光纖傳輸原理及特性

1、光纖傳輸原理及特性 第第2章章 光纖傳輸原理及傳輸特性光纖傳輸原理及傳輸特性 本章內(nèi)容提要本章內(nèi)容提要：n光纖和光纜的結(jié)構(gòu)與類型n光纖的傳輸原理分析 n光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)(光學和幾何特性) n光纖傳輸特性 n光纖的非線性效應(yīng) n光纖的機械與溫度特性 光纖傳輸原理及特性2.1 光纖和光纜的結(jié)構(gòu)及類型光纖與光纜的結(jié)構(gòu)光纖？光纜？光纖？光纜？ 所謂“光纖光纖”就是工作在光頻下的一種圓柱體介質(zhì)波導(dǎo)，它引導(dǎo)光能沿著軸線平行方向傳輸。 所謂“光纜光纜”就是由多根光纖和加強構(gòu)件以及外護層構(gòu)成。 光纖傳輸原理及特性 2.1.1光纖結(jié)構(gòu)及類型光纖結(jié)構(gòu)及類型 圖2-1 光纖結(jié)構(gòu)光纖傳輸原理及特性2.光纖分類光纖分類按

2、模式來分1)多模光纖（Step-Index Fiber/ Graded-Index Fiber） 2)單模光纖：雙包層光纖三角芯光纖 圖2-3 典型特種單模光纖SiO2+GeO2SiO2+FSiO2光纖傳輸原理及特性橢圓芯光纖：保偏單模光纖。熊貓光纖：保偏狀態(tài)；蝴蝶光纖：保偏狀態(tài) 光纖的用途？光纖傳輸原理及特性n有：多模光纖G.651（MMF）、單模光纖G.652（常規(guī)單模光纖）、G.653光纖（色散位移光纖）、G.654光纖（低損耗光纖）、G.655光纖（非零色散位移光纖）和G.656光纖。還有其他相關(guān)的單模光纖，如色散平坦光纖（DFF）和色散補償光纖（DCF）。各種光纖的適用范圍及特性見表

3、2.1和表2.2 3)按ITU-T已提出的規(guī)范建議，光纖類別光纖傳輸原理及特性光纖類型適 用 范 圍G.651光纖工作在850 nm的短波長窗口，對于四次群以下的光纖通信系統(tǒng)較為實用。常用于局域網(wǎng)和數(shù)據(jù)鏈路G.652光纖在1 310 nm波長性能最佳，是目前應(yīng)用最廣泛光纖。主要應(yīng)用在1 310 nm波長區(qū)開通長距離622 Mbit/s及其以下系統(tǒng)，在1 550 nm波長區(qū)開通2.5 Gbit/s，10 Gbit/s和n2.5 Gbit/s波分復(fù)用系統(tǒng)G.653光纖在1 550 nm工作波長衰減系數(shù)和色散系數(shù)均最小。主要用于長距離、高速率，如10 Gbit/s以上系統(tǒng)，其缺點是易受非線性影響，并

4、產(chǎn)生較嚴重的四波混頻效應(yīng)（FWM），它不支持波分復(fù)用系統(tǒng)G.654光纖在1 550 nm波長衰減系數(shù)最小，抗彎曲性能好。主要用于長距離海底系統(tǒng)G.655光纖在1 550 nm處有低色散保證，有抑制FWM等非線性效應(yīng)，使得其能用在EDFA和DWDM系統(tǒng)，傳輸速率在10 Gbit/s以上G.656光纖進一步擴大可利用的波長范圍以增加波道數(shù)，在G.655基礎(chǔ)上人們想到了利用S+C+L三個波段光纖。2002年由日本NTT公司和CLPAJ公司提出G.656光纖的基本規(guī)范。與G.655不同是在1 5401 625 nm波段，色散系數(shù)為214 ps/（nm.km）DFF光纖優(yōu)點是在1 3101 550 nm

