光纖的傳輸特性

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1、光纖的傳輸特性???光纖的傳輸特性主要包括光纖的損耗特性，色散特性和非線性效應(yīng)。光纖的損耗特性*************************************************************概念：光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加光功率逐漸下降。衡量光纖損耗特性的參數(shù)：光纖的衰減系數(shù)（損耗系數(shù)），定義為單位長(zhǎng)度光纖引起的光功率衰減，單位為dB／km。其表達(dá)式為：式中求得波長(zhǎng)在λ處的衰減系數(shù)；Pi表示輸入光纖的功率，Po表示輸出光功率，L為光纖的長(zhǎng)度。（1）光纖的損耗特性曲線?損耗直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離，是光纖最重要的傳輸特性之一。自光纖問世以來，人們?cè)诮?/p>

2、低光纖損耗方面做了大量的工作，1.31μm光纖的損耗值在0．5dB/km以下，而1.55μm的損耗為0.2dB/km以下，接近了光纖損耗的理論極限?？偟膿p耗隨波長(zhǎng)變化的曲線，叫做光纖的損耗特性曲線—損耗譜。?從圖中可以看到三個(gè)低損耗“窗口”：850nm波段—短波長(zhǎng)波段、1310nm波段和1550nm波段—長(zhǎng)波長(zhǎng)波段。目前光纖通信系統(tǒng)主要工作在1310nm波段和1550nm波段上。（1）光纖的損耗因素光纖損耗的原因主要有吸收損耗和散射損耗，還有來自光纖結(jié)構(gòu)的不完善。這些損耗又可以歸納以下幾種：1、光纖的吸收損耗光纖材料和雜質(zhì)對(duì)光能的吸收而引起的，把光能以熱能的形式消耗于光纖中，是光纖損耗中重要

3、的損耗。包括：本征吸收損耗；雜質(zhì)離子引起的損耗；原子缺陷吸收損耗。2、光纖的散射損耗光纖內(nèi)部的散射，會(huì)減小傳輸?shù)墓β?，產(chǎn)生損耗。散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纖材料內(nèi)部的密度和成份變化而引起的。物質(zhì)的密度不均勻，進(jìn)而使折射率不均勻，這種不均勻在冷卻過程中被固定下來，它的尺寸比光波波長(zhǎng)要小。光在傳輸時(shí)遇到這些比光波波長(zhǎng)小，帶有隨機(jī)起伏的不均勻物質(zhì)時(shí)，改變了傳輸方向，產(chǎn)生散射，引起損耗。另外，光纖中含有的氧化物濃度不均勻以及摻雜不均勻也會(huì)引起散射，產(chǎn)生損耗。3、波導(dǎo)散射損耗交界面隨機(jī)的畸變或粗糙引起的模式轉(zhuǎn)換或模式耦合所產(chǎn)生的散射。在光纖中傳輸?shù)母鞣N模式衰減不同，長(zhǎng)距離的模式變換過程中，衰減

4、小的模式變成衰減大的模式，連續(xù)的變換和反變換后，雖然各模式的損失會(huì)平衡起來，但模式總體產(chǎn)生額外的損耗，即由于模式的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了附加損耗，這種附加的損耗就是波導(dǎo)散射損耗。要降低這種損耗，就要提高光纖制造工藝。對(duì)于拉得好或質(zhì)量高的光纖，基本上可以忽略這種損耗。4、光纖彎曲產(chǎn)生的輻射損耗光纖是柔軟的，可以彎曲，可是彎曲到一定程度后，光纖雖然可以導(dǎo)光，但會(huì)使光的傳輸途徑改變。由傳輸模轉(zhuǎn)換為輻射模，使一部分光能滲透到包層或穿過包層成為輻射模向外泄漏損失掉，從而產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑大于5～10cm時(shí)，由彎曲造成的損耗可以忽略。另外還可以按以下?lián)p耗機(jī)理分類：分類引起原因影響本征吸收紅外吸收（分子振動(dòng)引起）8

5、-12μm，對(duì)光纖通信影響不大本征損耗(光纖固有的損耗，無法避免決定光纖的損耗極限)紫外吸收（電子躍遷引起）0.7-1.1μm,對(duì)光纖通信有一定影響本征散射瑞利散射（材料折射率的不均勻性引起）長(zhǎng)波長(zhǎng)瑞利散射減小非固有損耗（由材料和工藝引起）雜質(zhì)吸收過渡金屬離子和離子影響較大離子的振動(dòng)吸收造成0.95μm，1.24μm，1.39μm處出現(xiàn)損耗峰波導(dǎo)散射宏觀上的不均勻可以通過改善制造工藝解決?形成光纖損耗的原因很多，其損耗機(jī)理復(fù)雜，計(jì)算也比較復(fù)雜。降低損耗主要依賴于工藝的提高、相對(duì)材料的研究等。光纖的色散特性********************************************

6、*****************???概念：光纖所傳輸?shù)男盘?hào)是由不同頻率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，從而導(dǎo)致信號(hào)畸變的一種現(xiàn)象。???在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，色散使光脈沖發(fā)生展寬。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光脈沖前后相互重疊，造成碼間干擾，增加誤碼率。所以光纖的色散不僅影響光纖的傳輸容量，也限制了光纖通信系統(tǒng)的中繼距離。（1）光纖色散的表示法常用的表示方法有三種：1、色散系數(shù)D(λ)：?jiǎn)挝痪€寬光源在單位長(zhǎng)度光纖上所引起的時(shí)延差，其公式為：式中，為單位長(zhǎng)度光纖上的時(shí)延差，單位是ps/km；是光源上的線寬，單位為nm。2、最大時(shí)延差：描述光纖中速度最快和最慢的光波成

7、分的時(shí)延之差，時(shí)延差越大色散越嚴(yán)重。3、光纖帶寬：用光纖的頻率特性來描述光纖的色散。經(jīng)理論推導(dǎo)，光纖的帶寬和時(shí)延差的關(guān)系為：式中，B為光脈沖為高斯形，光功率下降3dB時(shí)的光纖每公里帶寬；是光脈沖傳輸1km的時(shí)延差，單位是ns/km。（2）光纖色散的種類1、模式色散???多模傳輸時(shí)同一波長(zhǎng)分量的各種傳導(dǎo)模式的相位常數(shù)不同，群速度不同，引起到達(dá)終端的光脈沖展寬的現(xiàn)象。對(duì)于漸變型光纖，由于離軸心較遠(yuǎn)的折射率小，因而