第5章 光纤光学课件光纤的特征参数与测试技术

第五章光纤的特征参数与测试技术限制光纤通信发展的三个重要因素：损耗：光在传输时引起能量的损耗，需中继器进行能量补充，传输距离短；色散：作为载波的光脉冲脉宽展宽，引起码间串扰，误码率增加造成失真；非线性：引起DWDM传输信道串扰。

1第五章光纤的特征参数与测试技术限制光纤通信发展的三个重要因§5.1光纤的损耗

重要数据:0.5dB~0.9;1dB~0.8; 2dB~.6;3dB~0.5; 10dB~0.1 20dB~0.012§5.1光纤的损耗重要数据:0.5dB~0.9光纤的损耗3光纤的损耗3§5.1.1光纤材料的吸收损耗

4§5.1.1光纤材料的吸收损耗455光纤的损耗谱6光纤的损耗谱6不断拓展的光纤窗口波长2004年7不断拓展的光纤窗口波长2004年7§5.1.2散射损耗

特点：不可能消除的损耗8§5.1.2散射损耗特点：不可能消除的损耗8散射损耗特点：非线性散射产生新的频率分量机理：光新光波长+声子散射9散射损耗特点：非线性散射产生新的§5.1.3光纤的弯曲损耗

物理机制光纤发生弯曲全反射条件破坏约束能力下降导摸转化为辐射摸能量逸出光功率损失损耗分类10§5.1.3光纤的弯曲损耗物理机制光纤发生弯曲全反射条损耗机理x11损耗机理x11高阶模弯曲损耗大、低阶模弯曲损耗小！12高阶模弯曲损耗大、低阶模弯曲损耗小！121.宏弯损耗131.宏弯损耗132.过渡弯曲损耗直弯曲模场不匹配导摸与漏模之间相互耦合功率损失142.过渡弯曲损耗直弯曲模场损耗分析损耗的机理：由于光纤由“直”突然变“弯曲”或各段波导弯曲不一致,引起模场的不匹配,导致导模与漏模之间的相互耦合,并损失功率。损耗分析：等效折射率方法弯曲光纤中的场可以看成某一等效 折射率分布下直光纤弯曲光纤传播常数产生相移exp(-ibLz)满足波导场方程r增加导致ne(r)增加，场分布拓展导模向漏模转化,引起功率泄漏造成“过渡损耗”。

损耗计算公式：15损耗分析损耗的机理：由于光纤由“直”突然变“弯曲”或各段波导3.微弯曲损耗单模光纤微弯损耗,主要取决于模场半径W0,相对折射率差Δ和纤轴的畸变。经验公式：模场半径W0的微小增加将引起微弯损耗的大幅度上升

163.微弯曲损耗单模光纤微弯损耗,主要取决于模场半径W0,相随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率的平方增大决定了电中继器之间的距离§5.2光纤的色散与带宽模间色散(ModeDispersion)色度色散(CromaticDispersion)偏振色散(PolarizationModeDispersion)17随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率色散定义

18色散定义18§5.2.1阶跃型弱导光纤的色散

材料色散波导色散模间色散单色弥散19§5.2.1阶跃型弱导光纤的色散材料色散波导色散模间色散1.材料色散纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同波长承载的的光脉冲成份的传播速度也随波长而变化，使得光脉冲波形被展宽，称之为材料色散。材料色散取决于折射率对波长的二阶导数，亦即折射率随波长的非线性变化。因此，不能说折射率随波长变化就一定导致材料色散。201.材料色散纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同波长群速度色散(GVD)正常色散区:长波长光传播块，短波长光传播慢!（负色散值）反常色散区:短波长光传播块，长波长光传播慢!（正色散值）正常色散区反常色散区21群速度色散(GVD)正常色散区:长波长光传播块，短波长光G.652光纤的色散正色散光纤llonglshort22G.652光纤的色散正色散光纤llonglshort22.波导色散

波导结构影响光波群速度，因为导模场分布实际上是在纤芯和包层中都存在的，因此光波群速度取决于两者的比例。通常长波长光的场分布在包层中延伸更远。因此长波长光“经历”的材料折射率更小，其群速度就会比短波长光更大一些。因此考虑波导色散，长波长光传播快，短波长光传播慢。232.波导色散波导结构影响光波群速度，因为导模场分布实际上总色散24总色散24三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤（NDSF）G.653单模光纤（DSF）G.655单模光纤（NZ-DSF）常规G.655大有效面积G.65525三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤（NDSF）G.65G.652标准单模光纤

