光纤通信技术第二章.ppt

光纤通信技术第二章 光信号的传输特性 第二章 光信号的传输特性 光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，任何信号均能以相同速度无损无畸变地传输。 ?但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗和色散，当信号强度较高时还存在非线性。 ？在实际系统中，光信号到底如何传输？其传输特性、传输能力究竟如何？——本章讨论的要点。 第二章 光信号的传输特性 2.1 光纤概述 2.2 光纤的损耗特性 2.3 光纤的色散特性及色散限制 2.4 光纤中的非线性光学效应 2.1 光纤概述 60年代，光纤损耗超过1000dB/km 1970年出现突破，光纤损耗降低到约20dB/km (1?m附近波长区) 1979年，光纤损耗又降到0.2dB/km (在1.55 ?m处) －－低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命，开创了光纤通信的时代。 2.1.1 光纤的结构 光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。 光纤?中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋涂覆层 特点：ncorenclad ?光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。 2. 渐变光纤 渐变光纤的芯区折射率不是一个常数，从芯区中心的最大值逐渐降低到包层的最小值。光线以正弦振荡形式向前传播。 入射角大的光线路径长,由于折射率的变化,光速在沿路径变化,虽然沿光纤轴线传输路径最短,但轴线上折射率最大,光传播最慢.通过合理设计折射率分布, 使光线同时到达输出端，降低模间色散。 a为纤芯半径，?为光波波长，?为折射率差。 参量V决定了光纤中能容纳的模式数量。如果V2.405，则它只容纳单模——单模光纤。 光纤的种类 光纤的芯径、折射率差（?）、所使用波长?可传播的模的数量不同 多模光纤 2a=50 ?m 单模光纤? 2a=4~10 ?m 模场直径MFD 2.1.3 光纤的结构设计与制造 各种不同的结构、特性参数和折射率分布的光纤，可分别用于不同的场合。 纤芯和包层都用石英作为基本材料，折射率差通过在纤芯和包层进行不同的掺杂来实现。 纤芯掺入Ge和P ?折射率? 包层掺入B ?折射率? 光纤光缆的制作 用气相沉积法制作具有所需折射率分布的预制棒（典型预制棒长1m,直径2cm） 使用精密馈送机构将预制棒以合适的速度送入炉中加热 成缆--光缆 预制棒制作技术 －改进的化学气相沉积法（MCVD）、等离子体化学气相沉积法（PCVD）、棒外气相沉积法（OVD）和轴向气相沉积法（VAD） 塑料光纤 聚合物(塑料)光纤(POF)：用于用户接入。 尽管塑料光纤与玻璃光纤相比有更大的信号衰减，但 韧性好，更为耐用 直径大10~20倍，连接时允许一定的差错，而不致牺牲耦合效率 廉价的塑料注入成形技术，可用于制造光连接器、光分路器和收发设备。 第二章 光信号的传输特性 2.1 光纤概述 2.2 光纤的损耗特性 2.3 光纤的色散特性及色散限制 2.4 光纤中的非线性光学效应 示例 对于理想的光纤，不会有任何的损耗，对应的损耗系数为0dB/km，但在实际中这是不可能的。实际的低损耗光纤在900nm波长处的损耗为3dB/km，这表示传输1km后信号光功率将损失50％，2km后损失达75％(损失了6dB)。之所以可以这样进行运算，是因为用分贝表示的损耗具有可加性。 光纤的损耗机理(1) 材料吸收 紫外、红外、OH离子、金属离子吸收等，是材料本身所固有的--本征吸收损耗 OH离子吸收：O-H键的基本谐振波长为2.73 ?m，与Si-O键的谐振波长相互影响，在光纤通信波段内产生一系列的吸收峰，影响较大的是在1.39、1.24、0.95 ?m，峰之间的低损耗区构成了光纤通信的三个窗口。 减低OH离子浓度，减低这些吸收峰---全波光纤（AllWave 康宁） 光纤的损耗机理(2) 瑞利散射是一种基本损耗机理。 由于制造过程中沉积到熔石英中的随机密度变化引起的，导致折射率本身的起伏，使光向各个方向散射。 大小与?4成反比， ?R＝C/ ?4（dB/km）因而主要作用在短波长区。 瑞利散射损耗对光纤来说是其本身固有的，因而它确定了光纤损耗的最终极限。 在1.55 ?m波段，瑞利散射引起的损耗仍达0.12~0.16 dB/km ，是该段损耗的主要原因。 光纤的损耗机理(3) 辐射损耗又称弯曲损耗，包括两类：一是弯曲半径远大于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。 定性解释：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）于纤芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的消失场尾部须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一同前进。这有可能要求离纤芯远的消失场尾部