5、波段內(nèi)為低色散。可與G.652光纖配合使用，降低光纖總色散DCF光纖優(yōu)點是在1 550 nm內(nèi)有很大的負色散，主要用于與G.652光纖配合使用由1 310 nm擴容升級至1 550 nm時進行色散補償表2.1 各種光纖適用范圍光纖傳輸原理及特性3).以纖芯折射率以纖芯折射率n1(r): 階躍型光纖階躍型光纖;漸變型光漸變型光纖纖幾種典型的光纖折射率分布圖O2O2O2O2O2O2光纖傳輸原理及特性石英光纖的主要原料為：纖芯和包層本體材料 ：SiCL4纖芯和包層摻雜用劑： GeO2 、 P2O5 、GeCL4 、 B2O3、 POCL3和F等纖芯材料： SiO2或SiO2 + GeO2包層材料：

6、SiO2 + B2O3或SiO2 +F。光纖傳輸原理及特性2.1.2光纜結(jié)構(gòu)分類按纜芯結(jié)構(gòu)不同光纜可分為以下4種 1層絞式光纜 圖2-6 層絞式光纜 光纖傳輸原理及特性 圖2-7 骨架式光纜 光纖傳輸原理及特性3.中心束管式光纜 圖2-8 中心束管式光纜圖光纖傳輸原理及特性 圖2-9 帶狀結(jié)構(gòu)光纜圖光纖傳輸原理及特性 n光纖屬于介質(zhì)圓波導(dǎo),分析導(dǎo)光原理很復(fù)雜,可用兩種理論進行即射線理論和波動理論.n首先采用射線理論分析導(dǎo)光原理n然后用波動理論討論導(dǎo)光原理2.2.1 用射線理論分析光纖的傳輸原理用射線理論分析光纖的傳輸原理 光在均勻介質(zhì)(折射率n不變)中是沿直線路徑傳播的. 其傳播的速度為：v=

7、c/n (2.1) 式中，C=3108m/s，是光在真空中的傳播速度，n是介質(zhì)的折射率(空氣的折射率為1.00027，近似為1，玻璃的折射率為1.45左右)光纖傳輸原理及特性獨立傳輸定律在線性介質(zhì)中(光纖為線性介質(zhì)),來自不同方向的光線即使在空中相交也能互不影響,按各自原有方向繼續(xù)前進.反射定律和折射定律(1)反射定律1= 1 (2)折射定律2211sinsinnn112n 2=1 n 1=c 2=900 光纖傳輸原理及特性1sinsin1221nn若n1n2,則入射角1c，入射光出現(xiàn)全反射，光被限制在n1介質(zhì)里傳播。若光從n2向n1入射，光線是否能出現(xiàn)全反射？光纖傳輸原理及特性2.光纖中光的

8、傳播 當一束光線從光纖端面耦合進光纖時，光纖中有兩種運行的光線：一種是光線始終在一個包含光纖中心軸的平面內(nèi)傳播，并且一個傳播周期與中心軸相交兩次，這種光線常稱為子午線，含光纖中心軸的固定平面就稱為子午面，如圖2-11（a）所示。另一種是光線在傳播過程中，其傳播時的軌跡不在同一個平面內(nèi)，并不與光纖中心軸相交，這種光線就稱為斜射光線，如圖2-11（b）所示。光纖傳輸原理及特性（a）子午射線；（b）斜射線。圖2-11 光纖中的射線光纖傳輸原理及特性1.子午線在階躍（均勻）光纖中的傳播_射線理論分析導(dǎo)光原理n什么樣的子午線能限制在光纖纖芯中傳輸?它必須能在纖芯的界面上產(chǎn)生全反射.(1)光纖的接收角(如

9、圖2-12所示)端面接收角為最大接收角.0121190sinnnc時,所對應(yīng)的光纖光纖傳輸原理及特性n為什么是最大接收角?(2)數(shù)值孔徑NA(Numerical Aperture)NA的定義? NA=sin物理意義: NA大小反映了光纖捕捉線的能力. NA=sin=?光纖傳輸原理及特性圖2.12 光線在階躍光纖中傳播n0sin=n1sin(900-c)=n1cosc,222110cossinnnnnNAc2212122212111sin1cosnnnnnnncc12sinnncNA的表達示因為:光纖傳輸原理及特性2.漸變型光纖中子午射線的傳播 n光纖接收角?n數(shù)值孔徑NA(r)?一個漸變型光纖

