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文档简介
1、光纤通信技术光纤通信技术n :以光导纤维(光纤)为传输媒质,以光:以光导纤维(光纤)为传输媒质,以光波为载波,实现信息传输。波为载波,实现信息传输。n光纤传输系统主要由光纤传输系统主要由光发射机光发射机、光纤光缆光纤光缆、中继器中继器及及光接收机光接收机组成。组成。数字光通信系统电数据信号电数据信号强度调制强度调制直接检测直接检测(IM-DD)(IM-DD)数字光纤系统数字光纤系统3在电磁波谱中,光波范围包括红外线、可见光、紫外线在电磁波谱中,光波范围包括红外线、可见光、紫外线电磁波谱电磁波谱4光波谱0.390.76(m)3001525可见光可见光近红外区近红外区中红外区中红外区远红外区远红外
2、区紫外线紫外线610-3光通信使用的波长范光通信使用的波长范围围 0.81.8m,属于,属于近红外区近红外区5光纤通信的波长范围 光纤通信的波长在光纤通信的波长在0.8m1.8m之间,属于近红外波段,其之间,属于近红外波段,其中:中:0.8m0.9m称为短波长称为短波长1.0m1.8m称为长波长称为长波长 6光纤的损耗波长曲线PINLDLDLDLD/PIN一体有源光器件光纤与光缆光纤与光缆光纤的构造与分类光纤传光原理光纤的特性(性能)光缆光纤的结构n1n1n2n2纤芯纤芯包层包层涂覆涂覆n1 n2光纤是由纤芯、包层、涂覆层和护套构成的一种同心圆柱体结构纤芯和包层由透明介质材料构成,其折射率分别
3、为n1和n2。纤芯:位于光纤中心部纤芯:位于光纤中心部位位主要成分是高纯度主要成分是高纯度的的SiO2,纯度可达纯度可达99.99999%,其余成份为掺入极其余成份为掺入极少量掺杂剂,如少量掺杂剂,如P2O5和和GeO2,掺,掺杂剂的作用是提高纤杂剂的作用是提高纤芯的折射率。芯的折射率。包层:包层:含有少量掺含有少量掺杂剂的高纯度杂剂的高纯度SiO2掺杂剂有氟掺杂剂有氟或硼,其作用或硼,其作用是降低包层折是降低包层折射率射率包层直径包层直径2b125m涂覆层:丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料光纤的分类光纤的分类1v 1、按原材料分: 石英系光纤 多组份玻璃光纤 氟化物光纤 塑料光纤 液芯光纤 掺杂
4、光纤,如掺铒光纤 由于石英系光纤具有传输衰减小,通信频带宽,机械强度较高等特点,在通信系统中得到广泛应用。光纤分类光纤分类2v 2、按照光纤横截面上折射率分布特征n(r) 分: 阶跃型光纤,也称突变型光纤(常用SI表示Step Index fibber) 纤芯与包层的折射率均为一常数,其界面处呈阶跃式变化。 渐变型光纤,也称梯度光纤或自聚焦光纤(常用GI表示Graded Index fibber )纤芯折射率连续变化,包层的折射率则为一常数。 W型光纤,双包层光纤,纤芯和包层1、包层2的折射率都是均匀分布的,折射率在纤芯与包层1、包层1与包层2的界面上发生突变 ba0abba0abn(r)n(
5、r)n1n1n2n2阶跃型光纤渐变型光纤 n1 r a n1 1 - 2 ( r/a ) g 1/2 r a n2 a r b n2 a r b n ( r ) = n ( r ) = 相对折射率差, ( n1 - n2 ) / n1光纤分类光纤分类3v3、按光纤内的导模数分 多模光纤(MMMulti Mode fiber) 可传输多种模式,或允许多种场结构存在 2a=50/62.5m ,2b=125 m (多模) 单模光纤(SMSingle Mode fiber) 只传输一种模式 2a=410 m ,2b=125 m (单模)多模光纤:多模光纤:当光纤的几何尺寸(主要是芯径d1)远大于光波波
