光纖與光纜電子通信專(zhuān)業(yè)

光纖與光纜電子通信專(zhuān)業(yè)第一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造2.5光纖特性測(cè)量方法

第二章光纖與光纜第二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日芯包層涂覆層結(jié)構(gòu):2.1光纖的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型1.光纖的結(jié)構(gòu)光纖（OpticalFiber）

:特點(diǎn)：芯(Core)＋包層(Cladding)＋涂覆層(Buffercoating)ncore>nclad

光在芯和包層之間的界面上反復(fù)進(jìn)行全反射，并在光纖中傳遞下去。第三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2.光纖的類(lèi)型光纖的分類(lèi)按材料分:按折射率分布分:石英光纖;塑料光纖;液芯光纖階躍型光纖;漸變型光纖；W型光纖石英光纖---般用于通信塑料光纖---價(jià)格低廉，用于短距離鏈路塑料包層石英芯光纖---用于終端第四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型按傳輸波長(zhǎng)分:多模光纖;單模光纖短波長(zhǎng)光纖(0.85μm);長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖(1.31μm/1.55μm)按傳輸模式分:圓柱形；帶形；矩形按光纖的形狀分:第五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型實(shí)用光纖的基本類(lèi)型階躍型多模光纖單模光纖漸變型多模光纖(Step-IndexFiber,SIF)(Graded-IndexFiber,GIF)(Single-ModeFiber,SMF)按照芯徑粗細(xì)、傳播方式、折射率分布等因素分三類(lèi)：第六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日SIFGIFSMF基本類(lèi)型光纖的特征2.1光纖的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型第七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造2.5光纖特性測(cè)量方法

第二章光纖與光纜第八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2光纖傳輸原理光纖傳輸?shù)牟▽?dǎo)理論：光線理論和波動(dòng)理論光線理論—當(dāng)光纖直徑2a>>l,可認(rèn)為l→0，光波→光線，用幾何光學(xué)方法分析光線入射、傳播、時(shí)延（色散）和光強(qiáng)分布。波動(dòng)理論—從光波的本質(zhì)(電磁波)出發(fā)，通過(guò)求解電磁波遵從的Maxwell方程組，導(dǎo)出電磁場(chǎng)的場(chǎng)分布，分析光纖的傳輸特性。波動(dòng)理論沒(méi)有近似，可適用于各種折射率分布的單模和多模光纖。第九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*幾何光學(xué)波動(dòng)理論使用條件λ<<2aλ～2a適用光纖多模光纖單模等各種光纖基本方程射線方程波動(dòng)方程研究?jī)?nèi)容光線軌跡模式分布幾何光學(xué)與波動(dòng)理論的比較第十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日子午光線(Meridionalrays),偏斜光線(Skewrays)子午光線：通過(guò)纖芯軸線的光線偏斜光線：與光軸軸線不相交僅考慮通過(guò)纖芯軸線的光線的全反射2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖第十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日1.相對(duì)折射率差2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖通常第十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)全反射原理，存在一個(gè)臨界角(criticalangle)斯奈爾(Snell)定律:2.數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖第十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日相對(duì)折射率差數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)代表光纖接收光的本領(lǐng)NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛越強(qiáng);NA越大，產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱?，限制傳輸容量?/p>

---選擇適當(dāng)?shù)腘A2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖第十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日模間色散所有f大于臨界角fc的光線都被限制在纖芯內(nèi)。High-orderMode(Longerpath)Low-orderMode(shorterpath)AxialMode(shortestpath)corecladding3.光線的傳播路徑---折線,多模傳輸以不同入射角進(jìn)入光纖的光線將經(jīng)歷不同的途徑，雖然在輸入端同時(shí)入射并以相同的速度傳播，但到達(dá)光纖輸出端的時(shí)間卻不同，出現(xiàn)了時(shí)間上的分散，導(dǎo)致脈沖嚴(yán)重展寬。2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖第十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日經(jīng)歷最短和最長(zhǎng)路徑的兩束光線間的時(shí)差fccn1n2n0cf4.