10、的子午面上分層如圖2-13所示.圖2-13 漸變折射率光纖中的子午曲線光纖傳輸原理及特性n各層之間的折射率滿足以下關(guān)系：n(r0)n(r1)n(r2)n(r3)由于光都是由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播n其入射角將會逐漸增大，即有1 2345光纖傳輸原理及特性(1)光纖接收角分析N層的漸變型光纖的導(dǎo)光條件即光纖端面的入射角必須滿足條件是什么？光線最遲也必須在N層與包層界面上發(fā)生全反射。根據(jù)光線的折射和全反射定律有：n(r0)sin1=n(r1)sin2=n (r)sin (4.6)同理得出：n(r0)sin(900-z0) = n(r1)sin(900-z1)=n(r)sin(900-z) 即n(r0

11、)cosz0=n(r1)cosz1= n (r) cosz 光纖傳輸原理及特性射線上任一點符合下列關(guān)系：n(r0)cosz0=n(r)cosz 在轉(zhuǎn)析點A處，射線與光纖軸平行，則cosz=1， n(r)=n2， n2為包層的折射率 n(r0)cosZ0=n2, cosz0=n2/n(r0) (2)數(shù)值孔徑NA(r)?設(shè)z0所對應(yīng)為最大入射角 sin=n(r0)sinz0=)(1)(cos1)(02220020rnnrnrnz(2.7)光纖傳輸原理及特性光纖的本地數(shù)值孔徑)(1)(sin02220rnnrnNA2202)(nrnNA在漸變折射率光纖中，相對折射指數(shù)差定義為其中n(0),n2分別是

12、r=0處和芯子界面上的折射率 )0(2)0(2222nnn光纖傳輸原理及特性光纖端面所能收集到的光功率將依賴本地數(shù)值孔徑。設(shè)纖芯處和離軸線為r處的功率密度各為P（0）、P（r），則有 22222222000nnnrnNArNAprp2)0()0()0(222nnnNA中心點垂直入射(r0=0）的數(shù)值孔徑NA（0）為最大數(shù)值孔徑：光纖傳輸原理及特性波動理論又稱為模式理論用來嚴格分析光纖的導(dǎo)光原理.運用波動理論的目的:求出光場的表達示,再用電磁場理論找出哪些模式光可以在光纖里傳輸.2.2.2 用波動理論分析光纖的傳輸原理用波動理論分析光纖的傳輸原理光纖傳輸原理及特性2.2.2 2.2.2 用波動理

13、論分析光纖的導(dǎo)光原理用波動理論分析光纖的導(dǎo)光原理n先設(shè)法解出光波導(dǎo)中場的縱向分量Ez、Hz ,再解出各個橫向場分量Er、E、Hr、H。n式中，Ez 為電場在z軸的分量。選用圓柱坐標系(r、z),使z軸與光纖中心軸線一致，將（4.1）式在圓柱坐標中展開，得到電場的z分量Ez的波動方程為：n1標量解法 022zzEkE022zzHkH02202zzEnkE02202zzHnkH0112202222222zzzzzEnkZEErrErrE)()()(),(zZrARzrEz光纖傳輸原理及特性（1）將Ey寫成三個變量乘積形式，即設(shè)試探函數(shù)為 設(shè)試探函數(shù)為 )()()(zZrAREyzjezZ)(導(dǎo)波沿

14、光纖軸向變化規(guī)律 mmsincos)(導(dǎo)波沿圓周方向的變化規(guī)律 )(rR為導(dǎo)波沿r方向的變化規(guī)律 （2）根據(jù)物理概念，寫出()和Z(z)的形式zAezZj)(mmsincos)(光纖傳輸原理及特性（3）求出R(r)的形式 考慮纖芯和包層中的折射率分別為n1和n2， arrRmrnkrrdRrdrrRdr0)()()()(2222120222arrRmrnkrrdRrdrrRdr0)()()()(2222220222在纖芯中應(yīng)為振蕩解，故其解取貝塞爾函數(shù)；在包層中部應(yīng)是衰減解，故其解取第二類修正修正的貝塞爾函數(shù)解。于是R(r)可寫為： arrknJrRm)()(2/120212arrknKrRm

