光纤和光缆课件.pptVIP

上式右邊第一項為材料色散式中，λ的單位為nm。當λ=1273nm時，M2(λ)=0。式(2.52)第二項為波導色散，其中δ=(n3-n2)/(n1-n3)，是W型單模光纖的結構參數，當δ=0時，相應於常規單模光纖。含V項的近似經驗公式為經簡化，得到單位長度的單模光纖色散係數為(2.52)其值由實驗確定。SiO2材料M2(λ)的近似經驗公式為圖2.13不同結構單模光纖的色散特性不同結構參數的C(λ)示於圖2.13，圖中曲線相應於零色散波長在1.31μm的常規單模光纖，零色散波長移位到1.55μm的色散移位光纖，和在1.3~1.6μm色散變化很小的色散平坦光纖，這些光纖的結構見圖2.2(c)和圖2.3(a)。式中，λ0為中心波長。利用σλλ0，可以把時間延遲τ(λ)展開為泰勒級數τ(λ)=τ0+(λ-λ0)C0+(λ-λ0)2C′0/2(2.54)式中，τ0=τ(λ0)，C0=C(λ0)，C′0=。光源的影響存在色散［C(λ)≠0］的條件下，光源對光纖脈衝展寬的影響可以分為三種情況。多色光源：設Δωλ(光源頻譜寬度)Δωs(調製帶寬)，且光譜不受調製的影響。這相當於多縱模半導體雷射器的情況。考慮rms譜線寬度為σλ的高斯型光源，其功率譜密度為(2.53)把rms脈衝寬度為σ1的高斯型光脈衝(用功率表示)輸入長度為L的單模光纖，在中心波長λ0遠離零色散波長λd，即|λ0-λd|σλ/2的條件下，輸出光脈衝仍保持高斯型，設其rms脈衝寬度為σ2，由式(2.54)、式(2.53)和式(2.48)得到作為一級近似，σ≈|C0|Lσλ。由式(2.47)可以計算出3dB光帶寬，圖2.14示出常規單模光纖帶寬和波長的關係。(2.55b)由長度為L的單模光纖色度色散產生的脈衝展寬為σ22=σ21+(C0Ｌσλ)2+(2.55a)圖2.14常規單模光纖帶寬和波長的關係上式右邊第二項為光纖產生的脈衝展寬。和多色光源不同，單色光源脈衝展寬與輸入脈衝寬度σ1有關。根據式(2.56a)，可以選取使輸出脈衝寬度σ2最小的最佳輸入脈衝寬度σ1單色光源：設Δωλ(光源頻譜寬度)Δωs(調製帶寬)且中心波長不受調製的影響。這相當於鎖模雷射器和穩定的單頻雷射器。在長度為L的單模光纖上，輸入和輸出的光脈衝都是高斯型，其rms脈衝寬度分別為σ1和σ2，經計算得到(2.56a)(2.56b)由此得到最佳輸出脈衝寬度(σ2)最佳=(2.56c)中等譜寬：設光源的頻譜寬度Δωλ和調製帶寬Δωs相近(Δωλ≈Δωs)，這相當於頻譜寬度較大的單縱模雷射器。在這種情況下，式中，ω為光源的rms頻譜寬度(用角頻率表示)。同樣可以選取使σ2最小的最佳σ1。(2.57)式中，nx和ny分別為x-和y-方向的等效折射率。偏振模色散本質上是模式色散，由於模式耦合是隨機的，因而它是一個統計量。目前雖沒有統一的技術標準，但一般要求偏振模色散小於0.5ps/km。由於存在偏振模色散，即使在色度色散C(λ)=0的波長，帶寬也不是無限大，見圖2.14。偏振模色散：實際光纖不可避免地存在一定缺陷，如纖芯橢圓度和內部殘餘應力，使兩個偏振模的傳輸常數不同，這樣產生的時間延遲差稱為偏振模色散或雙折射色散。偏振模色散Δτ取決於光纖的雙折射，由Δβ=βx-βy≈nxk-nyk得到，(2.58)(2.61a)2.3.2光纖損耗損耗的存在光信號幅度減小限制系統的傳輸距離。在最一般的條件下，在光纖內傳輸的光功率P隨距離z的變化，可以用下式表示習慣上α的單位用dB/km，由式(2.60)得到損耗係數Po=Piexp(-αL)(2.60)設長度