏振模耦合雙折射的光通信器件

偏振模色散產(chǎn)生的原因+外界的擠壓光纖的彎曲、扭轉(zhuǎn)外界環(huán)境溫度的變化等

EDFA，F(xiàn)BG，DCFIsolators,Couplers,Filtersetc.本征光纖雙折射偏振模色散產(chǎn)生的原因+外界的擠壓偏振模色散(PMD)PMD受環(huán)境(如振動(dòng)、溫度、應(yīng)力等)影響非常顯著，跟模內(nèi)色散相比具有不穩(wěn)定性和突發(fā)性。因此，PMD補(bǔ)償?shù)碾y度比較大，關(guān)于補(bǔ)償?shù)姆椒壳吧袩o定論。偏振模色散(PMD)PMD受環(huán)境(如振動(dòng)、溫度、應(yīng)力等)PMD對傳輸?shù)挠绊慞MD對傳輸?shù)挠绊慞MD特點(diǎn)

一般采用兩偏振模的群時(shí)延差(DifferentialGroupDelay)來表示偏振模色散的大小兩偏振模之間的模式耦合隨波長和時(shí)間隨機(jī)變化，所以偏振模色散是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，并隨時(shí)間而變化當(dāng)光纖很長時(shí)，PMD呈現(xiàn)為麥克斯韋分布。這個(gè)分布可以是一組相同的光纖在同一波長處測量的結(jié)果，也可以是一根光纖在同一波長處但不同時(shí)間的測量結(jié)果，或者是同一光纖在不同波長處的測量結(jié)果PMD特點(diǎn)PMD表征方式由于統(tǒng)計(jì)特性，群時(shí)延差(DGD)很難用于實(shí)際測量通常采用以下幾種方式來定義PMD值：群時(shí)延差的平均值(MeanDifferentialGroupDelay)(ps)群時(shí)延差的平均值系數(shù)傳輸時(shí)間的均方差(RMSDGD，約為1.08)實(shí)際測量的群時(shí)延差值可能比群時(shí)延差的平均值大或小許多PMD表征方式PMD對光通信系統(tǒng)的影響按照國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范小組的觀點(diǎn)：為保證PMD導(dǎo)致的系統(tǒng)功率代價(jià)在1dB以下，偏振模色散的群時(shí)延差的平均值必須小于一比特周期的十分之一(10psfora10Gb/ssystem)。當(dāng)大于這一規(guī)定值時(shí)，需對系統(tǒng)偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償！比特率(Gb/s)允許的DGD平均值(ps)MeanDGD系數(shù)為0.1ps/km光纖的傳輸距離（km)2.540<1600001010<10000402.5<625PMD對光通信系統(tǒng)的影響按照國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范小組的觀3.2.6光纖總色散

光纖的總色散為：

τM模式色散，τm材料色散，τW波導(dǎo)色散。單模光纖一般只給出色散系數(shù)D，其中包含了材料色散和波導(dǎo)色散的共同影響。3.2.6光纖總色散三種光纖的總色散:1300nm最優(yōu)化光纖色散平坦光纖色散位移光纖三種光纖的總色散:1300nm最優(yōu)化光纖色散平坦光纖色散位移3.2.7光纖的色散和帶寬對通信容量的影響 光纖的色散和帶寬描述的是光纖的同一特性。其中色散特性是在時(shí)域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬了多少；而帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對于調(diào)制信號而言，光纖可以看作是一個(gè)低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號的高頻分量通過光纖時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重衰減，如圖3.12所示。3.2.7光纖的色散和帶寬對通信容量的影響圖3.12

