光纖通信系統(tǒng)第二章光纖的傳輸特性

1、光纖通信系統(tǒng)第二章光纖的傳輸特性第1頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一一、損耗第2頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一 概念：信號強(qiáng)度隨距離增加而變?nèi)酢?主要來源： 吸收，散射，光泄漏。第3頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一吸收損耗：由制造材料本身及其中的過渡金屬離子和氫氧根離子等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生。散射損耗：以光能的形式把能量輻射出光纖之外的一種損耗。彎曲損耗：由于光纖彎曲使光從纖芯逸散到包層中產(chǎn)生的光泄漏。第4頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一吸收損耗： 1、本征吸收 （1）紫外吸收 （2）紅外吸收 2、雜質(zhì)吸

2、收散射損耗： 1、瑞利散射 2、結(jié)構(gòu)缺陷散射工程應(yīng)用中造成的損耗： 彎曲損耗、微彎損耗、接頭損耗第5頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一光纖在制作過程中，由于材料在加熱過程中使原子受到壓縮性的不均勻或起伏，造成材料密度微觀的不均勻，并在冷卻過程中被固定下來。這種密度不均勻的尺度比光波波長短，從而折射率不均勻?qū)⒁鹕⑸?，這就是所謂的瑞利散射。這是一種固有的散射，它與波長的四次方成反比。在纖芯中制造過程的缺陷，如雜質(zhì)、氣泡、不溶解離子等，也會(huì)引起散射損耗。降低這種衰減的辦法是在制作光纖預(yù)制棒和拉絲時(shí)，選擇合適的工藝，以避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。 第6頁，共18頁，2022年，5月20日

3、，5點(diǎn)1分，星期一損耗的度量通信中習(xí)慣上用單位dB/km來表示光纖的損耗損耗系數(shù)第7頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一單模通信光纖的衰減曲線第8頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一二、色散第9頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一概念： 由于光纖中光信號中的不同頻率成分或不同的模式，在光纖中傳輸時(shí)，速度的不同而使得傳播時(shí)間不同，因此造成光信號中的不同頻率成分或不同模式到達(dá)光纖終端有先有后，從而產(chǎn)生波形畸變的一種現(xiàn)象。表示方法：時(shí)延差分類：模式色散，材料色散，波導(dǎo)色散第10頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一光纖對在其中傳輸

4、的光脈沖的展寬特性。 總的脈沖展寬： t色散（ns/km）距離（km）第11頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一衰減、色散對脈沖的影響示意第12頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一1、模式色散（路徑色散） 在多模光纖中，不同模式在同一頻率下傳輸，各自的相位常數(shù)不同，群速度不同，模式之間存在時(shí)延差，這種色散稱為模式色散。 第13頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一2、材料色散 是由于光纖材料本身的折射率隨頻率而變化，使得信號各頻率成分的群速不同，引起的色散稱為材料色散。3、波導(dǎo)色散 所謂波導(dǎo)色散，是對于光纖某一個(gè)模式而言，在不同的頻率下，相位

5、常數(shù)不同，使得群速不同而引起的色散。 材料色散和波導(dǎo)色散都是由于光波隨頻率變化而引起的色散，因此，這兩種色散都屬于頻率色散,也叫色度色散。通常用單位波長間隔內(nèi)頻譜成份通過單位長度光纖所產(chǎn)生的色散表示色散大小的程度，稱為波長色散系數(shù)，用D表示，單位是ps/(nm.km)。 第14頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一三、非線性效應(yīng)第15頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一 光波間或光波與其中傳輸?shù)牟牧现g的相互作用，從而對光信號產(chǎn)生影響。能引起噪聲和串?dāng)_。第16頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一光纖非線性的形成單信道系統(tǒng)，功率水平10mw,速率不超過2.5Gb/s時(shí)，光纖可以作為線性介質(zhì)處理，即：光纖的損耗和折射率都與信號功率無關(guān)WDM系統(tǒng)中，即使在中等功率水平和比特率下，非線性效應(yīng)也很顯著。非線性效應(yīng)的產(chǎn)生的原因是：光纖傳輸損耗（增益）和折射率以及光功率相關(guān)。非線性相互作用取決于傳輸距離和光纖的橫截面積。第17頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)1分，星期一第一類非線性效應(yīng)： 光波與聲子相互作用產(chǎn)生的散射效應(yīng)受激拉曼散射(SRS)受激布里淵散射(SRS：Stimulate Brillouin Scattering)第二類非線性效應(yīng)： 折射率對光功率的依賴關(guān)系四波混頻(FWM：Four-Wave Mixing)自相