光纤通信的基本原理和特性介绍

光纤通信的基本原理和特性介绍内容光信号的传输光纤类型及标准衰减介绍色散介绍偏振模色散介绍光回损光纤中的非线性效应光通信

光通信系统的原理是通过一条光纤将一个信号传送到远端的接收机上。在发送端，电信号被转换为光信号，并且在接收端被转换回原来的电信号。与其它传输方式，例如与铜缆以及无线通信系统相比，光纤通信具有几个优点。•信号可以被长距离（200km）发送，无需再生•传输对电磁干扰不敏感。此外，光纤不导电，因此，实际上对于射频 干扰不敏感•光纤系统比铜缆或者同轴电缆系统能够提供更大的容量•光缆比铜缆重量更轻、体积更小。因此，光缆能够在一个更小的空间 内容纳更大数量的光纤。例如，单模光纤光缆能够包含144根光纤。•光纤可靠性好，灵活性非常高，对于振动不敏感•光纤能够使用25年（相对地，卫星通信系统能够使用10年）•光纤的工作温度是可变的，但是，通常光纤的工作温度范围是-40℃到+80℃光通信－系统中的光传输主要的影响因素1．衰减：当光通过光纤传输时，由于吸收、散射以及其它辐射损耗，它将损失能量。在某一点，功率电平可能会变得太弱，以至于接收机不能分辨出光信号与背景噪声。2．带宽：由于光信号是由不同频率组成的，光纤将会限制最高与最低频率，并且将会限制信息承载容量。3．色散：当光信号通过光纤传输时，光脉冲将会扩散或者展宽，并且将会限制超高比特率上或者通过超长距离传输的信息承载容量。光纤设计

光纤是由非常细的玻璃棒组成的，它由一个塑料的保护外套包围。玻璃棒包含两个部分：玻璃棒的内部部分（或者称为芯）以及包围层（或者称为包层）。入射到玻璃光纤纤芯的光线，由于光线在纤芯与包层之间的全反射，将会沿着光纤的物理路径进行传输。传输原理一束光线以一个小的入射角α进入一条光纤。光缆通过其纤芯接收光的容

量（最大可接受值）是由其数值孔径（NA）确定的：其中，αn

是最大可入射角（即，反射与折射之间的限值），n1是纤芯折射率，n2是包层折射率。光传输

–

折射光线在光纤中的传播按照Snell-Descartes（斯涅耳－笛卡尔）定律。当光线入射到光纤的全入射角圆锥内时，光线的一部分被导入到光纤中。折射:折射是光线在两个不同的传输媒质之间的界面处的弯曲。如果α>α0,则光线被折射，不能被纤芯捕捉

光传输

–

反射 反射是光线在两个不同的传输媒质之间的界面处方向的突然改变。在这种情况下，光线返回到它所来自的媒质中。如果α<α0,则光线被全反射，并保留在纤芯内。

传输原理光线以不同的角度进入光纤，按照不同的路线传输。以非常小的角度进入纤芯中心的光线将会经过一个相对直接的路径来通过光纤的中心。以非常大的入射角度或者接近光纤纤芯外侧边缘的角度进入纤芯中心的光线将会经过一个相对不直接的、更长的路径来通过光纤的中心，并且通过光纤的时间会更长。由一个给定入射角以及给定入射点所产生的每条路径将会产生一个模式。每个模式通过光纤进行传输都一定程度地被衰减。

速度

光纤通过一个传输媒质传输的速度由传输媒质的折射率来决定。折射率（n）是一个无单位的数值，它表示光在真空中的速度与光在传输媒质中的速度的比率。

其中，n是传输媒质的折射率，c是真空中的光速(2.99792458x108m/s),而v是光在传输媒质中的速度。石英玻璃（即光纤）的n的典型值在1.45与1.55之间。按照经验，折射率越高，传输速度越慢。生产厂商的折射率的典型值是：-康宁LEAF光纤n=1.468@1550nmn=1.469@1625nm-OFSTrueWaveReach光纤n=1.471@1310nmn=1.470@1550nm带宽带宽被定义为能够被光纤发送的频率范围的宽度。带宽决定了一个信道在给定的距离上沿着光纤被传送最大的发送信息容量。带宽被表示为：MHz·km。在多模光纤内，带宽主要受模式色散的限制；而在单模光纤内，对带宽几乎没有限制。