15、 )()(2/102222式中，Jm為m階貝塞爾函數(shù)；Km為m階第二類(修正)貝塞爾函數(shù)。這兩種函數(shù)的曲線如圖4-9所示。 U/aw/a光纖傳輸原理及特性整理變?yōu)椋豪霉饫w的邊界條件可確定式中的常數(shù)。首先根據(jù)邊界條件找出A1 , A2 之 間 的 關(guān) 系 。 在r=a處 ， 因 ， 可 得A1Jm(U)=A2Km(W)=A，將此式代人（2.16）式中，得：得 (2.16)（4）Ey的標量解 arrknJrRm2/120212)(arrknKrRm )(2/ 102222araUrJAmeEmzy )/( cos1j1araWrKAmeEmzy )/( cos2j2arUJaUrJmAeEmmz

16、y )(/ )/( cosj1arUKaUrKmAeEmmzy )(/ )/( cosj2光纖傳輸原理及特性2標量解的特征方程標量解的特征方程，可由邊界條件得出。在r=a處，令Ez1=Ez2，忽略n1和n2之間的微小差別，即令n1=n2，可得)()()()()()()()(1111WKWKWUJUJUWKWKWUJUJUmmmmmmmm光纖傳輸原理及特性3標量模及其特性(1)大V值（遠離截止）情況下U 值n光纖中的U和W值與V值有關(guān),光纖的V值越大,傳輸?shù)哪Ｊ搅吭蕉?越不容易截止.n在極限情況下，V表示場完全集中在纖芯中，在包層中的場為零。 因V=2n1(2)1/2a/0,所以有（a/0） 。

17、此時光波相當于在折射率為n1的無限大空間中傳播，其相位常數(shù)k0n1于是有 : 02/ 122212/ 1222102/ 122022)(2)()(annannanW光纖傳輸原理及特性將其代入(2.20-a )可得相應(yīng)情況下的特征方程(W 條件下)U Jm+1(U)/Jm(U)=WK m+1(W)/Km(W) 可簡化 Jm(U圖3-10(a)從此式即可確定遠離截止情況時的U值U =mn式中,mn代表m階貝塞爾函數(shù)的第n個根 光纖傳輸原理及特性n m 01212.4053.8325.13625.5207.0168.41738.65410.173 11.619表2.4 大V值情況下的導(dǎo)行LPmn模的

18、U值 對于一對m、n值，就有一確定的U值，從而就有確定的W及值。對應(yīng)著一確定的場分布和傳輸特性。這個獨立的場分布就叫做光纖中的一個模式。稱這種模為標量模，記作LPmn模。LP是線偏振的意思。LP01 U01=2.405 W, ; LP11 U11=3.832 W, ; LP21 U21=5.136 W, ;光纖傳輸原理及特性在模LPmn模表示中， m、n值有明確的物理意義，它們表示對應(yīng)模式的場在橫截面上的分布規(guī)律。如其圓周及半徑方向的分布規(guī)律各為：(U)/ )/( cosmmzjJaUrJmAeEymcos)()/ ()(arUJrRm電場(光場)在圓周方向按余弦規(guī)律變化：當m=0時， 圓周上

19、電場無變化當m=1時 在 在0-2沿圓周出現(xiàn)1對最大值。 m=2?-依次類推。1cos)(mmcos)(LP0nLP1n光纖傳輸原理及特性電場沿半徑方向，按貝塞爾函數(shù)規(guī)律變化：以m=0的LP0n模為例，其場沿r 方向變化為：LP01模，U=01=2.405,在r=0處,R(r)=1而在r=a 處,沿變化如圖4-12LP02模，U=02=5.5201,在r=0處,R(r)=1,而在r=a 處,在處, 沿r的變化如圖4-10（b）所示。 )/ ()(0arUJrR)/ 405. 2()(0arJrR0)405. 2()(0JrR)/521. 5 ()(0arJrR0)521. 5 ()(0JrR0

