第二章光纤传输特性教材.ppt

2.6 光纤传输特性 主要内容 损耗 色散 光纤的带宽和冲激响应 光纤中的非线性效应 单模光纤性能指标 2.6.1　损耗 1、损耗的定义： 　当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。 　2、损耗一般用损耗系数α表示： 　　　　　　　　　　　　(单位：dB/km) 损耗大小影响光纤的传输距离长短和中继距离的选择 ，影响光纤通信系统的成本 3、损耗的种类 吸收损耗 散射损耗 其他损耗 吸收损耗 本征吸收损耗是由于光纤材料本身吸收光能量产生的。主要存在红外波段的分子振动吸收和紫外波段的电子跃迁吸收。红外吸收对长波长有影响，紫外吸收对短波长有影响。 杂质吸收损耗主要是由于光纤中含有的各种过渡金属离子和氢氧根（OH-）离子在光的激励下产生振动，吸收光能量造成。 （OH-）离子的吸收对光通信的长波长影响比较大（主要在1.38um)。 散射损耗 散射损耗是指在光纤中传输的一部分光由于散射而改变传输方向，从而使一部分光不能到达收端所产生的损耗。主要包含瑞利散射损耗、 非线性散射损耗和波导效应散射损耗。 瑞利散射损耗是由于光纤材料折射率分布小尺寸的随机不均匀性所引起的本征损耗。瑞利散射损耗与波长的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。因此对短波长窗口影响较大。 非线性散射损耗是当光强度大到一定程度时，产生非线性喇曼散射和布里渊散射，使输入光信号的能量部分转移到新的频率成分上而形成损耗。因此非线性散射损耗是随传播频率变化的。在常规光纤中由于半导体激光器发送光功率较小，该损耗可忽略。但在DWDM系统中，由于总功率很大，就必须考虑其影响。 波导效应散射损耗是由于光纤波导结构缺陷引起的损耗，与波长无关。光纤波导结构缺陷主要由熔炼和拉丝工艺不完善造成。 其他损耗 主要是连接损耗和弯曲损耗和微弯损耗。 连接损耗是由于进行光纤接续是端面不平整或光纤位置未对准等原因造成接头处出现损耗。其大小与连接使用的工具和操作者技能有密切关系。 弯曲损耗是由于光纤中部分传导模在弯曲部位成为辐射模而形成的损耗。它与弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小。 微弯损耗是由于成缆时产生不均匀的侧压力，导致纤芯与包层的界面出现局部凹凸引起。 连接与耦合损耗： 弯曲损耗（宏弯损耗和微弯损耗） 单模光纤中的宏弯损耗：a)光纤中的模场分布 b)弯曲光纤中的模场分布 宏弯损耗 弯曲损耗是光信息传输所受衰减的主要原因之一，它与光纤敷设的弯曲半径有关，最小弯曲半径常作为光纤的一项参数给出。 弯曲半径应超出光纤包层直径的150倍；对短期应用，应超过包层直径的100倍。如果包层直径为125μm的话，这两个数值分别19mm和13mm。 利用光纤的弯曲损耗特性，可以在光纤链路上引入一些可控的衰减。在需要对光进行可控衰减时，通过将光纤绕上几圈就可以实现，所绕圈数和半径均可控制衰减量。 4 光纤的损耗波谱曲线 光纤通信所使用的三个低损耗窗口: 0.85um 约为 2.5dB/km 1.31um 约为 0.5dB/km 1.55um 约为 0.2dB/km 　2.6.2 光波导中信号失真 1　什么是色散，色散的分类 名词：色散 　信号在光纤中是由不同的频率成份和不同的模式成份携带的，这些不同的频率成份和模式成份有不同的传播速度，使得光纤输出波形在时间上产生展宽。 　色散种类：模内色散（色度色散）和模间色散，偏振模色散（单模光纤中）。 2 模内色散（色度色散） 模内色散包括材料色散和波导色散 材料色散：纤芯的材料的折射率随波长的变化导致色散。折射率随波长的变化,使不同波长的群速度不同，造成时延差,发生脉冲展宽。在1.27um处最小 波导色散：原因是由于光纤中只有80%的光功率在纤芯中传播，20%在包层中传播，由于包层中传播速率大于纤芯，就出现色散。波导色散的大小取决于光纤的设计 色度色散 4 模间色散 模间色散产生的原因：即使在同一频率的光，不同的模式群速率不一样，也产生色散。它主要取决于光纤的折射率分布。 模间色散主要存于多模光纤中。 　5 光纤各种色散对传输的影响： 6 色散效应对高速通信系统的影响 　7 阶跃型光纤的模式色散 在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端面临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条光线代表一种模式，则不同入射角的光线代表不同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的传播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布，纤芯中不同路径的光线的传播速度相同，因此不同路径的光线到达输出端的时延