《光纖的傳輸特性》PPT課件

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1、第三章光纖的傳輸特性本章內(nèi)容光纖中信號(hào)的劣化光纖的損耗特性光纖的色散特性單模光纖的非線性光纖的制造工藝3.1光纖中信號(hào)的劣化信號(hào)的損傷任何傳輸信道均會(huì)對(duì)信號(hào)造成損傷線性損傷加性噪聲損耗外部串?dāng)_信道內(nèi)部串?dāng)_非線性損傷信號(hào)畸變乘性噪聲光纖中信號(hào)的損傷線性損傷加性噪聲多模光纖中可存在模式噪聲，單模光纖中噪聲可忽略不計(jì)損耗外部串?dāng)_，可忽略不計(jì)色散造成的信號(hào)畸變內(nèi)部串?dāng)_，來(lái)源于光纖的非線性非線性損傷光纖非線性造成的信號(hào)畸變乘性噪聲，可忽略不計(jì)3.2光纖的損耗特性即便是在理想的光纖中都存在損耗——本征損耗。光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。損耗問(wèn)題如何表示光纖損耗？光

2、纖損耗的種類及其產(chǎn)生原因是什么？如何才能降低光纖的損耗？光纖的微彎損耗和宏彎損耗機(jī)理是什么？光纖在各工作波長(zhǎng)段的典型損耗特性如何？光纖使用過(guò)程中損耗會(huì)增大嗎？為什么？單模光纖的損耗大還是多模光纖的損耗大？為什么？光纖的損耗能夠更低嗎？如何實(shí)現(xiàn)？光纖的損耗如何測(cè)量？光纖損耗的表示方法光信號(hào)在光纖中傳播時(shí)，其功率隨距離L的增加呈指數(shù)衰減：可以通過(guò)損耗系數(shù)來(lái)衡量光纖鏈路的損耗特性：其中L為光纖長(zhǎng)度。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SMF)在1550nm的損耗系數(shù)為0.2dB/km。光纖損耗的種類吸收損耗本征吸收雜質(zhì)吸收過(guò)渡金屬離子氫氧根離子散射損耗瑞利散射米氏散射彎曲損耗宏彎和微

3、彎本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值光纖的損耗譜0.81.01.21.41.61.8波長(zhǎng)λ(um)0.010.050.10.5151050100損耗dB/km波導(dǎo)缺陷紫外吸收紅外吸收瑞利散射實(shí)驗(yàn)值OH-吸收微彎損耗和宏彎損耗機(jī)理宏彎損耗曲率半徑比光纖直徑大得多的宏彎曲微彎損耗光纖成纜時(shí)產(chǎn)生，沿軸向的隨機(jī)性彎曲消逝場(chǎng)q￠qcq￠RqqCladdingCore場(chǎng)分布降低光纖損耗的方法工作波長(zhǎng)選擇選擇在低損耗窗口超純?cè)辖档瓦^(guò)渡金屬離子濃度生產(chǎn)工藝減小不均勻性減小OH-離子的引入光纖保護(hù)光纖的典型損耗特性850nm3dB/km1310nm0.

4、3~0.4dB/km(典型值為0.35dB/km)1550nm0.3dB/km以下(典型值為0.2dB/km）(理論極限值0.154dB/km)使用過(guò)程中光纖的損耗變化變化趨勢(shì)損耗增大原因熱脹冷縮油膏特性變差光纖受水分侵蝕OH-吸收損耗增大光纖分子缺陷增多單模與多模光纖損耗對(duì)比單模光纖損耗要小一些原因包括以下幾點(diǎn)：光能量主要在纖芯中傳輸纖芯所需原料少，更易保證其純度纖芯工藝要求更高，折射率不均勻性減小包層更厚，OH-離子更難入侵到纖芯中纖芯小，彎曲損耗更低超低損耗光纖瑞利損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系為什么工作波長(zhǎng)不能選擇得更長(zhǎng)一些？鹵化物光纖氟化物光纖，本征吸收區(qū)波長(zhǎng)

5、較石英光纖更長(zhǎng)一些最低損耗窗口在2550nm附近最低損耗低達(dá)0.01~0.001dB/km難度超純?cè)衔⒕w化光纖損耗的測(cè)量測(cè)量方法：剪斷法、插入損耗法、背向散射法剪斷法、插入損耗法后向散射法利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來(lái)確定光纖損耗系數(shù)的方法。3.3光纖的色散色散的含義色散：不同頻率的電磁波以不同的相速度和群速度在介質(zhì)中傳播的物理現(xiàn)象色散對(duì)光信號(hào)包絡(luò)傳播的影響包絡(luò)展寬光纖通信中色散的含義一切導(dǎo)致因速度差造成光信號(hào)包絡(luò)展寬的因素均被稱為色散光纖色散對(duì)通信的影響影響鏈：色散導(dǎo)致傳輸?shù)墓饷}沖展寬光脈沖展寬導(dǎo)致碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率增大通信系統(tǒng)需

6、要維持一個(gè)足夠低的誤碼率，為此需要降低碼間串?dāng)_的程度，可以減小信息速率，增大光脈沖間隔減少傳輸距離，降低脈沖展寬程度歸納：光纖的色散直接影響其傳輸帶寬距離積色散越大，帶寬距離積越小色散對(duì)通信系統(tǒng)的影響光纖色散的種類模式色散多模色散偏振模色散波長(zhǎng)色散材料色散波導(dǎo)色散單模光纖中依然存在多模色散模式色散影響機(jī)理信號(hào)光入射進(jìn)光纖，可激勵(lì)起多種模式（理論上無(wú)窮多）多模光纖中若干攜帶光信號(hào)能量的模式均可傳播，且速度各不相同時(shí)延差導(dǎo)致信號(hào)脈沖展寬，影響光纖的帶寬距離積模式色散可形象地解釋為因光線多徑傳播導(dǎo)致的色散顯然，多模光纖中能夠傳播的模式越多，模式色散就越嚴(yán)重，其帶

7、寬距離積就越小消除方法：?jiǎn)文鬏攩文９饫w的雙折射單模光纖的實(shí)際工作模式LP01x模和LP01y模它們是空間正交的兩個(gè)模，理想狀態(tài)完全簡(jiǎn)并，即?x=?y由于以下原因，光纖存在雙折射現(xiàn)象幾何原因：例如光纖芯不圓，其特例橢圓光纖應(yīng)力原因：光纖橫向受應(yīng)力影響，導(dǎo)致各向異性外加電磁場(chǎng)影響光纖的雙折射現(xiàn)象將導(dǎo)致LP01x模和LP01y模沿z軸的傳播速率不完全相同，即?x≠?y，這將導(dǎo)致偏振模色散偏振模色散圖偏振模色散（PMD）光纖的雙折射現(xiàn)象將導(dǎo)致LP01x模和LP01y模沿z軸的傳播速率不完全相同，即?x≠?y，這將導(dǎo)致偏振模色散偏振模色散對(duì)長(zhǎng)途大容量光纖通信影響較

8、為嚴(yán)重，通常只能用統(tǒng)計(jì)推算的方法估算偏振模色散波長(zhǎng)色散單位長(zhǎng)度光纖