20、)405. 2()(0JrR光纖傳輸原理及特性圖圖2-15 LP0n模的場沿半徑的變化模的場沿半徑的變化光纖傳輸原理及特性（2）LPmn模的截止條件Vc和單模傳輸條件 n截止的概念:當光纖中導(dǎo)波變?yōu)檩椛淠r,認為導(dǎo)波截止.當W 時,導(dǎo)波的場在纖芯外衰減的.當W0時,導(dǎo)波截止(相當于射線理論中1c )導(dǎo)波輻射.截止臨界狀態(tài): Wc= W=0, 由于V2=U2+W2 Vc2= Uc2+Wc2= Uc2 若求得UcVc稱為歸一化的截止頻率.Uc = Vc?光纖傳輸原理及特性截止條件下的特征方程Wc=0Uc Jm-1(Uc )/Jm(Uc )=Wc Km-1(W)/Km(W)=0Uc=0 或 Jm-1

21、(Uc )=0n在LPmn模的歸一化的截止頻率Vcmn=Ucmn截止特征方程: Jm-1(Uc=cmn )=0n當m=0時，LP0n模的特征方程:J-1(Uc)=J1(Uc)=0，可解出Uc=0n=Vc (0n)=0 ， ， 光纖傳輸原理及特性圖2-16 m0,1模式的U值變化范圍11J1=J-1m=0m=1LP04HE04光纖傳輸原理及特性即表示LP01模的uc01=0。意味著該模式無截止波長、無截止情況.當m=1時，LP1n模的特征方程: Jm-1(Uc )=0- J0(Uc)=0當m0時，也可求出相應(yīng)的根表4.3 表2.5 截止情況下LPmn模的Uc=Vcn m 012102.4053.

22、83223.8325.5207.01637.0168.65410.173此值通過Jm-1(cmn )=0方程,求解而得.如圖4.11所示.光纖傳輸原理及特性從表截止情況下的LPmn模的Uc值可知:LP01模的Vc=Uc=0，說明這種模式?jīng)]有截止現(xiàn)象是光纖中的最低模，也稱基模。LP11模，稱為二階模，其Vc=Uc截止波長c與歸一化截止頻率Vc關(guān)系對某一光纖的每一個模式，都對應(yīng)有一個截止波長c(Vc) .當工作波長0 c時,該模式可以傳輸當工作波長0c時，該模式就截止了 光纖傳輸原理及特性 當光纖的VVc時,該模式就截止了 當光纖的VVc時,該模式可以傳輸.因為:V=2n1(2)1/2a/0,則:

23、Vc=2n1(2)1/2a/c c =2n1(2)1/2a/ Vc單模傳輸條件單模傳輸條件 Vc01=0 V Vc11 c11=2n1(2)1/2 0c01= 0 C23 C12 C21 C11 LP01LP11LP21LP12LP230 VC11 VC21 V C12 VLP01LP11LP21LP12光纖傳輸原理及特性圖2-12 m=0,1模式的U值變化范圍 HE04LP04光纖傳輸原理及特性2.3光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)n光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有光纖的幾何參數(shù)、 折射率分布、數(shù)值孔徑（NA）、 模場直徑和截止波長等。這些參數(shù)與光纖橫截面徑向r有關(guān)，與光纖的長度及傳輸狀態(tài)無關(guān)。光纖傳輸原理