光纖的帶寬(f為調(diào)制信號頻率)圖3.12光纖的帶寬(f為調(diào)制信號頻率) 通常把調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時(shí)的頻率(fc)的大小，定義為光纖的帶寬(B)。由于它是光功率下降3dB對應(yīng)的頻率，故也稱為3dB光帶寬?？捎孟率奖硎?。 通常把調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時(shí) 光功率總是要用光電子器件來檢測，而光檢測器輸出的電流正比于被檢測的光功率，于是： 從上式中可以看出，3dB光帶寬對應(yīng)于6dB電帶寬。 光功率總是要用光電子器件來檢測，而光檢測器輸出的電流正比于1.色散與帶寬的關(guān)系 既然脈沖展寬、色散和帶寬描述著光纖的同一個(gè)特性，那么它們之間必然存在著一定的聯(lián)系。2.模式畸變帶寬和波長色散帶寬 由于總色散包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散，所以光纖的總帶寬也可表示為：1.色散與帶寬的關(guān)系 式中：BM是由模式色散引起的模式畸變帶寬；Bc是由材料色散和波導(dǎo)色散引起的波長色散帶寬。 式中：BM是由模式色散引起的模式畸變帶寬；Bc是由材料色散 波長色散帶寬定義為： 式中：Δλ是光源的譜線寬度，單位是nm；L是光纖的長度，單位是km；D(λ)是材料色散和波導(dǎo)色散的色散系數(shù)(即波長色散系數(shù))，單位是ps/(nm·km)，其中材料色散占主導(dǎo)地位。 波長色散帶寬定義為：3.鏈路總帶寬對通信容量的影響 光纖鏈路總帶寬與光纖長度之間的關(guān)系要分光纖鏈路中間有無接頭。對于無接頭的一個(gè)制造長度的光纖總帶寬BT與其單位公里帶寬B的關(guān)系如下：BT=B·L-γ 式中：L是光纖的制造長度(km)，γ為帶寬距離指數(shù)，它的取值與光纖的剖面分布及模耦合狀態(tài)有關(guān)，一般在0.5～1.0之間(多模光纖取0.5～0.9，單模光纖γ＝1)。3.鏈路總帶寬對通信容量的影響3.3單模光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)損耗色散非線性光纖損耗、色散和非線性對光信號傳輸?shù)挠绊懰p輸入信號輸出信號時(shí)間頻率信號畸變,串?dāng)_時(shí)間脈沖展寬3.3單模光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)損耗光纖損耗、色散和非線性對光信號性能均衡優(yōu)化：寬譜范圍內(nèi)，綜合優(yōu)秀品質(zhì)低損耗低色散斜率大有效面積適當(dāng)色散性能均衡色散斜率：小色散：適當(dāng)有效面積：大非線性帶寬資源DWDM系統(tǒng)長距離傳輸單摸光纖優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)：截止波長、色散、模場直徑、彎曲損耗性能均衡優(yōu)化：寬譜范圍內(nèi)，綜合優(yōu)秀品質(zhì)低損耗低色散斜率大有效1550nm13201550nmG.653色散位移光纖：讓損耗和色散最低點(diǎn)都在1550nm辦法：材料色散不變，通過改變 折射率剖面形狀來增大波 導(dǎo)色散，使零色散點(diǎn)往長 波長方向移動(dòng)普通商用光纖色散位移光纖1550nm13201550nmG.653色散位移光纖G.656色散平坦光纖20-10-20-30101.11.21.31.41.51.61.7030l(mm)普通光纖l1總色散l2色散平坦光纖在較大的范圍內(nèi)保持相近的色散值，適用于波分復(fù)用系統(tǒng)普通商用光纖色散平坦光纖G.656色散平坦光纖20-10-20-30101.11.色散補(bǔ)償光纖(DCF)色散補(bǔ)償光纖傳輸光纖010050100150200傳播長度總色散(ps/nm)TXRX正負(fù)色散率搭配使系統(tǒng)累積色散為零存在的問題：(1)高損耗；(2)非線性效應(yīng)強(qiáng)；(3)短波長過補(bǔ) 償、長波長欠補(bǔ)償色散補(bǔ)償光纖(DCF)色散補(bǔ)償光纖傳輸光纖01005010特殊設(shè)計(jì)折射率剖面解決方案三維折射率剖面特殊設(shè)計(jì)折射率剖面解決方案三維折射率剖面CorningLeafIndexProfile幾種新型光纖康寧LEAF光纖LEAF:LargeEffectiveAreaFiberCorningLeafIndexProfile幾種新型SumitomoPureGuideIndexProfile住友純波導(dǎo)光纖SumitomoPureGuideIndexProfLucentTruewaveIndexProfile朗訊真波光纖LucentTruewaveIndexProfile朗武漢長飛大保實(shí)光纖武漢長飛大保實(shí)光纖ITU-T關(guān)于單模光纖的技術(shù)規(guī)范ITU-T關(guān)于單模光纖的技術(shù)規(guī)范0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(nm)EDFA頻帶