光纤类型-多模光纤根据光线在光纤中的传播方式，光纤被分为不同类型（多模或单模）。光纤类型与光纤纤芯和包层的直径紧密相关。多模光纤，由于它具有大的纤芯，能够采用不同的传输路径（多个模式）来传输光。由于这一原因，多模光纤对于模式色散非常敏感。多模光纤的要优点是它容易与光源以及其它光纤进行耦合，光源（发射机）成本低，并且具有简单的连接与熔接特性。然而，它具有相对较高的衰减、低带宽，使得光在多模光纤内的传输被限制于短距离。光纤类型－多模光纤对于渐变折射率多模光纤，典型的衰减为：850nm处为：3dB/km1300nm处为：1dB/km对于渐变折射率多模光纤，典型的数值孔径为：0.2对于渐变折射率多模光纤，典型的带宽长度积为：850nm处为：160MHz·km1300nm处为：500MHz·km折射率的典型值为:850nm处对于62.5μm为：1.49850nm处对于50μm为：1.475，1300nm处对于50μm为：1.465多模光纤的类型ITU-TG.651标准定义了50／125μm渐变折射率多模光纤光缆的特性。在多模光纤应用中，对于带宽不断增加的需求，包括G比特以太网（GigE）与10GigE，已经产生了三种不同ISO类别的定义。光纤类型－单模光纤单模光纤的优势是其在带宽与衰减方面更高的性能。单模光纤芯径的减小使得光只能以一种模式传输，完全消除了模式色散。采用合适的色散补偿器件，一根单模光纤能够能够在超长距离上承载10Gbit/s

与40Gbit/s信号。通过入射波长略有不同的多个信号（波分复用），系统承载容量还可以被进一步增加。单模光纤的小芯径通常需要更昂贵的光源与调节系统来获得有效的耦合。此外，熔接与连接性也变得更加复杂。然而，对于高性能系统或者对于长度超过几公里的系统，单模光纤都还是最好的解决方案。单模光纤的典型尺寸包括一个8到12μm的纤芯以及125μm的包层，典型的纤芯－包层角度是8.5o。单模光纤的折射率通常为1.465。由于单模光纤的小芯径减少了传输模式数，沿着纤芯一次仅有一条光线传输。

模场直径单模光纤的模场直径（MFD）可以被表示为大部分光能所通过的光纤的部分。MFD大于芯径的物理尺寸。这就是说，一根物理芯径为8μm的光纤可能会产生9.5μm的模场直径。这一现象的发生是由于一些光能量还通过包层进行传输。在熔接过程中，大的模场直径对于横向偏移比较不敏感，但是，它们对于在安装或者布线过程中由于弯曲引起的损耗更加敏感。有效面积：有效面积是用于定义模场直径的另一个术语。有效面积是对应于模场直径的光纤面积。有效面积（或者模场直径）对于非线性效应具有直接的影响，非线性效应直接依赖于入射到光纤内的光功率密度。光功率密度越高，非线性效应的关联性越高。一条光纤的有效面积决定了光的功率密度。对于一个给定的功率电平，一个小的有效面积将会提供高功率密度。因此，对于一个更大的有效面积，功率得到更好的分布，功率密度变得不重要。换句话说，有效面积越小，非线性效应的可能性越高。标准单模光纤的有效面积大约是80μm，对于补偿光纤，它可以低至30μm。一条光纤的有效面积经常被包括在光纤名的描述中，例如康宁的LEAF光纤（大有效面积光纤）。单模光纤的类型－1有不同类型的单模光纤，它们按照其衰减范围、色散（CD）值以及模式色散（PMD）系数被分类。ITU-T已经提供了一组标准以便对单模光纤进行分类。

单模光纤的类型－2单模光纤的类型－3最近的G.656标准（06／2004）是G.655标准的扩展，但是，它专门解决了在S、C与L波段上更宽的波长范围上的传输。

光纤的类型9/125µm50/125µm62.5/125µm100/140µm200/240µm人的头发直径大约是80µm单、多模光纤光纤的传输特性－衰减光在光纤中的传输采用三个基本单元：一台发射机，一台接收机以及一个传输媒质，通过此媒质，信号由一端被传送到另一端。光纤的使用在系统中引入了衰减与色散。衰减会增加对发射机功率的要求，以便满足接受的功率要求。而另一方面，色散限制了能够在光纤中传输的数据的带宽。衰减当光信号通过光纤传输时，它的功率电平减少。功率电平的增加以dB或者每单位距离上的损耗的比率（dB/km）来表示。