6、长时,光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式,这样的光纤称为多模光纤。适用于中容量、中距离通信。光纤光纤 单模光纤:单模光纤:当光纤的几何尺寸(主要是芯径d1 )较小,与光波长在同一数量级,光纤只允许一种模式(基模)在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤称为单模光纤。按光波模式(即电磁波类型)划分按光波模式(即电磁波类型)划分多模渐变光纤多模渐变光纤单模阶跃光纤单模阶跃光纤单模和多模光纤单模和多模光纤a阶跃型光纤;b渐变型光纤;c单模光纤多模渐变型芯径/包层径数值孔径0.20工作波长0.85m环境温度带宽长度积800MHzkm衰减常数2.0dB/km带宽长度积:用千位和百位来表
7、示(MHzkm)衰减常数:用个位和小数点后一位来表示v 多模光纤类型: A1通信用多模渐变型 A2阶跃型 A3大数值孔径型v 标称工作波长代号 1850nm ; 21310nm ; 31550nm ; 1/2850/1310nm ;v 环境温度代号 C1 -40+60 C ; C2 -30+60 C ; C3 -20+60 C ; C4 -5+60 C ;常规常规单模单模模场直径模场直径/包层径包层径工作波长工作波长1.31m环境环境温度温度衰减常数衰减常数0.8dB/km 单模光纤型号的命名方法单模光纤型号的命名方法v 单模光纤类型: B1常规单模光纤,在1310nm附近有零色散波长,最佳工
8、作波长为1310nm,其截止波长应小于1310nm; B2在1310nm附近有零色散波长,最佳工作波长为1550nm,而 1310 nm C 1550nm; B3零色散位移光纤,零色散波长在1550nm附近; B4色散平坦光纤,宽波长范围低色散,以便在波长为1.31.55m宽波段进行波分复用。v 工作波长与环境温度代号与多模光纤相同截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光 v理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。模
9、方式传播的最小波长。光纤制造方法光纤制造方法v改进的化学汽相沉积法(MCVD)v 等离子体激活化学汽相沉积法(PCVD)v管外化学汽相沉积法 汽相轴向沉积法(VAD) 管外汽相沉积法(OVPD)v多种组份玻璃制造法光纤制作简介光纤制作简介v 光纤的制造工艺主要包括熔炼、拉丝和套塑三个主要过程。v 1、熔炼 熔炼过程是把超纯的化学原料四氯化硅和氧气,经过高温化学反应合成低损耗的优质石英棒(称为光纤预制棒)。熔炼时。一般掺入少量杂质以控制折射率。如锗、磷、硼氟等。v 其化学反应如下: SiCl4 + O2 SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 GeO2 + 2Cl2 其中,SiO2 是石英
10、,这就是化学合成法。原料SiCl4可以是气化的液体,它比固体容易提纯,故制作超纯石英不宜把固体天然石英提纯而宁可采用化学合成法。熔炼工艺有很多种,这里仅以改良的化学气相沉积法(MCVD)来说明熔炼过程。 合成的SiO2以粉末状沉积在石英坯管内管壁上,遇到高温即融成一层很薄的透明含锗的优质石英。火焰来回移动,管子均匀旋转,一层层的优质石英均匀地沉积在管内。H2O2火焰移动SiCl4 + O2GeCl + O2排气Cl2石英坯管HO焰 14001500MCVD熔炼工艺示意图熔炼工艺示意图旋转 当沉积的石英层有足够的厚度后,把火焰温度升高到17002000 ,石英管被软化,由于它的表面张力,石英管自