20100-10-20色散(ps/nm.km)G.652&G.654G.655G.653色散與損耗0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)16幾種常用光纖的特性幾種常用光纖的特性作業(yè)：3.1-3.4作業(yè)：第三章光纖中的信號劣化3.1光纖的損耗特性3.2光纖的色散特性3.4單模光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)第三章光纖中的信號劣化3.1光纖的損耗特性相關(guān)問題：光纖中信號衰減的機(jī)理是什么樣的？為什么光信號在光纖中傳播的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生失真？失真會(huì)嚴(yán)重到什么程度？相關(guān)問題：即使是最好的光纖，光從它的一端傳到另一端，強(qiáng)度也會(huì)有所減弱。光纖中的信號劣化與光纖的傳輸特性有關(guān)。光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性、色散特性和非線性特性。即使是最好的光纖，光從它的一端傳到另一端，強(qiáng)度也會(huì)有3.1光纖的損耗特性光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強(qiáng)度逐漸減弱，光纖對光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗（或衰減）。光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。

3.1光纖的損耗特性光波在光纖中傳輸，隨著傳3.1.1吸收損耗吸收損耗是由制造光纖材料本身以及其中的過渡金屬離子和氫氧根離子(OH－)等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生的損耗，包括:本征吸收損耗雜質(zhì)吸收損耗原子缺陷吸收損耗

3.1.1吸收損耗1.本征吸收損耗 本征吸收損耗在光學(xué)波長及其附近有兩種基本的吸收方式。

(1)紫外吸收損耗 紫外吸收損耗是由光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材料中的電子從低能級激發(fā)到高能級時(shí)，光子流中的能量將被電子吸收，從而引起的損耗。吸收峰在0.16m,尾巴延伸至光纖通信波段,在短波長區(qū)達(dá)1dB/km,長波長區(qū)約0.05dB/km。1.本征吸收損耗

(2)紅外吸收損耗 紅外吸收損耗是由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時(shí)，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動(dòng)加劇，從而引起的損耗。

Si-O鍵振動(dòng)吸收,諧振吸收峰在9.1、12.5、21m，尾巴延伸至1.5~1.7m，造成光纖工作波長的上限。(2)紅外吸收損耗2.雜質(zhì)吸收損耗

光纖中的有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和OH－。

OH離子吸收：

O-H鍵的基本諧振波長為2.73m，與Si-O鍵的諧振波長相互影響，在光纖通信波段內(nèi)產(chǎn)生一系列的吸收峰，影響較大的是在1.39、1.24、0.95m，峰之間的低損耗區(qū)構(gòu)成了光纖通信的三個(gè)窗口。金屬離子吸收：金屬雜質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的邊帶吸收峰（0.5~1.1m)，目前雜質(zhì)含量低于10-9，其影響已可忽略。OH－吸收峰解決方法：(1)對制造光纖的材料進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)提純，比如材料達(dá)到99.9999999%的純度(2)制造工藝上改進(jìn)，如避免使用氫氧焰加熱(汽相軸向沉積法)2.雜質(zhì)吸收損耗OH－吸收峰解決方法：3.原子缺陷吸收損耗