光纤光谱衰减：光在光纤中传输的两个主要的损耗机制是光吸收与光散射。光吸收由于分子谐振与波长的不纯，光能量被转化为热能，光在光纤材料中被吸收。例如氢与氢氧化物的谐振出现在大约1244nm与1383nm。瑞利散射散射，主要是瑞利散射，也会造成衰减。散射引起光能在所有方向上的色散，有些能量跑出光纤纤芯。这一光能中的小部分被返回到纤芯中，被称为后向散射。前向光散射（喇曼散射）与后向光散射（布里渊散射）是两个附加散射现象，它们在高功率条件下出现于光材料内。衰减取决于光纤类型与波长。例如，瑞利散射与波长的四次方称成反比。如果画出一条光纤的吸收光谱与激光器波长的关系曲线，则可以看到光纤的某些特性。下图说明了入射光波长与全部光纤衰减之间的关系。

光纤的传输特性－衰减衰减－通信波长的选择主要的电信传输波长对应于图上衰减最小的点。这些波长被称为电信窗口。ITU-TG.692标准已经定义了其它窗口，称为波段，这些波段专门用于DWDM传输系统。OH符号指示在950nm，1244nm，与1383nm处，光纤光缆材料中的氢离子与氢氧离子引起衰减的增加。这些离子是由于进入光缆材料中的水的出现而引起的，这些水的出现或者是由于生产过程中的化学反应或者是由于环境中的湿度而造成的。由于标准单模光纤光缆中水峰值而引起的衰减随波长的变化主要出现在1383nm附近。近年来，光纤光缆生产工艺的进步已经克服了1383nm水峰值，产生了低水峰值光纤。这种类型光纤的实例包括康宁公司的SMF-28e光纤以及Lucent公司的OFSAllWave

光纤。

链路损耗机制

对于一个光纤跨距，无源器件的影响与连接损耗加上光纤的内在衰减便获得整个信号的衰减。这一衰减（或损耗），对于一个给定波长，被定义为被测光纤的输入功率与输出功率之间的比率。它通常由分贝（dB）来表示。

链路损耗机制－微弯与宏弯

微弯与宏弯是所安装的光缆系统中常见的问题，因为它们会引起信号功率损失。微弯出现于当光纤纤芯偏离轴时，它可能是由于生产中的故障、光纤布线中的机械约束，以及光纤寿命时间内环境的变化（温度、湿度或者压力的变化）而引起的。宏弯指的是光纤中大的弯曲（半径超过2mm）。下面的图显示了弯曲半径（R）对信号损耗的影响与波长的关系。兰色的迹线指的是一条理想的没有弯曲的光纤。

链路损耗机制－宏弯对光纤的影响例如，一条具有25mm宏弯半径的光纤的信号损耗在1625nm处将是2dB，但是在1550nm处为0.4dB。计算信号损耗的另一种方法是在弯曲损耗中加上典型的光纤衰减系数（按照下面所指示的特定波长）

微弯与宏弯如果使用L波段（1565-1625nm）或者U波段（1625-1675nm），则有必要在传输的波长与波段上限之间进行损耗测试。由于这一原因，已经开发出具有1625nm测试功能的新测试设备。因为网络安装中最重要的光纤参数是是熔接损耗、链路损耗以及光回损（ORL），因此，有必要购买和使用合适的测试设备。

色散

在传输过程中，影响信号的另一个因素是色散。不同波长的光在光纤中的传播速度不一致导致的光脉冲展宽现象。色散减少了有效的可用传输带宽。有三种主要类型的色散：模式色散、色散以及极化模式色散。色散的影响光脉冲并不是绝对单色的。在DWDM系统中，每一信道典型的光信号谱宽为0.2nm；并且光纤的折射率是与所传送的光信号的波长相关的。接收端：光脉冲变宽经过100km光纤的传输发送端：信号有很好的间隔结果是：光脉冲变宽模式色散

模式色散典型地发生在多模光纤上。当一个非常短的光脉冲在数值孔径内被入射到光纤中时，所有能量不是同时到达光纤的末端。振动的不同模式使用不同长度的路径承载能量沿光纤传输。例如，50μm纤芯的多模光纤可能具有几百个模式。这一由于不同的光路长度而引起的脉冲扩展被称为模式色散，或者更简单地，称为多模色散。色度色散（CD）色散（CD）的出现是因为光脉冲是由不同波长组成的，每个波长以不同的速度沿着光纤进行传输。当光脉冲到达接收机时，这些不同的传输速度展宽了光脉冲，减少了信噪比，增加了比特误码。