11、动收缩,而将管子的中心孔填没,成为一根实心用以制作光纤的石英棒,称为预制棒。预制棒的芯子是优质石英,用以导光,外表皮是一般石英,不作导光用,仅起保护作用。v 2、拉丝 拉丝是把较粗的石英预制棒拉成细长的光纤。拉丝装置示意图如下。光纤坯棒测温仪炉温控制测径仪调速设备固化炉光纤涂覆器高温炉2000 拉丝轮拉丝工艺装置示意图拉丝工艺装置示意图预制棒缓缓送入,高温下被软化,由拉丝轮拉成细丝。为保证光纤直径精度,采用激光测径仪,并按照偏差信号反馈控制炉温和拉丝温度等。为保护光纤表面不被外界污染而产生微裂纹,必须在光纤成形后马上涂覆一层保护涂料,并立即固化,最后卷绕在套筒上。套塑套塑v 为进一步保护光纤,
12、提高光纤的机械强度,一般把带有涂敷层的光纤再套上一层尼龙。v 光纤的套塑方式有两种: 松套:光纤可在尼龙管内松动,其涂敷材料一般为环氧树脂,抗水性能不很好,常填充半流质的油膏(Jelly)。 紧套:其涂敷材料一般是硅橡胶,外面紧密无间隙地套上一层尼龙,光纤在尼龙管内不能松动。v 紧套光纤结构简单,操作方便,而松套光纤防水性能和机械性能较好。v 由于石英光纤是用掺杂材料制成的,所以其物理性能比金属材料稳定得多,但光纤在套塑后,由于套塑原料的膨胀系数较石英大得多,所以在低温时塑料收缩,形成光纤的微弯曲而增加了衰减。故而适当注意套塑工艺可获得温度特性良好的光纤。30光纤的导光原理31光的折射和反射3
13、2cc光的全反射原理33由菲涅耳定律 推导出临界角34光纤的导光机理35小于临界角的入射光传输路径36增大入射角光传输路径改变37cc等于临界角的入射光传输路径38大于临界角的入射光全反射路径c39光在光纤中的传输光在阶跃光纤中的传播光在阶跃光纤中的传播光在渐变光纤中的传播光在渐变光纤中的传播光在单模光纤中的传播光在单模光纤中的传播40光在阶跃光纤中的传播 c光线光线 3以之字形折线在纤芯中传播,直至能量损失殆尽或从光纤中另以之字形折线在纤芯中传播,直至能量损失殆尽或从光纤中另一端射出。一端射出。始终被束缚在芯区中的光线被称为始终被束缚在芯区中的光线被称为“传导模传导模”,或简称,或简称“导模
14、导模”光线光线光线光线 2 的初始入射角较大,致使到达芯的初始入射角较大,致使到达芯包层界面时不满足该处全包层界面时不满足该处全反射条件,此光线折射进入包层。这种光线的能量经过不长光纤的传反射条件,此光线折射进入包层。这种光线的能量经过不长光纤的传输(约几百米)便损失掉了。输(约几百米)便损失掉了。这种光线被称为这种光线被称为“包层模包层模”或或“辐射模辐射模”光线,它对光纤通信无效。光线,它对光纤通信无效。41光在阶跃光纤中的传播42最大入射角的含义43数值孔径的含义及计算44光纤的数值孔径的物理意义45v数值孔径NA=SIN 接收锥接收锥v 数值孔径数值孔径NA是光纤接受和传输光的能力,它
15、取决于折射是光纤接受和传输光的能力,它取决于折射率率nv NA(或或) c越大,光纤接收光的能力越强,从光源到光越大,光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的耦合效率越高。纤的耦合效率越高。v 但但NA越大,经光纤传输后产生的信号崎变越大,色散带越大,经光纤传输后产生的信号崎变越大,色散带宽变差,限制了信息传输容量。宽变差,限制了信息传输容量。ITUT(CCITU)规定:规定: NA0.150.24 0.002 我国规定:我国规定: NA0.2 0.02阶跃光纤中的光线轨迹和数值孔径阶跃光纤中的光线轨迹和数值孔径47光纤的数值孔径v多模标准光纤的数值孔径为多模标准光纤的数值孔径为0.2;单模光纤的
