第5章-光纤通信技术.ppt

5.3 光纤的损耗与色散 5.3.7 光纤中的色散 色散是指光纤中不同频率或不同模式的成分在传播过程中到达终点的时间不一致，在数字系统中使得光脉冲展宽，产生误码。由于色散，光脉冲被展宽，相邻的脉冲之间发生交叠就会引起误码。 光纤中的色散主要包括材料色散，波导色散和模间色散。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.7 光纤中的色散 和之前讲过的模间色散类似，通常用群延时差来表示光纤中的色散 群速度：光脉冲的轴向运动速度为 群延时：光脉冲经过单位轴向距离所用的时间 其中b为轴线传播常数，k0=2p/l0是真空中的传播常数，l0是光源的波长。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.7 光纤中的色散 在单模光纤中，由于只有基模传输，所以没有模间色散。 材料色散：不同波长的光在纤芯中折射率不一样，因此轴传播常数b不一样，造成群延时差。 波导色散：不同波长的光横向传播参数U和W不一样，进而影响b，造成群延时差。 材料色散 波导色散 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.7 光纤中的色散 材料色散引起的单位长度上脉冲展宽 波导色散引起的单位长度上脉冲展宽 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.7 光纤中的色散 零材料色散（ZMD）点的实际位置会随掺杂情况的变化而变化，一般都会在1.2mm-1.4mm之间的某个位置。因此，一般来说在光纤通信系统中使用1.3mm的工作波长可以减小材料色散影响。但此时波导色散仍然存在，总色散不为零。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.7 光纤中的色散 在波长为1.3mm附近材料色散和波导色散为负刚好正负抵消。对于1.3mm-1.7mm间的任何工作波长，都可以通过合理设计光纤的参数，使得该工作波长处总色散接近与0。这就是色散位移光纤的原理 。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.8 常用单模光纤 根据工作在不同的通信波段以及相应的损耗和色散情况，常用单模光纤主要有常规单模光纤、色散位移光纤、非零色散位移光纤、色散平坦光纤和色散补偿光纤几种。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.8 常用单模光纤 常规单模光纤的零色散波长在1.3mm附近，最低损耗在1.55mm附近。ITU-T建议的G.652和G.654光纤都是常规单模光纤。但是常规单模光纤在1.55mm附近，具有较高的正色散。 色散位移光纤（DSF）：通过改变光纤的尺寸、折射率分布、参杂等参数，可以增大1.55mm附近的波导色散大小，从而使得1.55mm附近波导色散和材料色散抵消，零色散波长就移到了1.55mm，同时实现低损耗和零色散。ITU-T建议的G.653光纤就是色散位移光纤。使用色散位移光纤配合光放大器可以实现超长距离的传输。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.8 常用单模光纤 非零色散位移光纤（NZDSF）就是通过改变折射率分布，使得零色散波长在1.53mm ~1.565mm 之间，但1.55mm处色散不是刚好为零，而是某个很小的值。ITU-T建议的G.655光纤就是非零色散位移光纤。在C波段上，非零色散位移光纤具有很低的损耗和色散，同时可以有效抑制非线性效应，可采用波分复用技术和掺铒光纤放大器实现大容量长距离的传输。 当色散位移光纤中传输多波长光信号再采用放大器的时候，就会出现严重的四波混频非线性效应，不适合波分复用（WDM）技术的使用。 5.3 光纤的损耗与色散 5.3.8 常用单模光纤 色散平坦光纤（DFF）：这是通过设计纤芯和包层的折射率分布来实现全波段（1.3mm ~1.6mm）的低色散 色散补偿光纤（DCF）：通过加入一段光纤来抵消原本线路的色散。 5.4 光通信器件 5.4.1 光源 在光纤通信系统中，光源是用于产生载波的。电信号被调制到光源发出的光上面，光携带着这些信息在光纤内传输，从而实现信息的传播。发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）是光纤通信系统中最常见的两种光源。 尺寸小，容易和光纤尺寸匹配耦合。 功耗低且工作稳定。 发光的波长处于光纤低损耗波段，线宽窄色散小。 线性好，易于调制 优点 5.4 光通信器件 5.4.1 光源 半导体激光器LD发光的原理是受激辐射，只有注入电流大于阈值电流It的时候才会发出激光。 优点：发光的线宽非常窄且发射功率大，色散小，可以用于长距离传输。 缺点：阈值电流对温度敏感，影响线性特性，需要做温度反馈控制。 5.4 光通信器件 5.4.1 光源 LD的调制 数字调制 模拟调制 5.4 光通信器件 5.4.1 光源 LD和光纤耦合 半导体激光器常用于单模光纤，单模光纤的数值孔径非常小，同时激光器输出光场和光纤输出光场又不匹配，所以如果将半导体激光器发出的光高效率的耦合到光纤中效率会很低，必须使用透镜或透镜组提高耦合效率。 加