色散的参数通常，用如下四个参数来描述光纤的色散指标:

（波长）色散：[单位：ps/nm] 不同波长的光以不同的群速率传输所引起的光纤中每单位光谱的光脉冲展宽（波长）色散系数：[单位：ps/(nm.km)]

每单位光纤长度的波长色散零色散波长：[单位：nm]

（波长）色散系数为零的波长零色散斜率：[单位：ps/(nm².km)] 在零色散波长处，（波长）色散系数对波长曲线的斜率值

色散的数学定义波长色散系数的数学定义：

g:群时延,L:路径长度,:波长色散的组成成分波导色散材料色散材料色散201020-20-1001200140013001500l(nm)Dispersion(ps/nm.km)波导色散FiberdispersionG652搀杂物和折射率几何结构和形状色散与光纤类型材料色散201020-20-1001200140013001500l(nm)Dispersion(ps/nm.km)波导色散G652StandardSMF(UnshitedDispersion)G655NonZeroDisp.SMFG653DispersionShiftedSMF色散&光纤类型色散斜率特性色散斜率特性1530154015701550156016201580159016001610True

wave(Lucent)大有效面积光纤（康宁)Teralight(Alcatel)单模光纤SMF-28色散位移光纤L-Band4thwindowC-band3rdwindow24681012波长(nm)色散(ps/nm.km)170斜率:0.058

ps/nm².km斜率:0.055ps/nm².km斜率:0.055

ps/nm².km低CD斜率特别重要宽带补偿更容易增强10&40Gbits/s

性能色散效应：脉冲展宽脉冲有一定宽度不同波长速度不一样宽度变大了距离色散红蓝传输开始传输结束色散的效应－脉冲展宽低速率色散效应：限制速率101101输入脉冲输出脉冲高速率01101010110101数字脉冲重叠色散的效应－速率的限制色散效应：距离限制G.652规定:~17ps/(nm.km)at1550nmG.653规定:0ps/(nm.km)at1550nmG.655规定:~4ps/(nm.km)at1550nm速率以四倍增长，距离以10倍减少色散的效应－距离限制波长色散的一般特性色散是光纤的固有参数，光纤制造完，色散值就不会变了只有当信道速率为

10Gbit/s或更高时单模光纤才需要色散补偿

(距离为50-60km)DSF需要不同的信道间隔，所以不主张用于C-带DWDM当信道速率为10G或更高时，NZ-DSF有时需要色散补偿(距离为300km)如果DFB光源使用外部调制时，可以传输更长距离色散的一般特性色散补偿－抵消传输光纤的色散-色散补偿光纤

芯径较小，较大的负色散值的单模光纤

-啁啾光纤光栅色散补偿器 补偿较短光纤的波长 可以调整色散值 易于使用窄带补偿-其它技术

高阶模(HOM)光纤

凹芯光纤

VIPAs(MEMs)

色散的补偿色散补偿－调整每个波长的色散和斜率12009006003000-300-600-900-12001002003004005001550nm1565nm1530nm12009006003000-300-600-900-12001002003004005001550nm1565nm1530nm色散ps/nm色散ps/nm中心信道得到补偿，但斜率没有得到调整每个信道都得到补偿，斜率得到调整色散的补偿DCFDCFOFAOFA

1

nW

D

M色散补偿光纤(DCF)DCF减少了1550nm附近的积累色散DCF有较高的负色散[e.g.-80ps/(kmxnm)]色散补偿光纤什么时候需要考虑色散？光纤制造(制造过程;验证质量)光缆制造(确认光纤色散)安装在

TDM/WDM升级前测量现有光纤，以便必要时使用色散补偿需要提供额外服务时租用光纤时，需要知道光纤参数或为了安装新设备

(放大器等)维护(检查光纤)色散的产生极化模式色散

极化模式色散（PMD）是单模光纤的一个基本特性。它影响传输速率的大小。光信号中两个正交的偏振模式在光纤中的传播速度不一致导致的光脉冲展宽现象。PMD是由于给定波长上的能量的传输速率的不同而引起的，PMD被分为两个极化轴，这两个极化轴互相垂直（如下图所示）。引起PMD的主要原因是光纤设计的非圆度以及外界加在光纤上的压力（宏弯、微弯、扭曲与温度变化）。

