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光纤技术第四章.pptx

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第4章新型光纤和光纤的基本特性;应用最多的石英材料,还有其他材料的光纤。先简介几种石英光纤,再介绍其他材料光纤。;特点:半径大(耦合光强),多模传输(但可是用折射,不是全内反射传导光,折射率变化使光折射,光线在低折射层向轴偏转。

不足:

不适于高性能通信:(1)多模传输有模间干

扰,端面光随微动而分布不均,产生模噪声;

(2)多光纤连接时,连接处有模式变化或泄漏到包层;(3)虽模色散小,但与波长有关的折

射率变化引起其他色散(材料、波导等),对传输速率影响大;(4)理想的折射率分布难实现,成本昂贵。;2、单模光纤;;优点:避免了模色散(有部分剩余色散)、模噪声和多模传输附带的其他效应,传输信号速度远高于多模,能高速传输,衰减小。

不足:阶跃单模光纤的衰减已降到接近极限,另一问题是脉冲色散(后面讲)。

单模光纤色散包括固有的材料色散和波导结构引起的色散(无模色散,但有偏振色散--小)。

该两色散的符号可相反

标准单模光纤的两色散在1.31?m 附近抵消为0(图

4.3)

最小色散在1.31?m ,而最小衰减在1.55?m处,性能最好的光放大器在1530~1610nm,不匹配

(希望色散和衰减都小,可改变结构来匹配);;3色散位移单模光纤

改变组成成分,可改变材料色散,但会增加衰减通过改变纤芯和包层的结构,可使波导色散移动,

将总色散低色散移至1.5?m 段

原因:光场分布和传播常数与波长、纤芯和包层结构有关,波导结构影响平均速度、传播常数,引起波导色散,可大可小,一般为负。

方法:通过结构设计,使波导色散负更多,可调整0色散(图4.4)

有几种色散调整光纤适合不同的光通信;1.零色散位移光纤

1980年代中推出,有使用但不广泛,现不生产。开始称色散位移光纤,现称零色散位移光纤(在

EDFA工作波段中心的色散为零)

ITU国际电信联盟定义为G.654.标准。

改变层状纤芯来增加波导色散:结构(图4.5)(1)内纤芯折射率随r增加而减小;(2)内包层外是

(3)环层或外纤芯,其折射率上升到一值(比内纤芯峰小)后减小,直到(4)外包层一样;;图4.4;该结构将1550nm处的模场???径减为8.1?m(标准单模光纤的为10.4?m )

不足:该光纤适于单信道系统,不适于波分复用系统(尤其是密集波分复用系统):多信道时,各信道光波长的色散接近零,易引发四波混频效应

(易相位匹配),信号劣化。

2.非零色散位移光纤

避免通信中四波混频的办法是采用非零色散位移光纤——将零色散波长移到掺铒光纤放大器的工作波段之外,且工作段内的色散小。其可用的两种结构如4.6(a)和(b),(与零色散位移光纤分布有区别);;ITU将非零色散位移光纤定义为G.655标准。

在EDFA的1550nm波段,色散为0.1~6ps/(nm?km) ,没规定符号(可+可-)。

零色散波长点在EDFA波段上或下均可,如图4.7小色散使相邻波长光保持各自的相位,不发生串

扰。

对用EDFA的DWDM系统,较佳的零色散点选在

1500nm或以下。原因:1)在铒工作段上,色散为正值,而正色散容易补偿;2)色散为正的

部分倾斜度小,色散起伏更小;另外,对长波长0色散点(如1640nm,已研制)光纤,其0色散点在EDFA的L带之外,优点有:(1)1280~

1620nm波段(宽带低损耗区)无零色散点,均可用;;;;4.大有效面积光纤

一般色散移动会使模场减小,增加非线性效应。

故其他非零色散位移光纤应尽量使模场直径最大化,即有效面积最大化,以减小非线性效应。

图4.9结构的模场比标准色散位移光纤的大:高折射率的外环层将光引向外层,增大模场直径。;小色散斜率光纤;5.色散补偿光纤

部分色散是无法避免的,可用有大波导色散的(-)色散补偿光纤来补偿。

该光纤特点:

纤芯与包层折射率差一般很大,有效面积很小(如图4.10)

波导色散非常大

总色散的符号与标准光纤相反,绝对值更大,以抵消或补偿其他光纤的色散;;4.2其它材料光纤

其它材料光纤应用较少,但也很重要。

1、塑料光纤:

结构:高折的芯+低折的包层;

材料:芯为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,有机玻璃),包层为低折聚合物(一般含氟);一般,直径1mm左右,折射率差大,数值孔径大,阶跃、多模光纤(实验室有渐变塑料光纤;单模塑料光纤损耗更高,难用于长途传输)

优点:柔软、易处理、轻便、廉价(能用简单设备连接)缺点:主要是衰减大(目前仍比玻璃高得多图4.11,

500nm小损耗为70dB/km左右,短波长低,近红外区

高,);高温性差,易退化(85℃以下用)

应用:(1)成束光纤传输图像和照明(近距离,造价低);(2)短途通信链路,如办公楼

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