第2章光纖的特性

1、第二章第二章 光纖的特性光纖的特性 2.1引言引言 光纖的光纖的損耗損耗、色散色散和和偏振偏振是光是光纖最重要的特性參量。它在很大程纖最重要的特性參量。它在很大程度上決定了中繼站之間的距離。度上決定了中繼站之間的距離。傳輸損耗是限制無(wú)中繼通信距離的重要因素之一。傳輸損耗是限制無(wú)中繼通信距離的重要因素之一。這里討論的是光纖本身的傳輸損耗這里討論的是光纖本身的傳輸損耗,包括包括光能量的光能量的吸收損耗、散射損耗及輻射損耗吸收損耗、散射損耗及輻射損耗。光纖的傳輸損耗是指?jìng)鬏敼庑盘?hào)的光功率隨著傳輸光纖的傳輸損耗是指?jìng)鬏敼庑盘?hào)的光功率隨著傳輸距離的增加而下降。距離的增加而下降。1.1.損耗系數(shù)：每損耗系

2、數(shù)：每單位長(zhǎng)度光功率衰減分貝數(shù)。單位長(zhǎng)度光功率衰減分貝數(shù)。2.22.2光纖的損耗光纖的損耗) 1 ()/()lg(10kmdBLPPinout在光纖通信系統(tǒng)中，光功率常用在光纖通信系統(tǒng)中，光功率常用dBmdBm表示，它表示，它和和mwmw之間的關(guān)系如下：之間的關(guān)系如下：這時(shí)，光纖的損耗系數(shù)表示為：這時(shí)，光纖的損耗系數(shù)表示為：)(lg101mwPdBm )2()()()(kmLdBmPdBmPinout 光纖的損耗還可用光纖損耗系數(shù)表示：光纖的損耗還可用光纖損耗系數(shù)表示：則，光纖的損耗和光纖損耗系數(shù)關(guān)系為：則，光纖的損耗和光纖損耗系數(shù)關(guān)系為：) 3(LinoutfePP )4(lgef 2.2.

3、光纖損耗分類(lèi)光纖損耗分類(lèi) 光纖損耗大致可分為光纖具有的固有損耗固有損耗和光纖制成之后由于使用條件造成的附加附加損耗損耗。 固有損耗固有損耗包括：散射損耗、吸收損耗和因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗。 附加損耗附加損耗則包括微彎損耗、彎曲損耗和連接損耗。吸收損耗吸收損耗基質(zhì)材料的本征吸收基質(zhì)材料的本征吸收雜質(zhì)吸收雜質(zhì)吸收原子缺陷吸收原子缺陷吸收散射損耗散射損耗線性散射損耗（瑞利散射）線性散射損耗（瑞利散射）因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗非線性散射損耗（布里淵散射和拉曼散射）非線性散射損耗（布里淵散射和拉曼散射）3 3. .光纖的固有損耗光纖的固有損耗本征吸收本征吸收 雜質(zhì)離子吸收

4、雜質(zhì)離子吸收 散射損耗散射損耗 過(guò)渡金屬離子過(guò)渡金屬離子oH-(2.73um,1.38um)瑞利散射瑞利散射(-4)芯芯/包界面不規(guī)則包界面不規(guī)則非線性散射損耗非線性散射損耗(SBS,SRS)分子振動(dòng)態(tài)的改變對(duì)光子的吸收（紅外吸收）分子振動(dòng)態(tài)的改變對(duì)光子的吸收（紅外吸收）電子躍遷對(duì)光子的吸收（紫外吸收）電子躍遷對(duì)光子的吸收（紫外吸收）原子缺陷吸收損耗原子缺陷吸收損耗吸收損耗吸收損耗本征吸收本征吸收紫外本征吸收紫外本征吸收：在紫外波段在紫外波段, ,構(gòu)成光纖的基質(zhì)材料會(huì)產(chǎn)生紫外電子躍構(gòu)成光纖的基質(zhì)材料會(huì)產(chǎn)生紫外電子躍遷吸收帶遷吸收帶, ,這種吸收帶很強(qiáng)，其尾端可延伸到光纖通這種吸收帶很強(qiáng)，其尾端