16、;单模光纤的数值孔径为数值孔径为0.1。v数值孔径越大,光纤的收光能力就越强,光功数值孔径越大,光纤的收光能力就越强,光功率的入纤效率就越高。率的入纤效率就越高。48输入输入输入输入输出输出输出输出低数值孔径低数值孔径NA高数值孔径高数值孔径NANANA49光在渐变光纤中的传播 v 渐变多模光纤具有自聚焦效应,不仅不同入射角相应光线会聚焦在同一点上,而且这些光线的时间延迟也近似相等。v 这是因为光线传播速度v( r) =c/n( r),入射角大的光线经历路程较长,但大部分路程远离中心轴线, n( r )较小,传播速度较快,补偿了较长的路程。入射角小的光线情况正相反,其路程较短,但速度较慢,所以
17、这些光线的时间延迟相等。50光在单模光纤中的传播 n2n1n2 光缆结构及类型光缆结构及类型 1光缆结构 (1)缆芯)缆芯光缆中包含的光纤构成缆芯。缆芯可以放在光缆光缆中包含的光纤构成缆芯。缆芯可以放在光缆的中心或非中心部位。的中心或非中心部位。 (2 2)加强构件)加强构件 在光缆中心或外护层内加入钢丝或玻璃纤维增强在光缆中心或外护层内加入钢丝或玻璃纤维增强塑料,用来增强光缆的拉伸强度。塑料,用来增强光缆的拉伸强度。 (3 3)光缆护层)光缆护层 光缆从里到外加入一层或多层圆筒状护套,用光缆从里到外加入一层或多层圆筒状护套,用来防止外界各种自然外力和人为外力的破坏。护套来防止外界各种自然外力
18、和人为外力的破坏。护套应具有防水防潮、抗弯抗扭、抗拉抗压、耐磨耐腐应具有防水防潮、抗弯抗扭、抗拉抗压、耐磨耐腐蚀等特点。蚀等特点。 光缆护层常用材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨光缆护层常用材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯和聚酰胺。此外,还有铝、钢、铅等密实的金属酯和聚酰胺。此外,还有铝、钢、铅等密实的金属层用来防潮。层用来防潮。 (4 4)填料)填料 在缆芯与护套之间填充防潮油胶,用来阻止外在缆芯与护套之间填充防潮油胶,用来阻止外界水分和潮气侵入缆芯内。界水分和潮气侵入缆芯内。 光缆结构及类型光缆结构及类型 (5 5)铠装)铠装 用钢丝、钢带等坚硬金属材料做成光缆的外用钢丝、钢带等坚硬金属材料做成光
19、缆的外护套,进一步提高光缆强度,用来防鼠、防虫、护套,进一步提高光缆强度,用来防鼠、防虫、防火、防外力损坏。防火、防外力损坏。 (6 6)其他)其他 有些光缆内放入若干根铜导线,用做中继馈有些光缆内放入若干根铜导线,用做中继馈电线、监控信号线等。电线、监控信号线等。 光缆结构及类型光缆结构及类型成缆成缆光纤的识别色谱光纤的识别色谱u光纤的12种颜色标准色谱:u套管色谱识别:u光纤束扎纱识别:蓝蓝橘橘绿绿棕棕灰灰白白红红黑黑黄黄紫紫粉红粉红青绿青绿二、光缆分类二、光缆分类1v1、按用途分vGY野外(室外)光缆vGJ局内(室内)光缆vGR软光缆vGS设备内光缆vGH海底光缆vGT特殊光缆光缆分类光
20、缆分类2v2、按外护套特征分vPE护套光缆:简易型聚乙烯护套vLAP护套光缆:铝聚乙烯粘接护套v钢带铠装光缆v钢丝铠装光缆光缆分类光缆分类3v3、按缆芯特征分v层绞式v束管式v叠带式v骨架式光缆分类光缆分类4v4、按敷设方式分 管道 直埋 架空 水底光缆 局内光缆带状光缆带状光缆中心束管式光缆中心束管式光缆层绞式光缆层绞式光缆 光缆结构及类型光缆结构及类型层绞式光缆结构是由多根二次被覆光纤松套管(或部分填充绳)绕中心金属加强件绞合成圆形的缆芯,缆芯外先纵包复合铝带并挤上聚乙烯内护套,再纵包阻水带和双面覆膜皱纹钢(铝)带,再加上一层聚乙烯外护层。它适宜于直埋、管道敷设,也可用于架空敷设。层绞式光