PMD的相关概念PMD：PolarizationModeDispersion

偏振模色散光信号中两个正交的偏振模式在光纤中的传播速度不一致导致的光脉冲展宽现象PMD并非光纤的固有特性： 它会随时间、温度变化，因此需要统计性测试 随光纤的弯曲和扭曲而变化PMD是由光纤双折射和几何非对称而引起两个极化模式椭圆非对称PMD的表达及影响PMD也被称为所有差分群时延(DGD)的平均值，以ps表示。它还可以用PMD系数表示，此系数与距离的方根值有关，被表示为 。当传输脉冲沿着光纤传送时，PMD(平均DGD)引起传输脉冲展宽。此现象会生成失真，增加了光系统的比特误码率(BER)。PMD的影响是它限制了链路上的传输比特率。因此，非常重要的一点是了解光纤的PMD值以便计算光纤链路的比特率限值。PMD的产生机制理想光纤的几何尺寸是均匀对称而且没有应力，因而光波的两个偏振模以完全相同的速度传播，在光纤的另一端没有任何延迟。但实际光纤结构不是完美的圆形结构，使不同偏振模式会具有不同的折射率，称为双折射。从而造成它们的群速度会不同,产生PMD。纤芯不圆、内部残余应力等不对称因素，及随机应力、弯曲、扭绞、振动、温度变化等外界因素，都会导致光纤中存在着随机双折射，都会引起模式间的耦合。给定偏振状态（SOP）的光波注入到光纤中，它的偏振状态会缓慢地随时间随机（不可预见）改变。不圆光纤微弯双折射光纤折射率分布不是环形分布外部应力施加于光纤PMD的产生机制折射率不同段(随机分布)DGDv1v2FastSlow

分离的极化模之间相互耦合弯曲,扭曲!!!温度!!!模式耦合PMD的产生机制SMfiberspanDGDv1v2V1>V2高速公路PMD的定义由于光纤中存在的随机双折射现象，入射光中两个相互垂直的偏振模式在光纤中具有不同的折射率。它们以不同的速度传播，产生时延差，从而引起光脉冲的展宽。

两个偏振方向传输时间的差值称为差分群时延(DifferentialGroupDelay)。PMD为DGD的平均值。PMD的产生机制及影响由于光纤的缺陷，光脉冲的两个垂直极化模式在统计上以不同的时刻到达接收端结果是:脉冲展宽畸变基模LP01有两个极化方向光在单模光纤中传播是通过两个垂直的模式HE11x

和HE11y

来传输，垂直的偏振模以不同的常数bxandby来传递。PMD及其影响PMD与误码直接相关1101110?1它将引起OSNR的降低和串扰当每信道速率为10Gb/s或更高时，PMD变得越来越重要到目前为止市场上还没有PMD补偿设备PMD的描述参数PMD延迟

：[单位:ps]

DGD的平均值叫做PMD延迟

PMD系数

c：

[单位：ps/km]

PMD延迟

=Lxc或PMD系数

c

=

/L二阶PMD：[ps/nm]二阶PMD系数：[ps/(nm.km)]对于PMD的统计特性，最大允许PMD延迟仅为比特时间宽度的十分之一。

max=TB/10 最大光纤长度L（）²/（c）²

（km）01Max.10%通常通过以下几个参数来描述PMD：PMD系数和传输距离和速率的关系0.5ps/km:Max.6400km@2.5Gbit/s,400km@10Gbit/s,25km@40Gbit/s10Gbit/s40Gbit/s2.5Gbit/sOC-48OC-192OC-748PMD效应－比特率以4的因数增长时，距离以10的因数减少PMD对传输距离的限制最大传输距离(仅考虑PMD)例如:

c=0.5ps/km

和10Gbit/sTDM信号

比特宽度=0.1ns=100ps

最大PMD时延=0.1x100ps=10psL

（）²/（c）²=（10）²/(0.5)²=400kmPMD对传输距离的限制PMD对传输速率的选择ps(STM16)ps(STM64)ps(STM4)可容许的PMD延迟

什么时候需要考虑PMD？PMD的测量需求当信道速率为2.5Gbit/s时,PMD并不影响传输性能当信道速率为10Gbit/s时只有那些PMD系数达到几个

ps/√km的光纤才会影响传输性能当每信道速率为10Gbit/s时,必须检测PMD如果PMD测量结果较差，那么这根光纤被认为PMD敏感。这根光纤只能用于低速传输，因为到目前为止还没有补偿手段如果PMD测量结果较好,也不能认为这根光纤不是PMD敏感的什么时候需要测量PMD？当以下情况发生时必须执行PMD测量:生产制造光纤时(室内)安装完用于传输高速信号的光缆时(野外)

