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1、（一） 光纤的传输特性一 衰减1光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度方向呈指数规律减少，即：P(L)=P(0)10-(L/10)2 为衰减系数,它的取值只与在光纤中传播的光线的波长有关。3衰减谱衰减（dB/km)单 模 光 纤 的截 止 波 长OH-图 石 英 玻 璃 光 纤 的 衰 减波 长 （ m）石英玻璃光纤的 衰减谱具有三个主要特征是：a. 衰减随波长的 增大而呈降低趋势。b. 衰减吸收峰与 OH 离子有关。c. 在波长大于 1600nm 衰减的 增大的原因是由微（或宏）观弯曲损耗和石英玻璃吸收损耗引起的。4衰减起因光纤中的传输光能衰减的起因是材料本身、制造缺陷、弯曲、接续等对光能的
2、吸收和散射损耗。究其原因，如表 3.1 所示。光纤衰减的主要原因损耗 本征 非本征吸收散射紫外吸收红外吸收瑞利散射米氏散射受激布里散射受激拉曼散射金属离子OH 离子、H 2波导缺陷二 色散1. 由于光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起色散。2. 在光纤中，不同速度的信号传过的距离所需的时延不同。时延差越大，色散就越严重。因此，常用时延差表示色散程度。3. 单模光纤中只传输基模 LP01,总色散由材料色散、波导色散和折射剖面色散组成。这三个色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为波长色散。公式：D() D m Dw
3、 Dp4. 纯石英玻璃材料色散与波长的关系，如图所示。从图可看出，在波长微 1.29m 附近由一个零材料色散波长 0 有所移动，但移动变化甚微，而过了 0 材料色散微正值。材料色散（ps/(nk图 纯 石 英 玻 璃 材 料 色 散 与 波 长 的 关 系 波 长 （ ）三偏振模色散光纤中的光传输可描述为完全时沿 X 轴振动和完全是沿 Y 轴上的振动或一些光在两个轴上的振动，如下图。每个轴代表一个偏振“模” 。两个偏振模的到达时间差称为偏振色散 PMD(Polarization Mode Dispersion)。造成单模光纤中的 PMD 的内在原因是光纤的椭圆度和残余内应力。四光纤的非线性效应
4、1当光功率增加到一定程度时，光信号与光纤传输媒介间的非线性交互现象将会呈现。光纤的非线性可分为两类：受激散射效应和折射率扰动。2受激散射效应也分为两种形式：由于声光子振动而产生的受激布里渊散射（SBS ）和由于分子振动而产生的受激拉曼散射。3折射率扰动引起的五种非线性效应为：自相位调制、光孤子形成、交叉相位调制、调制不稳定和四波混频。（二） 光纤折射率分布一基本原理1. 纤芯中的光折射率不是均匀分布的，它随 r（离开光纤芯轴的距离）的变化而变化。公式：n=n(r)2. 光折射率的变化规律一般分三种，表现在 g（折射率分布指数）的不同取定： 芯 折 射 率n12-a+a(r)包 层 折 射 率
5、图 光 折 射 率 分 布 =2g g=1 三角形分布; g=2 抛物线分布(梯度分布); g 阶跃分布3. 纤芯中传导的模数量 N 与折射率 g 和归一化频率 V 有关：N=V2/2g/(g+2)V=2(a/ )NA=RaNANA=n12-n22V 值相同时，三角折射率分布光纤芯中传导模数量最少。4. 能同时传输几个模的光纤称为多模光纤。光纤中传导模数量越少，光纤的带宽就越宽。如果要减少模数（即 V 值） ，则必须减小芯直径 2a或数值孔径 NA，或者增大光波长。5. 阶跃折射率分布（g）的光纤，V 值比常数 VC =2.405 更小，仅有一个模，即基模 LP01 能在纤芯中传播。这种只传播
6、一个模的光纤称为单模光纤。6. 具有不同折射率的光纤，其极限值 VC 也不一样：VC= VC (g+2)/g1/27. 由于 =（2a/ VC）NA，所以对于所有波长 c，仅有一个模能在这种特定的光纤中传播。因此，波长大于 c 的光纤是单模光纤。二设计原则1高带宽和低色散2衰减系数小3剖面结构合理三剖面类型光纤中折射率在剖面上的不同分布决定了光纤具有不同的特性，光纤就是按照这些不同的特性分类的。（三） 光纤的种类光纤可分为两大类：A 类（多模光纤）和 B 类（单模光纤） 。其详细分类请见以下表：类 别A1A2.1A2.2A3A4类 别B1.1B1.2B1.3B2B3B4按 国 际 电 工 委
7、员 会 分 类 ：多 模 光 纤 (A类 )材 料 类 型玻 璃 芯 /玻 璃 包 层 梯 度 折 射 率 光 纤玻 璃 芯 /玻 璃 包 层 准 阶 跃 折 射 率 光 纤玻 璃 芯 /玻 璃 包 层 阶 跃 折 射 率 光 纤玻 璃 芯 /玻 璃 包 层 阶 跃 折 射 率 光 纤塑 料 光 纤单 模 光 纤 （ B类 ）材 料 零 色 散 位 移 标 称 值 （ nm）非 色 散 位 移 光 纤 1310截 止 波 长 位 移 光 纤 1310波 长 段 扩 展 的 非 色 散 位 移 光 纤 1300-1324色 散 位 移 光 纤 1550色 散 平 坦 光 纤 13101550非
8、零 色 散 位 移 光 纤 1625 多模光纤的分类：A1a 50/125 0.85,1.30 200-1500 0.20-1.5A1b 62.5/125 0.85,1.30 300-1000 0.26-0.29A1c 85/125 0.85,1.30 100-1000 0.26-0.300.8 1.5 数 据 链 路 、 局 域 网类 型 芯 /包 直 径 工 作 波 长( m) 带 宽 (MHz)四 种 梯 度 型 多 模 光 纤 的 传 输 性 能 几 应 用 场 合 :局 域 网 、 传 感 器0.8 2.02数 值 孔 径 衰 减 系 数(dB/km) 应 用 场 合数 据 链 路
9、、 局 域 网光 线 类 型 A3a A3b A3c A4a A4b A4c200/300 980/1000200/380 730/750200/230 480/500工 作 波 长 ( m) 0.85 0.65带 宽 (MHz) 5 10数 值 孔 径 0.4 0.5衰 减 系 数 (dB/km) 10 40dB/0.1km典 型 适 用 长 度 （ m) 1000 100三 类 九 种 阶 跃 型 多 模 光 纤 的 传 输 性 能 及 应 用 场 合 ：A2a A2b A2c芯 /包 直 径100/140200/240200/2802000应 用 场 合 短 距 离 信 息 传 输 、 楼 内 局 部 布 线 、 传 感 器 等0.85 100.23 0.26 10单模光纤的分类：11310nm8.6 9.50.71310nm9.30.51550nm10.50.71310nm1550 1550 1550nm: 1.00 1550nm:应 用场 合这 种 光 纤 的 优 点 是 在 1550nm工 作 波 长 范 围 内 有 很 大 的 负 色 散 ， 其 主 要 用 作 G.652光 纤 工 作波 长 由 1310nm扩 容 升 级 至 1550nm的 进 行 色 散 补 偿 。-80 -150