21、缆层绞式光缆光纤光纤 松套管松套管填充件填充件 光缆介质中心光缆介质中心 加强件加强件缆芯阻水缆芯阻水绕包缆芯绕包缆芯 内护套内护套光缆加强件光缆加强件 外护套外护套光缆标识光缆标识 松套层绞ADSS光缆结构中心管式光缆中心管式光缆中心管式光缆是由一根二次光纤松套管或螺旋形光纤松套管,无绞合直接放在缆的中心位置,纵包阻水带和双面涂塑钢(铝)带,两根平行加强圆磷化碳钢丝或玻璃钢圆棒位于聚乙烯护层中组成的。v 中心管式光缆中心管式光缆中心管式光缆中心管式光缆的优点是:光缆结构简单、制造工艺简捷,光缆截面小、重量轻,很适宜架空敷设,也可用于管道或直埋敷设。中心管式光缆的缺点是:缆中光纤芯数不宜过多(
22、如分离光纤为12芯、光纤束为36芯、光纤带为216芯),松套管挤塑工艺中松套管冷却不够,成品光缆中松套管会出现后缩,光缆中光纤余长不易控制等。 骨架式光缆在国内仅限于干式光纤带光缆,即将光纤带以矩阵形式置于U型螺旋骨架槽或SZ螺旋骨架槽中,阻水带以绕包方式缠绕在骨架上,使骨架与阻水带形成一个封闭的腔体。当阻水带遇水后,吸水膨胀产生一种阻水凝胶屏障。阻水带外再纵包双面覆塑钢带,钢带外挤上聚乙烯外护层。 骨架式光缆骨架式光缆。 骨架式光纤带光缆的优点是:结构紧凑、缆径小、纤芯密度大(上千芯至数千芯),接续时无需清除阻水油膏,接续效率高;缺点是:制造设备复杂(需要专用的骨架生产线)、工艺环节多、生产
23、技术难度大等骨架式光缆骨架式光缆特种光缆特种光缆电力光缆电力光缆是指用于高压电力通信系统的光缆以及铁路通信网络的光电综合光缆。光纤对电磁干扰不敏感,使得架空光缆成为电力系统和铁路通信、控制和测量信号的一种理想的传输介质。电力光缆的敷设趋势是将光缆直接悬挂在电杆或铁塔上,或缠绕在高压电力的相线上。安装的光缆抗拉强度能承受自重、风力作用和冰凌的重量,并有合适的结构措施来预防枪击或撞、挂等破坏。 全介质自承式光缆全介质自承式光缆(ADSS)(ADSS)典型的全介质自承式光缆的横截面如图,其结构可分为中心管式或层绞式两种。光纤以特定的大余长插入管内。因此,如果光缆受到额定拉力负载作用,光纤不会受到任何
24、应力作用。为阻止水渗透和迁移,管内注入阻水纤用油膏。绕缆芯缠绕的芳纶纱提供给光缆所需的抗拉强度。 光纤复合地线光缆光纤复合地线光缆(OPGW)(OPGW)光纤复合地线光缆替代传统的架空地线和通信光缆,即它集地线和通信两个功能于一体。光纤复合地线光缆分为两种基本结构:光纤既可置于中心管内,又可放入绞合的多纤金属管内。成束的光纤放入中心管内,铠装既可由双层铝合金线或铝包钢线构成,又可由单层组合金属线构成。光纤在绞合的多纤金属管内时,这些金属可取代内层的一根或多根铠装线。阻燃光缆阻燃光缆在人口稠密及一些特殊的场合,如商贸大厦、高层住宅、地铁、矿井、船舶、飞机中使用的光缆都应考虑阻燃化。特别是接入网的
25、蓬勃兴建,大大地推动了人们对敷入室内的光缆提出阻燃要求的迫切性。阻燃光缆的结构型式包括层绞式、中心管式、骨架式或室内软光缆,可以是金属加强光缆,也可以是非金属加强光缆。最简单的阻燃室内光缆结构水底光缆水底光缆水底光缆分为淡水水底光缆和海水水底光缆两大类。由于敷设时短期拉力大,需要将光缆进行钢丝铠装,以便提供足够的抗拉强度。水底光缆的抗拉、抗侧压力机械特性和密封性能是光缆工程设计要考虑的主要问题。一般要求的水底光缆,最普遍的制法是在缆芯中填充阻水油膏,在缆芯外加金属护套密封。 光缆(光纤)型号命名方法光缆(光纤)型号命名方法 光缆(光纤)型号的命名是采用一横列十三项参数来表示的。其中,第一至第五
26、项是光缆类型参数,第六至第十二项是光纤规格参数,第十三项是附加参数。 (1)光缆型式由五个部分组成, 图中: :分类代号及其意义为: GY通信用室(野)外光缆; GR通信用软光缆; GJ通信用室(局)内光缆; GS通信用设备内光缆; GH通信用海底光缆; GT通信用特殊光缆。 :加强构件代号及其意义为: 无符号金属加强构件; F非金属加强构件; G金属重型加强构件; H非金属重型加强构件。 :派生特征代号及其意义为: D光纤带状结构; G骨架槽结构; B扁平式结构; Z自承式结构。 T填充式结构。 : 护层代号及其意义为; Y聚乙烯护层; V聚氯乙烯护层; U聚氨酯护层; A铝-聚乙烯粘结护层