标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟（ITU－T）把这种光纤规范为G.652光纤。其特点是当工作波长在1.3μm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3μm波段的损耗较大，约为0.3dB/km～0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，约为0.2dB/km～0.25dB/km。色散在1.3μm波段为3.5ps/nm·km，在1.55μm波段的损耗较大，约为20ps/nm·km。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的2.5Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s的信号，传输距离超过50公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。

26G.652标准单模光纤

标准单模光纤是指零色散波长在1.3大多数已安装的光纤低损耗大色散分布大有效面积色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。G.652单模光纤的应用27大多数已安装的光纤G.652单模光纤的应用27G.653单模光纤(DSF)针对衰减和零色散不在同一工作波长上的特点，20世纪80年代中期，人们开发成功了一种把零色散波长从1.3μm移到1.55μm的色散位移光纤（DSF，Dispersion－ShiftedFiber）。ITU把这种光纤的规范编为G.653。

然而，色散位移光纤在1.55μm色散为零，不利于多信道的WDM传输，用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会发生四波混频（FWM）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；如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一现象，人们研制了一种新型光纤，即非零色散光纤（NZ－DSF）G.655。28G.653单模光纤(DSF)针对衰减和零色散不在同一工作波长低损耗零色散小有效面积长距离、单信道超高速EDFA系统四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术结论:适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。G.653单模光纤的应用29低损耗零色散小有效面积G.653单模光纤的应用2G.655单模光纤(NZ-DSF)针对色散位移光纤在1.55μm色散为零，会产生四波混频，导致信道间发生串扰，不利于多信道的WDM系统的问题，如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一特点，人们研制了非零色散光纤（NZ－DSF）。非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1.55μm，而是在1.525μm或1.585μm处。非零色散光纤削减了色散效应和四波混频效应，而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种，所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，既能用于新的陆上网络，又可对现有系统进行升级改造，它特别适合于高密度WDM系统的传输，所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。

30G.655单模光纤(NZ-DSF)针对色散位移光纤在1.55在1530－1565nm窗口有较低的损耗工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。可以有正的或负的色散——海底传输系统正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。为DWDM系统的应用而设计的G.655单模光纤的应用结论:适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。31在1530－1565nm窗口有较低的损耗G.655单模光纤的三种光纤色散情况比较正常色散区反常色散区32三种光纤色散情况比较正常色散区反常色散区323.模间色散在多模光纤中,脉冲展宽主要决定于多模群延时差Δτm产生原因来自于各个不同导模的群速不相同模间色散并不是由于频率不同引起的,故称其为"单色弥散"似乎更为合适333.模间色散在多模光纤中,脉冲展宽主要决定于多模群延时差Δ4.偏振模色散(PMD)基模两个相互正交的偏振模的传播速度不同导致光脉冲的展宽，称之为偏振模色散.通常其大小为：0.5ps/nm/km.低速通信系统（10Gbps以下）通常不考虑PMD的影响.G.652光纤高速（10Gbps以上，例如40Gbps）长距离通信需要考虑PMD的影响，研究PMD补偿技术。344.偏振模色散(PMD)基模两个相互正交的偏振模的传播速色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为: D

=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps对于1Gbps速率的光脉冲，脉宽约为1ns.如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对于155Mbps速率系统没有问题，因为其脉冲宽度为6.5ns，20％的展宽为1300ps。如果采用线宽为300MHz的DFB激光器，在1Gbps调制速率下光谱被展宽2GHz，即光源谱宽为2,300MHz或.02nm(1500nm波长).则传输10公里距离，色散脉冲展宽值为:

D

=17ps/nm/km×.02nm×10km=3.4ps显然这种情形下，1Gbps速率光通信系统没有任何问题。35色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传哪些因素限制光通信传输距离？一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率为2.5mW时，输入光功率为多少？为什么光纤在1.55mm的波长损耗比1.3mm波长小?光纤的损耗能否降为零？为什么？三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散大？为什么？简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？课堂测验(7)习题：5.4~5.1136课堂测验(7)习题：5.4~5.1136色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为: D