5、可延伸到光纖通信波段（信波段（0.7-1.6um0.7-1.6um）, ,在在1.3-1.5um1.3-1.5um處引起處引起0.05dB/km0.05dB/km的損耗，是單模光纖損耗的的損耗，是單模光纖損耗的1/3.1/3.紅外本征吸收紅外本征吸收：在紅外波段在紅外波段, ,光纖基質(zhì)材料將產(chǎn)生振動(dòng)或多聲子吸收光纖基質(zhì)材料將產(chǎn)生振動(dòng)或多聲子吸收帶帶, ,這種吸收帶損耗在這種吸收帶損耗在9.1um9.1um、12.5um12.5um和和21um21um處峰值可處峰值可達(dá)達(dá)1010dB/km,1010dB/km,紅外吸收帶的帶尾也可延伸到通信波段，紅外吸收帶的帶尾也可延伸到通信波段，但影響小于紫外

6、但影響小于紫外, ,在在1.55um1.55um處的損耗小于處的損耗小于0.01dB/km.0.01dB/km.石英組分中的一種或數(shù)種元素造成的吸收：石英組分中的一種或數(shù)種元素造成的吸收： 氧化硅（石英）氧化硅（石英）紫外吸收在高能激發(fā)下紫外吸收在高能激發(fā)下, ,石英材料產(chǎn)生了電石英材料產(chǎn)生了電子受激輻射（電子）。子受激輻射（電子）。紅外吸收因光子同石英分子振動(dòng)之間交換能紅外吸收因光子同石英分子振動(dòng)之間交換能量造成的（聲子）量造成的（聲子）, ,如如SiSiO O鍵的紅外吸收峰出現(xiàn)鍵的紅外吸收峰出現(xiàn)在在9.29.2。 氧化鍺、氧化硼氧化鍺、氧化硼 氧化鍺和降低折射率的氧化硼的吸收峰分別在氧化鍺

7、和降低折射率的氧化硼的吸收峰分別在1111、8.18.1和和7.27.2波長(zhǎng)處。波長(zhǎng)處。 注：這兩種本征吸收損耗在波長(zhǎng)注：這兩種本征吸收損耗在波長(zhǎng)0.80.8至至1.71.7是低損耗窗口。是低損耗窗口。舉例舉例這里的雜質(zhì)不是光纖中摻雜物，而是由于材料不這里的雜質(zhì)不是光纖中摻雜物，而是由于材料不純凈及工藝不完善而引入的雜質(zhì)。純凈及工藝不完善而引入的雜質(zhì)。 舉例：石英組分中的數(shù)種雜質(zhì)元素造成的吸收舉例：石英組分中的數(shù)種雜質(zhì)元素造成的吸收過(guò)渡金屬離子過(guò)渡金屬離子如如1010- 9- 9濃度的銅元素可造成近紅外區(qū)高達(dá)濃度的銅元素可造成近紅外區(qū)高達(dá)1 1dB/kmdB/km的損耗的損耗克服方法：采用汽相

8、沉積工藝克服方法：采用汽相沉積工藝oHoH- -離子（水峰）離子（水峰）吸收峰在吸收峰在1.381.38、1.231.23、0.920.92、0.720.72波長(zhǎng)處波長(zhǎng)處光纖通信的三個(gè)窗口：光纖通信的三個(gè)窗口：0.850.85、1.31.3、1.55um1.55um克服方法：氫氧根離子的濃度減低至克服方法：氫氧根離子的濃度減低至1010-7-7。吸收損耗吸收損耗雜質(zhì)吸收雜質(zhì)吸收光纖技術(shù)的新進(jìn)展 )(,2cfcf新型的無(wú)水光纖和新型的無(wú)水光纖和o o同位素光同位素光纖帶寬可達(dá)數(shù)百纖帶寬可達(dá)數(shù)百上千上千THzTHz。吸收損耗吸收損耗原子缺陷吸收原子缺陷吸收 原子缺陷吸收是由于材料受到熱輻射或光原子

