光纖通信系統(tǒng)第二章光纖的傳輸特性.ppt

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光纖的傳輸特性 一 損耗 概念 信號(hào)強(qiáng)度隨距離增加而變?nèi)?主要來(lái)源 吸收 散射 光泄漏 吸收損耗 由制造材料本身及其中的過(guò)渡金屬離子和氫氧根離子等雜質(zhì)對(duì)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 吸收損耗 1 本征吸收 1 紫外吸收 2 紅外吸收2 雜質(zhì)吸收散射損耗 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 光纖在制作過(guò)程中 由于材料在加熱過(guò)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(guò)程中被固定下來(lái) 這種密度不均勻的尺度比光波波長(zhǎng)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(zhǎng)的四次方成反比 在纖芯中制造過(guò)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) 損耗的度量 通信中習(xí)慣上用單位dB km來(lái)表示光纖的損耗損耗系數(shù) 單模通信光纖的衰減曲線 二 色散 概念 由于光纖中光信號(hào)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(hào)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(lèi) 模式色散 材料色散 波導(dǎo)色散 光纖對(duì)在其中傳輸?shù)墓饷}沖的展寬特性 總的脈沖展寬 t 色散 ns km 距離 km 衰減 色散對(duì)脈沖的影響示意 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 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(hào)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(duì)于光纖某一個(gè)模式而言 在不同的頻率下 相位常數(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(zhǎng)間隔內(nèi)頻譜成份通過(guò)單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn)生的色散表示色散大小的程度 稱為波長(zhǎng)色散系數(shù) 用D表示 單位是ps nm km 三 非線性效應(yīng) 光波間或光波與其中傳輸?shù)牟牧现g的相互作用 從而對(duì)光信號(hào)產(chǎn)生影響 能引起噪聲和串?dāng)_ 光纖非線性的形成 單信道系統(tǒng) 功率水平 10mw 速率不超過(guò)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(hào)功率無(wú)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 第一類(lèi)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 StimulateBrillouinScattering 第二類(lèi)非線性效應(yīng) 折射率對(duì)光功率的依賴關(guān)系四波混頻 FWM Four WaveMixing 自相位調(diào)制 SPM Self PhaseModulation 交叉相位調(diào)制 CPM Cross PhaseModulation