最大時(shí)間延遲2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖第十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖當(dāng)n1，n2相差不大時(shí)應(yīng)用相對(duì)折射率差第十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日B--信號(hào)比特率,TB=1/B5.傳輸容量限制2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(1)--階躍型光纖第十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日---g為折射率分布指數(shù)---n1為中心軸線的折射率g=∞，階躍型光纖

g=2，拋物線型漸變光纖1.折射率分布—“a分布”2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖2.2光纖傳輸原理第十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日---局部數(shù)值孔徑NA(r)---最大數(shù)值孔徑NAmax

2.數(shù)值孔徑(NA)2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖第二十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日光線以正弦振蕩形式向前傳播，具有自聚焦效應(yīng)。入射角大的光線：路徑長(zhǎng)，折射率小，速度快中心軸線的光線：路徑短，折射率大，速度慢3.光線的傳播路徑—振蕩曲線,多模傳輸2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖結(jié)論：合理設(shè)計(jì)折射率分布,可降低模間色散第二十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日采用柱坐標(biāo)r,f,z4.射線方程及其解*(x,y,z),(r,f,z)xyzrf徑向軸向2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖第二十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日邊界條件：入射光線--出射光線--光線的軌跡：2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖rprqzO第二十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日由入射光線-------正弦曲線5.自聚焦效應(yīng)幅值周期--與入射角qi無(wú)關(guān)自聚焦(Self-Focusing)2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖第二十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日經(jīng)歷最短和最長(zhǎng)路徑的兩束光線間的時(shí)差n2n06.最大時(shí)間延遲2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖第二十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日B--信號(hào)比特率,TB=1/B7.傳輸容量限制2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)方法(2)—漸變型光纖第二十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理Maxwell方程組波動(dòng)方程組亥姆霍茲方程組射線方程光線軌跡傳輸特性波導(dǎo)場(chǎng)方程本征解(模式)電磁分量分離時(shí)、空分離光線理論波動(dòng)理論邊界條件邊界條件縱、橫分離第二十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理采用柱坐標(biāo)(r,f,z)橫向(r,f)縱向(z)徑向(r)角向(f)軸向(z)第二十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理----橫向傳播常數(shù)其中----波導(dǎo)場(chǎng)方程-------------------------縱向傳播常數(shù)波導(dǎo)場(chǎng)方程為一本征方程，其給定邊界條件下的本征解定義為“模式”！光纖波導(dǎo)中，電磁波在縱向以行波形式存在，在橫向以駐波形式存在第二十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日軸向傳播常數(shù)要求滿(mǎn)足:2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理導(dǎo)波存在的條件為k0n2＜β＜k0n1

導(dǎo)波截止的臨界條件為β=k0n2第三十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日電場(chǎng):磁場(chǎng):其中A,B,C,D待定.2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理m階變形Bessel函數(shù)m階Bessel函數(shù)第三十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理得出其他分量為：第三十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日1.各種電磁場(chǎng)模式表示方位角模數(shù)徑向模數(shù)2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*模式：能夠獨(dú)立存在的電磁場(chǎng)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式，簡(jiǎn)稱(chēng)“?！眒:在纖芯沿方位角φ繞一圈電場(chǎng)變化的周期數(shù)n:從纖芯中心到纖芯與包層交界面電場(chǎng)變化的半周期數(shù)第三十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*TransverseElectric(TE)Mode，TransverseMagnetic(TM)Mode矢量模:根據(jù)縱向分量Ez，Hz是否存在，將矢量模分為橫磁模

橫電模橫電磁?；祀s模第三十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日四個(gè)最低階模的橫向電磁場(chǎng)分布圖電場(chǎng)磁場(chǎng)Lowest-ordermodeFirstsetofhigher-ordermodes第三十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.歸一化頻率V(NormalizedFrequency)：也叫模式值，V參數(shù)，V數(shù):2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*第三十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日若干低階模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線導(dǎo)波存在的條件為V＞Vc導(dǎo)波截止的臨界條件為V=Vc第三十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*3.標(biāo)量模