9、缺陷吸收是由于材料受到熱輻射或光輻射作用引起的。輻射作用引起的。 這種損耗可達(dá)幾百這種損耗可達(dá)幾百dB/kmdB/km甚至幾萬(wàn)甚至幾萬(wàn)dB/kmdB/km。 選擇材料：選擇對(duì)輻射不敏感的石英玻璃，選擇材料：選擇對(duì)輻射不敏感的石英玻璃，避免原子缺陷吸收。避免原子缺陷吸收。散射損耗散射損耗線性散射損耗線性散射損耗散射損耗是指在光纖材料中，由于某種遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的散射損耗是指在光纖材料中，由于某種遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的不均勻性（折射率不均勻、摻雜離子濃度不均勻等）不均勻性（折射率不均勻、摻雜離子濃度不均勻等）引起光的散射。引起光的散射。瑞利散射瑞利散射本征散射本征散射散射體尺寸可與光波長(zhǎng)相比擬散射體尺寸可與光波長(zhǎng)

10、相比擬, ,散射不可消除；散射不可消除；瑞利散射損耗反比于瑞利散射損耗反比于4 4；散射體尺寸小于入射波長(zhǎng)時(shí)散射體尺寸小于入射波長(zhǎng)時(shí), ,瑞利散射總是存在。瑞利散射總是存在。制作缺陷制作缺陷非圓對(duì)稱(chēng)、芯區(qū)同包層區(qū)界面不規(guī)則、折射率差各非圓對(duì)稱(chēng)、芯區(qū)同包層區(qū)界面不規(guī)則、折射率差各處不一致、光纖直徑起伏、應(yīng)力不均勻、微小氣泡等處不一致、光纖直徑起伏、應(yīng)力不均勻、微小氣泡等不均勻性因素，不均勻性因素，散射體的線度大于光波波長(zhǎng)散射體的線度大于光波波長(zhǎng)。克服方法：認(rèn)真設(shè)計(jì)、嚴(yán)格控制加工工藝?？朔椒ǎ赫J(rèn)真設(shè)計(jì)、嚴(yán)格控制加工工藝。散射損耗散射損耗非線性散射損耗非線性散射損耗傳輸功率密度高過(guò)一定限度，造成非

11、正比例的衰減傳輸功率密度高過(guò)一定限度，造成非正比例的衰減（非線性）：光頻率改變。（非線性）：光頻率改變。受激布里淵散射受激布里淵散射聲子光子作用；聲子光子作用；P PB B（W W）4.44.4 10103 3d d2 2 2 2; ; d d纖芯直徑纖芯直徑, , 光纖損耗（光纖損耗（dB/km)dB/km)，光源帶寬（光源帶寬（GHzGHz）；）；背向散射的頻漂最大，前向散射的頻漂為零。背向散射的頻漂最大，前向散射的頻漂為零。受激拉曼散射受激拉曼散射同受激布里淵散射相似。同受激布里淵散射相似。產(chǎn)生的光子、聲子頻率較布里淵散射要高得多，產(chǎn)生的光子、聲子頻率較布里淵散射要高得多，P PB B(

12、 (W W)=)=5.95.9 10102 2d d2 2。光纖損耗曲線普通單模光纖的衰減隨波長(zhǎng)變化示意圖普通單模光纖的衰減隨波長(zhǎng)變化示意圖0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰減衰減(dB/km)(dB/km)第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波長(zhǎng)波長(zhǎng)(m)(m)6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C C 波段波段152515251565nm1565nm 1.57 1.62 L L波段波段2.3 2.3 光纖色散光纖色散光纖色散是光纖最重要特性參量光纖色散是光纖最重要特性參量之一，它在很大程度上決定了信之一，它在很大程度上決定了信號(hào)傳輸質(zhì)量。號(hào)

