光纤通信系统第二章光纤的传输特性.ppt

光纤的传输特性 一 损耗 概念 信号强度随距离增加而变弱 主要来源 吸收 散射 光泄漏 吸收损耗 由制造材料本身及其中的过渡金属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产生 散射损耗 以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗 弯曲损耗 由于光纤弯曲使光从纤芯逸散到包层中产生的光泄漏 吸收损耗 1 本征吸收 1 紫外吸收 2 红外吸收2 杂质吸收散射损耗 1 瑞利散射2 结构缺陷散射工程应用中造成的损耗 弯曲损耗 微弯损耗 接头损耗 光纤在制作过程中 由于材料在加热过程中使原子受到压缩性的不均匀或起伏 造成材料密度微观的不均匀 并在冷却过程中被固定下来 这种密度不均匀的尺度比光波波长短 从而折射率不均匀将引起散射 这就是所谓的瑞利散射 这是一种固有的散射 它与波长的四次方成反比 在纤芯中制造过程的缺陷 如杂质 气泡 不溶解离子等 也会引起散射损耗 降低这种衰减的办法是在制作光纤预制棒和拉丝时 选择合适的工艺 以避免上述现象的出现 损耗的度量 通信中习惯上用单位dB km来表示光纤的损耗损耗系数 单模通信光纤的衰减曲线 二 色散 概念 由于光纤中光信号中的不同频率成分或不同的模式 在光纤中传输时 速度的不同而使得传播时间不同 因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后 从而产生波形畸变的一种现象 表示方法 时延差分类 模式色散 材料色散 波导色散 光纤对在其中传输的光脉冲的展宽特性 总的脉冲展宽 t 色散 ns km 距离 km 衰减 色散对脉冲的影响示意 1 模式色散 路径色散 在多模光纤中 不同模式在同一频率下传输 各自的相位常数不同 群速度不同 模式之间存在时延差 这种色散称为模式色散 2 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率而变化 使得信号各频率成分的群速不同 引起的色散称为材料色散 3 波导色散所谓波导色散 是对于光纤某一个模式而言 在不同的频率下 相位常数 不同 使得群速不同而引起的色散 材料色散和波导色散都是由于光波随频率变化而引起的色散 因此 这两种色散都属于频率色散 也叫色度色散 通常用单位波长间隔内频谱成份通过单位长度光纤所产生的色散表示色散大小的程度 称为波长色散系数 用D表示 单位是ps nm km 三 非线性效应 光波间或光波与其中传输的材料之间的相互作用 从而对光信号产生影响 能引起噪声和串扰 光纤非线性的形成 单信道系统 功率水平 10mw 速率不超过2 5Gb s时 光纤可以作为线性介质处理 即 光纤的损耗和折射率都与信号功率无关WDM系统中 即使在中等功率水平和比特率下 非线性效应也很显著 非线性效应的产生的原因是 光纤传输损耗 增益 和折射率以及光功率相关 非线性相互作用取决于传输距离和光纤的横截面积 第一类非线性效应 光波与声子相互作用产生的散射效应受激拉曼散射 SRS 受激布里渊散射 SRS StimulateBrillouinScattering 第二类非线性效应 折射率对光功率的依赖关系四波混频 FWM Four WaveMixing 自相位调制 SPM Self PhaseModulation 交叉相位调制 CPM Cross PhaseModulation