弱導(dǎo)波光纖中光線與軸線幾乎平行，光纖中只有橫向分量，即僅有線極化波，場(chǎng)的偏振狀態(tài)可用標(biāo)量描述，故稱(chēng)標(biāo)量?；蚓€偏振模LPjn線性偏振模（Linearlypolarizedmode):第三十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日若干低階LPjn模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線第三十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*標(biāo)量模與矢量模的關(guān)系:

弱導(dǎo)波光纖軸向傳播常數(shù)相同的?？梢哉J(rèn)為是簡(jiǎn)并模，矢量模場(chǎng)型結(jié)構(gòu)通過(guò)疊加關(guān)系導(dǎo)出相應(yīng)的標(biāo)量模的場(chǎng)型結(jié)構(gòu)。如LP01

矢量模

標(biāo)量模

光斑

LP11

LP21

HE11

HE21TE01TM01

EH11HE31第四十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日HE21HE21HM01TE01LP11LP11第四十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日4.模式截止如果一個(gè)模式不再約束于纖芯內(nèi),則稱(chēng)這個(gè)模式被截止.截止條件:與截止條件相聯(lián)系的參數(shù)是歸一化頻率V2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理第四十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日若干低階模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理當(dāng)某個(gè)模式曲線對(duì)應(yīng)的b/k0=n2時(shí),該模式截止!LP01模不會(huì)截止,除非纖芯直徑為0;為使光纖單模傳輸,V<2.405第四十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日LP01HE11LP11HE21TM01TE01

LP02HE12LP12HE22TM02TE02LP03HE13LP13HE23TM03TE030~2.4052.405~3.8323.832~5.5205.520~7.0167.016~8.6548.654~10.173低階模式V值范圍光纖中的低階模式和相應(yīng)的V值范圍2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理第四十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日5.光纖中傳播的模式數(shù)目歸一化頻率V越大,光纖中傳播的模式數(shù)目越多.突變多模光纖漸變多模光纖單模光纖2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*V值較高的光纖可以支持較多的模式，稱(chēng)為多模光纖。模式數(shù)目隨V的減小快速減少。V=5，7個(gè)模式。當(dāng)V小于某個(gè)值，除HE11模式外，所有模式被截止。只支持一個(gè)模式（基模）的光纖被稱(chēng)作單模光纖。2.2光纖傳輸原理第四十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日6.單模光纖的截止波長(zhǎng)單模光纖的工作原理:則除HE11模外,將截止所有其它的模式.適當(dāng)選取a,n1,n2,使得給定a,n1,n2,則單模光纖中的波長(zhǎng)應(yīng)滿(mǎn)足:-單模光纖的截止波長(zhǎng)2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理第四十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日7.單模光纖的光強(qiáng)分布和模場(chǎng)直徑光強(qiáng)分布:

---Gaussian分布模場(chǎng)直徑(2w):由于衍射效應(yīng)，模場(chǎng)強(qiáng)度有相當(dāng)一部分處于包層中，常用模場(chǎng)直徑2w表示2.2.2Maxwell波動(dòng)理論*2.2光纖傳輸原理單模光纖的光斑尺寸經(jīng)驗(yàn)公式MFD:ModeFieldDiameter第四十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造2.5光纖特性測(cè)量方法

第二章光纖與光纜第四十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3光纖傳輸特性結(jié)構(gòu)參數(shù)傳輸特性參數(shù)幾何參數(shù)(2a,2b)折射率分布n(r)數(shù)值孔徑NA模場(chǎng)直徑2w截止波長(zhǎng)lc損耗帶寬色散光纖參數(shù)非線性特性參數(shù)(與光纖截面結(jié)構(gòu)相關(guān))(與光纖長(zhǎng)度與傳輸狀態(tài)相關(guān))(與光強(qiáng)度等因素相關(guān))第四十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3光纖傳輸特性2.3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)2.3.2光纖的損耗2.3.3光纖的色散2.3.4光纖的帶寬2.3.5光纖的非線性特性2.3.6光纖標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