13、傳輸質(zhì)量。 2.3.1引言v光纖色散：是指構(gòu)成光信號(hào)的電磁波各成分在光光纖色散：是指構(gòu)成光信號(hào)的電磁波各成分在光纖中具有不同傳輸速度的現(xiàn)象，是限制單一波長(zhǎng)纖中具有不同傳輸速度的現(xiàn)象，是限制單一波長(zhǎng)上傳輸容量的主要因素。上傳輸容量的主要因素。v色散導(dǎo)致信號(hào)畸變、碼間干擾，對(duì)系統(tǒng)比特率和色散導(dǎo)致信號(hào)畸變、碼間干擾，對(duì)系統(tǒng)比特率和傳輸距離造成限制。傳輸距離造成限制。脈沖與脈沖線寬脈沖與脈沖線寬= = 為光源的線寬為光源的線寬為脈沖的脈寬為脈沖的脈寬二、光纖色散分類(lèi)二、光纖色散分類(lèi)模式色散、波導(dǎo)色散、材料色散、偏振色散模式色散、波導(dǎo)色散、材料色散、偏振色散：即各模式以不同時(shí)刻到達(dá)光纖端面而使脈沖展寬多

14、模光纖色散。v所謂模式色散，用光的射線理論來(lái)說(shuō)，就是由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不軸向的平均速度不同同所造成的時(shí)延差。 一般情況下,材料色散往往是用色散系數(shù)這個(gè)物理量來(lái)衡量。:單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)各頻率成份通過(guò)單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn)生的色散，用D()表示,單位是ps/(nm.km)。:m()=Dm().L 起源起源：工藝所致的光纖非圓對(duì)稱(chēng)、沿光纖軸向的隨機(jī)應(yīng)力與溫度分布具有隨機(jī)性和突發(fā)性。 影響影響：其影響雖小，但難以消除。在群速色散被克服的情況下，是單模光纖中的主要色散。 克服方法克服方法：設(shè)計(jì)保偏光纖設(shè)計(jì)保偏光纖。1.多模光纖中，多模光纖中，模式色散占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，模式色散占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其他色其他色

15、散可忽略。散可忽略。2.單模光纖無(wú)模式色散，單模光纖無(wú)模式色散，適合大容量、長(zhǎng)距離適合大容量、長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)。3.在群速色散起作用的場(chǎng)合，偏振色散可忽略。在群速色散起作用的場(chǎng)合，偏振色散可忽略。光纖的色散和帶寬的關(guān)系光纖的色散和帶寬的關(guān)系是在時(shí)域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過(guò)光是在時(shí)域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過(guò)光纖傳輸后脈沖在時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬了多少。纖傳輸后脈沖在時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬了多少。是在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對(duì)于調(diào)是在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對(duì)于調(diào)制信號(hào)而言制信號(hào)而言, ,光纖可以看作是一個(gè)低通濾波器光纖可以看作是一個(gè)低通濾波器, ,當(dāng)調(diào)當(dāng)調(diào)制信號(hào)的高頻分量通過(guò)光纖時(shí)，就會(huì)受到

16、嚴(yán)重衰減。制信號(hào)的高頻分量通過(guò)光纖時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重衰減。 通常把調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸后，光功率下降一半通常把調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸后，光功率下降一半（3db3db）時(shí)的頻率大小定義為）時(shí)的頻率大小定義為。三、群速度與群延時(shí)三、群速度與群延時(shí) 光信號(hào)脈沖展寬由群延時(shí)差光信號(hào)脈沖展寬由群延時(shí)差g來(lái)描述。來(lái)描述。1.1.群延時(shí)群延時(shí)g：是指光信號(hào)沿單位長(zhǎng)度光纖傳播后產(chǎn)生的延遲時(shí)間，即光脈沖行進(jìn)單位軸向距離所需時(shí)間光脈沖沿軸向行進(jìn)速度為群速度群速度VgVg：故單位長(zhǎng)度光纖上的群延時(shí)群延時(shí)為：skmddVg/, 單位：kmpsdkdcddVgg/,11)(0單位： 2.2.波長(zhǎng)色散波長(zhǎng)色散：群時(shí)延隨波長(zhǎng)的