=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps对于1Gbps速率的光脉冲，脉宽约为1ns.如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对于155Mbps速率系统没有问题，因为其脉冲宽度为6.5ns，20％的展宽为1300ps。如果采用线宽为300MHz的DFB激光器，在1Gbps调制速率下光谱被展宽2GHz，即光源谱宽为2,300MHz或.02nm(1500nm波长).则传输10公里距离，色散脉冲展宽值为:

D

=17ps/nm/km×.02nm×10km=3.4ps显然这种情形下，1Gbps速率光通信系统没有任何问题。37色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传§5.3单模光纤模场半径

模场半径是单模光纤的一个极为重要的参数。由模场半径可以导出等效阶跃光纤的构成参数,还可估算单模光纤的连接损耗、弯曲损耗以及微弯损耗和光纤的色散值,因而被称之为单模光纤的万用参数。单模光纤的模场半径不仅因测量方法的不同而异,而且还受模场半径定义的影响。已提出多种模场半径的定义,应用较广泛的有:(1)功率传输函数定义模场半径wT;(2)最大激发效率定义模场半径wη;(3)近场二阶矩定义模场半径wrms;(4)远场二阶矩定义模场半径wL。38§5.3单模光纤模场半径模场半径是单模光纤的一个极为重功率传输函数定义模场半径wT39功率传输函数定义模场半径wT394040最大激发效率定义模场半径Wη当以场分布为g(r)的光源激发单模光纤时,激发效率(耦合效率)η以及不重叠度ξ可分别表示为:

f(r)是光纤的近场分布;G(q)和F(q)分别是光源和光纤的远场分布;q＝sinθ/λ0

定义g(r)为高斯分布函数:41最大激发效率定义模场半径Wη当以场分布为g(r)的光源激发单确定Wη的四种数学等效方法测出光纤的近场分布f(r),改变高斯函数的WG使η为最大,此时WG即为Wη;测出f(r),改变WG使ξ为最小,此时的WG亦为Wη;测出光纤的远场分布F(q),改变WG使η为最大,此时WG为Wη;测出F(q),改变WG使ξ为最小,亦可求得Wη。42确定Wη的四种数学等效方法测出光纤的近场分布f(r),改变高模场半径的其它定义43模场半径的其它定义43模场半径定义的比较44模场半径定义的比较44§5.4单模光纤截止波长

(样品光纤长度取2米)45§5.4单模光纤截止波长(样品光纤长度取2米)45§5.5光纤参数测试技术

光纤损耗（谱）折射率分布带宽(色散与基带频率响应)*数值孔径模场直径截止波长几何参数*46§5.5光纤参数测试技术光纤损耗（谱）46ITU-T建议的测试方法表2.7－1┌─────┬─────────┬───────────┐│参数│RTM│ATM│├─────┼─────────┼───────────┤│衰减系数│切断法│插入损耗法;背向散射法││折射率分布│折射近场法│近场法││基带响应│时域法;频域法│││色散系数│相移法;脉冲时延法│││数值孔径│折射近场法│远场法││模场直径│(无)│传输场法;横向偏移法││截止波长│传导功率法│模场直径与波长关系法│└─────┴─────────┴───────────┘

RTM:基准测试方法 ATM:替代测试方法47ITU-T建议的测试方法表2.7－147§5.5.1注入条件与稳态分布48§5.5.1注入条件与稳态分布48扰模器

、滤模器和包层模剥除器49扰模器

、滤模器和包层模剥除器49§5.5.2损耗的测量50§5.5.2损耗的测量5051515252§5.5.3折射率分布的测量1.折射率近场法根据光纤折射光(辐射模)功率与折射率n(r)成正比而建立起来的测试方法。测量方法:利用透镜将光束会聚成很小的光点入射光纤端面,入射最大角θ‘max由输入光栏控制,θ’max远大于光纤数值孔径角,以在光纤中激励起导模、漏模和辐射模;将光纤的一端浸入折射率匹配液盒之中,可使部分漏模与辐射模逸出光纤,形成一个空心光锥;利用一个遮光盘挡住漏模光,同时限定折射角θ“min,由探测器接收辐射模功率P(r)53§5.5.3折射率分布的54542.近场扫描法该方法比折射近场法要差一些552.近场扫描法该方法比折射近场法要差一些553.端面反射法