損耗導(dǎo)致脈沖幅度減小，限制系統(tǒng)的傳輸距離

色散導(dǎo)致脈沖展寬、畸變，限制系統(tǒng)的傳輸容量第五十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)2.3光纖傳輸特性NA越大，集光本領(lǐng)越強(qiáng)，但給制造工藝和損耗帶來(lái)不利1.數(shù)值孔徑(NA)(主要針對(duì)多模光纖）ITU-T建議：G.651光纖N.A.=0.18~0.24,即0.2左右ITU-T:InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardization國(guó)際電信聯(lián)盟-電信標(biāo)準(zhǔn)部第五十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)2.3光纖傳輸特性2.模場(chǎng)直徑MFD(2w))(主要針對(duì)單模光纖）ITU-T建議：光強(qiáng)分布:

模場(chǎng)直徑反映基模場(chǎng)強(qiáng)空間分布集中的程度，即基模光斑的大小fiberMFD(mm)G.652G.653G.654G.6558.6~9.57~8.3(in1310nmwindow)10.5(in1550nmwindow)8~11(in1310nmwindow)第五十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)2.3光纖傳輸特性3.截止波長(zhǎng)lc

(主要針對(duì)SIF單模光纖）理論截止波長(zhǎng)迄今尚未找到一種實(shí)驗(yàn)方法可以準(zhǔn)確地確定理論截止波長(zhǎng)！第五十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)2.3光纖傳輸特性ITU-T定義：長(zhǎng)度不大于2m(或2~20m，22m）的跳線光纜中的一次涂覆光纖的截止波長(zhǎng)lc。有效截止波長(zhǎng)G.652G.653G.654G.655不大于2m跳線≤1250≤14702m~20m跳線≤1260≤1270≤148022m成纜光纖≤1260≤1270≤1530≤1480第五十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗光纖損耗(attenuation)是通信距離的固有限制，在很大程度上決定著傳輸系統(tǒng)的中繼距離，損耗的降低依賴(lài)于工藝的提高和對(duì)石英材料的研究。2.3光纖傳輸特性第五十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗若Pin是入射光纖的功率，則傳輸功率Pout為：1.損耗定義2.3光纖傳輸特性PinPoutL功率損耗：對(duì)數(shù)表示：第五十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗習(xí)慣上損耗用dB/km表示：損耗系數(shù)2.3光纖傳輸特性PinPoutL第五十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日材料吸收、瑞利散射和輻射損耗2.光纖的損耗譜機(jī)理及特性曲線2.3.2光纖的損耗材料吸收(absorption)本征吸收損耗:

石英材料本身的吸收紫外吸收(原子吸收,峰值在0.16μm)紅外吸收(Si-O鍵因振動(dòng)吸收,峰值在9.1μm、12.5μm及21μm)2.3光纖傳輸特性第五十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗雜質(zhì)吸收損耗：光纖中的有害雜質(zhì)的吸收OH離子:過(guò)渡金屬離子:如V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co等，O-H鍵振動(dòng)在2.73μm，與Si-O鍵振動(dòng)相互影響，產(chǎn)生在1.39μm、1.24μm及0.95μm吸收2.3光纖傳輸特性第五十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗瑞利散射(Rayleighscattering)石英材料密度的隨機(jī)變化引起折射率的起伏，導(dǎo)致散射散射大小與4成反比，即()R＝C/4（dB/km）,因而主要作用在短波長(zhǎng)區(qū)在1.55m波段，瑞利散射引起的損耗仍達(dá)0.12~0.16dB/km

，是該段損耗的主要原因。2.3光纖傳輸特性第六十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗輻射損耗(Radiativelosses)又稱(chēng)彎曲損耗(Bendinglosses)光纖的彎曲會(huì)引起輻射損耗有兩種情況的彎曲：一種是曲率半徑比光纖直徑大得多的彎曲；一種是微彎曲。2.3光纖傳輸特性第六十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗2.3光纖傳輸特性α=+B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ)A為瑞利散射系數(shù)

B為結(jié)構(gòu)缺陷散射產(chǎn)生的損耗CW(λ)為雜質(zhì)吸收產(chǎn)生的損耗IR(λ)為紅外吸收產(chǎn)生的損耗UV(λ)為紫外吸收產(chǎn)生的損耗光纖總損耗α與波長(zhǎng)λ的關(guān)系：第六十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗2.3光纖傳輸特性第六十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日