17、變化率。群時(shí)延隨波長(zhǎng)的變化率。 ddnmkmpsD)()/3.3.弱導(dǎo)光纖（弱導(dǎo)光纖（n1n1n2)n2)色散討論色散討論(1)(1)光纖中參量定義：光纖中參量定義：u光纖中傳播的光波的，即波矢量的橫向分量為：歸一化傳播常數(shù)2022202120222222022222202110220112202,)2 , 1(knknknVWbknaWknaUarKnarknjknjj是純虛數(shù)，是實(shí)數(shù)，0000002120)(1)(11)1 ()1 (dkbnkdcdknkdcdkdcddbnkbnkg則光脈沖的群延時(shí)為：dvvbdcndkbnkdcddnncdknkdcwn)()(1)(1)(100000

18、即： 202000)()(dndcnnna.a.材料色散材料色散 由材料色散引起的群延時(shí)差為：說(shuō)明：說(shuō)明：由材料色散引起的群延時(shí)差與光譜寬度有關(guān)；材料色散取決于折射率對(duì)波長(zhǎng)的二階導(dǎo)數(shù)，即折射率隨波長(zhǎng)的非線性變化。材料色散等于零。無(wú)色散材料色散大于零反常色散材料色散小于零正常色散, 0;, 0;, 0222222 dnddnddndb.b.波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散：類(lèi)推得到波導(dǎo)色散類(lèi)推得到波導(dǎo)色散bdVdWVWdVVbdVWVbVWbdVVbdcndkbnkdcw2)(,)()(122200則由 220)()()(dVVbdVcnddVdVVbdcndVddVVbdcnddddww波導(dǎo)色散可忽略不計(jì)。很

19、小，在多模光中則,0015. 0, 5 . 1,005. 0, 2 . 01 . 0, 4 . 20 . 22 cndV(Vb)dVVw22說(shuō)明：說(shuō)明：波導(dǎo)色散和材料色散說(shuō)明波導(dǎo)色散和材料色散說(shuō)明 在單模光纖中，對(duì)于短波區(qū)（0.85um），材料色散很大，可忽略波導(dǎo)色散；在長(zhǎng)波區(qū)（1.3-1.55um），材料色散隨波長(zhǎng)增加而減小到與波導(dǎo)色散相同量級(jí)，在1.3um處出現(xiàn)與其極性相反、相互抵消的情形。 在1.3-1.7um之間，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整光纖波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參量（a,g,),總可獲得零色散，這是零色散位移光纖的原理，使零色散波長(zhǎng)移至與低損耗波長(zhǎng)一直，提高傳輸距離。c. c.模式色散模式色散定義定義：同一

20、頻率下，不同導(dǎo)模的群速度不同引起的脈沖展寬。說(shuō)明：說(shuō)明：一般而言，SIOF的模式色散比GIOF的模式色散大。模式色散的群延時(shí)差群延時(shí)差：消除模式色散方法消除模式色散方法：GIOF，g=2(1-), =2%;采用單模光纖,減小光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)目。221cnnLm 模式色散模式色散是指光脈沖由同一波長(zhǎng)光的不同模是指光脈沖由同一波長(zhǎng)光的不同模式運(yùn)載，因不同模式的群速不同導(dǎo)致群延時(shí)不式運(yùn)載，因不同模式的群速不同導(dǎo)致群延時(shí)不同引起脈沖展寬。同引起脈沖展寬。材料色散、波導(dǎo)色散材料色散、波導(dǎo)色散是由于光脈沖由同一模是由于光脈沖由同一模式運(yùn)載，因光源有線寬，而不同波長(zhǎng)光的群速式運(yùn)載，因光源有線寬，而不同波長(zhǎng)

21、光的群速不同導(dǎo)致的脈沖展寬。不同導(dǎo)致的脈沖展寬。偏振模色散偏振模色散是由于光脈沖由同一波長(zhǎng)光的同是由于光脈沖由同一波長(zhǎng)光的同一模式運(yùn)載，因不同偏振態(tài)光的群速不同導(dǎo)致一模式運(yùn)載，因不同偏振態(tài)光的群速不同導(dǎo)致的脈沖展寬。的脈沖展寬。各種色散導(dǎo)致脈沖展寬的特點(diǎn)各種色散導(dǎo)致脈沖展寬的特點(diǎn)常規(guī)常規(guī)SI單模光纖色散曲線單模光纖色散曲線ZMD：零色散點(diǎn)零色散點(diǎn)ZMD1.3 m 0=1.55 m D17ps/nm/km 0.2dB/km 各種單模光纖的色散曲線各種單模光纖的色散曲線 多模光纖色散多模光纖色散SISI光纖的模式色散光纖的模式色散 1211nnncnLSI GRIN GRIN ( ( =2)=2)