通常在光纖的制造過程中，光纖材料受到某種熱激勵(lì)或光輻射時(shí)將會(huì)發(fā)生某個(gè)共價(jià)鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時(shí)晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長約為630nm左右。1rad(Si)=0.01J/kg800人死亡3.原子缺陷吸收損耗1rad(Si)=0.01J/光纖吸收損耗曲線摻GeO2的低損耗、低OHˉ含量石英光纖OH－0.154dB/km幾種摻雜成分不同的光纖的損耗比較光纖吸收損耗曲線摻GeO2的低損耗、低OHˉ含量石英光纖OH3.1.2散射損耗空氣中浮游著無數(shù)的煙霧、塵粒，光照射到這些微粒上，微粒把光朝四面八方散射，微粒越多，光柱越亮，光的散射損耗越大，照射的距離也就越短。這種散射叫分子散射。一切物質(zhì)都由分子構(gòu)成，光纖材料也不例外，所以散射損耗不可避免。另有一種散射是由光纖材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完整所引起，比如光纖中有氣泡、雜質(zhì)，粗細(xì)不均勻，特別是纖芯包層的界面不平滑，光傳輸?shù)竭@里，也會(huì)被散射到各個(gè)方面。3.1.2散射損耗空氣中浮游著無數(shù)的煙霧、塵粒1.線性散射損耗 任何光纖波導(dǎo)都不可能是完美無缺的，無論是材料、尺寸、形狀和折射率分布等等，均可能有缺陷或不均勻，這將引起光纖傳播模式散射性的損耗，由于這類損耗所引起的損耗功率與傳播模式的功率成線性關(guān)系，所以稱為線性散射損耗。1.線性散射損耗(1)瑞利散射

由于材料的不均勻使光信號向四面八方散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。瑞利散射是一種最基本的散射過程，屬于固有散射。瑞利散射損耗也是一種本征損耗，它和本征吸收損耗一起構(gòu)成光纖損耗的理論極限值。

光纖在加熱制造過程中的熱騷動(dòng)，造成材料密度不均勻，進(jìn)而造成折射率的不均勻（比光波長小的尺度上的隨機(jī)變化），引起光的散射--瑞利散射。大小與4成反比。在1.55m波段，瑞利散射引起的損耗仍達(dá)0.12~0.16dB/km，仍是該波段損耗的主要原因。顯然，若能在更長波長區(qū)域內(nèi)工作，瑞利損耗的影響將會(huì)減小（3m處約0.01dB/km)，但受限于石英光纖的材料損耗（紅外吸收）。采用新型材料的光纖可望在遠(yuǎn)紅外區(qū)域獲得更低的損耗－氟化物光纖。(1)瑞利散射(2)波導(dǎo)散射損耗

在光纖制造過程中，由于工藝、技術(shù)問題以及一些隨機(jī)因素，可能造成光纖結(jié)構(gòu)上的缺陷，如光纖的纖芯和包層的界面不完整、芯徑變化、圓度不均勻、光纖中殘留氣泡和裂痕等等。

光纖芯徑沿軸向不均勻（大于光波長尺度）造成導(dǎo)模和輻射模間的能量耦合，使能量從導(dǎo)模轉(zhuǎn)移到輻射模，造成波導(dǎo)散射損耗（又稱米氏散射），目前的光纖制造水平，可將芯徑的變動(dòng)控制到<1%，相應(yīng)的散射損耗<0.03dB/km，可以忽略。(2)波導(dǎo)散射損耗2.非線性散射損耗

當(dāng)光通信系統(tǒng)運(yùn)行于高能級(>幾毫瓦），且比特率>2.5Gb/s，需要考慮非線性效應(yīng)。

光纖中存在兩種非線性散射，源于光波與二氧化硅介質(zhì)中聲子（分子震動(dòng)）的相互作用。它們都與石英光纖的振動(dòng)激發(fā)態(tài)有關(guān)，分別為受激喇曼散射和受激布里淵散射。2.非線性散射損耗受激喇曼散射