24、及特性 1幾何參數(shù)幾何特性有芯徑、包層的尺寸和對芯包層同心度、不圓度等。1）纖芯直徑纖芯直徑對多模光纖而言ITU-T規(guī)定多模光纖的芯直徑為503m 2）外徑外徑多/單模光纖3）芯包層同心度和不圓度芯包層同心度和不圓度 nITU規(guī)定：光纖同心度誤差6;（包括單模）芯不圓度6,包層不圓度cccce 221anVcctnmctcc1908 . 0光纖傳輸原理及特性2.4 光纖的傳輸特性 24 41損耗損耗特性特性 一、損耗定義一、損耗定義 p（0）為輸入光纖的光功率，即在Z=0處注入的光功率；p（Z）為傳輸距離L處的光功率； 二、損耗系數(shù)二、損耗系數(shù) (當當Z=L時時)在光纖上兩個相距在光纖上兩個相

25、距L的截面之間的波長的截面之間的波長上的總衰減：上的總衰減：A（）（）L （dB） 三、光纖產(chǎn)生損耗的原因三、光纖產(chǎn)生損耗的原因光纖產(chǎn)生損耗的原因很多，其類型有吸收損耗，散射損耗和附加損耗。10)(10)0()(ZpZp)/( )()0(lg10)(kmdBLppL光纖傳輸原理及特性 (1) 損耗（Attenuation） (2) 色散（Dispersion） (3) 非線性效應(yīng) （Non-Linear Effects in Fiber）光纖傳輸原理及特性產(chǎn)生損耗的因素產(chǎn)生損耗的因素l 材料的吸收損耗材料的吸收損耗 ( (Material absorptionMaterial absorpti

26、on) ) a.a. 本征吸收本征吸收: SiO2 分子振動引起，紅外與紫外吸收 b. b. 非固有吸收非固有吸收 (雜質(zhì)吸收) Fe, Cu, Ni, Cr. OH 離子在 uum 和 um形成吸收峰l 散射損耗散射損耗 (scattering) (scattering)a. a. 瑞利散射（瑞利散射（Rayleigh SilicaRayleigh Silica）分子熱騷動 折射率在微觀上的隨機起伏 光散射 1/4 b. b. 波導(dǎo)散射（波導(dǎo)散射（Wavequide ScatteringWavequide Scattering）l 微彎損耗微彎損耗光纖傳輸原理及特性本征吸收: 紅外吸收,紫外

27、吸收雜質(zhì)吸收: 鐵、銅等過渡金屬離子和OH離子(非本征)。公式估算紅外吸收的損耗系數(shù)： 其中是工作波長，單位為m，當=1.55 m時ir0.02 dB/km，其影響較小。但當=1.70 m時，ir0.32 dB/km?？梢娂t外吸收影響了工作波長向更長波長方向發(fā)展。 公式估算紫外吸收的損耗系數(shù)： 其中，B是摻鍺的重量百分比，當=1.31 m，B=3.5%時，uv1.75102 dB/km。但當=0.60 m時，uv1.00dB/km。可見紫外吸收隨減少和摻鍺濃度增加而增加 . )dB/km(1081. 7/28.4811eir/63. 42e1047. 1Buv光纖傳輸原理及特性n 瑞利散射瑞利

28、散射比光波長小得多小得多的粒子引起的散射(本征)n 米氏散射米氏散射與光波同樣大小同樣大小的粒子引起的散射(本征)n引起光纖損耗的散射主要是瑞利散射，瑞利散射具有與短波長的14成正比的性質(zhì)，即：R=A4。對摻鍺的光纖而言，A0.63dBm4km。對于=0.85、1.31、1.55m時,則R1 .3、0.3、0.1dBkm。 n非線性散射(將在第5節(jié)介紹)n 受激布里淵散射：受激布里淵散射：存在于光能密度超過某一高值 (本征)n 受激拉曼散射：受激拉曼散射： (本征)n4.附加損耗：張力、側(cè)壓、彎曲、擠壓造成的宏彎和微彎(非本征)。光纖傳輸原理及特性3.附加損耗：張力、側(cè)壓、彎由、擠壓造成的宏彎

