第2章光纤与光缆.pptVIP

瑞利散射光功率与传输光功率成比例。利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。

设在光纤中正向传输光功率为P，经过L1和L2点(L1L2)时分别为P1和P2(P1P2)，从这两点返回输入端(L=0)。光检测器的后向散射光功率分别为Pd(L1)和Pd(L2)，经分析推导得到，正向和反向平均损耗系数2.后向散射法第61页，共88页，星期日，2025年，2月5日式中右边分母中因子2是光经过正向和反向两次传输产生的结果。

第62页，共88页，星期日，2025年，2月5日后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L。显然，式中，c为真空中的光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲的往返传播时间。第63页，共88页，星期日，2025年，2月5日光在阶跃光纤中的传播轨迹光学参数数值孔径折射率差光线传播理论单模光纤中光线传播路径第29页，共88页，星期日，2025年，2月5日NA表示光纤接收和传输光的能力。NA（或θa）越大，表示光纤接收光的能力越强，光源与光纤之间的耦合效率越高。NA越大，纤芯对入射光能量的束缚越强，光纤抗弯曲特性越好。NA太大时，则进入光纤中的光线越多，将会产生更大的模色散，因而限制了信息传输容量，所以必须适当选择NA。单模光纤的NA在0.12附近，多模光纤的NA约为0.21。数值孔径概念数值孔径就是能够使光线在光纤中以全内反射的形式进行传播的的入射角θa的正弦值。第30页，共88页，星期日，2025年，2月5日光在渐变光纤中传播的定性解释将径向r方向连续变化的折射率分为不连续变化的若干层表示:光线传播理论第31页，共88页，星期日，2025年，2月5日光在渐变光纤以不同角度入射的光线族皆以正弦曲线轨迹在光纤中传播，且近似成聚焦状理论上，光在渐变光纤的传播轨迹：2n1n光线传播理论第32页，共88页，星期日，2025年，2月5日色散损耗光纤非线性效应§2.3光纤的传输特性第33页，共88页，星期日，2025年，2月5日光信号经光纤传输后要产生损耗和畸变(失真)，因而输出信号和输入信号不同。对于脉冲信号，不仅幅度要减小，而且波形要展宽。产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输带宽。本节讨论光纤的色散和损耗的机理和特性，为光纤通信系统的设计提供依据。§2.3光纤的传输特性第34页，共88页，星期日，2025年，2月5日色散的基本概念色散的种类及其产生原因光纤的色散第35页，共88页，星期日，2025年，2月5日z=0z=L色散光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。光纤的色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的时间差。单位：ps/nm.km色散的基本概念第36页，共88页，星期日，2025年，2月5日色散类型模式色散：不同模式对应有不同的模折射率，导致群速度不同和脉冲展宽（仅多模光纤有）波导色散：传播常数随频率变化材料色散：折射率随频率变化偏振模色散PMD波长色散色散的种类及其产生原因第37页，共88页，星期日，2025年，2月5日模式色散是由于光纤不同模式在同一波长下传播速度不同，使传播时延不同而产生的色散。只有多模光纤才存在模式色散，它主要取决于光纤的折射率分布。模式色散第38页，共88页，星期日，2025年，2月5日波导色散DW由于光纤中某一导模在不同光波长下，相位常数（传播常数β）不同，群速度不同而引起的色散。波导色散取决于波导的结构参数和波长。波导色散的影响依赖于光纤设计参数，如纤芯半径和芯－包层折射率差。根据光纤的这种特性，可改变光纤的色散情况，进行色散位移（非零色散位移光纤）。波导色散第39页，共88页，星期日，2025年，2月5日材料色散DM是由于光纤的折射率随波长而改变，实际光源不是纯单色光，模内不同波长成分的光，其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。合理设计成将零色散波长移到1550nm的色散移位光纤，使1300nm和1550nm处色散皆为零的色散平坦光纤，或1550nm处具有负色散值的色散补偿光纤材料色散第40页，共88页，星期日，2025年，2月5日单模光纤材料色散和波导色散随波长的变化关系零色散波长17ps/nm.km@1550nm