受激喇曼散射：能量從短波長光波轉(zhuǎn)移至長波長光波。

stimulatedRamanscattering

某物質(zhì)能級1與能級2之間的能量差為h△v，當(dāng)頻率為v的單色光入射到此介質(zhì)中時(shí),如處于能級1的介質(zhì)分子吸收一個(gè)入射光子而躍遷到某個(gè)虛能級上，并從此虛能級躍遷回到能級2上,同時(shí)發(fā)射一個(gè)頻率為vs＝v-△v的散射光子,則vs線稱為喇曼散射的斯托克斯線。若處于能級2上的分子吸收一個(gè)入射光子，隨后從虛能級躍遷回到能級1上,并發(fā)射一個(gè)頻率為va＝v＋△v的散射光子，則va線稱為喇曼散射的反斯托克斯線。當(dāng)入射光強(qiáng)較弱時(shí),散射過程基本上是自發(fā)散射,即普通的喇曼散射。當(dāng)入射光是很強(qiáng)的激光時(shí)，受激散射成為主導(dǎo)的。散射光的這種變化過程有明顯的閾值。入射光強(qiáng)超過此閾值后,散射光的強(qiáng)度突然增大,并有很高的方向性、單色性和相干性。這就是受激喇曼散射。受激喇曼散射可用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，同時(shí)又是產(chǎn)生具有新波長的激光的一種方法?；诖诵?yīng)而制成的喇曼移頻器，已使激光輸出波長擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外和真空紫外范圍。利用后向喇曼散射，可以壓縮激光脈沖的寬度，從而獲得極高的峰值功率。

受激喇曼散射受激布里淵散射

受激布里淵散射

phononscattering

受激布里淵散射主要是由于入射光功率很高，由光波產(chǎn)生的電磁伸縮效應(yīng)在物質(zhì)內(nèi)激起超聲波，入射光受超聲波散射而產(chǎn)生的。散射光具有發(fā)散角小、線寬窄等受激發(fā)射的特性。也可以把這種受激散射過程看作光子場與聲子場之間的相干散射過程。受激布里淵散射有可能在一個(gè)信道中引起嚴(yán)重畸變。它會(huì)朝向源的方向上產(chǎn)生增益。

受激布里淵散射3.1.3彎曲損耗 光纖的彎曲有兩種形式：一種是曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲，我們習(xí)慣稱為彎曲或宏彎；另一種是光纖軸線產(chǎn)生微米級的彎曲，這種高頻彎曲習(xí)慣稱為微彎。3.1.3彎曲損耗

宏彎：在光纜的生產(chǎn)、接續(xù)和施工過程中，不可避免地出現(xiàn)彎曲。光纖有一定曲率半徑的彎曲時(shí)就會(huì)產(chǎn)生輻射損耗。當(dāng)曲率半徑減小時(shí)，損耗以指數(shù)形式增加。

高階模比低階模容易發(fā)生宏彎損耗，因此有時(shí)可用彎曲的辦法濾掉高階模消逝場qqq￠

<qqq

>qcq￠RCladdingCore場分布 宏彎：在光纜的生產(chǎn)、接續(xù)和施工過程中，不可避免地出

微彎是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，光纖的纖芯、包層和套塑的熱膨脹系數(shù)不一致而引起的，其損耗機(jī)理和彎曲一致，也是由模式變換引起的。微彎導(dǎo)致了導(dǎo)播模與泄漏?；蚍菍?dǎo)波模之間的重復(fù)性能量耦合。 微彎是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，微彎損耗微彎的原因：

