光纤的传输特性

《光纤的传输特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、光纤的传输特性   光纤的传输特性主要包括光纤的损耗特性，色散特性和非线性效应。光纤的损耗特性*************************************************************概念：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加光功率逐渐下降。衡量光纤损耗特性的参数：光纤的衰减系数（损耗系数），定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位为dB／km。其表达式为：式中求得波长在λ处的衰减系数；Pi表示输入光纤的功率，Po表示输出光功率，L为光纤的长度。（1）光纤的损耗特性曲线•损耗直接关系到光纤通信系统的传输距离，是光纤最重要的传输特性之一。自光纤问世以来，人们在降

2、低光纤损耗方面做了大量的工作，1.31μm光纤的损耗值在0．5dB/km以下，而1.55μm的损耗为0.2dB/km以下，接近了光纤损耗的理论极限。总的损耗随波长变化的曲线，叫做光纤的损耗特性曲线—损耗谱。•从图中可以看到三个低损耗“窗口”：850nm波段—短波长波段、1310nm波段和1550nm波段—长波长波段。目前光纤通信系统主要工作在1310nm波段和1550nm波段上。（1）光纤的损耗因素光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗，还有来自光纤结构的不完善。这些损耗又可以归纳以下几种：1、光纤的吸收损耗光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，把光能以热能的形式消耗于光纤中，是光纤损耗中重要

3、的损耗。包括：本征吸收损耗；杂质离子引起的损耗；原子缺陷吸收损耗。2、光纤的散射损耗光纤内部的散射，会减小传输的功率，产生损耗。散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射，引起损耗。另外，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射，产生损耗。3、波导散射损耗交界面随机的畸变或粗糙引起的模式转换或模式耦合所产生的散射。在光纤中传输的各种模式衰减不同，长距离的模式变换过程中，衰减

4、小的模式变成衰减大的模式，连续的变换和反变换后，虽然各模式的损失会平衡起来，但模式总体产生额外的损耗，即由于模式的转换产生了附加损耗，这种附加的损耗就是波导散射损耗。要降低这种损耗，就要提高光纤制造工艺。对于拉得好或质量高的光纤，基本上可以忽略这种损耗。4、光纤弯曲产生的辐射损耗光纤是柔软的，可以弯曲，可是弯曲到一定程度后，光纤虽然可以导光，但会使光的传输途径改变。由传输模转换为辐射模，使一部分光能渗透到包层或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉，从而产生损耗。当弯曲半径大于5～10cm时，由弯曲造成的损耗可以忽略。另外还可以按以下损耗机理分类：分类引起原因影响本征吸收红外吸收（分子振动引起）8

5、-12μm，对光纤通信影响不大本征损耗(光纤固有的损耗，无法避免决定光纤的损耗极限)紫外吸收（电子跃迁引起）0.7-1.1μm,对光纤通信有一定影响本征散射瑞利散射（材料折射率的不均匀性引起）长波长瑞利散射减小非固有损耗（由材料和工艺引起）杂质吸收过渡金属离子和离子影响较大离子的振动吸收造成0.95μm，1.24μm，1.39μm处出现损耗峰波导散射宏观上的不均匀可以通过改善制造工艺解决 形成光纤损耗的原因很多，其损耗机理复杂，计算也比较复杂。降低损耗主要依赖于工艺的提高、相对材料的研究等。光纤的色散特性********************************************

6、*****************   概念：光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致信号畸变的一种现象。   在数字光纤通信系统中，色散使光脉冲发生展宽。严重时，会导致光脉冲前后相互重叠，造成码间干扰，增加误码率。所以光纤的色散不仅影响光纤的传输容量，也限制了光纤通信系统的中继距离。（1）光纤色散的表示法常用的表示方法有三种：1、色散系数D(λ)：单位线宽光源在单位长度光纤上所引起的时延差，其公式为：式中，为单位长度光纤上的时延差，单位是ps/km；是光源上的线宽，单位为nm。2、最大时延差：描述光纤中速度最快和最慢的光波成

7、分的时延之差，时延差越大色散越严重。3、光纤带宽：用光纤的频率特性来描述光纤的色散。经理论推导，光纤的带宽和时延差的关系为：式中，B为光脉冲为高斯形，光功率下降3dB时的光纤每公里带宽；是光脉冲传输1km的时延差，单位是ns/km。（2）光纤色散的种类1、模式色散   多模传输时同一波长分量的各种传导模式的相位常数不同，群速度不同，引起到达终端的光脉冲展宽的现象。对于渐变型光纤，由于离轴心较远的折射率小，因而