22、光纖的的模式色散光纖的的模式色散單位長(zhǎng)度脈沖展寬為單位長(zhǎng)度脈沖展寬為SIGRINLcnL 22212.4 2.4 單模光纖設(shè)計(jì)單模光纖設(shè)計(jì) 單模光纖的色散：材料色散，波導(dǎo)色散，偏振色散。 石英光纖:=1.27um,材料色散為零;1.27um,材料色散為正;1.27um,材料色散為負(fù)。 波導(dǎo)色散隨折射率分布有關(guān)，綜合材料色散，可設(shè)計(jì)在某一特定波長(zhǎng)處總色散為零的光纖。 適當(dāng)選擇光纖參數(shù)和來(lái)改變零色散波長(zhǎng)零色散波長(zhǎng)的位置。1. 1.單模光纖結(jié)構(gòu)單模光纖結(jié)構(gòu) 對(duì)于階躍折射率單模光纖，包層折射率是包層折射率是變化的，非恒定值變化的，非恒定值。 目前SI單模光纖的包層折射率分布形式包層折射率分布形式： 折

23、射率增加的內(nèi)包層折射率增加但有一緩沖層的內(nèi)包層折射率減小的內(nèi)包層。纖芯折射率纖芯折射率n1,n1,直徑直徑2a;2a;內(nèi)包層折射率內(nèi)包層折射率n2,n2,直徑直徑2a;2a;外包層折射率外包層折射率n3,n3,直徑延伸至無(wú)限遠(yuǎn)。直徑延伸至無(wú)限遠(yuǎn)。2. 2.單模光纖設(shè)計(jì)進(jìn)展單模光纖設(shè)計(jì)進(jìn)展(1)常規(guī)單模光纖上個(gè)世紀(jì)80年代，光纖通信建設(shè)出現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)折變化：一是從短波長(zhǎng)到長(zhǎng)波長(zhǎng)的過(guò)渡，二是從多模光纖過(guò)渡到單模光纖。光纖工作于零色散波長(zhǎng)（=1.31um）,這就是迄今為止所述的常規(guī)單模光纖（G.652）,它的傳輸距離不受色散的影響。第一代單模光纖的損耗為0.35dB/km，傳輸距離受損耗限制,必須經(jīng)過(guò)中

24、繼再生放大,但是不經(jīng)過(guò)光-電轉(zhuǎn)換的全光傳輸無(wú)法用于長(zhǎng)途通信線路。常規(guī)單模光纖傳輸波長(zhǎng)為=1.31um,而最低損耗在1.55um處,損耗僅為0.2dB/km。上個(gè)世紀(jì)80年代末,開(kāi)發(fā)出一種光纖,把零色散波長(zhǎng)從1.31um轉(zhuǎn)到1.55um附近,而最低損耗不變色散位移光纖(G.653)第二代單模光纖。光纖容量比第一代單模光纖大,時(shí)分多路（TDM）數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)1.55um光載波進(jìn)行調(diào)制的速率從2Gb/s加快到10Gb/s。90年代初EDFA使得全光傳輸距離延長(zhǎng)至幾百甚至幾千公里,在發(fā)送端和接收端用EDFA作功率放大器和欲放大器,打破1.55um光傳輸距離受損耗的限制。色散位移光纖（1.55um）每一路光

25、載波的調(diào)制信號(hào)是由時(shí)分多路組成，由于“電子瓶頸”的限制，調(diào)制速率最大10Gb/s，影響傳輸容量?？偨Y(jié)總結(jié)：EDFA使得DSF（1.55um）在全光傳輸距離上打破了限制，但每一路光載波的容量仍受限制。 90年代上半期，為了解決DSF通信系統(tǒng)在用了EDFA后每根光纖傳輸容量的限制，提出波分復(fù)用（WDM）技術(shù)同一根光纖提供數(shù)字傳輸容量增加很多倍。 由于EDFA提高傳輸功率密度，引起非線性效益（四波混頻），使波分多路系統(tǒng)信道間產(chǎn)生串?dāng)_。色散為零，則相互作用的光波傳播位相相同，四波混頻嚴(yán)重提出在1.55um處有一小量色散非零色散位移光纖(NZ-DSF)第三代單模光纖(G.655)。(4)(4)色散平坦光