29、和微彎圖2-18 光纖的宏彎損耗（a）射線法解釋；（b）波動理論解釋。光纖傳輸原理及特性*彎曲損耗 光纖的彎曲損耗有兩類： 宏彎損耗和微彎損耗 1光纖的宏彎損耗 理論分析和實驗研究均表明： 光纖彎曲（宏彎）時，當曲率半徑R大于一個臨界值RC（RRC）時，因彎曲而引起的附加損耗很小，以致可以忽略不計；當RRC，附加損耗按指數(shù)規(guī)律迅速增加。因此確定臨界值RC，對于光纖的研究、設(shè)計和應(yīng)用都很重要。光纖傳輸原理及特性*單模光纖彎曲損耗的估算公式為式中,R為光纖彎曲半徑、 C1、C2與R無關(guān)常數(shù)。臨界彎曲半徑估算RC為：2/3222131)(43nnnRc)dB/km(e21TRCC光纖傳輸原理及特性表

30、2-6 光纖的傳輸損耗 光纖傳輸原理及特性色散產(chǎn)生：色散產(chǎn)生：由于光纖中的光信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分來攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸群速度不同，從而引起色散。 隨著摻鉺光纖放大器EDFA（Erbium Doped OpticalFiber Amplifier）、波分復(fù)用WDM（WaVelength Division MultiPlexing）技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的商用化后，光纖色散便成為最熱門的研究課題之一。光纖傳輸原理及特性 在具體弄清色散的致因、種類及相互作用的前提下，設(shè)法設(shè)計和制造出優(yōu)質(zhì)的、小色散的光纖，以滿足光纖通信系統(tǒng)的高速率、大容和遠距離傳輸?shù)男枨蟆?/p>

31、 光纖色散主要有光纖色散主要有：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振色散等。 在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于光纖中的信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分來攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸速度不同，從而引起色散。 光纖傳輸原理及特性 多模光纖：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散等。 單模光纖中只傳輸基模LP01，總色散由材料色散、波導(dǎo)色散和偏振色散組成。這三個色散都與波長有關(guān)，所以單模光纖的總色散也稱為波長色散。 光纖的色散單位：ps/km 光纖的色散系數(shù)單位 D（）： 光纖傳輸原理及特性cLnnncLnncLncLcM121111max) 1(sinn常用時延差表示色散程度。n時延差越大

32、，色散就越嚴重。光纖傳輸原理及特性模式色散模式色散 n 在多模階躍光纖中，傳輸最快和最慢的兩條光線分別是沿軸心傳播的光線和以臨界角c入射的光線，如圖4-18所示。因此，在階躍型多模光纖中最大色散是光線所用時間max和光線所用時間nmin到達終端的時間差max：max=maxminn根據(jù)幾何光學，設(shè)在長為L的光纖中，光線和沿軸方向傳播的速度分別為c/n1和c/n1sinc。因此光纖的模式色散為：ncLnnncLnncLncLcM121111max) 1(sin光纖傳輸原理及特性 2.材料色散材料色散由于光纖材料的折射率隨光波長的變化而變化，使得光信號各頻率的群速度不同，引起傳輸時延差的現(xiàn)象，稱為

33、材料色散。設(shè)光源譜寬為， 單位長度光纖的時延差用表示:則由上式所示，時延差與光源的相對帶寬成正比。因此采用窄譜寬激光器做光源有利減少色散。的單位是ps/km 。*=D;:光源譜寬,D:色散系數(shù)212dndcLm光纖傳輸原理及特性3.波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散221)(dVVbdVcnDw=DwL w（psnmkm） 在不同的波長下，其相位常數(shù)不同，從而群速度不同，引起色散。 光纖傳輸原理及特性4偏振色散PMD 單模光纖中只傳輸基模LP01，總色散由材料色散、波導(dǎo)色散和偏振模色散組成。這三個色散都與波長有關(guān)，所以單模光纖的總色散也稱為波長色散。 光纖中的光傳輸可描述完全是沿X軸振動和完全是沿Y軸上的振動或一些光在兩個軸上的振動，如圖2-12所示。每個軸代表一個偏振“?！?。兩個偏振模的到達時間差稱為偏振模色散PMD（Polanzation Mode Dispertion）。PMD的度量單位為微微秒(ps)。光纖的PMD系數(shù)表示的單位為ps/km。)(10yxyxyxnn