光纤的分类及比较包括各种单模光纤的色散及衰减特性PPT学习教案

1、会计学1光纤的分类及比较包括各种单模光纤的光纤的分类及比较包括各种单模光纤的色散及衰减特性色散及衰减特性 问题讲述流程1 光纤的分类及应用场合2 光纤的色散特性3 光纤的衰减特性4 对各种单模光纤特性的比较（给出G654光纤的特性）第1页/共35页 1 光纤的分类及应用场合第2页/共35页目前，光纤主要分为两大类，单模光纤和多模光纤。按照ITU的规范，单模光纤的分类如下：第3页/共35页多模光纤的分类：从性能上讲A1类光纤比A2，A3，A4光纤特性好的多。多模光纤主要用于短距离的局域网、数据链路及传感等方面。第4页/共35页光纤纤芯包层模型Fibre coreSiO2+ GeO2 10 mn1

2、 1.443SiO2 Cladding 125 m2 m n2 1.44n1n2单模：8 10m多模：50m125m纤芯包层涂覆层护套层第5页/共35页Photosensitive Fiber for Fiber Gratings第6页/共35页 1 光纤的分类及应用场合中继光缆低损耗，宽带宽；市内，城市间，长途海底光缆低损耗，宽带宽，高机械性能，高可靠性；海底用户光缆高密度，宽带宽，中低损耗；计算机网，光纤到户局内光缆体积小，重量轻，柔软；局域网无金属光缆低损耗，抗电磁干扰；电力，石化，交通复合光缆低损耗；电力.应用场合第7页/共35页2 光纤的损耗（衰减）特性第8页/共35页光波在光纤中传

3、输时随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗（也可叫传输衰减）。形成光纤损耗的原因有很多，有来自光纤本身的损耗（吸收损耗、散射损耗），也有光纤与光源的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗，还有光纤弯曲损耗以及纤芯与包层中的损耗。第9页/共35页吸收损耗散射损耗本征吸收损耗：光波通过光纤材料时的损耗杂质吸收损耗：材料的不纯净以及工艺的不完善造成的附加吸收损耗（过渡金属离子吸收以及水的氢氧根离子的吸收）线性散射损耗非线性散射损耗（与石英光纤的振动激发态有关）瑞利散射：光纤材料折射率随机性变化引起材料不均匀引起的散射第10页/共35页光纤衰减是对光信号在光纤中传输时能量损失的一种度量，单位

4、为dB，在工作波长为时的衰减A定义为： p1、p2分别为光纤注入端和输出端的光功率。（ dB与dBm）)(lg10)(21dBppA=l第11页/共35页)/(lg101)(1)(21kmdBppLAL=lla 光纤损耗（衰减）的定义第12页/共35页第13页/共35页光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽度被展宽第14页/共35页z模间色散模间色散z材料色散材料色散z波导色散波导色散(waveguide dispersion)(waveguide dispersion) z偏振模色散偏振模色散第15页/共35页在多模光纤中，各个模式走不同的路径，高阶模走的路程长，低阶模走的路程短，因此到达光

5、纤终端的时间先后不同，造成脉冲展宽，如下图所示。这种由于传输模式引起的色散叫做模间色散。（即使谱线很窄，模间色散也很大。）第16页/共35页第17页/共35页在单模光纤单模光纤中不存在多种模式，也就没有模间色散，但脉冲展宽现象依然存在，这是由于光由于光脉冲信号有一定的频谱宽度（光脉冲有不同的脉冲信号有一定的频谱宽度（光脉冲有不同的频率成分），不同工作波长的光信号在光纤中频率成分），不同工作波长的光信号在光纤中将有不同的传播群速度，造成光脉冲的展宽。将有不同的传播群速度，造成光脉冲的展宽。这种这种现象叫群速度色散群速度色散，它一般小于模间色散。其主要由材料色散和波导色散材料色散和波导色散所决定。

6、第18页/共35页第19页/共35页第20页/共35页第21页/共35页d虚反射面反射面穿透深度Z侧向位移n2n1n2n1第22页/共35页单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。通常小于0.5 ps/ km1/2第23页/共35页色散补偿技术 当前，发展比较成熟的、主流的

7、色散补偿技术主要是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要技术是在每个（或几个）光纤段的输入或输出端通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，从而可以使单信道1550nm外调制光纤干线的色散得到较好的补偿。 因此，对于超长距离的光纤传输，现有的色散补偿技术可以相对较好的解决色散问题，对于超远距离的传输，其首要考虑的因素是光纤的衰减特性。第24页/共35页4 对各种单模光纤特性的比较第25页/共35页第26页/共35页1 ）G652光纤又被称为标准单模光纤，这种光纤是目前应用在1310nm窗口的最广泛的零色散波长的单模光纤。2）其特点是当工作波长在131

8、0nm时，光纤的色散很小，约为3.5ps/nm*km,系统的传输距离基本上只受光纤衰减所限制；但在1550nm波段色散较大，约为20ps/nm*km。3）这种光纤在1310nm波段的损耗较大，约为0.3-0.4db/km；在1550nm波段的损耗较小，约为：0.2-0.25db/km。基于以上特点，这种光纤应用在1550nm波段的2.5Gbps的干线系统中，主要用于城域网。10Gbps系统色散受限距离为34Km。且G652+DCF方案升级扩容成本高。第27页/共35页波长色散系数D 1310nm 1550nm180色散系数D的单位： ps/nm.kmG652色散曲线图：第28页/共35页1）针

9、对标准单模光纤衰减和零色散在不同工作波长的特点，后来开发了一种将零色散波长从1310nm移到1550nm的色散位移光纤，ITU将这种光纤定义为G653。进行色散位移后，这种光纤在1550nm波段的色散为0,此时零色散与低损耗工作在同一波长上。2）但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重。3）这种光纤适用10Gbps以上的单信道传输，但在波分复用后会发生严重的4波混频现象，现已基本

10、被淘汰。第29页/共35页1）G654光纤又称为衰减最小光纤，这是一种应用于1550nm波段的纯石英芯单模光纤（普通的光纤纤芯要掺锗），这种光纤在1550nm波段衰减最小，仅为0.185dB/km。2）G654光纤在1310nm波段的色散为0，但在1550nm处波段色散较大，约为17-20ps/nm*km.3)因G654光纤在1550nm波段的衰减最小特性，结合较成熟的色散补偿技术，该光纤原主要用于超长距离的的海底光缆。但在G655、G656成熟后，G654光纤现也基本不用，属于淘汰产品。第30页/共35页1）G654光纤又称为非零色散光纤，这是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1550nm处，而在1525nm或1585nm处。2）零色散光纤同时削减了色散效应和四波混频效应，所以非零色散光纤综合了标准单模光纤和色散位移光纤，有比较好的传输特性，特别适合