26、纖色散平坦光纖要求1.31.6um的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有盡可能小的色散，以利于應(yīng)用波分復(fù)用、相干光通信技術(shù)。提出“色散平坦光纖”在1.31.55um整個(gè)波段上色散都很平坦，接近于零。色散平坦光纖結(jié)構(gòu)色散平坦光纖結(jié)構(gòu)：W型光纖（或稱(chēng)雙包層光纖）和四包層光纖。：1.3um和1.55um處色散為零，在1.55um附近損耗很大。：兩個(gè)折射率“溝”，中間夾一個(gè)“導(dǎo)光環(huán)”使長(zhǎng)波長(zhǎng)下的泄露損耗減小，在1.305um和1.62um處色散為零，在1.4um附近損耗很大。 （5 5）色散補(bǔ)償光纖）色散補(bǔ)償光纖EDFA的應(yīng)用通信波長(zhǎng)從1.31um轉(zhuǎn)換到1.55um，并在非零色散位移光纖（NZ-DSF）上實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用（DWM

27、）技術(shù)適合長(zhǎng)距離、大容量光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用。所以，新鋪設(shè)的是非零色散位移光纖。已鋪設(shè)的暗光纖(1.31um),使用時(shí)應(yīng)工作在1.55um,但常規(guī)單模光纖在1.55um處色散不為零(正色散),加接負(fù)色散的色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖。色散補(bǔ)償光纖結(jié)構(gòu)：改變芯包折射率分布，使石英光纖的正、負(fù)色散波長(zhǎng)分界點(diǎn)移至長(zhǎng)波段，在1.55um處有較大負(fù)色散。EDFA克服了光克服了光纖損耗的影響，纖損耗的影響，光纖色散成為限光纖色散成為限制光信號(hào)傳輸?shù)闹乒庑盘?hào)傳輸?shù)淖钪饕蛩亍８髯钪饕蛩?。各種光纖色散補(bǔ)償種光纖色散補(bǔ)償技術(shù)是技術(shù)是1990s光纖領(lǐng)域的最熱光纖領(lǐng)域的最熱門(mén)課題。門(mén)課題。光纖色散補(bǔ)償技術(shù)光纖色散補(bǔ)償技

28、術(shù)單模光纖色散比較單模光纖色散比較4. 4.各種光纖的綜合性能和用途各種光纖的綜合性能和用途2.5 2.5 保偏光纖保偏光纖 在單模光纖中實(shí)際傳輸?shù)氖莾蓚€(gè)正交的偏振模。 對(duì)于理想單模光纖，兩個(gè)正交偏振模的傳播常數(shù)相同，其合成光場(chǎng)為線偏光，偏振態(tài)不隨時(shí)間發(fā)生變化。 實(shí)際光纖，由于缺陷的存在，這種二重簡(jiǎn)并被破壞，引起偏振態(tài)隨光纖長(zhǎng)度而變化，有效措施是采用保偏光纖。1.1.定義：定義：保偏光纖就是保持光纖中基模場(chǎng)的偏振態(tài)。2.2.分類(lèi)分類(lèi)：低雙折射光纖和高雙折射光纖低雙折射光纖和高雙折射光纖。 高雙折射光纖：人為地在光纖中引入很大的雙折射，使兩個(gè)偏振態(tài)的傳播常數(shù)相差很大，不易發(fā)生耦合從而保偏。yxyxyxyxBBBnnnB即交模式傳播常數(shù)之差，單模光纖雙折射：兩正低雙折射高雙折射一般單模光纖歸一化雙折射：655610,10,1010)(21 對(duì)于HB光纖，習(xí)慣用拍長(zhǎng)Lp表征其模雙折射，拍長(zhǎng)L