光电子学与光电器件4

1、47光纤的损耗与色散一、光纤的损耗即便是在理想的光纤中都存在损耗本征损耗。光纤的损耗限制了光信号的括：吸收损耗散射损耗弯曲损耗距离。这些损耗主要包吸收损耗由制造光纤材料本身 (如SiO2) 的特性所决定，即便波导结构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在本征吸收 ，包括电子跃迁、晶格振动、多声子过程等。本征吸收：材料吸收损耗是一种固有损耗，不可避免。只能选择固有损耗较小的材料来做光纤。石英在红外波段内吸收较小，是优良的光纤材料。本征吸收(1) 紫外吸收光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围晶格(2) 红外吸收光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能

2、量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起的损耗Ex光方向kz非本征吸收:光纤制造过程引入的有害杂质OH和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等解决方法：(1) 光纤材料化学提纯，比如达到 99.9999999%的纯度;(2) 制造工艺上改进，如避免使用氢氧焰加热 ( 汽相轴向沉积法)散射损耗由于光纤制作工艺上的不完善，例微气泡、杂质等引起不均匀，光能在这些地方会发生散射，使光纤损耗增大；线性散射损耗与模式功率成线性关系，光的频率在散射过没有变化。不均匀周期小于：散射散射散射波导在小于光波长尺度上的不均匀：分子密度分布不均匀掺杂分子导致折射率不均匀导致波导对入射光产生本征散射。散射一般发生在短波长

3、散射导致的原因是范围较大的不均匀性(仍小于1mm的要求)波导缺陷纤芯和包层的界面不完备圆度不均匀残留气泡和裂痕等目前的制造工艺基本可以克服散射。非线性散射发生在以足够强的光电场入射到光纤的情况，只有当入射功率大于一定的阈值才会产生非线性散射。由于非线性散射，损耗的功率是线性函数。光功率的非在散性过会发生出射频率的改变，典型的非线性散射有受激散射和受激散射。如果想避免非线性散射发生，就要提高阈值电平，如用宽光谱光源以及多模光纤等。弯曲损耗弯曲处曲率半径越小，损耗越大；波长越长，损耗越大。场分布消逝场 cRCladdingCore损耗的表示光信号在光纤中的时候，其功率随距离 L 的增加呈指数衰减：

4、光纤的损耗系数(衰减常数），距离的衰减光纤的三个低损“窗口”：850nm、1310 nm、1550 nm。二、光纤的色散不同频率或不同模式成分具有不同的群速度，在传输过彼此散开，造成信号的变形。芯包层脉冲展宽，导致脉冲间的“搭接”，使信号在目的端产生码间干扰，给信号的最后造成，已经成为制约光纤通信能力的主要。1、群速度与时延差 色散的度量光波载频f0,信号带宽f, f0.001nm定义材料色散系数：则：光源频谱宽度定义材料的群指数那么时延和时延差可分别表示为：材料色散引起的时延差实现零色散的条件：d2n/d2=0。零色散波长降低材料色散的途径：反常色散区使用光谱宽度窄的光源；工作在零色散波长附

5、近；使用波长较长的光源。正常色散区3、波导色散光纤的结构参数：包括纤芯尺寸、几何形状、相对折射率差等波导参量不同。由于入射角不同导致不同频率的光波在光纤中传输的实际路程不同，而引起时延差。影响：光纤尺寸：越小，色散越严重；工作波长：越长，色散越严重。 变化参量：a/4、模间色散多模光纤中，材料色散和波导色散的影响相对较小，模间色散成为主要的影响。模间色散的成因：最简单的情况：同一频率的光以不同的角度入射到光纤，形成不同的模式；每种模式有不同的轴向速度，同时出发的不同模式，到达输出端的时间不同；模间色散的成因：实际信号，包含多种频率，每种频率又有多种模式；把不同频率形成的同一模式归成一类，每一模式有一个群速度；模式间群速度不同，造成