光纤的损耗和色散.ppt

谢谢大家！ 材料色散 光纤的折射率是波长的函数n(l)，不同的波长的传播函数b不同： 可以得到传播了L后由Dl所带来的群延时差为： Dm为材料色散系数。 减小材料色散：选择谱宽窄的光源 波导色散 假设纤芯和包层的折射率与波长无关，而且折射率差D = (n1-n2)/n1非常小，传播函数b近似等于： 可以得到传播了L后波长l所经历的群延时为： 其中V为归一化频率。进一步可以得到波导色散导致的脉冲展宽： 其中 标准单模光纤总的模内色散 1320 - 材料色散的影响一般大于波导色散： |Dm| |Dw| - 波导色散系数通常为负值 总色散系数 D ≈ Dm + Dw 模内色散影响下的光纤带宽：宽谱光源 Dl比较大的时候，单模光纤带宽： 例：考虑一个工作在1550 nm的系统，光源谱宽为15 nm，使用 标准单模光纤D = 17 ps/km·nm，那么系统带宽和距离乘积： BL 1 Gb/s·km 带宽距离积： 模内色散对传输带宽的影响 不同线宽下的系统色散所允 许的带宽与传输距离的关系 结论： 1) 光源线宽越宽色散越严重 2) 零色散光纤对提高系统性 能作用明显 对于高速光链路 ( 40 Gb/s)，色散成为首要考虑的因素之一 模间色散 多模光纤中不同模式具有不同的传播路径导致了模间色散 对于子午光线，经过长度L后模间色散可能产生的最大脉冲展 宽为： DL为两种模式的光程差 偏振模色散 (PMD) 双折射效应导致了偏振模色散 光纤对传播模式的两个偏振 分量的传播速度不同 PMD的外部因素及其特点 外部因素：环境变化如振动、温度、应力等 特点：具有很强的不稳定性和突发性 因此，PMD补偿的难度比较大，补偿方法目前尚无定论 PMD 对传输的影响 PMD对40-Gb/s传输系统的影响将更加显著 主要内容 光纤的损耗 色散及其引起的信号失真 单模光纤的色散优化 3.5 单模光纤的色散优化设计 1550 nm 1320 1550 nm G.653 色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550 nm 办法：材料色散不变，通过改变 折射率剖面形状来增大波 导色散，使零色散点往长 波长方向移动 普通商用光纤 色散位移光纤 G.656 色散平坦光纤 在较大的范围内保持相近的色散值，适用于波分复用系统 普通商用光纤 色散平坦光纤 色散补偿光纤 (DCF) 色散补偿光纤 传输光纤 0 100 50 100 150 200 传播长度 总色散 (ps/km·nm) TX RX 正负色散率搭配使系统累积色散为零 缺点：(1) 高损耗； (2) 短波长过补偿、长波长欠补偿，不宜用于WDM系统 中途谱反转技术 非线性 器件 等长、色散性质相同的光纤 利用光纤光栅(FBG)进行色散补偿 注：FBG是一种可以反射特定波长的光栅器件 * 无论光纤结构多么完美，不包含任何杂质，总存在本征吸收。 * 热激励造成的结构不完善包括：分子缺损、原子团高密度聚合和氧原子缺损。 * 无论光纤结构多么完美，不包含任何杂质，总存在本征吸收。 * 高阶模比低阶模容易发生宏弯损耗 * 弯曲损耗随模场直径增加而增加 * * * 第三章 光纤的损耗和色散 主要内容 光纤的损耗 色散及其引起的信号失真 单模光纤的色散优化 3.1 光纤的损耗 即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗。 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。这些损耗主要包括： 1. 吸收损耗 2. 散射损耗 3. 弯曲损耗 损耗 吸收损耗 原子缺陷吸收：由于光纤材料的原子结构的不完整造成 非本征吸收： 由过渡金属离子和氢氧根离子 (OH－)等杂 质对光的吸收而产生的损耗 本征吸收： 材料本身 (如SiO2) 的特性决定，即便波导结 构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在 本征吸收 本征吸收 (1) 紫外吸收 光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引 起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围 晶格 (2) 红外吸收 光波与光纤晶格相互作 用，一部分光波能量传 递给晶格，使其振动加 剧，从而引起的损耗 本征吸收曲线 非本征吸收 光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收 OH－吸收峰 ~ 2 dB 解决方法： (1) 光纤材料化学提纯，比 如达到 99.9999999%的 纯度 OH－和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等 (2) 制造工艺上改