第2章 光纤特性.ppt

在光纤通信系统中，光功率常用dBm表示，它 和mw之间的关系如下： 这时，光纤的损耗系数表示为： 光纤的损耗还可用光纤损耗系数表示： 则，光纤的损耗和光纤损耗系数关系为： 2.光纤损耗分类 光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗和光纤制成之后由于使用条件造成的附加损耗。 固有损耗包括：散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。 附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和连接损耗。 3.光纤的固有损耗 吸收损耗 基质材料的本征吸收 杂质吸收 原子缺陷吸收 散射损耗 线性散射损耗（瑞利散射） 因光纤结构不完善引起的损耗 非线性散射损耗（布里渊散射和拉曼散射） 本征吸收 杂质离子吸收 散射损耗 举例 石英组分中的一种或数种元素造成的吸收： 氧化硅（石英） 紫外吸收－－在高能激发下,石英材料产生了电子受激辐射（电子）。 红外吸收－－因光子同石英分子振动之间交换能量造成的（声子）,如Si－O键的红外吸收峰出现在9.2μｍ。 氧化锗、氧化硼 氧化锗和降低折射率的氧化硼的吸收峰分别在11μｍ、8.1μｍ和7.2μｍ波长处。 注：这两种本征吸收损耗在波长0.8μｍ至1.7μｍ是低损耗窗口。 光纤技术的新进展 吸收损耗——原子缺陷吸收 原子缺陷吸收是由于材料受到热辐射或光辐射作用引起的。 这种损耗可达几百dB/km甚至几万dB/km。 选择材料：选择对辐射不敏感的石英玻璃，避免原子缺陷吸收。 光纤损耗曲线 2.3.1引言 一、概念： 光纤色散：是指构成光信号的电磁波各成分在光纤中具有不同传输速度的现象，是限制单一波长上传输容量的主要因素。 色散导致信号畸变、码间干扰，对系统比特率和传输距离造成限制。 二、光纤色散分类 模式色散、波导色散、材料色散、偏振色散 模式色散：不同模式不同群速度，即各模式以不同时刻到达光纤端面而使脉冲展宽——多模光纤色散。 所谓模式色散，用光的射线理论来说，就是由于轨迹不同的各光线沿轴向的平均速度不同所造成的时延差。 材料色散：不同频率,不同折射率。 一般情况下,材料色散往往是用色散系数这个物理量来衡量。 色散系数:单位波长间隔内各频率成份通过单位长度光纤所产生的色散，用D(λ)表示,单位是ps/(nm.km)。 材料色散:τm(λ)=Dm(λ).Δλ.L 波导色散：同一模式,不同频率不同群速度。 材料色散和波导色散统称色度色散或群速色散或波长色散，是单模光纤中主要色散。 偏振色散：不同偏振态,不同群速度。 起源：工艺所致的光纤非圆对称、沿光纤轴向的随机应力与温度分布具有随机性和突发性。 影响：其影响虽小，但难以消除。在群速色散被克服的情况下，是单模光纤中的主要色散。 克服方法：设计保偏光纤。 说明 多模光纤中，模式色散占绝对优势，其他色散可忽略。 单模光纤无模式色散，适合大容量、长距离传输系统。 在群速色散起作用的场合，偏振色散可忽略。 光纤的色散和带宽的关系 光纤的色散和带宽描述的是光纤的同一特性。 色散特性是在时域中的表现形式，即光脉冲经过光纤传输后脉冲在时间坐标轴上展宽了多少。 带宽特性是在频域中的表现形式，在频域中对于调制信号而言,光纤可以看作是一个低通滤波器,当调制信号的高频分量通过光纤时，就会受到严重衰减。 通常把调制信号经过光纤传输后，光功率下降一半（3db）时的频率大小定义为光纤的带宽。 三、群速度与群延时 光信号脉冲展宽由群延时差Δτg来描述。 群延时τg：是指光信号沿单位长度光纤传播后产生的延迟时间，即光脉冲行进单位轴向距离所需时间 光脉冲沿轴向行进速度为群速度Vg： 故单位长度光纤上的群延时为： 波长色散：群时延随波长的变化率。 弱导光纤（n1≈n2)色散讨论 (1)光纤中参量定义： 光纤中传播的光波的横向传播常数，即波矢量的横向分量为： (3)群延时差 波导色散和材料色散说明 在单模光纤中，对于短波区（0.85um），材料色散很大，可忽略波导色散；在长波区（1.3-1.55um），材料色散随波长增加而减小到与波导色散相同量级，在1.3um处出现与其极性相反、相互抵消的情形。 在1.3-1.7um之间，通过适当调整光纤波导的结构参量（a,g,Δ),总可获得零色散，这是零色散位移光纤的原理，使零色散波长移至与低损耗波长一直，提高传输距离。 c.模式色散 定义：同一频率下，不同导模的群速度不同引起