色散是由于不同光信號(hào)分量在光纖中傳輸時(shí),由不同的頻率成分和不同的模式成分傳輸速度不同而產(chǎn)生時(shí)延差不同，造成光信號(hào)脈沖展寬的一種物理效應(yīng)。色散程度常用時(shí)延差來(lái)表示。2.3.3光纖的色散1.光纖色散(Dispersion)2.3光纖傳輸特性多模光纖:模間色散+模內(nèi)色散單模光纖:模內(nèi)色散第六十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性模間色散:模內(nèi)色散:模內(nèi)色散最終可歸因于材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散等。不同模式的光波經(jīng)歷路徑不同,傳導(dǎo)時(shí)間存在延遲差,導(dǎo)致輸入脈沖經(jīng)光纖傳輸后輸出脈沖展寬，適用多模光纖.也叫群速度色散(GVD:GroupVelocityDispersion)

色度色散(CD:ChromaticDispersion)單個(gè)模式中的不同頻率分量具有不同的群速度,光纖輸出時(shí)導(dǎo)致脈沖展寬。第六十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性模內(nèi)色散參數(shù)(or系數(shù))D:常用單位:ps/(nm.km)or

單位光源譜寬和單位長(zhǎng)度光纖的色度色散，即波長(zhǎng)間隔為1nm的光波傳輸1km距離后的時(shí)延第六十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性零色散波長(zhǎng)l0:當(dāng)材料色散Dm、波導(dǎo)色散Dw和折射率剖面色散在某個(gè)波長(zhǎng)互相抵消，使總色散為零時(shí)，該波長(zhǎng)稱(chēng)為零色散波長(zhǎng)，單位nm。MaterialdispersionWaveguidedispersion第六十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性色散對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的影響模擬信號(hào):色散限制帶寬(Bandwith),色散通常用3dB光帶寬f3dB數(shù)字信號(hào):色散產(chǎn)生脈沖展寬,脈沖展寬Δτ表示----模式色散引起脈沖展寬的均方根值----材料色散引起脈沖展寬的均方根值----波導(dǎo)色散引起脈沖展寬的均方根值第六十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.4光纖的帶寬2.3光纖傳輸特性光纖的帶寬模內(nèi)帶寬多模光纖---?；儙?模內(nèi)帶寬單模光纖---模內(nèi)帶寬?；儙捀鱾€(gè)模式間的傳播路徑和速度不同產(chǎn)生的不同模式間的時(shí)延差造成脈沖展寬機(jī)理與單模光纖類(lèi)似，由于光源譜寬和光纖色散特性結(jié)合引起的時(shí)延差第六十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.4光纖的帶寬2.3光纖傳輸特性模內(nèi)帶寬?；儙捰?jì)算公式Dt：?jiǎn)蝹€(gè)光脈沖為高斯型時(shí)輸入/輸出脈沖的半幅值寬度，單位nsDl：光源的半幅值寬度，單位nm總帶寬第七十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.4光纖的帶寬2.3光纖傳輸特性模內(nèi)帶寬用色散系數(shù)表示?；儙挿治鍌€(gè)等級(jí)ITU-T規(guī)定：G.651多模光纖（1310nm）1310nm，D(l)≤6ps/(nm.km)850nm,D(l)≤120ps/(nm.km)≥200MHz；≥500MHz；≥800MHz；

