光纤的基本性质.pptVIP

北京邮电大学顾畹仪 概论 从1970年到现在虽然只有短短40年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向更高水平、更高阶段方向发展。 从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000亿个话路。虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输24万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。 目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。 第1.1节 光纤的基本性质 光纤的结构、分类和光的传输 光纤的传输性质 光纤类型的发展演变 1、光纤的结构、分类和光的传输 光纤的基本结构：纤芯，包层，涂敷层 石英光纤的基本类型和光的传输 多模光纤: 阶跃折射率（Step-Index Fiber） 渐变折射率（ Graded-Index Fiber） 单模光纤 (3) 光缆的基本结构 光纤的结构、分类和光的传输 多模渐变折射率光纤中光射线 折射率分布 射线方程 自聚焦光纤中的光射线：偏射线 螺旋线应满足的条件： 折射率分布应为 也可近似为抛物线分布 单模光纤 射线光学分析方法不适用于单模光纤 波动光学分析方法 （2）光缆 六纤光缆 (1) Fiber Attenuation 损耗计算（ dB/km） Pin ：输入光功率 Pout ：输出光功率 L ：光纤长度 低损耗窗口 0.85 mm ( 2.5dB/km) 1.3 mm ( 0.4dB/km) 1.55mm ( 0.2dB/km) 产生损耗的因素 3、光纤类型的发展演变 多模光纤 常规单模光纤 (SMF), G.652 零色散点在 1310nm 在1.55 um波段D(l) = 17 ps/nm-km ，若传输速率在 10 Gbps 或更高，需要色散补偿 色散位移光纤 (DSF), G.653 零色散点移动到1.55 um，适合在损耗最低窗口传输高速率信号 但由于四波混频（FWM）造成复用信道的串扰，不适合 DWDM 系统 非零色散位移光纤(NZDF), G.655 在1.55um窗口 D(l) = 1 ~ 4 ps/nm-km ，抑制FWM, 支持高速率传输 色散补偿光纤 (DCF) 在1.55um窗口有 -100 ps/nm km Pure-silica core fiber 纯石英芯子光纤（PSCF） 大有效面积（110?m2 ），低损耗 (0.17dB/km) 光子晶体光纤 包层 包层 ? 涂敷层 涂敷层 纤芯 D = 0.002 ~0.01 D = 0.01 ~0.03 用全反射原理分析多模阶跃折射率光纤中光的传输 临界角 多模阶跃折射率光纤的最大群时延差 子午光线和斜射线 对近轴子午光线 对抛物线分布 得 对近轴光线， ，有 自聚焦光纤中的光射线：子午线 上式可近似为抛物线分布 求解波动方程(圆柱坐标系) 代入边界条件, 求出特征方程 纤芯中应为振荡解, 包层中为衰减解. r = a处, Eφ和Hφ应连续 分析各种导模的场型和性质 单模传输条件: V 2.405， 基模HE11 归一化频率 Outer Sheath Yarn strength member Buffer strength member Paper/Plastic Binding Tape Basic Fiber building block Insulator Copper Conductor Polyurethane/PVC Jacket 缆芯结构 层绞式 大束管式 骨架式 带式 2. 光纤的传输性质 (1) 损耗（Attenuation） (2) 色散（Dispersion） a d c b e 第一窗口 第二窗口 第三窗口 C