光纤传输特性及其在光网中的应用设计分析.doc

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光纤传输特性及其在光网中的应用设计分析

光纤传输特性及其在光网中的应用设计分析 第29卷第4期 2000年8月 电子科技大学 Joum~ofUEST0rChina 0l29NO4 Aug2,90o - 学术论文与技术报告? 光纤传输特性及其在光网中的应用设计分析 电 特… 自76年代光纤商用化以来, 黾掠T峨|f 与通信系统技术国家重点实验室成都610954 色散,非线性效应等传精特性作了阐述.结合应用要求.对光纤的种类厦设 息产业急剧膨胀 信息的传输向着高速率,大容量,多业务的方向发展,光纤以通信容量大,中继距离长,抗于扰 能力强以及经济效益好等优点正迅速取代传统的同轴电缆,成为有线信息传输的最佳介质.目前 光纤的应用正步人成熟期,世界上一些主要国家和地区已经拥有庞大的光传输网络系统,我国也 基本建成了覆盖全国省会城市和重点地区并连至世界的八纵八横光纤传输骨干网,骨干网中 敷设的光纤路由已达1.73~10km,而整个网络中的光缆已远远超过l0km[_]. 目前对光纤,光缆的应用已深入到通信领域的诸多方面,不同的应用场合对光纤有不同的要 求,如何优化设计光纤,优化应用光纤,关系到光通信网络运行成本的高低和运行性能的优劣. 许多重要的研究机构和开发公司(如朗讯贝尔实验室和美国康宁玻璃公司等1对此作了大量研究开发 工作,已有不少性能优良,适合不同应用环境的光纤种类面世.本文介绍了光纤的传输特性,面 向各种不同的应用要求,分析了光纤的种类设计及开隋况. l光纤传输特性 带宽,衰减及色散是光纤的基本传输挣性,在高功率条件下则要产生非线性光学特性. 1.1衰减特性与波长窗口 光信号在光纤中传输时,一部分能量会被吸收或散射,从而导致光信号减弱,这一现象称为 互 量 耀 i,L曲 图I光纤损耗波长曲线 光纤的衰减特性.吸收损耗和散射损耗与传输光波的 波长有关,典型的光纤损耗波长曲线如图1所示.吸 收损耗是材料中的粒子吸收光能产生振荡发热所致, 分固有吸收和杂质吸收两种.固有吸收分紫外吸收和 红外吸收.杂质吸收主要为残留在光纤中的OH-离子 吸收光能所致.氢氧根有两个吸收峰,其中吸收峰基 波在720rim附近,吸收峰两次谐波在1380nm附近. 图示情况表明,两次谐波吸收对长波长光能量的损耗 最大,影响最严重,应设法加以克服.散射损耗是以 光能形式将能量辐射,其中最主要的是瑞利散射.瑞 利散射是一种弹性散射,与波长4次方成反比. 2000年5月26日收稿 I~Jll省青年科拄基金,I~Jl[省学术和技术带头人培养基金资助项目 ..男36岁在站博士后副教授 把色色 第4期张宏斌等:光纤传输特性及其在光网中的应用设计分析343 根据光纤的损耗波长曲线,光纤的典型工作波长窗口有3个,~P850nm,1310nlfl和】550nm 3个窗口中1550nm窗口损耗最低,该窗口也是目前被广泛采用的窗口.850nm窗口为早期第 一 代光通信系统所采用,由于其损耗较高,现在已很少利用这一窗口.目前正在开发1600nm波 段(L.Band),这一窗口被定义为第四窗口.在1350~1530nm波段,由于OH-N子的二次谐波吸收 峰位于其间,所未能得到很好利用.朗讯公司已开发出能消除水峰的制造工艺,已制造出 一 种称为全波的光纤,可望用于此波段,使得1400nm窗口的利用成为可能,这一窗口被定义为 第五波长窗口[21 1.2色散 在光纤中传输的光信号,其不同成分的时间延迟不同,从而使光脉冲展宽,这一现象称为色 散光纤色散包括模式色散,色度色散和偏振模色散.模式色散是由于波场的传输模式不同而引 起的,显然只存在于多模光纤中.色度色散包括材料色散和波导色散.材料色散是由于光纤的折 射率随波长不同而改变所引起的,而波导色散是由光纤几何结构等参数决定的一种色散,是由部 分光功率进入包层中传输,而包层中的光速比芯中的快所引起的时差.在多模光纤中主要是模式 色散和材料色散,波导色散可忽略;在单模光纤中材料色散是主要的,波导色散也不可忽视 理想圆对称光纤可在给定的距离相同的传输时间传输两个正交的HE模.但实际光纤的 纤芯椭圆度和残留各向异性应力破坏了正交模的简并,使两个正交偏振模的延迟不同,其中在短 轴方向的偏振模传输较陕,在长轴方向的偏振模传输较慢,称为偏振模色散(PMD)P].PMD对传 输有线电视的模拟系统和长距离,高速率的数字系统的影响是不可忽视的.由于色散要使脉冲展 宽从而使传输信号失真,所一方面要设计和制造出色散小,色散平坦的光纤,另一方面则要尽 量使用已有光纤的小色散窗口. 1.3光纤的非线性效应 当光纤中所传输的光信号功率足够高时,光信号会与光纤发生相互作用使光信号发生改变, 称为光纤的非线性效应,会使光信号发生畸变从而影响系统的性能【】.非线性效应可分为受激散 射和非线性折射率两类. 1.3.1受激

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