≥1000MHz；≥1200MHz；第七十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性常規(guī)光纖系統(tǒng)中，光纖呈線性傳輸特性。當(dāng)光功率增加到一定值，光纖開(kāi)始出現(xiàn)非線性特性。非線性特性影響非線性特性的因素光波光強(qiáng)、介質(zhì)的非線性系數(shù)、光波與非線性介質(zhì)的有效作用長(zhǎng)度。光纖的非線性分類(lèi)受激散射(StimulatedScattering)克爾效應(yīng)(Kerreffect)第七十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性受激散射(StimulatedScattering)受激拉曼散射(SRS：StimulatedRamanScattering)光信號(hào)與光纖材料的分子振動(dòng)相互作用，進(jìn)而調(diào)制入射光強(qiáng)，產(chǎn)生了恰好是分子振動(dòng)頻率的邊帶信號(hào)，即Stokes線(低頻邊帶)和anti-Stokes線(高頻邊帶)。受激布里淵拉曼散射(SBS：StimulatedBrillouinScattering)光信號(hào)與聲波(由材料晶格振動(dòng)產(chǎn)生)相互作用所引起的與SRS類(lèi)似的非線性現(xiàn)象，但峰值SBS增益比SRS大2個(gè)數(shù)量級(jí)，SBS頻移遠(yuǎn)小于SRS，SBS只出現(xiàn)在后向散射方向。第七十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性克爾效應(yīng)(Kerreffect)光纖的折射率隨光信號(hào)強(qiáng)度而變化的非線性現(xiàn)象，也稱(chēng)折射率擾動(dòng)效應(yīng)Aeff:光纖的有效面積(mm2)n2:光纖的非線性折射率(mm2/mW)n0:光纖的線性折射率(mm2/mW)P:入射到光纖中的平均光功率(mW)第七十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性克爾效應(yīng)(Kerreffect)Kerr效應(yīng)可引起以下5種非線性效應(yīng)：自相位調(diào)制(SPM:Self-phasemodulation)折射率依賴(lài)強(qiáng)度，光信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間變化將對(duì)本身相位產(chǎn)生調(diào)制，相位的導(dǎo)數(shù)為頻率，因而SPM導(dǎo)致光譜展寬。光脈沖的前后沿代表了時(shí)變的強(qiáng)度。交叉相位調(diào)制(XPM:Cross-phasemodulation)多波長(zhǎng)系統(tǒng)中任一波長(zhǎng)信號(hào)的相位受到其它波長(zhǎng)信號(hào)強(qiáng)度起伏的調(diào)制作用，使脈沖光譜展寬。第七十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性四波混合(FWM:Four-wavemixing)兩個(gè)或兩個(gè)以上具有一定強(qiáng)度的不同波長(zhǎng)的光波在光纖中同時(shí)存在時(shí)，入射光會(huì)改變光纖的折射率，從而在不同的波長(zhǎng)處發(fā)生相位調(diào)制，導(dǎo)致產(chǎn)生其它新的波長(zhǎng)的非線性效應(yīng)。調(diào)制不穩(wěn)定性(MI:Modulationinstability)光孤子形成(Solitonformation)第七十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.6光纖的標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用多模單模ITU-T編號(hào)特點(diǎn)應(yīng)用G.651G.653G.652G.654漸變型多模光纖(GIF)常規(guī)單模光纖色散移位光纖(DSF)G.655截止位移光纖(CSF)非零色散光纖(NRDSF)中小容量、中短距離第一代單模光纖，可用于1.31μm和1.55μm第二代單模光纖，在1.55μm色散為零，適用大容量長(zhǎng)距離在1.55μm損耗僅0.15dB/km,在1.31μm色散為零改進(jìn)的色散移位光纖2.3光纖傳輸特性第七十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日G.652標(biāo)準(zhǔn)(常規(guī))單模光纖EDFA頻帶0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(zhǎng)(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652

