第10讲-第五章.ppt

本征吸收损耗 光纤通信系统中传递的信息总是以光脉冲的形式在光纤中传输。 随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，称为色散。 2.光纤的色散与带宽 光纤色散损害 劣化的程度随数据速率的平方增大，决定了电中继器之间的距离。 光纤色散种类 模间色散 材料色散 波导色散 偏振模色散 多模光纤色散 （适用于局域网） 单模光纤色散 （适用于骨干网） 材料色散：频率ω变化引起折射率变化而导致β变化； 波导色散：频率ω变化引起波导径向参量U和W的变化，从而导致β变化 这种色散并不是由频率不同引起，称之为单色弥散。 这种色散与光频率有关，即与光的颜色有关，合称之为色度色散。 色散概念 色散在传输信号的反映上即为群延时。 群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。 群速度： 群延时： 群延时差： 多模光纤：各个不同导模间的群速度不同而引起多模群延时 单模光纤：仅存在材料色散 和波导色散 色散定义 色散定义： 即光源谱宽为1nm时，光脉冲信号传播1km所引起的脉冲展宽的ps数。 数学表达式： 色散单位： 由色散可以估计光脉冲的展宽： 例如： 标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度 6 nm，传输10 公里距离，色散脉冲展宽值为 : τ = 17ps/nm/km × 6 nm × 10 km = 1020 ps 色散值计算 对于 1 Gbps速率的光脉冲，脉宽约为 1 ns. 如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1 Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对于 155 Mbps速率系统没有问题，因为 其脉冲宽度为 6.5 ns，20％的展宽为1300ps。 如果采用线宽为 300 MHz的DFB激光器，在1 Gbps 调制速率下光谱被展宽 2 GHz，即光源谱宽为2,300 MHz 或 .02 nm (1500 nm波长). 则传输10 公里距离，色散脉冲展宽值为 : τ = 17ps/nm/km × .02 nm × 10 km = 3.4 ps 显然这种情形下， 1 Gbps速率光通信系统没有任何问题。 光纤通信系统要求 由于光纤中色散的存在，光脉冲传输时必然会产生群延迟，从而导致光脉冲的展宽。 光纤通信中影响传输特性的因素： 减小传输速率； 减小传输距离； 减小光源谱宽。 保证色散引起的脉冲展宽小于传输脉冲宽度的20% 无论光纤结构多么完美，不包含任何杂质，总存在本征吸收。 光电学院《光纤光学》2010 孙琪真 光电学院《光纤光学》2010 孙琪真 第五章光纤的特征参数与测试技术 三个限制因素 限制光纤通信发展的三个重要因素： 损耗：光在传输时引起能量的衰耗，需中继器 进行能量补充，传输距离短； 色散：作为载波的光脉冲脉宽展宽，引起码间 串扰，误码率增加造成失真； 非线性：引起DWDM传输信道串扰。 1.光纤的损耗 光纤损耗限制了光信号到达接受机的光功率，同时也限制了 光通信系统两中继站之间的距离; 光纤的损耗由1973年的20dB/Km下降至1993年的0.2dB/Km 光纤的损耗与光纤中传输的光波长有关，因此决定了光纤通 信的不同传输窗口。 损耗的定义及来源 定义：单位长度(km)光纤光功率衰减分贝数； 数学表达式： 单位：dB/km 光纤通信系统中光功率的单位通常用dBm来表示 损耗另一表达式 常用重要数据 2mW 3dBm 1mW 0dBm 0.5mW -3dBm 10mW 10dBm 100mW 20dBm 50mW ? 光纤的衰减系数 光纤的衰减系数 αf 定义： 单位： km-1 光纤的衰减系数与损耗的关系： 常用数据：a ~ Pout/Pin 0.5dB ~ 0.9; 1dB ~ 0.8; 2dB ~ 0.6; 3dB~ 0.5; 10dB ~ 0.1; 20dB ~ 0.01 P81错误更正 光纤的损耗来源 ① 光纤材料的吸收与散射损耗； ② 光纤的微弯与宏弯损耗； ③ 光纤的连接与耦合损耗。 吸收与散射损耗来源 本征吸收损耗 紫外吸收：光纤材料的电子吸收紫外光能量，跃迁到高能级，同时引起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围。 红外本征吸收：光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起损耗。 (1) 紫外吸收 光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引 起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围 z 晶格 光传播方向 k E x (2) 红外吸收