《光纤的传输特性》PPT课件

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1、第三章光纤的传输特性本章内容光纤中信号的劣化光纤的损耗特性光纤的色散特性单模光纤的非线性光纤的制造工艺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线性损伤加性噪声损耗外部串扰信道内部串扰非线性损伤信号畸变乘性噪声光纤中信号的损伤线性损伤加性噪声多模光纤中可存在模式噪声，单模光纤中噪声可忽略不计损耗外部串扰，可忽略不计色散造成的信号畸变内部串扰，来源于光纤的非线性非线性损伤光纤非线性造成的信号畸变乘性噪声，可忽略不计3.2光纤的损耗特性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。损耗问题如何表示光纤损耗？光

2、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本征吸收杂质吸收过渡金属离子氢氧根离子散射损耗瑞利散射米氏散射弯曲损耗宏弯和微

3、弯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0.81.01.21.41.61.8波长λ(um)0.010.050.10.5151050100损耗dB/km波导缺陷紫外吸收红外吸收瑞利散射实验值OH-吸收微弯损耗和宏弯损耗机理宏弯损耗曲率半径比光纤直径大得多的宏弯曲微弯损耗光纤成缆时产生，沿轴向的随机性弯曲消逝场q¢qcq¢RqqCladdingCore场分布降低光纤损耗的方法工作波长选择选择在低损耗窗口超纯原料降低过渡金属离子浓度生产工艺减小不均匀性减小OH-离子的引入光纤保护光纤的典型损耗特性850nm3dB/km1310nm0.

4、3~0.4dB/km(典型值为0.35dB/km)1550nm0.3dB/km以下(典型值为0.2dB/km）(理论极限值0.154dB/km)使用过程中光纤的损耗变化变化趋势损耗增大原因热胀冷缩油膏特性变差光纤受水分侵蚀OH-吸收损耗增大光纤分子缺陷增多单模与多模光纤损耗对比单模光纤损耗要小一些原因包括以下几点：光能量主要在纤芯中传输纤芯所需原料少，更易保证其纯度纤芯工艺要求更高，折射率不均匀性减小包层更厚，OH-离子更难入侵到纤芯中纤芯小，弯曲损耗更低超低损耗光纤瑞利损耗与波长的关系为什么工作波长不能选择得更长一些？卤化物光纤氟化物光纤，本征吸收区波长

5、较石英光纤更长一些最低损耗窗口在2550nm附近最低损耗低达0.01~0.001dB/km难度超纯原料微晶体化光纤损耗的测量测量方法：剪断法、插入损耗法、背向散射法剪断法、插入损耗法后向散射法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：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色散对光信号包络传播的影响包络展宽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色散光纤色散对通信的影响影响链：色散导致传输的光脉冲展宽光脉冲展宽导致码间串扰码间串扰导致系统误码率增大通信系统需

6、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，可以减小信息速率，增大光脉冲间隔减少传输距离，降低脉冲展宽程度归纳：光纤的色散直接影响其传输带宽距离积色散越大，带宽距离积越小色散对通信系统的影响光纤色散的种类模式色散多模色散偏振模色散波长色散材料色散波导色散单模光纤中依然存在多模色散模式色散影响机理信号光入射进光纤，可激励起多种模式（理论上无穷多）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模式色散可形象地解释为因光线多径传播导致的色散显然，多模光纤中能够传播的模式越多，模式色散就越严重，其带

7、宽距离积就越小消除方法：单模传输单模光纤的双折射单模光纤的实际工作模式LP01x模和LP01y模它们是空间正交的两个模，理想状态完全简并，即x=y由于以下原因，光纤存在双折射现象几何原因：例如光纤芯不圆，其特例椭圆光纤应力原因：光纤横向受应力影响，导致各向异性外加电磁场影响光纤的双折射现象将导致LP01x模和LP01y模沿z轴的传播速率不完全相同，即x≠y，这将导致偏振模色散偏振模色散图偏振模色散（PMD）光纤的双折射现象将导致LP01x模和LP01y模沿z轴的传播速率不完全相同，即x≠y，这将导致偏振模色散偏振模色散对长途大容量光纤通信影响较

8、为严重，通常只能用统计推算的方法估算偏振模色散波长色散单位长度光纤