光纤的特性PPT课件

2023-1-2第二章第二章 光纤的特性光纤的特性 2.1引言引言 光纤传输光纤传输损耗损耗、色散色散和和偏振偏振是是光纤最重要特性参量。它在很大程光纤最重要特性参量。它在很大程度上决定了中继站之间的距离。度上决定了中继站之间的距离。2023-1-22.22.2光纤的损耗光纤的损耗损损耗耗吸收损耗吸收损耗散射损耗本征吸收本征吸收杂质离子吸收杂质离子吸收过渡族金属离子过渡族金属离子OH-紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收本征散射及其他本征散射及其他制作缺陷制作缺陷芯芯-包层界面不理想包层界面不理想喇曼散射喇曼散射瑞利散射瑞利散射折射率分布不均匀折射率分布不均匀气泡、条纹、结石气泡、条纹、结石布里渊散射布里渊散射2023-1-2光纤损耗的来源光纤损耗的来源(1)(2)水峰2023-1-22.3 2.3 光纤色散光纤色散光纤色散是光纤最重要光纤色散是光纤最重要特性参量之一。它在很特性参量之一。它在很大程度上决定了信号传大程度上决定了信号传输质量输质量2023-1-2脉冲与脉冲线宽脉冲与脉冲线宽=为光源的线宽为光源的线宽，为脉冲的脉宽为脉冲的脉宽2023-1-2引言n光纤色散光纤色散：在光纤中传输的光脉冲，受到由光在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的折射率分布、纤的折射率分布、光纤材料光纤材料的色散特性、光纤中的色散特性、光纤中的的模式分布模式分布以及以及光源的光谱宽度光源的光谱宽度等因素决定的等因素决定的“延迟畸变延迟畸变”，使该脉冲波形在通过光纤后发生，使该脉冲波形在通过光纤后发生展宽。展宽。（1）多模色散多模色散（2）波导色散波导色散（3）材料色散材料色散（4）偏振色散）偏振色散波长色散波长色散2023-1-2群延时t00220)(1 ddddddvtgcddccddkck 2/,/2/1/,/200 2023-1-2对光纤传输系统的影响，在时域和频域的对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。表示方法不同。如果信号是如果信号是的，的，(Bandwith)；如果信号是如果信号是，(Pulse broadening)。所以，所以，通常用通常用或脉冲或脉冲展宽展宽表示。表示。用脉冲展宽表示时，用脉冲展宽表示时，光纤光纤可以写成可以写成 =(2n+2m+2w)1/2 n；m；w 所引起的脉冲展宽的所引起的脉冲展宽的。2023-1-2群速与群延时群速与群延时 ddVg 群速群速 的表示：的表示：群延时：群速群延时：群速Vg行进单位长度所花费的时间，即行进单位长度所花费的时间，即 ddVgg 12023-1-2002 nnk 022 cf 00200020001222 dndnccddnnddddddg光纤内的群延时光纤内的群延时ps/nm2023-1-2 LDLMLdndcLMggmm 020200000)()(ggmVLL 0020202020 dndcMDDMdndcLMMM材料色散参量材料色散参量(ps/nm/km)材料色散参量材料色散参量2023-1-2波导色散波导色散 WeffWDMdndcL 02020短波长短波长=0.82 m处处 材料色散材料色散M=110：波导色散波导色散M=2 ps/nm/km材料色散材料色散：难调整难调整波导色散波导色散：比较容易调整比较容易调整2023-1-2 偏振模弥散偏振模弥散水平偏振基模与垂直偏振基水平偏振基模与垂直偏振基模的群速不同造成的脉冲模的群速不同造成的脉冲即即 x y22)()(弥弥散散色色散散 Total2023-1-2 多模光纤色散多模光纤色散SI光纤的模式色散光纤的模式色散 1211nnncnLSI GRIN(=2)光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为SIGRINLcnL 22212023-1-2举例举例n1=1.48,，n2=1.473；L0.3km=0.0047kmpskmnsLGRIN/254320047.0 kmnsLSI/23 psGRIN2.163.054 2023-1-2 材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模式运载，因光源有线宽，而不同波长光的群速式运载，因光源有线宽，而不同波长光的群速不同导致的脉冲展宽。