第3章光纤的传输特性

1100
17ps/nm.km
G.652
20
EDFA
10
频带 G.653
0
-10
G.655
-20
1200
1300
1400
1500
1600
波长(bōcháng)(nm)
1700
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•SMF, G.652, 标准单模光纤 •DSF, G.653, 色散位移光纤 •NZ-DSF, G.655, 非零色散位移光纤 •DFF, 色散平坦光纤 •LEAF, 大有效(yǒuxiào)面积光纤 •DCF, 色散补偿光纤
材料(cáiliào)色散DM，纤芯材料(cáiliào)的折射 率随波长变化导致了这种色散，这样即使不同波长 的光经历过完全相同的路径，也会发生脉冲展宽。
波导色散DW ，由于单模光纤中只有约80％的光功 率在纤芯中传播，20％在包层中传播的光功率其速 率要更大一些，这样就出现了色散。波导色散的大 小取决于光纤的设计。
定性解释：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）于纤 芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的消失场尾部 须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一同前进。这有可能 要求离纤芯远的消失场尾部以大于光速的速度前进，由于这是 不可能的，因此这部分场将辐射出去而损耗掉。
第十一页，共39页。
损 耗 /( dB·km－ 1) 损 耗 / (dB·km－ 1)
2.3 光信号(xìnhào)的传输特性
2.3.1 光纤的损耗特性 2.3.2 光纤的色散(sèsàn)特性及
色散(sèsàn)限制
第三页，共39页。
2.3.1 光纤的损耗(sǔnhào)特性
光纤损耗是通信距离的固有限制，在很大程度上决定着传输系

色散的种类： ➢ 模式色散 ➢ 材料色散 ➢ 波导色散 ➢ 偏振模色散
2
3
光纤传输特性和影响
色散定义：物质对不同波长光表现出不同折射率大小 （n(λ)），从而使不同波长光具有不同传输速度！
自然光的色散
自然光色散：不同波长光经历的有效折射率不同折射角不同 空间光色散
4
5
光纤传输特性和影响
信号光处于纤芯的部分和处于包层的部分具有不同的传播速度。 由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全 反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内 传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。
Mode Fiber)中插入一段或几段与其色散相 反的DCF，传输一定距离后色散达到一定的 均衡，从而把系统色散限制于规定范围内 ➢DCF的长度、位置与系统需要补偿色散的量 和其自身性能有关。
20
光纤传输特性和影响 色散补偿光纤
TX
RX
传输光纤
100
总色散 (ps/km·nm)
0
50
100
150
200
➢ 冲击响应h(t)的傅里叶(Fourier)变换为
H (f) h (t)ex p j2( f) td
t
(2.43)
9
输入脉冲
t
Pi(t)≈(t)
H1(f)＝1
1
输出脉冲
光纤
1/ e1/2ຫໍສະໝຸດ 2 0ff3dB
－3
t
Po(t)＝h(t)
H2( f )＝H( f )
1l0g H( f )/dB
图 2.11 光纤带宽和脉冲展宽的定义
➢ 用相当简单的方式表示很大比值
➢ 在光通信中有三种用法：
➢ 表示功率单位(dBm) P(dBm)=10log10(P/1mW) • 1mW——0dBm

知识点光纤的传输特性一、教学目标：了解光纤的传输特性分为光纤的损耗特性和光纤的色散特性。

二、教学重点、难点：光纤本身损耗的原因、光纤的色散特性。

三、教学过程设计：1知识点说明〔1〕光纤的损耗特性是指光信号在光纤内传播，随着距离的增大，能量会越来越弱，其中一局部能量在光纤被吸收，一局部可能突破光纤纤芯的束缚，辐射到了光纤外部，这叫做光纤的传输损耗〔或传输衰减〕。

〔2〕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。

色散主要影响光纤通信系统的传输容量，也对中继距离有影响。

2知识点内容〔1〕我们首先介绍光纤的损耗特性〔2〕光纤本身损耗的原因〔3种〕〔2〕光纤的色散特性〔4〕光纤的色散特性主要分为3种3知识点讲解〔1〕光纤本身损耗的原因，大致可以分为：吸收损耗：是指光波通过光纤材料时，有一局部光能变成热能，造成光功率的损失。

吸收损耗可以分为本征吸收和杂质吸收两类。

散射损耗：散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射，从而使一局部光不能到达接收端所产生的损耗。

主要包含瑞利散射损耗、非线性散射损耗和波导效应散射损耗。

其他损耗：其他损耗主要是连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗。

〔2〕光纤的色散特性主要有：模式色散：模式色散是指即使同一波长的光，假设其模式不同，那么传播速率也不同，从而引起色散，又称为模间色散，只存在于多模光纤中。

色度色散〔材料、波导〕，又分为：①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延不同而产生的色散。

②波导色散：由于光纤中的光波导结构参数与波长有关而引起的色散偏振模色散：由于光线本身形状不对称或光纤受到外界磁场的干扰等因素造成的双折射现象，引起了偏振模式色散〔D是一种随机色散。

四、课后作业或思考题1、光纤本身损耗的原因，大致可以分为〔〕、〔〕、〔〕。

2、光纤的色散特性主要有〔〕、〔〕、〔〕。

5
精选ppt
非本征吸收
原材料将在光纤的制造过程中引入杂质，带来较 强的非本征吸收。有害杂质主要有过渡金属离子， 如铁、钴、镍、铜、锰、铬等金属离子和OH－。
OH－吸收峰
6
解决方法： (1)对制造光纤的材料进 行严格的化学提纯，比 如材料达到 99.9999999%的纯度 (2)制造工艺上改进，如 避免使用氢氧焰加热(汽 相轴向沉积法)
0.26
因此可以算出在1320 nm处， 波导色散为：
D w()n c2Vdd 2(V V 2)b1.9
24
精选ppt
标准单模光纤总的模内色散
一般来说材料色散的影响大于波导色散： |Dm| > |Dw|
DDmDw
1320
25
精选ppt
模间色散
多模光纤中不同导模具有不同的传播路径和速度导致了 模间色散。
导致的后果： 造成能量辐射损耗
低阶模功率耦合到高阶模
高阶模功率损耗
减小微弯的一种办法是在光纤外面一层弹性保护套
12
精选ppt
宏弯和微弯对损耗的附加影响
基本损耗 宏弯损耗
微弯 损耗
光纤弯曲带来额外损耗
V2 an1 2n2 21/22 aNA
增加，V减少
13
弯曲损耗随模场直径增加显著增加
精选ppt
27
精选ppt
PMD 对传输的影响
28
精选ppt
色散对传输带宽的影响：宽谱光源
比较大的时候，单模光纤带宽：
BSMF1 /T 41D /4L GH z
例：考虑一个工作在1550 nm的系统，光源谱宽为15 nm，使用 标准单模光纤D = 17 ps/km·nm，那么系统带宽和距离乘积：