光纖的生產(chǎn)過程中的帶來的不均 成纜時(shí)受到壓力不均

使用過程中由于光纖各個(gè)部分熱脹冷縮的不同導(dǎo)致的后果： 造成能量輻射損耗高階模功率損耗低階模功率耦合到高階模減小微彎的一種辦法是在光纖外面一層彈性保護(hù)套微彎損耗微彎的原因：高階模功率損耗低階模功率耦宏彎和微彎對損耗的附加影響彎曲損耗隨模場直徑增加顯著增加光纖彎曲帶來額外損耗宏彎損耗微彎

損耗基本損耗l增加，V減少宏彎和微彎對損耗的附加影響彎曲損耗隨模場直徑增加顯著增加光纖3.1.4光纖損耗系數(shù) 為了衡量一根光纖損耗特性的好壞，在此引入損耗系數(shù)(或稱為衰減系數(shù))的概念，即傳輸單位長度(1km)光纖所引起的光功率減小的分貝數(shù)，一般用α表示損耗系數(shù)，單位是dB/km。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：3.1.4光纖損耗系數(shù) 式中：L為光纖長度，以km為單位；P1和P2分別為光纖的輸入和輸出光功率，以mW或μW為單位。 式中：L為光纖長度，以km為單位；P1和P2分別為

在單模光纖中有兩個(gè)低損耗區(qū)域，分別在1310nm和1550nm附近，即通常說的1310nm窗口和1550nm窗口；1550nm窗口又可以分為C-band（1525nm～1562nm）和L-band（1565nm～1610nm）。一般標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在1550nm的損耗系數(shù)為0.2dB/km。如圖所示。在單模光纖中有兩個(gè)低損耗區(qū)域，分別在1310nm和光纖的損耗特性損耗的補(bǔ)償辦法：（1）電放大：

光電光

（2）全光放大： EDFA、拉曼放大器光纖的損耗特性損耗的補(bǔ)償辦法：（1）電放大： 光電光例3.2設(shè)想一根30km長的光纖，在波長1300nm處的衰減為0.8db/km，如果我們從一端注入功率為200W的光信號，求其輸出功率Pout.

例3.2設(shè)想一根30km長的光纖，在波長1300nm處的衰3.2光纖的色散特性3.2.1色散的概念當(dāng)日光通過棱鏡或水霧時(shí)會(huì)呈現(xiàn)按紅橙黃綠青藍(lán)紫順序排列的彩色光譜。這是由于棱鏡材料（玻璃）或水對不同波長（對應(yīng)于不同的顏色）的光呈現(xiàn)的折射率n不同，從而使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。3.2光纖的色散特性3.2.1色散的概念當(dāng)日自然光的色散自然光的色散光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散，如圖所示。色散一般用時(shí)延差來表示，所謂時(shí)延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時(shí)間之差。色散引起的脈沖展寬示意圖模式色散：不同模式不同傳輸速度（僅多模光纖有）材料色散：不同頻率不同折射率波導(dǎo)色散：不同頻率不同模場分布偏振模色散：不同偏振態(tài)不同傳輸速度色散分類光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻t1t2t3t4脈沖展寬導(dǎo)致接收端無法將相鄰的脈沖分開，從而導(dǎo)致誤碼。因此，射散特性限制了光纖的傳輸容量。t1t2t3t4脈沖展寬導(dǎo)致接收端無法將相鄰的脈沖分開，從而色散描述方式信號分量的群速率是頻率/波長的函數(shù)：即不同的頻率分量間存在群時(shí)延差。信號在傳輸了距離L，頻率分量w經(jīng)歷的延時(shí)為：假設(shè)輸入脈沖的譜寬Dw不太寬，那么脈沖展寬的多少可以由下式?jīng)Q定：群速度色散(GVD)（ps2/km)色散描述方式信號分量的群速率是頻率/波長的函數(shù)：群速度色散(通常光源的譜寬用Dl來表示。根據(jù)w和l之間的關(guān)系代入DT中，那么可以得到：其中D(l)稱為色散系數(shù)(單位長度群延遲差):

