光纤通信与系统设计-第3章-课堂记录版.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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 * * * 宏弯和微弯对损耗的附加影响 宏弯损耗 微弯损耗 基本损耗 l增加，V减少，W0越大 长波长处附加损耗显著 宏弯带来的应用局限：Verizon的烦恼 Verizon钟爱光纤：花费230亿美元配置了12.9万公里长的光纤，直接连到180万用户家中，提供高速因特网和电视服务 光纤到户使Verizon遇到困境：宏弯引起信号衰减 新技术：抗宏弯的柔性光纤 Photonic Crystal Fiber Photonic Bandgap Fiber 康宁公司帮助Verison解决了问题：可弯曲、折返、打结，已在2500万户家庭中安装 日本NTT也完成了这种光纤的研制 柔性光纤的优点 对光的约束增强 任意波段均可实现单模传输：调节空气孔径之间的距离 可以实现光纤色散的灵活设计 减少光纤中的非线性效应 抗侧压性能增强 光纤损耗的度量 光信号在光纤中传播时，其功率随距离L的增加呈指数衰减： 可以通过损耗系数来衡量光纤链路的损耗特性： 其中L为光纤长度。标准单模光纤(SMF)在1550 nm的损耗系数为0.2 dB/km。 损耗的补偿办法：放大 电放大 光?电?光 2.5 × 0.6 × 0.6 m3 全光放大 EDFA 拉曼放大器 0.05 × 0.3 × 0.2 m3 掺铒光纤放大器 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 3.2 色散引起的信号失真 光信号包含不同的频率、模式、偏振分量 f 光源输出有一定谱宽：100 KHz~10 MHz 信号具有不同的频谱分量 色散的定义 分类： 1. 模内色散 - 材料色散 - 波导色散 2. 模间色散 3. 偏振模色散 色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生码间干扰，给信号的最后判决造成困难 l1 l2 l3 l1 l2 l3 模内色散：材料色散 光纤材料对不同的频率成份折射率(传播速率)不同 单模光纤中传播模80%能量在纤芯 20%能量在包层 模内色散：波导色散 信号光处于纤芯的部分和处于包层的部分具有不同的传播速度 模内色散 - 群速度色散 (GVD) 群速率的定义： 信号在传输了距离L后，频率分量w经历的延时为： 对于一个谱宽为Dw的脉冲，那么脉冲展宽的多少可以由下式决定： GVD 参数 群速度色散 (波长域表示) 根据w和l之间的关系： 代入DT中，那么可以得到： 其中D(l)称为色散系数： ps/(km·nm) 标准单模光纤在1550 nm处色散系数为~17 ps/km·nm 正色散、负色散和零色散 1. 色散系数D为正：负色散 b2 0 v高频光 v低频光 2. 色散系数D为负：正色散 b2 0 v高频光 v低频光 3. 色散系数D为零：零色散 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 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 高速光链路 ( 40 Gb/s)中色散是首要考虑的因素之一 不同线宽下的B vs. L 模间色散 多模光纤中不同模式具有不同的传播