工作原理：基于端面菲涅尔反射的功率反射系数R和折射率n(r)有着确定的关系，通过测试R或反射功率P(r)来确定n(r)：563.端面反射法工作原理：基于端面菲涅尔反射的功率反射系数§5.5.4

带宽测量*1.脉冲展宽测量*57§5.5.4带宽测量*1.脉冲展宽测量*572.色散的测量*582.色散的测量*585959§5.5.5数值孔径的测量(4.90)式60§5.5.5数值孔径的测量(4.90)式606161§5.5.6模场半径的测量1.横向偏移法62§5.5.6模场半径的测量1.横向偏移法62§5.5.7截止波长的测量63§5.5.7截止波长的测量6364646565哪些因素限制光通信传输距离？一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率为2.5mW时，输入光功率为多少？为什么光纤在1.55mm的波长损耗比1.3mm波长小?光纤的损耗能否降为零？为什么？三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散大？为什么？简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？什么叫模场的“稳态分布”?简述OTDR的工作原理。简述折射近场法的工作原理。简述时域法和频域法的工作原理。课堂测验(7)习题：5.4~5.11；5.18~5.2366课堂测验(7)习题：5.4~5.11；5.18~5.236第五章光纤的特征参数与测试技术限制光纤通信发展的三个重要因素：损耗：光在传输时引起能量的损耗，需中继器进行能量补充，传输距离短；色散：作为载波的光脉冲脉宽展宽，引起码间串扰，误码率增加造成失真；非线性：引起DWDM传输信道串扰。

67第五章光纤的特征参数与测试技术限制光纤通信发展的三个重要因§5.1光纤的损耗

重要数据:0.5dB~0.9;1dB~0.8; 2dB~.6;3dB~0.5; 10dB~0.1 20dB~0.0168§5.1光纤的损耗重要数据:0.5dB~0.9光纤的损耗69光纤的损耗3§5.1.1光纤材料的吸收损耗

70§5.1.1光纤材料的吸收损耗4715光纤的损耗谱72光纤的损耗谱6不断拓展的光纤窗口波长2004年73不断拓展的光纤窗口波长2004年7§5.1.2散射损耗

特点：不可能消除的损耗74§5.1.2散射损耗特点：不可能消除的损耗8散射损耗特点：非线性散射产生新的频率分量机理：光新光波长+声子散射75散射损耗特点：非线性散射产生新的§5.1.3光纤的弯曲损耗

物理机制光纤发生弯曲全反射条件破坏约束能力下降导摸转化为辐射摸能量逸出光功率损失损耗分类76§5.1.3光纤的弯曲损耗物理机制光纤发生弯曲全反射条损耗机理x77损耗机理x11高阶模弯曲损耗大、低阶模弯曲损耗小！78高阶模弯曲损耗大、低阶模弯曲损耗小！121.宏弯损耗791.宏弯损耗132.过渡弯曲损耗直弯曲模场不匹配导摸与漏模之间相互耦合功率损失802.过渡弯曲损耗直弯曲模场损耗分析损耗的机理：由于光纤由“直”突然变“弯曲”或各段波导弯曲不一致,引起模场的不匹配,导致导模与漏模之间的相互耦合,并损失功率。损耗分析：等效折射率方法弯曲光纤中的场可以看成某一等效 折射率分布下直光纤弯曲光纤传播常数产生相移exp(-ibLz)满足波导场方程r增加导致ne(r)增加，场分布拓展导模向漏模转化,引起功率泄漏造成“过渡损耗”。

损耗计算公式：81损耗分析损耗的机理：由于光纤由“直”突然变“弯曲”或各段波导3.微弯曲损耗单模光纤微弯损耗,主要取决于模场半径W0,相对折射率差Δ和纤轴的畸变。经验公式：模场半径W0的微小增加将引起微弯损耗的大幅度上升

823.微弯曲损耗单模光纤微弯损耗,主要取决于模场半径W0,相随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率的平方增大决定了电中继器之间的距离§5.2光纤的色散与带宽模间色散(ModeDispersion)色度色散(CromaticDispersion)偏振色散(PolarizationModeDispersion)83随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率色散定义

