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《光纖通信第3章光纖的傳輸特性ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第三章 光纖的傳輸特性★光纖的主要特性傳輸特性損耗色散光學(xué)特性折射率分布數(shù)值孔徑芯徑外徑偏心度橢圓度幾何尺寸機(jī)械特性溫度特性光纖的傳輸特性☆光纖在光纖通信系統(tǒng)的主要作用是完成光能量的傳輸，所以在光纖通信原理課程里我們最關(guān)心光纖的傳輸特性。☆光纖的傳輸特性主要有兩部分，光纖的損耗特性和色散特性。一、光纖的損耗特性光纖損耗吸收損耗本征吸收雜質(zhì)吸收原子缺陷吸收紫外吸收紅外吸收氫氧根（OH－）吸收過渡金屬離子吸收瑞利散射損耗結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗散射損耗彎曲損耗光纖彎曲損耗光纖微彎損耗1.吸收損耗本征吸收吸收損耗紫外吸收紅外吸收氫氧根(OHˉ)吸收過渡金屬離子吸收原子缺陷吸收雜質(zhì)吸收
2、紫外吸收：光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材料中的電子激發(fā)到高能級(jí)時(shí)，光子流中的能量將被電子吸收，從而引起光信號(hào)的損耗。這種損耗對(duì)于波長小于0.4μm的紫外區(qū)中的光波表現(xiàn)得特別強(qiáng)烈，形成紫外吸收帶。它的吸收損耗曲線已延伸到光纖通信波段(即0.8～1.7μm波段)。在短波長范圍內(nèi)，引起光纖損耗小于0.1dB/km。紅外吸收：光纖中傳播的光波與晶格相互作用時(shí)，一部分光波量傳遞給晶格，使其振動(dòng)加劇，從而引起光信號(hào)的損耗。這種吸收損耗對(duì)于紅外區(qū)中2μm以上的光波表現(xiàn)得特別強(qiáng)烈。1.11.21.31.41.51.61.71.81.90.010.020.030.050.10.20.30.51.0紫
3、外吸收損耗紅外吸收損耗瑞利散射損耗波長(μm)損耗(dB)SiO2-GeO2材料制成的單模光纖，在1.55μm波長處測得的損耗僅為0.2dB/km光纖中的鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和氫氧根(OH－)在光纖傳輸?shù)碾姶艌?光波)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，因而吸收一部分光能，引起損耗。它們的影響可以隨雜質(zhì)濃度的降低而減小，直到清除。降低材料中的過渡金屬離子比較容易，目前已可以使它們的影響減小到最小程度。雜質(zhì)吸收：OH－振動(dòng)吸收影響較大。在0.6～2.73μm的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生若干吸收峰。當(dāng)降到0.8～1.0ppb(10-9)時(shí)，在整個(gè)0.7～1.6μm波譜范圍內(nèi)，其吸收峰基本消失，得到如圖虛線所
4、示的曲線。1.31μm波長 窗口和1.55μm波長窗口不再被OH－吸收峰隔開因而得到一個(gè)很寬的低損耗 波長窗口，有利于波分復(fù)用。OH－吸收損耗0.80.91.01.11.21.31.41.51.6λ(μm)OHˉ吸收峰512346OH－吸收造成的光纖損耗原子缺陷吸收：通常在光纖的制造過程中，光纖材料受到某種熱激勵(lì)或光輻射時(shí)將會(huì)發(fā)生某個(gè)共價(jià)鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時(shí)晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長約為630nm左右。原子缺陷吸收，可以通過選用合適的制造工藝、不同的摻
5、雜材料及含量使之減小到可以忽略不計(jì)的程度。2.散射損耗線性散射損耗散射損耗非線性散射損耗瑞利散射結(jié)構(gòu)不完善散射瑞利散射：在光纖的制造過程中，熱騷動(dòng)使原子產(chǎn)生壓縮性的不均勻性或壓縮性的起伏，這使物質(zhì)的密度不均勻，進(jìn)而使折射率不均勻。這些不均勻尺寸比光波長還小。當(dāng)光纖中傳播的光照在這些不均勻微粒上時(shí)，就會(huì)向各個(gè)方向散射，這種造成散射的粒子尺寸比波長小得多時(shí)的散射稱為瑞利散射。瑞利散射引起的損耗與λˉ4成正比。結(jié)構(gòu)不完善引起的散射：在光纖制造過程中，由于工藝、技術(shù)問題以及一些隨機(jī)因素，可能造成光纖結(jié)構(gòu)上的缺陷，如光纖的纖芯和包層的界面不完整、芯徑變化、圓度不均勻、光纖中殘留氣泡和裂痕
6、等等。這些結(jié)構(gòu)上不完善處的尺寸遠(yuǎn)大于光波波長，引起與波長無關(guān)的散射損耗。傳播波模變換后的傳播波θ纖芯包層輻射模非線性散射損耗光纖中存在兩種非線性散射，它們都與石英光纖的振動(dòng)激發(fā)態(tài)有關(guān)，分別為受激喇曼散射和受激布里淵散射。在高功率傳輸時(shí)，光纖中的受激喇曼散射和受激布里淵散射能導(dǎo)致相當(dāng)大的損耗，一旦入射光功率超過閾值，散射光強(qiáng)將呈指數(shù)增長。系統(tǒng)采用波分復(fù)用和摻鉺光放大器（EDFA）時(shí)，一定要考慮這兩種散射損耗的影響。3.彎曲損耗彎曲損耗光纖彎曲損耗光纖微彎損耗光纖彎曲時(shí)會(huì)造成模式轉(zhuǎn)換，如低階模變?yōu)楦唠A模時(shí)，傳輸路徑增加，損耗增大；若導(dǎo)模轉(zhuǎn)換為輻射模時(shí)，造成輻射損耗。為了盡量減小這種
7、損耗，施工過程中嚴(yán)格規(guī)定了光纖光纜的允許彎曲半徑，使彎曲損耗降低到可以忽略不計(jì)的程度。光纖彎曲：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲，我們習(xí)慣就叫彎曲。光纖微彎：由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，光纖的纖芯包層和套塑的熱膨脹系數(shù)不一致而引起的光纖軸產(chǎn)生微米級(jí)的彎曲稱為微彎。其損耗機(jī)理和彎曲一致，也是由模式變換引起的?！锉菊鲹p耗本征吸收本征散射——瑞利散射{紅外吸收紫外吸收光纖的最低理論衰減值是由本征損耗決定的典型光纖損耗曲線0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61
