《光纤色散》PPT课件

随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽
劣化的程度随数据速率的平方增大
决定了中继器之间的距离
精选PPT
5
色散对传输的限制
10000
1000 600km
100 10 1
小色散光纤－理论上 小色散光纤－实际上 传统光纤－理论上 传统光纤－实际上
2
3
4
5
6
7
调 制 速 率 （ Gbps）
8
9
10
精选PPT
波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也 称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散，又 有模内色散，但主要以模式色散为主。而单模光 纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散， 由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。
精选PPT
19
材料色散：不同波长的光 ，折射率不同。 波导色散：不同波长的光，传播常数不同。
=
Ln 1 C sin 0
所以阶跃型光纤中不同的模式的最大时延差Δt为：
t t2 t1 C s L1 i0 n n L C 1 n L C 1(n n n 1 2 1 ) L C 1 n
模式色散：不同方向的光路径不同，到达的时间不同。
精选PPT
15
渐变型光纤的模式色散
渐变型光纤中光线的传播路径是近似于正弦形曲线， 其中正弦幅度大的光线传播距离长，而正弦幅度小的光 线传输路程短，但由于渐变型光纤纤芯折射率分布在轴 心处最大并沿径向逐渐减小，所以正弦幅度最大的光线 由于离轴心远，折射率小而传播速率高，而正弦幅度最 小的光线由于离轴心近，折射率大而传播速率低，结果 在到达输出端时相互之间的时延差近似为零，从而使渐 变型多模光纤的模式色散较小。
精选PPT
3
对色散有4种表示方法：
1．单位长度上的群延时差，即在单位长度上 模式最先到达终点和最后到达终点的时间差。
2. 用输出与输入脉冲宽度均方根之比表示。
3．用光纤的冲激响应经傅氏变换得到的频率 响应的3dB带宽表示。
4．用单位长度的单位波长间隔内的平均群延 时差来表示。
精选PPT
4
光纤的色散
6
精选PPT
7
二、色散的种类
模式色散 材料色散 波导色散
精选PPT
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
模式色散
模式色散是由于光纤不同模式在同 一波长下传播速度不同，使传播时 延不同而产生的色散。只有多模光 纤才存在模式色散，它主要取决于 光纤的折射率分布。
精选PPT
9
多模光纤中的每一个模式的能量都 以略有差别的速度传播（模间色 散），因此导致光脉冲在长距离光 纤中传播时被展宽（脉冲 展宽）
色散位移光纤
G.655单模光纤（NZ-DSF） 常规G.655
非零色散位移光纤
大有效面积G.655
精选PPT
22
G.652单模光纤（NDSF）
大多数已安装的光纤
(1)在1310nm 波长处的色散为零。 (2)在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为0.22dB/km，但在1550nm 附近其具有较大色散系数，为17ps/(nm·km)。 (3) 工作波长即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它 的最佳工作波长在1310nm区域。G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。
色散受限距离短
2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km
10Gb/s系统色度色散受限距离约34km
G.652+DCF方案升级扩容成本高
结论:
不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM。
精选PPT
23
色散位移光纤
单模光纤的工作波长在1.3μm时，模场直径约 9μm，其传输损耗约0.3dB／km。此时，零色散波 长恰好在1.3μm处。
石英光纤中，从原材料上看1.55μm段的传输损耗 最小（约0.2dB／km）。
精选PPT
11
阶跃型光纤中模式色散示意图
精选PPT
12
精选PPT
13
图中，沿光纤轴线传播的光线①传播路径最短，经过长度为L的 光纤传播时延t1最小,等于
t1
Ln 1 C
= Ln 1 C
光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时
延t2是最大时延，等于：
t2
L / sin0
C/ n1
一般渐变型多模光纤的每公里长度上的最大时延差为
m
1 2
n(0) C
2
精选PPT
16
精选PPT
17
材料色散
材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的 光时间延迟不同产生的色散。不同频率的光在光纤中的速度不同。 而所有光源发射的光都具有一定的带宽，因此一个被传输的短脉冲 会扩展开来。
材料色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。
D()cdd22cdd22
D()为色散系数，单位是ps/nm/km。
对于谱线宽度为的光源，波导色散产生的 总时延 差为 ＝ ·D()(ps)
精选PPT
20
单模光纤色散波谱特性曲线
精选PPT
21
传输使用的三种不同类型的单模光纤
G.652单模光纤（NDSF）
非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤
G.653单模光纤（DSF） DSF：DispersionShifted Fiber
精选PPT
10
阶跃型光纤的模式色散
在阶跃型光纤中，当光线端面的入射角小于端 面临界角时，将在纤芯中形成全反射。若每条 光线代表一种模式，则不同入射角的光线代表 不同的模式，不同入射角的光线，在光纤中的 传播路径不同，而由于纤芯折射率均匀分布， 纤芯中不同路径的光线的传播速度相同，因此 不同路径的光线到达输出端的时延不同，从而 产生脉冲展宽，形成模式色散。
光纤的色散特性
精选PPT
1
色散的定义 色散的种类及其产生原因 色散的计算分析 单模光纤的色散波谱特性 色散补偿技术
精选PPT
2
色散的定义
光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随 传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不 同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响 系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散 的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不 同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的 时间差。
对于谱线宽度为Δλ的光波，经过长度为L的光纤后，由材料色
散引起的时延差为
c
L
C
d2n
d2
该式也可写成 c m
式中，C = 3×108m/s,是真空中的光速,
—是光源的谱线宽度
波导色散
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生 的色散(同一模式的光，其传播常数β随λ变化而引 起的色散)。取决于波导尺寸和纤芯包层的相对折 射率差。