ps/(km·nm)通常光源的譜寬用Dl來表示。根據(jù)w和l之間的關(guān)系3.2.2模式色散

多模光纖中不同模式的光束有不同的群速度，在傳輸過程中，不同模式的光束的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的色散，稱模式色散。所謂模式色散，用光的射線理論來說，就是由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不同所造成的時(shí)延差。3.2.2模式色散1.階躍型光纖中的模式色散 在階躍型光纖中，傳播最快的和最慢的兩條光線分別是沿軸線方向傳播的光線①和以臨界角θc入射的光線②，如圖3.6所示。因此，在階躍型光纖中最大色散是光線①和光線②到達(dá)終端的時(shí)延差。1.階躍型光纖中的模式色散圖3.6階躍型光纖的模式色散DL為兩種模式的光程差。圖3.6階躍型光纖的模式色散DL為兩種模式的光程差。2.漸變型光纖中的模式色散 在漸變型光纖中合理地設(shè)計(jì)光纖折射率分布，使光線在光纖中傳播時(shí)速度得到補(bǔ)償，從而模式色散引起的光脈沖展寬將很小。2.漸變型光纖中的模式色散3.2.3材料色散

由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時(shí)間延遲不同。由于材料折射率隨光信號頻率的變化而不同，光信號不同頻率成分所對應(yīng)的群速度不同，由此引起的色散稱為材料色散。

一般情況下，材料色散往往是用材料色散系數(shù)這個(gè)物理量來衡量，材料色散系數(shù)定義為單位波長間隔內(nèi)各頻率成份通過單位長度光纖所產(chǎn)生的色散。3.2.3材料色散光纖的折射率是波長的函數(shù)n(l)，則不同的波長的傳播函數(shù)b不同：

可以得到傳播了L后波長l所經(jīng)歷的群延時(shí)(材料色散)為：式中：Δλ為光源的譜線寬度，即光功率下降到峰值光功率一半時(shí)所對應(yīng)的波長范圍；L是光纖的傳播長度。Dm為材料色散系數(shù)。減小材料色散方法：選擇譜寬窄的光源，采用較長的工作波長。光纖的折射率是波長的函數(shù)n(l)，則不同的波長的傳3.2.4波導(dǎo)色散單模光纖只有約80%的光功率在纖芯中傳播，20%在包層中傳播的光功率其速率要更大一些。這種由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的色散稱為波導(dǎo)色散。3.2.4波導(dǎo)色散假設(shè)纖芯和包層的折射率與波長無關(guān)，而且折射率差D=(n1-n2)/n1非常小，傳播函數(shù)b近似等于：可以得到傳播了L后波長l所經(jīng)歷的群延時(shí)為：其中V為歸一化頻率。進(jìn)一步可以得到波導(dǎo)色散導(dǎo)致的脈沖展寬：其中Δλ為光源的譜線寬度，即光功率下降到峰值光功率一半時(shí)所對應(yīng)的波長范圍；L是光纖的傳播長度。Dw(λ)為波導(dǎo)色散系數(shù)假設(shè)纖芯和包層的折射率與波長無關(guān)，而且折射率波導(dǎo)色散系數(shù)一般為負(fù)值例：令n2=1.48，D=0.2%，從左圖可以看出當(dāng)V=2.4時(shí)，有：因此可以算出在1320nm處，波導(dǎo)色散為：2.4隨V變化的曲線波導(dǎo)色散系數(shù)一般為負(fù)值例：令n2=1.48，D=0.標(biāo)準(zhǔn)單模光纖總的模內(nèi)色散1320一般來說材料色散的影響大于波導(dǎo)色散：|Dm|>|Dw|波導(dǎo)色散特性取決于光纖的特性，如：芯徑a，相對折射率差以及折射率分布等，因此可以通過改變光纖特性來改變其色散特性。色散的改變主要集中在零色散波長的位移和色散平坦兩方面。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖總的模內(nèi)色散1320一般來說材料色散的影響大于波3.2.5偏振模色散（極化色散）偏振模色散（PMD）也稱為極化色散。由于光信號的兩個(gè)正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引起的色散稱偏振模色散。偏振模色散3.2.5偏振模色散（極化色散）偏振模色散（PMD）也稱為本征光纖雙折射隨機(jī)的偏振模耦合雙折射的光通信器件

