光纤通信 自制 (第二章)光纤传输理论及特性.ppt

* 定义色散系数为: 色散系数的物理含义是指经单位长度光纤传输后，单位光波长间隔对应的群时延差。 故由于材料色散导致的时延差，其色散系数定义为： 光谱线宽Δλ ，传输距离为L后的材料色散（时延差）为： 2.6.2 光纤的色散特性 * 2.6.2 光纤的色散特性 （2）波导色散: 由于某一传输模的群速度（传播常数?）随光波长而变所引起的脉冲展宽称为波导色散。光波长越大，进入包层的光越多，群速度变化越大，波导色散越严重波导色散系数Dw。产生原因： 应用：波导色散系数多为负值，与V值有关，可以通过改变的光纤的结构来调节其大小！ * 2.6.2 光纤的色散特性 （3）高阶色散 * 2.6.2 光纤的色散特性 （4）偏振模色散（PMD） 由于光信号的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称偏振模色散。偏振模色散主要是由于光纤的双折射效应引起的。实际光纤总有某种不同程度的不完善，例如纤芯几何形状的椭圆变形、光纤内部的残余应力、光纤的弯曲扭绞等引起的折射指数的各向异性，都将使LP01x 模和LP01y模的简并受到破坏，它们的相位常数βx、βy不再相等，从而 产生偏振模色散。 * 2.6.2 光纤的色散特性 PMD与系统传输速率以及最大传输距离的关系 * 2.6.2 光纤的色散特性 光纤的D 与λ 关系（光纤制造的根据） * 2.6.2 光纤的色散特性 各种光纤传输特性 ＊ ITU-T常规光纤：G.652/653/654/655/656/657 ＊大有效面积光纤（改进的非零色散位移光纤）： 通光面积80um2 vs. 60um2 ，提高非线性阈值 1550um处负色散，可用G.652低成本补偿 ＊色散平坦光纤：1310nm~1550nm有低色散，两个零色散波长。折射率剖面复杂，制造困难，衰耗大。 ＊色散补偿光纤DCF：1550nm处有很大负色散的单模光纤，色散系数-50~-548ps.nm-1.km-1，损耗0.5~1.0dB/km。 可抵消几十公里的常规单模光纤的正色散 需EDFA配合进行功率补偿 为避免非线性，配置在传输线路末端作无源补偿 * 5．多模传输时的色散及时延失真 对于多模光纤的色散主要是由模式间色散形成。在阶跃折射率分布的多模传输光纤中，每一种模式都有其相应的光纤端面入射角。高次模对应于大的端面入射角，低次模对应于较小的端面入射角。对于高次模，在到达光纤的终端以前，在纤芯-包层界面处反射的光到终端时就产生了时延，迭加成为了展宽了的光脉冲。 2.6.2 光纤的色散特性 光纤越长，模式色散越大；相对折射率差越大，模式色散越严重。 * -传输容量限制: 对于无包层的特殊光纤，n1=1.5，n2=1.0(空气)，?=0.33很大，BL0.4(Mb/s).km 减小?值，BL能提高很多。一般?0.01。 当?=0.002时，BL100(Mb/s).km，10Mb/s的速率传输10km，适用于一些局域网。 -传输容量限制: B--信号比特率 * 1．光纤的带宽 如果光源的频谱宽度比信号的频谱宽度大得多，光纤可以近似为线性系统。 如被测光纤上输入一个单色光，改变调制频率，观察光纤的输出光功率与调制频率的关系发现：频率响应|H( f )|随调制频率的增加而下降，光纤起低通滤波器的作用。 2.6.3 光纤的带宽和冲激响应 光纤3dB光带宽（f3dB或fc）： * 2．光纤的冲激响应 通常设输出光脉冲为高斯形： 2.6.3 光纤的带宽和冲激响应 傅立叶变换后，根据光带宽的定义有： 通常 ó不能测得，而τ1/2(或者Δτ)易测得。可以很容易通过后者计算得到ó，它表示脉冲能量集中的程度。 * 例1.已知阶跃型光纤的n1=1.5，△=1％，工作波λ=1.3μm，光纤长度L=1km，光纤中的导模数量M=2。求： ① 光纤的数值孔径NA。 ② 光纤的纤芯半径a。 ③ 计算光纤带宽（只考虑模式色散,不计 dn1/dλ的影响） 2.6.3 光纤的传输速率 解：① NA≈n1(2Δ)1/2=1.5*(2*0.01) 1/2= 0.21 ② 阶跃多模光纤，g-∞，M=V2/2 = V=2 V=2*3.14*a*NA/λ = a= 2* 1.3/(2*3.14*0.21)= 1.97μm ③ σ(g-∞）≈ 0.424×Ln1Δ/c=0.424×1000*1.5*0.21/(3×108) ≈ 4.5ns f3dB =187/σ=187/4.5=41.5