標(biāo)準(zhǔn)單模光纖是第一代單模光纖,其零色散波長(zhǎng)在1.3m窗口，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU-T)把這種光纖規(guī)范為G.652光纖。2.3光纖傳輸特性第七十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日G.653色散位移光纖(DSF)EDFA頻帶0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(zhǎng)(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652G.653屬于第二代單模光纖,相對(duì)G.652光纖,其零色散波長(zhǎng)從1.3m移到1.55m,ITU規(guī)范其為色散移位光纖(DSF,Dispersion-ShiftedFiber)2.3光纖傳輸特性第七十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日G.654截止位移光纖(CSF)G.654光纖是一種應(yīng)用于1.55m波長(zhǎng)的純石英芯單模光纖,其在1.55m衰減最小，僅為0.151dB/km,但在1.55m色散較大，約為17~20ps/(nmkm),該光纖用于海底光纜長(zhǎng)距離通信.ITU規(guī)范其為截止位移光纖(CSF:Cut-offShiftedFiber)2.3光纖傳輸特性第八十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日G.655非零色散位移光纖(NRDSF)17ps/nm.kmEDFA頻帶0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(zhǎng)(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.653G.652G.655非零色散光纖是一種改進(jìn)的色散移位光纖,其零色散波長(zhǎng)不在1.55m,而是在1.525m或1.585m處,其綜合了標(biāo)準(zhǔn)光纖和色散移位光纖最好的傳輸特性,消除了色散效應(yīng)和四波混頻效應(yīng),適合于高密度WDM系統(tǒng)的傳輸.2.3光纖傳輸特性第八十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日G.656寬帶全波光纖全波光纖,顧名思義,就是在光纖的整個(gè)波段，從1280nm開(kāi)始到1675nm終止，都可以用來(lái)通信，與常規(guī)光纖相比，全波光纖應(yīng)用于DWDM，可使信道數(shù)增加50%，這就為DWDM系統(tǒng)應(yīng)用于城域網(wǎng)創(chuàng)造了條件2.3光纖傳輸特性第八十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日G.657接入網(wǎng)用光纖2.3光纖傳輸特性

在光纖到戶(hù)(FTTH:FiberToTheHome,指將光網(wǎng)絡(luò)單元安裝在住家用戶(hù)或企業(yè)用戶(hù)處)建設(shè)中，由于光纜被安放在擁擠的管道中或者經(jīng)過(guò)多次彎曲后被固定在接線盒和插座的等狹小空間的線路終端設(shè)備中，所以FTTH用的光纜應(yīng)該是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、敷設(shè)方便和價(jià)格便宜的光纜。為了規(guī)范抗彎曲單模光纖產(chǎn)品的性能，ITU-T于2006年通過(guò)了ITU-TG.657《接入網(wǎng)用彎曲不敏感單模光纖和光纜特性》建議.第八十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造2.5光纖特性測(cè)量方法

第二章光纖與光纜第八十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4.3光纖光纜的連接第八十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日光纖是由折射率稍低于纖芯的包層包裹圓柱型纖芯組成的。1.光纖的結(jié)構(gòu)2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造芯包層涂覆層第八十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造2.光纖設(shè)計(jì)主要考慮因素折射率分布;摻雜成分;摻雜量2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造纖芯:用石英作為基本材料,在包層中摻入B2O3降低折射率。包層:用石英作為基本材料,在其中摻入GeO2和P2O5適當(dāng)提高折射率纖芯摻入Ge和P折射率包層摻入B折射率芯包層涂覆層第八十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造3.幾種典型的折射率分布普通光纖:

纖芯摻入GeO2相對(duì)折射率差:D=0.003工作波長(zhǎng):l=1.3um雙包層光纖(W型光纖):纖芯摻入GeO2后，再在纖芯旁邊摻入B2O3工作波長(zhǎng)：l=1.3um~1.6um可制作色散平坦光纖或色散位移光纖2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第八十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造三角芯光纖:改進(jìn)的色散位移光纖,適合密集波分復(fù)用和孤子通信.橢圓芯光纖:雙折射光纖或偏振保持光纖,能使傳輸光保持其偏振狀態(tài).第八十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造4.

光纖的制造過(guò)程制造預(yù)制棒就是尺寸大一些的預(yù)想光纖制造預(yù)制棒的常用方法：改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法

(MCVD:ModifiedChemicalVaporDeposition)

棒外氣相沉積法(OVD:OutsideVaporDeposition)