27、; L铝护套; G钢护套; Q铅护套; S钢-铝-聚乙烯综合护套。 (2)光纤规格由五部分七项内容组成光纤的规格组成部分 :带宽、损耗、波长表示光纤传输特性的代号由a、bb及cc三组数字代号构成。 a表示使用波长的代号,其数字代号规定如下: 1波长在0.85m区域; 2波长在1.31m区域; 3波长在1.55m区域。 注意,同一光缆适用于两种及以上波长,并具有不同传输特性时,应同时列出各波长上的规格代号,并用“/”划开。 bb表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值(dB/km)的个位和十位数字。 cc表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分类数值(MHzkm)的千
28、位和百位数字。单模光纤无此项。 :适用温度代号及其意义。 A适用于40+40 B适用于30+50 C适用于20+60 D适用于5+60损耗损耗色散色散光纤光纤传输传输特性特性v 光在光纤中传播时,平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少。即 P(L)=P(0) e (-L/10)v P(0)L=0处注入光纤的光功率v P(L)传输到轴向距离L处的光功率v 定义:单位长度光纤引起的光功率衰减。当长度为L时,)/(lg10)(kmdBPPLoutin损耗损耗损耗损耗光纤损耗产生的原因和分类光纤损耗产生的原因和分类损损耗耗散散射射吸吸收收材料固有吸收材料固有吸收原子缺陷吸收原子缺陷吸收杂质吸收杂质吸收氢
29、氧根离子吸收氢氧根离子吸收过渡金属离子吸收过渡金属离子吸收紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收瑞利散射瑞利散射光纤结构不完善散射光纤结构不完善散射非线性效应散射非线性效应散射弯曲损耗弯曲损耗损耗 1吸收损耗吸收损吸收损耗耗光波通过光纤材料时,一部分光能变成热能,造成光功率的损失光纤基础材料(如基础材料(如SiO2)固有的吸收)固有的吸收,不是杂质或缺陷引起的,因此,本征吸收基本确定了某一种材料吸收损耗的下限本征本征吸收吸收由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗(灰尘,金属离子等)杂质杂质吸收吸收散射损耗散射损耗损耗 2散射损耗由于光纤的材料、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
30、射,由此产生的损耗。指光通过密度或折射率等不均匀密度或折射率等不均匀的物质时,除了在光的传播方向以外,在其他方向也可以看到光,这种现象叫光的散射。散散 射射由于光纤经过集束制成光缆,在各种环境下进行光缆敷设、光纤接续以及作为系统的耦合与连接等引起的光纤附加损耗损耗 3附加损耗 光纤/光缆的弯曲损耗、微弯损耗 光纤线路中的连接损耗 光器件之间的耦合损耗等附加损耗附加损耗弯曲损耗(辐射损耗)宏弯损耗宏弯损耗微弯损耗微弯损耗弯曲损耗弯曲损耗是由于光纤中部分传导模在弯曲部位成为辐射是由于光纤中部分传导模在弯曲部位成为辐射模而形成的损耗。它与弯曲半径成指数关系,弯曲半径模而形成的损耗。它与弯曲半径成指数
