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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 光纤,(3),特性,2.4,光纤的损耗特性,2.5,光纤的色散特性及带宽,第二章 光纤,3,光纤的传输特性,2.4,光纤的损耗特性,光纤的损耗常数,p,（,1/km),用,dB,表示的,损耗常数,(dB/km),思考：,为何使用,dB?,图,2.4.1,光纤链路的各种损耗,材料吸收损耗（本征）,红外吸收、紫外吸收,OH,-,吸收,金属离子吸收,散射损耗,瑞丽散射,波导散射,非线性损耗,功率非常大,辐射损耗,弯曲损耗,光源,1260,1360,1460,1530,1565,1625,O,E,S,U,80nm,180nm,1310,波段,1550,波段,图,2.4.2,光纤损耗谱特性,材料吸,收损耗,金属离子吸收损耗：,吸收峰复杂，范围在500nm1100nm，,目前的工艺技术已经基本解决,。,OH根吸收损耗：,石英的O-H键的吸收峰=2.73,m，与,Si-O键震动峰相互作用，在950nm、1240nm、1390nm处产生吸收峰,，对1310 nm处的损耗贡献0.3dB/km，1550nm约0.2 0.3dB/km；,目前的工艺技术已经基本解决,。,1260,1360,1460,1530,1565,1625,O,E,S,U,80nm,180nm,1310,波段,1550,波段,图,2.4.2,光纤损耗谱特性,散射损耗,瑞利吸收损耗：,光纤热熔拉制过程中产生的局部折射率变化，,损耗正比于,-4,，对1310 nm处的损耗贡献0.2dB/km，1550,nm忽略,1260,1360,1460,1530,1565,1625,O,E,S,U,80nm,180nm,1310,波段,1550,波段,图,2.4.2,光纤损耗谱特性,散射损耗,波导吸收损耗：,光纤热熔拉制过程中产生的局部直径变化，,导模转换成辐射模；全波段影响；目前工艺已解决，,忽略,非线性损耗：,光纤中光功率很高时的四波混频、受激喇嘛散射,等产生的能量转移（波长变化）；WDM系统影响大。,2.5,光纤的色散特性,单模光纤色散概念,：,由于某种原因造成含有,多种波长成分光源,的光束以不同的群速度在光纤中传输而产生的,时间差,，造成所传输的,脉冲宽度展宽,单模光纤色散产生的条件,光源,：LD不是,“,纯单色光源,”,（,0,）,光纤,：色散系数（ps/nm*km）不为0,色散类别,模间色散-多模光纤,模式色散-不同模式的光程差,模内色散-单模光纤,材料色散-材料折射率随波长的非线性,变化,波导色散-包层模与传导模间的群速度差,偏振色散-不同偏振模式间的群速度差,简单的理解：,MMF,：,V,一定，,L,不一样,2.SMF,：,L,一定，,v,不一样,多模阶跃光纤色散概念,：,不同模式光线在光纤中走过的路程不同产生的时间差,色散的定量描述,群速度,-,电磁波某种模式的能量传输速度,群时延,-,光脉冲沿单位长度光纤传播的延迟时间,群时延差,-某特定模式内的最大与最小光谱成分传输一定距离后产生的时间差,色散系数,D,X-,产生色散的原因；单位长度、单位波长差产生的延时,2.5.5,2.5.6,2.5.2,材料色散和波导色散,2,）波导色散,波导特性由波导参数决定,波导结构参数：,V,和,b,分别为归一化频率与归一化传播常数,图,2.5.2,Vb,的一阶及二阶微分与,V,的关系,单模光纤,=0.01,，,n,2,=1.5,，,单模传输时，,V,22.4,，其二阶导数值约为,0.2,，,ps,/(,nm,km,）,2.5.14,包层模与传导模间的群速度差,波导色散系数的特点：,1,、绝对值为负；,2,、大小与波长成反比；,3,、大小与,V,相关,光纤芯径,越小波导色散越大?,图,2.3.5 LP,模光功率分布与,V,的关系,归一化频率定义：,1,、,V,的物理意义：,光纤的结构参数,2,、光纤芯径,a,越小，,V,越小，,包层中的光能量越多，芯层,中的光能量越越少,3,、折射率为,n,的介质中，光 电传播速度为 ，而,，所以，包层中的光的传播速度快于芯层,2.5.4,偏振色散,偏振模色散也称为极化色散，用,p,表示。从本质上讲属于模式色散，这里仅给出粗略的概念。单模光纤中可能同时存在,LP,01,x,和,LP,01,y,两种基模，也可能只存在其中一种模式，并且可能由于激励和边界条件的随机变化而出现这两种模式的交替。,当光纤中存在着双折射现象时，两个极化正交的,LP,01,x,和,LP,01,y,模传播常数,x,和,y,不相等。对于弱导光纤，,y,和,x,之差可以近似地表示为：,式中：,n,x,和,n,y,分别为,x,方向和,y,方向的折射率。,偏振产生的延时为,2.5.6,光纤的传输带宽,脉冲展宽与带宽的关系,图,2.5.9,光纤沿线相邻脉冲的展宽及衰减,图,2.5.10,光纤的脉冲响应,定义：,相连两脉冲虽重叠但仍能区别开时的最大脉冲速率对应的带宽为该光纤链路的频带宽度最大可用带宽,傅里叶变换,注意,：光纤带宽是长度的函数，一般指：,1km,长度光纤的带宽,数学表述,研究表明：光在光纤中传输，由于色散产生脉冲展宽经过傅里叶变换到频域相当于光纤的带宽变窄；假设输出脉冲服从高斯分布,经过傅里叶变换,2.5.32,定义,3dB,带宽为：,2.5.34,为均方根脉冲展宽,2.5.37,L公里长度光纤的总带宽f,单模光纤：,y=1,多模光纤：,y=0.5-0.9,1km,长度光纤！,分别计算多模阶跃光纤（,n,1,=1.5,=0.01,）、渐变光纤,(n,1,=1.5,=0.01,）、单模光纤（,0,色散点附近，,D=1ps/nmkm,，,LD,的,=1nm,）的,-3dB,带宽，设光源的脉冲宽度很小忽略不计,答：利用公式,多模阶跃光纤：,多模渐变光纤：,单模阶跃光纤：,P52,公式,2.5.37,下面几个结果的计算,光纤中脉冲总展宽：,2.5.28,补充：光纤带宽的测量,网络分析仪,O/E,E/O,光纤,输出,输入,E/O:,光源带宽；,O/E,：探测器带宽,光功率正比于光检测器输出的光电流，而电功率正比于电流电压乘积,从上式中可以看出，,-3dB,光带宽对应于,-6dB,电带宽,电功率测量仪器,光带宽,电带宽,思考题,理解图,2.4.2,光纤损耗谱特性曲线，试说明影响,1310nm,和,1550nm,波段光纤损耗的主要原因是什么？如何解决？,试阐述本征吸收损耗、散射损耗、辐射损耗的物理机理；,什么是色散？对光纤通信系统的危害是什么？,单模光纤中的材料色散、模式色散的机理和色散系数的数学表达式的物理意义；,色散位移光纤的物理机理；,脉冲展宽与光纤带宽的关系？,
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