活化等離子體化學(xué)氣相沉積法

(PCVD:PlasmaChemicalVaporDeposition)2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第九十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造PlasmaChemicalVaporDeposition2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造主反應(yīng)摻雜第九十一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1光纖的設(shè)計(jì)與制造拉纖成絲把預(yù)制棒放進(jìn)拉伸爐，加熱至加熱至2000，使底端受熱熔化；直徑測(cè)試儀通過(guò)改變拉伸速率控制光纖直徑涂敷設(shè)備在包層外面加上外套，同時(shí)用同心監(jiān)控設(shè)備加以控制2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第九十二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造光纜實(shí)物圖第九十三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造1.光纜基本要求保護(hù)光纖的機(jī)械強(qiáng)度和傳輸特性，防止施工過(guò)程和使用期間光纖斷裂，保持傳輸特性穩(wěn)定保護(hù)光纖固有機(jī)械強(qiáng)度的方法塑料被覆應(yīng)力篩選2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第九十四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造光纖緩沖管加強(qiáng)芯外套2.光纜的基本結(jié)構(gòu)此外，還包括防潮層、油膏、開(kāi)索等。第九十五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造各部分的作用：緩沖管：是保護(hù)光纖免受環(huán)境損害的第一層結(jié)構(gòu),緩沖管中可以放入多根光纖，也可以只有一根光纖加強(qiáng)芯：安裝光纖時(shí)，釋放光纖承受的機(jī)械壓力外套：保護(hù)整個(gè)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣的環(huán)境。2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第九十六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造3.幾種典型結(jié)構(gòu)的光纜6芯層絞式光纜PE:PolyEthylene,聚乙烯第九十七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造12芯骨架式光纜第九十八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造12芯束管式光纜第九十九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造帶狀光纜第一百頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造深海光纜第一百零一頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.2光纜的設(shè)計(jì)與制造4.光纜特性拉力特性：取決于加強(qiáng)件的材料和橫截面積。壓力特性：最大側(cè)壓力取決于護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)。彎曲特性：取決于纖芯與包層的相對(duì)折射率差以及光纜的材料和結(jié)構(gòu)。溫度特性：溫度變化時(shí)，由于熱脹冷縮過(guò)程中光纖受到應(yīng)力作用，使損耗增加。2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第一百零二頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.3光纖光纜的連接1.光纖的連接固定連接：永久性，用于光纖線的連接，損耗小，小于0.1dB。常用電弧熔接2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第一百零三頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.3光纖光纜的連接活動(dòng)連接：可拆卸，用于收發(fā)端機(jī)與光纖的連接及實(shí)驗(yàn)室中，損耗較大，0.2dB。套管結(jié)構(gòu)2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第一百零四頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.4.3光纖光纜的連接2.光纜的連接光纖熔接好后，放入光纜接頭盒中加以保護(hù)外護(hù)套和密封部分護(hù)套支撐部分盒內(nèi)連接部分2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造第一百零五頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造2.5光纖特性測(cè)量方法

第二章光纖與光纜第一百零六頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.5光纖特性測(cè)量方法光纖特性參數(shù)幾何特性參數(shù)：纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度等。光學(xué)特性參數(shù)折射率分布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)等。傳輸特性參數(shù)：損耗、色散和帶寬等。第一百零七頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.5.1損耗測(cè)量2.5.2帶寬測(cè)量2.5.3色散測(cè)量2.5光纖特性測(cè)量方法第一百零八頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.5.1損耗測(cè)量1.剪斷法測(cè)量光纖損耗系數(shù)測(cè)量長(zhǎng)度L2的輸出光功率Pout,在注入條件不變的情況下，在離光源附近剪斷光纖，測(cè)量長(zhǎng)度L1

的輸出光功率Pin,計(jì)算出光纖的衰減系數(shù)2.5光纖特性測(cè)量方法第一百零九頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.5.1損耗測(cè)量2.后向散射法測(cè)量光纖損耗系數(shù)瑞利(Rayleigh)散射光功率與傳輸光功率成正比利用與傳輸光方向相反的瑞利散射光功率來(lái)確定光纖損耗2.5光纖特性測(cè)量方法被測(cè)光纖脈沖發(fā)生器時(shí)鐘光源光探測(cè)器放大器數(shù)據(jù)輸出示波器光方向耦合器信號(hào)處理系統(tǒng)后向散射光菲涅爾反射瑞利散射第一百一十頁(yè)，共一百二十一頁(yè)，2022年，8月28