84色散定义18§5.2.1阶跃型弱导光纤的色散

材料色散波导色散模间色散单色弥散85§5.2.1阶跃型弱导光纤的色散材料色散波导色散模间色散1.材料色散纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同波长承载的的光脉冲成份的传播速度也随波长而变化，使得光脉冲波形被展宽，称之为材料色散。材料色散取决于折射率对波长的二阶导数，亦即折射率随波长的非线性变化。因此，不能说折射率随波长变化就一定导致材料色散。861.材料色散纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同波长群速度色散(GVD)正常色散区:长波长光传播块，短波长光传播慢!（负色散值）反常色散区:短波长光传播块，长波长光传播慢!（正色散值）正常色散区反常色散区87群速度色散(GVD)正常色散区:长波长光传播块，短波长光G.652光纤的色散正色散光纤llonglshort88G.652光纤的色散正色散光纤llonglshort22.波导色散

波导结构影响光波群速度，因为导模场分布实际上是在纤芯和包层中都存在的，因此光波群速度取决于两者的比例。通常长波长光的场分布在包层中延伸更远。因此长波长光“经历”的材料折射率更小，其群速度就会比短波长光更大一些。因此考虑波导色散，长波长光传播快，短波长光传播慢。892.波导色散波导结构影响光波群速度，因为导模场分布实际上总色散90总色散24三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤（NDSF）G.653单模光纤（DSF）G.655单模光纤（NZ-DSF）常规G.655大有效面积G.65591三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤（NDSF）G.65G.652标准单模光纤

标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟（ITU－T）把这种光纤规范为G.652光纤。其特点是当工作波长在1.3μm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3μm波段的损耗较大，约为0.3dB/km～0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，约为0.2dB/km～0.25dB/km。色散在1.3μm波段为3.5ps/nm·km，在1.55μm波段的损耗较大，约为20ps/nm·km。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的2.5Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s的信号，传输距离超过50公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。

92G.652标准单模光纤

标准单模光纤是指零色散波长在1.3大多数已安装的光纤低损耗大色散分布大有效面积色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。G.652单模光纤的应用93大多数已安装的光纤G.652单模光纤的应用27G.653单模光纤(DSF)针对衰减和零色散不在同一工作波长上的特点，20世纪80年代中期，人们开发成功了一种把零色散波长从1.3μm移到1.55μm的色散位移光纤（DSF，Dispersion－ShiftedFiber）。ITU把这种光纤的规范编为G.653。

然而，色散位移光纤在1.55μm色散为零，不利于多信道的WDM传输，用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会发生四波混频（FWM）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；如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一现象，人们研制了一种新型光纤，即非零色散光纤（NZ－DSF）G.655。94G.653单模光纤(DSF)针对衰减和零色散不在同一工作波长低损耗零色散小有效面积长距离、单信道超高速EDFA系统四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术结论:适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。G.653单模光纤的应用95低损耗零色散小有效面积G.653单模光纤的应用2G.655单模光纤(NZ-DSF)针对色散位移光纤在1.55μm色散为零，会产生四波混频，导致信道间发生串扰，不利于多信道的WDM系统的问题，如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一特点，人们研制了非零色散光纤（NZ－DSF）。非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1.55μm，而是在1.525μm或1.585μm处。非零色散光纤削减了色散效应和四波混频效应，而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种，所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，既能用于新的陆上网络，又可对现有系统进行升级改造，它特别适合于高密度WDM系统的传输，所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。

96G.655单模光纤(NZ-DSF)针对色散位移光纤在1.55在1530－1565nm窗口有较低的损耗工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。可以有正的或负的色散——海底传输系统正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。为DWDM系统的应用而设计的G.655单模光纤的应用结论:适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。97在1530－1565nm窗口有较低的损耗G.655单模光纤的三种光纤色散情况比较正常色散区反常色散区98三种光纤色散情况比较正常色散区反常色散区323.模间色散在多模光纤中,脉冲展宽主要决定于多模群延时差Δτm产生原因来自于各个不同导模的群速不相同模间色散并不是由于频率不同引起的,故称其为"单色弥散"似乎更为合适993.模间色散在多模光纤中,脉冲展宽主要决定于多模群延时差Δ4.偏振模色散(PMD)基模两个相互正交的偏振模的传播速度不同导致光脉冲的展宽，称之为偏振模色散.通常其大小为：0.5ps/nm/km.低速通信系统（10Gbps以下）通常不考虑PMD的影响.G.652光纤高速（10Gbps以上，例如40Gbps）长距离通信需要考虑PMD的影响，研究PMD补偿技术。1004.偏振模色散(PMD)基模两个相互正交的偏振模的传播速色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为: D