不同导致的脉冲展宽。模式色散是由于光脉冲由同一波长光的不同模式色散是由于光脉冲由同一波长光的不同模式运载，因不同模式的群速不同导致的脉冲模式运载，因不同模式的群速不同导致的脉冲展宽。展宽。偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同一模式运载，因不同偏振态光的群速不同导致一模式运载，因不同偏振态光的群速不同导致的脉冲展宽。的脉冲展宽。各种色散导致脉冲展宽的特点各种色散导致脉冲展宽的特点2023-1-2 各种光纤的综合性能和用途各种光纤的综合性能和用途2023-1-22.4单模光纤的设计单模光纤的设计n引言n多模光纤色散多模光纤色散 arnararnrn22/110)/(21)(1211nnncnLSI SIGRINLcnL 2221最佳求2023-1-2单模光纤的色散单模光纤的色散图图2.4.1石英玻璃的材料色散石英玻璃的材料色散DMDW图图2.4.2单模光纤的波导色散单模光纤的波导色散WMtDDD2023-1-2常规常规SI单模光纤单模光纤(SMF-Single Mode Fiber)ZMD：零色散点零色散点ZMD1.3 m 0=1.55 m D17ps/nm/km 0.2dB/km 2023-1-2零色散位移光纤零色散位移光纤(DSF-Zero Dispersion Shifted Fiber)ZMD1.55 m2023-1-2非零色散位移光纤非零色散位移光纤(Nonzero Dispersion Shifted Fiber)2023-1-2单模光纤色散比较单模光纤色散比较2023-1-2截止条件截止条件 4048.22/122210 nnakV2/122210/202.1nnac 202.1/2/12221nnac 2/122210/202.1nnacfc 2023-1-2色散特性色散特性2023-1-22.5偏振保持光纤简介偏振保持光纤简介n引言引言n轴对称单模光纤：两个轴对称单模光纤：两个线偏振线偏振正交模式或两个正交模式或两个圆圆偏振偏振正交模式正交模式：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为。偏振态改变偏振态改变 发生偏振色散发生偏振色散n保偏光纤：维持光波偏振态的偏振保持光纤保偏光纤：维持光波偏振态的偏振保持光纤2023-1-2取决于光纤的取决于光纤的，由，由=x-ynxk-nyk得到得到)(11yxnncdkdc2023-1-2200YXYXFkB双折射参量的定义双折射参量的定义 保偏光纤保偏光纤(PMF)LLYX)(传输相位差传输相位差2023-1-2F0B2YXBL拍长拍长LB高双折射率高双折射率(HB)保偏光纤保偏光纤:BF10-5低双折射率低双折射率(LB)保偏光纤保偏光纤:BF10-6保偏光纤保偏光纤(PMF)2023-1-2保偏光纤结构类型保偏光纤结构类型(Polarization Maintaining Fiber)2023-1-2高双折色光纤的制作方法高双折色光纤的制作方法n石英管或预制棒研磨法（石英管或预制棒研磨法（MCVD法）法）n管套棒法管套棒法n光刻腐蚀法光刻腐蚀法n气相腐蚀法气相腐蚀法2023-1-2光纤的制造预制棒法光纤的制造预制棒法相似折射率分布的直径相似折射率分布的直径 2cm左右，长左右，长1m预制棒，再拉成预制棒，再拉成长度长度10km，0.125mm细直径的光纤。特点是可制造折射细直径的光纤。特点是可制造折射率分布复杂的光纤。率分布复杂的光纤。2023-1-2光纤的制造预制棒法光纤的制造预制棒法