计划升级当前网络时(野外)由于PMD随机变化，PMD日常测试也很重要。什么时候需要测量PMD？PMD的特性单位:[ps/km]典型值:0.075ps/km

好光纤

5-8ps/km坏光纤(或老光纤)长途光纤链路的PMD取决于波长和由温度变化、外部挤压引起的随时间的变化,.…对于长途单模光纤，PMD依然是速率的主要限制因素,而波长色散可由补偿光纤或光栅补偿.对于老光纤，PMD更为严重。因为那时的几何控制比现在要少的多.PMD特性总结光回损

定义：光回损（ORL）表示由整个光路返回到光源的全部累积光功率。它包括光纤自身的后向散射光，以及来自所有接点与端接点的反射光。ORL以分贝（dB）表示，它被定义为光纤起点处的入射功率与反射功率的对数比。其中，Pe是发射功率，而Pr是反射功率，以瓦(W)表示。

ORL对系统的影响一个高功率的ORL将会降低某些传输系统的性能。例如，高后向反射能够大大影响一个模拟视频信号的质量，造成视频图像质量的性能降低。ORL数值越高，反射功率越小；因此，反射的影响越小。所以，一个40dB的ORL值比一个30dB的ORL值更令人满意。很重要的一点是注意ORL被表示为正的分贝值，而一个连接器的反射被表示为负的分贝值。

距离或者衰减效应

全部ORL值受事件反射值以及事件与发射机端之间距离的影响。随着光纤长度的增加，全部后向散射光的数量也增加，光纤端面的反射减小。因此，对于一个不带有中间反射事件的短链路，光纤端面的反射是全部ORL的主要因素，此反射经过光纤的衰减不大。另一方面，一个长距离光纤的端面反射或者一个高衰减链路的端面反射由于吸收与散射效应而被衰减。在这种情况下，后向散射光成为全部ORL的主要因素，限制了端面反射的影响。ORL的因素下图显示了端接光纤（无端面反射）与非端接光纤（带有玻璃－到－空气的4％，或者-14dB的后向散射）的全部ORL（反射与后向散射）。对于小于40km的距离，端接光纤与非端接光纤之间的ORL的区别很大。但是，对于更长的距离（更高的损耗），全部ORL几乎相等。对于端接光纤与非端接光纤，ORL作为在1550nm处距离的函数反射事件对于全部ORL的重要性不仅取决于其在光纤链路上的位置，而且取决于反射与有源发射设备之间的距离。高ORL值的影响

如果ORL值太高（低dB值），则光线可能会在激光二极管的腔内发生谐振，引起不稳定性。高ORL值可能会引起几种不同的影响。•发射机噪声增加，此噪声的增加将会减少模拟视频传输（CATV）系统中的光信噪比（OSNR），并且增加数字传输系统中的BER。•光源干扰增加，此干扰的增加将会改变激光器的中心波长并改变输出功率。•发射机损坏更高的关联性 有一些有用的解决方案能够减少ORL值或者将会限制与高ORL值有关的不良影响。这些解决方案包括：•使用低反射连接器，例如8°的角端面接触型（APC）连接器，高回损（HRL）连接器，或者超级端面接触型（UPC）连接器。•使用光隔离器靠近激光器以便减少后向散射电平。

非线性效应

非线性效应主要是由于高功率电平以及小的光纤有效面积所引起的。随着功率电平以及光信道数量的增加，非线性效应可能会成为传输系统中造成故障的因素。这些模拟效应可以被分为两类。

1.折射率现象：折射率的变化引起相位调制－自相位调制（SPM）－交叉相位调制（XPM）－四波混合（FWM）2.受激散射现象：导致功率损失－受激喇曼散射（SRS）－受激布里渊散射（SBS）非线性效应－折射率现象－四波混合 非线性效应取决于折射率n的非线性部分，它可能会引起在高信号功率电平时折射率增加。在EDFA后面，高输出可能会产生非线性效应，例如，四波混合（FWM），自相位调制（SPM），以及交叉相位调制（XPM）。四波混合：四波混合（FWM）是一个干扰现象，它由三个信号频率产生不必要的信号，被称为鬼影信道。由于是由三个不同的信道引起