=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps对于1Gbps速率的光脉冲，脉宽约为1ns.如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对于155Mbps速率系统没有问题，因为其脉冲宽度为6.5ns，20％的展宽为1300ps。如果采用线宽为300MHz的DFB激光器，在1Gbps调制速率下光谱被展宽2GHz，即光源谱宽为2,300MHz或.02nm(1500nm波长).则传输10公里距离，色散脉冲展宽值为:

D

=17ps/nm/km×.02nm×10km=3.4ps显然这种情形下，1Gbps速率光通信系统没有任何问题。101色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传哪些因素限制光通信传输距离？一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率为2.5mW时，输入光功率为多少？为什么光纤在1.55mm的波长损耗比1.3mm波长小?光纤的损耗能否降为零？为什么？三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散大？为什么？简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？课堂测验(7)习题：5.4~5.11102课堂测验(7)习题：5.4~5.1136色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为: D

=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps对于1Gbps速率的光脉冲，脉宽约为1ns.如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对于155Mbps速率系统没有问题，因为其脉冲宽度为6.5ns，20％的展宽为1300ps。如果采用线宽为300MHz的DFB激光器，在1Gbps调制速率下光谱被展宽2GHz，即光源谱宽为2,300MHz或.02nm(1500nm波长).则传输10公里距离，色散脉冲展宽值为:

D

=17ps/nm/km×.02nm×10km=3.4ps显然这种情形下，1Gbps速率光通信系统没有任何问题。103色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传§5.3单模光纤模场半径

模场半径是单模光纤的一个极为重要的参数。由模场半径可以导出等效阶跃光纤的构成参数,还可估算单模光纤的连接损耗、弯曲损耗以及微弯损耗和光纤的色散值,因而被称之为单模光纤的万用参数。单模光纤的模场半径不仅因测量方法的不同而异,而且还受模场半径定义的影响。已提出多种模场半径的定义,应用较广泛的有:(1)功率传输函数定义模场半径wT;(2)最大激发效率定义模场半径wη;(3)近场二阶矩定义模场半径wrms;(4)远场二阶矩定义模场半径wL。104§5.3单模光纤模场半径模场半径是单模光纤的一个极为重功率传输函数定义模场半径wT105功率传输函数定义模场半径wT3910640最大激发效率定义模场半径Wη当以场分布为g(r)的光源激发单模光纤时,激发效率(耦合效率)η以及不重叠度ξ可分别表示为:

f(r)是光纤的近场分布;G(q)和F(q)分别是光源和光纤的远场分布;q＝sinθ/λ0

定义g(r)为高斯分布函数:107最大激发效率定义模场半径Wη当以场分布为g(r)的光源激发单确定Wη的四种数学等效方法测出光纤的近场分布f(r),改变高斯函数的WG使η为最大,此时WG即为Wη;测出f(r),改变WG使ξ为最小,此时的WG亦为Wη;测出光纤的远场分布F(q),改变WG使η为最大,此时WG为Wη;测出F(q),改变WG使ξ为最小,亦可求得Wη。108确定Wη的四种数学等效方法测出光纤的近场分布f(r),改变高模场半径的其它定义109模场半径的其它定义43模场半径定义的比较110模场半径定义的比较44§5.4单模光纤截止波长

(样品光纤长度取2米)111§5.4单模光纤截止波长(样品光纤长度取2米)45§5.5光纤参数测试技术

光纤损耗（谱）折射率分布带宽(色散与基带频率响应)*数值孔径模场直径截止波长几何参数*112§5.5光纤参数测试技术光纤损耗（谱）46ITU-T建议的测试方法表2.7－1┌─────┬─────────┬───────────┐│参数│RTM│ATM│├─────┼─────────┼───────────┤│衰减系数│切断法│插入损耗法;背向散射法││折射率分布│折射近场法│近场法