光纤通信的 第三章.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 这将会导致光场沿光纤传输时，偏振状态不断发生变化，如图3-4-5所示：线偏振状态→椭圆偏振状态→圆偏振状态→椭圆偏振状态→线偏振状态。这种现象也称为单模光纤的双折射效应。 普通单模光纤的双折射相对而言并不十分严重,它所引起的偏振色散的影响一般不大,但对大容量的1550nm零色散单模光纤系统来说,它可能成为唯一的色散源。 为了实现单一偏振光的传输,人们制造了保偏光纤,它包括低双折射及高双折射两种。低双折射保偏光纤是通过改进制造工艺达到尽量高的圆度、在结构材料及工艺上消除光纤内的残余应力，从而获得非常小的双折射。 高双折射保偏光纤是对光纤的结构进行特殊设计，光纤的纤芯仍为圆形，但在紧靠纤芯的包层采用特殊结构如图3-4-6所示，使两个基本模的传播常数相差很大，这样光纤中只有一个模式处于主导地位，实现较长传输距离上偏振态基本不变。 3.5 光纤的损耗特性 1.衰减系数 损耗是光纤的一个重要传输参量，是光纤传输系统中继距离的主要限制因素之一。 损耗的大小可以用衰减常数α定义。 通常α表示成dB/km为单位的形式。 。 2光纤损耗特性 由石英光纤的损耗谱曲线自然地显示光纤通信系统的三个低损耗窗口： ① 第一低损耗窗口短波长0.85μm附近； ② 第二低损耗窗口长波长1.31μm附近； ③ 第三低损耗窗口长波长1.55μm附近； 实验上曲线的损耗值为：对于单模光纤，在0.85μm时约为2.5dB/km；在1.31μm时约为0.4dB/km；在1.55μm时仅为0.2dB/km，已接近理论值(理论极限为0.15dB/km)。 3光纤损耗特性的分析 (1) 吸收损耗 光纤材料的吸收损耗主要包括本征吸收损耗、杂质吸收损耗和原子缺陷吸收损耗。 ①本征吸收损耗是构成光纤的石英材料本身所固有的，主要有两种基本吸收方式：紫外吸收和红外吸收。 ②杂质吸收损耗 光纤中的有害杂质很多，主要有过渡金属离子和OH离子两大类。 ③原子缺陷吸收损耗是光纤材料的某个共价键断裂而产生原子缺陷，而吸收光能引起损耗，其吸收峰波长约0.63μm，选择合适的制作工艺，这种因素的影响也可以减至最小。 (2) 散射损耗 光纤散射是由于光纤中介质的不均匀性而使光向各个方向散开的现象，光纤散射会使一部分光功率辐射到光纤外面而造成损耗。光纤散射损耗包括线性散射损耗和非线性散射损耗两大类。 (3) 弯曲损耗 当理想的圆柱形光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的弯曲，导致能量泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。光纤受力弯曲有两类：宏弯和微弯。 ①宏弯是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲，例如，当光缆拐弯时就会发生这样的弯曲。一般情况下弯曲半径大于5mm时，宏弯损耗可以忽略；但是弯曲半径在5mm以下减小时，宏弯损耗会极大地增加，所以应该避免这种情况。 ②微弯是光纤成缆时由于涂覆材料而产生的随机性扭曲，微弯引起的附加损耗一般很小，基本上观测不到。但是当温度低到摄氏50～60度时，微弯损耗加大。 根据如上分析如果进一步减小光纤的损耗有如下方案： ①全波光纤，也称无水光纤，进一步减小 离子的浓度，这样 离子吸收损耗就会减小，1.39μm的吸收峰极大地降低，从1100nm～1600nm都会损耗较小，为波分复用提供广阔的空间。 ②新材料光纤，有一种新的氟化锆(ZrF4)光纤，在λ=2.55μm附近具有极低的本征材料吸收损耗约0.01dB/km，比石英光纤低一个数量级，具有诱人的应用潜力。另一种硫化物多晶光纤在λ=10μm附近的红外区亦具有很低的损耗，理论上预示这类光纤的最低损耗将小于 。 3.6 光纤的色散特性 1光纤色散的概念和种类 光信号在光纤中传输时不仅由于光纤损耗而使光功率变小，波形也会变得越来越失真。光信号通过光纤传播期间，波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。 引起光纤色散的原因很多，主要有： （1）模式色散 （2）材料色散 （3）波导色散 （4）偏振模色散 （5）高级色散 色散的程度在时域用脉冲展宽Δτ来描述，脉冲展宽Δτ也就是信号最先到达和最后到达的时延差，脉冲展宽Δτ越大，色散就越严重。Δτ如果很大，就会产生码间干扰，整个光纤通信系统就不能正常的工作。因此对光纤色散的分析与研究是十分重要的。 色散的程度在频域可以用带宽来描述，二者的关系通过推导可得 B=441/ Δτ （3-6-1） 式中：Δτ为脉冲展宽，单位为ps；B为3dB光带宽（FWHM），单位为GHz。 2多模光纤的模式色散 (1) 多模阶跃型光纤的模式色散 多模阶跃型光纤的模式色散是指在多模阶跃型光纤中不同模式群速不同而引起的色散，可以用光纤中传输的最高模式