光纤的传输特性课件.pptVIP

本章内容光纤中信号的劣化n光纤的损耗特性n光纤的色散特性n单模光纤的非线性n光纤的制造工艺n

3.1光纤中信号的劣化

信号的损伤任何传输信道均会对信号造成损伤n线性损伤n加性噪声n损耗n外部串扰n信道内部串扰n非线性损伤n信号畸变n乘性噪声n

光纤中信号的损伤线性损伤n加性噪声n多模光纤中可存在模式噪声，单模光纤中噪声可忽略不计n损耗n外部串扰，可忽略不计n色散造成的信号畸变n内部串扰，来源于光纤的非线性n非线性损伤n光纤非线性造成的信号畸变n乘性噪声，可忽略不计n

3.2光纤的损耗特性

损耗即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。

问题如何表示光纤损耗？nnnnnnnnn光纤损耗的种类及其产生原因是什么？如何才能降低光纤的损耗？光纤的微弯损耗和宏弯损耗机理是什么？光纤在各工作波长段的典型损耗特性如何？光纤使用过程中损耗会增大吗？为什么？单模光纤的损耗大还是多模光纤的损耗大？为什么？光纤的损耗能够更低吗？如何实现？光纤的损耗如何测量？

光纤损耗的表示方法光信号在光纤中传播时，其功率随距离L的增加呈指数衰减：可以通过损耗系数来衡量光纤链路的损耗特性：其中L为光纤长度。标准单模光纤(SMF)在1550nm的损耗系数为0.2dB/km。

光纤损耗的种类吸收损耗n本征吸收n杂质吸收n过渡金属离子n氢氧根离子n散射损耗n瑞利散射n米氏散射n弯曲损耗n宏弯和微弯n本征散射和本征吸收一起构成了损耗的理论最小值

光纤的损耗谱1005010损耗实验值5红外吸收1瑞利散射0.5紫外吸收OH-吸收0.1波导缺陷0.050.010.81.01.2波长λ(um)1.41.61.8

微弯损耗和宏弯损耗机理宏弯损耗nn曲率半径比光纤直径大得多的宏弯曲n微弯损耗光纤成缆时产生，沿轴向的随机性弯曲场分布n消逝场Claddingq￠qCoreqqqqqcq￠R

降低光纤损耗的方法工作波长选择n选择在低损耗窗口n超纯原料n降低过渡金属离子浓度n生产工艺n减小不均匀性n减小OH-离子的引入n光纤保护n

光纤的典型损耗特性nnn850nmn3dB/km1310nm0.3~0.4dB/km(典型值为0.35dB/km)n1550nm0.3dB/km以下(典型值为0.2dB/km）nn(理论极限值0.154dB/km)

使用过程中光纤的损耗变化变化趋势n损耗增大n原因n热胀冷缩n油膏特性变差n光纤受水分侵蚀OH-吸收损耗增大光纤分子缺陷增多nnn

单模与多模光纤损耗对比单模光纤损耗要小一些nn原因包括以下几点：光能量主要在纤芯中传输n纤芯所需原料少，更易保证其纯度n纤芯工艺要求更高，折射率不均匀性减n小包层更厚，OH-离子更难入侵到纤芯中n纤芯小，弯曲损耗更低n

超低损耗光纤瑞利损耗与波长的关系n为什么工作波长不能选择得更长一些？n卤化物光纤n氟化物光纤，本征吸收区波长较石英光纤更长一些n最低损耗窗口在2550nm附近n最低损耗低达0.01~0.001dB/kmn难度n超纯原料n微晶体化n

光纤损耗的测量测量方法：剪断法、插入损耗法、背向散射法n剪断法、插入损耗法n

后向散射法n利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法。

3.3光纤的色散

色散的含义色散：n不同频率的电磁波以不同的相速度和群速度在介质中传播的物理现象n色散对光信号包络传播的影响nn包络展宽n光纤通信中色散的含义一切导致因速度差造成光信号包络展宽的因素均被称为n色散

光纤色散对通信的影响影响链：n色散导致传输的光脉冲展宽n光脉冲展宽导致码间串扰n码间串扰导致系统误码率增大n通信系统需要维持一个足够低的误码率，为此需要降低码间串扰的程度，可以n减小信息速率，增大光脉冲间隔n减少传输距离，降低脉冲展宽程度n归纳：n光纤的色散直接影响其传输带宽距离积n色散越大，带宽距离积越小n

色散对通信系统的影响

光纤色散的种类模式色散n多模色散n偏振模色散n波长色散n单模光纤中依然存在材料色散nn波导色散

多模色散模式色散影响机理n信号光入射进光纤，可激励起多种模式（理论上无穷多）nn多模光纤中若干携带光信号能量的模式均可传播，且速度各不相同时延差导致信号脉冲展宽，影响光纤的带宽距离积n模式色散可形象地解释为因光线多径传播导致的色散nn显然，多模光纤中能够传播的模式越多，模式色散就越严重，其带宽距离积就越小消除方法：单模传输n

单模光纤的双折射单模光纤的实际工作模式nLP01x模和LP01y模n它们是空间正交的两个模，理想状态完全简并，即?=?nyx由于以下原因，光纤存在双折射现象nn几何原因：例如光纤芯不圆，其特例椭圆光纤n应力原因：光纤横向受应力影响，导致各向异性n外加电磁场影响n光纤的双折射现象将导致LP01x模和LP01y模沿