偏振模色散產(chǎn)生的原因+外界的擠壓光纖的彎曲、扭轉(zhuǎn)外界環(huán)境溫度的變化等

EDFA，F(xiàn)BG，DCFIsolators,Couplers,Filtersetc.本征光纖雙折射偏振模色散產(chǎn)生的原因+外界的擠壓偏振模色散(PMD)PMD受環(huán)境(如振動(dòng)、溫度、應(yīng)力等)影響非常顯著，跟模內(nèi)色散相比具有不穩(wěn)定性和突發(fā)性。因此，PMD補(bǔ)償?shù)碾y度比較大，關(guān)于補(bǔ)償?shù)姆椒壳吧袩o定論。偏振模色散(PMD)PMD受環(huán)境(如振動(dòng)、溫度、應(yīng)力等)PMD對傳輸?shù)挠绊慞MD對傳輸?shù)挠绊慞MD特點(diǎn)

一般采用兩偏振模的群時(shí)延差(DifferentialGroupDelay)來表示偏振模色散的大小兩偏振模之間的模式耦合隨波長和時(shí)間隨機(jī)變化，所以偏振模色散是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，并隨時(shí)間而變化當(dāng)光纖很長時(shí)，PMD呈現(xiàn)為麥克斯韋分布。這個(gè)分布可以是一組相同的光纖在同一波長處測量的結(jié)果，也可以是一根光纖在同一波長處但不同時(shí)間的測量結(jié)果，或者是同一光纖在不同波長處的測量結(jié)果PMD特點(diǎn)PMD表征方式由于統(tǒng)計(jì)特性，群時(shí)延差(DGD)很難用于實(shí)際測量通常采用以下幾種方式來定義PMD值：群時(shí)延差的平均值(MeanDifferentialGroupDelay)(ps)群時(shí)延差的平均值系數(shù)傳輸時(shí)間的均方差(RMSDGD，約為1.08)實(shí)際測量的群時(shí)延差值可能比群時(shí)延差的平均值大或小許多PMD表征方式PMD對光通信系統(tǒng)的影響按照國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范小組的觀點(diǎn)：為保證PMD導(dǎo)致的系統(tǒng)功率代價(jià)在1dB以下，偏振模色散的群時(shí)延差的平均值必須小于一比特周期的十分之一(10psfora10Gb/ssystem)。當(dāng)大于這一規(guī)定值時(shí)，需對系統(tǒng)偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償！比特率(Gb/s)允許的DGD平均值(ps)MeanDGD系數(shù)為0.1ps/km光纖的傳輸距離（km)2.540<1600001010<10000402.5<625PMD對光通信系統(tǒng)的影響按照國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范小組的觀3.2.6光纖總色散

光纖的總色散為：

τM模式色散，τm材料色散，τW波導(dǎo)色散。單模光纖一般只給出色散系數(shù)D，其中包含了材料色散和波導(dǎo)色散的共同影響。3.2.6光纖總色散三種光纖的總色散:1300nm最優(yōu)化光纖色散平坦光纖色散位移光纖三種光纖的總色散:1300nm最優(yōu)化光纖色散平坦光纖色散位移3.2.7光纖的色散和帶寬對通信容量的影響 光纖的色散和帶寬描述的是光纖的同一特性。其中色散特性是在時(shí)域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬了多少；而帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對于調(diào)制信號而言，光纖可以看作是一個(gè)低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號的高頻分量通過光纖時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重衰減，如圖3.12