光纤的损耗和色散.pptVIP

损耗的补偿办法：放大电放大光?电?光2.5×0.6×0.6m3全光放大EDFA拉曼放大器0.05×0.3×0.2m3掺铒光纤放大器01光纤的损耗02色散及其引起的信号失真03单模光纤的色散优化主要内容3.2色散引起的信号失真01040203光信号包含不同的频率、模式、偏振分量f光源输出有一定谱宽：100KHz~10MHz信号具有不同的频谱分量色散的定义分类：1.模内色散-材料色散-波导色散2.模间色散3.偏振模色散色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生码间干扰，给信号的最后判决造成困难l3l1l2光纤材料对不同的频率成份折射率(传播速率)不同l2l1l3模内色散：材料色散20%能量在包层01信号光处于纤芯的部分和处于包层的部分具有不同的传播速度02单模光纤中传播模80%能量在纤芯模内色散：波导色散模内色散-群速度色散(GVD)信号分量的群速率是频率/波长的函数：即不同的频率分量间存在群时延差。信号在传输了距离L后，频率分量w经历的延时为：对于一个谱宽为Dw的脉冲，那么脉冲展宽的多少可以由下式决定：GVD参数0102通常在波长域习惯用Dl来表示谱宽。根据w和l之间的关系：01其中D(l)称为色散系数：03标准单模光纤在1550nm处色散系数为~17ps/km·nm05代入DT中，那么可以得到：02ps/(km·nm)04群速度色散壹色散系数D为正：负色散b20v高频光v低频光贰色散系数D为负：正色散b20v高频光v低频光叁色散系数D为零：零色散正色散、负色散和零色散光纤的折射率是波长的函数n(l)，不同的波长的传播函数b不同：可以得到传播了L后由Dl所带来的群延时差为：Dm为材料色散系数。减小材料色散：选择谱宽窄的光源材料色散假设纤芯和包层的折射率与波长无关，而且折射率差D=(n1-n2)/n1非常小，传播函数b近似等于：可以得到传播了L后波长l所经历的群延时为：其中V为归一化频率。进一步可以得到波导色散导致的脉冲展宽：其中12波导色散*无论光纤结构多么完美，不包含任何杂质，总存在本征吸收。*热激励造成的结构不完善包括：分子缺损、原子团高密度聚合和氧原子缺损。*无论光纤结构多么完美，不包含任何杂质，总存在本征吸收。*高阶模比低阶模容易发生宏弯损耗*弯曲损耗随模场直径增加而增加***第三章光纤的损耗和色散01光纤的损耗02色散及其引起的信号失真03单模光纤的色散优化主要内容即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗。01光纤的损耗限制了光信号的传播距离。这些损耗主要包括：吸收损耗散射损耗弯曲损耗02损耗033.1光纤的损耗本征吸收 构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在本征吸收：材料本身(如SiO2)的特性决定，即便波导结质对光的吸收而产生的损耗非本征吸收：由过渡金属离子和氢氧根离子(OH－)等杂原子缺陷吸收：由于光纤材料的原子结构的不完整造成吸收损耗本征吸收(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晶格(2)红外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，从而引起的损耗本征吸收曲线非本征吸收光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收OH－吸收峰~2dB解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的纯度OH－和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等(2)制造工艺上改进，如避免使用氢氧焰加热(汽相轴向沉积法)原子缺陷吸收1rad(Si)=0.01J/kg800人死亡光纤晶格很容易在光场的作用下产生振动光纤制造-材料受到热激励-结构不完善强粒子辐射-材料共价键断裂-原子缺陷吸收光能，引起损耗瑞利散射波导散射光纤的密度和折射率分布不均及结构上的不完善导致散射现象010203散射损耗瑞利散射本征散射和本征吸收一起构成了损耗的理论最小值波导在小于光波长尺度上的不均匀：-分子密度分布不均匀-掺杂分子导致折射率不均匀导致波导对入射光产生本征散射瑞利散射一般发生在短波长导致的原因是波导缺陷圆度不均匀纤芯和