31、关系,弯曲半径越大,弯曲损耗越小。越大,弯曲损耗越小。MacrobendMicrobend(1)电域放大光电光 (O/E/O,即背靠背) 放大、再定时、再生 (2) 光域放大全光放大掺铒光纤放大器(EDFA)光纤拉曼放大器(FRA)掺铒光纤放大器 光损耗补偿光损耗补偿光纤的传输特性光纤的传输特性- -色散色散 光纤的色散特性 光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同,这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后,使得光脉冲发生展宽,这就是光纤的色散,色散一般用时延差来表示。 色散引起的脉冲展宽示意图v色散一般包括模式色散、材料色散、和波导色散。v色散将产生码间干扰,导致通信容量、通信速率、传输距
32、离的降低。v色散参数D的单位ps/(nmkm),代表两个波长间隔为1nm的光波传输1km距离后到达时间的延迟。色度色散造成脉冲展宽色度色散造成脉冲展宽脉冲展宽脉冲展宽T光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同,导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。度不同,导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。uu 光纤色散效应对传输的影响光纤色散效应对传输的影响1 0 1 0 1 0 1 1 0 11 0 1 0 1 0 1 1 0 1InputOutputTimeTime88光纤色散的分类光纤色散的分类v 前两种色散是由于信号不是单一频率引起的,后一种色散前两种色散是由
33、于信号不是单一频率引起的,后一种色散是由于信号不是单一模式引起的。是由于信号不是单一模式引起的。材料色散材料色散波导色散波导色散模式色散模式色散89材料色散v 材料色散是指光纤材料的折射率随频率材料色散是指光纤材料的折射率随频率发生变化发生变化, 使得信号的各频率的群速度使得信号的各频率的群速度不同而引起的色散。不同而引起的色散。 90材料色散91波导色散v 波导色散是由于某一传输模的传播常数波导色散是由于某一传输模的传播常数随光频而变化,从而引起群速变化所引随光频而变化,从而引起群速变化所引起的色散起的色散。 92波导色散93模式色散v 模式色散是指多模传输时同一波长分量的各模式色散是指多模
34、传输时同一波长分量的各种传导模式的相位常数不同,群速度不同,种传导模式的相位常数不同,群速度不同,引起到达终端的光脉冲展宽的现象引起到达终端的光脉冲展宽的现象 v 单模光纤只存在一种模式,不存在模式色散单模光纤只存在一种模式,不存在模式色散94阶跃型型多模光纤的模式色散 95渐变型多模光纤的模式色散 96普通单模光纤特定波长时色散为零v 在某个特定波长下,材料色散和波导色散相抵消,总在某个特定波长下,材料色散和波导色散相抵消,总色散为零。色散为零。v 对普通的单模光纤,总色散为零的波长在对普通的单模光纤,总色散为零的波长在1.31m,这意味着在这个波长传输的光脉冲不会发生展宽这意味着在这个波长
35、传输的光脉冲不会发生展宽 偏振模色散偏振模色散(PMD) (PMD) Post Mortem Dump : :在光纤中传输的任意在光纤中传输的任意导模都可以分解成互相正交偏振的两个模式,导模都可以分解成互相正交偏振的两个模式,PMD是指光纤中的是指光纤中的两个正交偏振模之间的差分群时延两个正交偏振模之间的差分群时延.当这两个正交模式在光纤中的当这两个正交模式在光纤中的传播速度不同传播速度不同( (产生了偏振模色散产生了偏振模色散) ),导致光脉冲展宽;,导致光脉冲展宽;PMDPMD是光纤纤芯不对称以及应力所致是光纤纤芯不对称以及应力所致( (光纤不再是理想的各向同光纤不再是理想的各向同性介质性介质) ),导致本地双折射,导致本地双折射; ; PMD PMD 具有统计特性,其单位是具有统计特性,其单位是 ps/kmps/km
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