光纤通信第一章课件

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1、绪论绪论光纤光纤光发射机光发射机光接收机光接收机光纤通信系统设光纤通信系统设计计教材：教材：光纤通信（第二版）光纤通信（第二版） 顾婉仪顾婉仪 人民邮电出版社人民邮电出版社参考书：参考书：1.1.光纤通信及网络技术光纤通信及网络技术 徐宝强徐宝强 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社2.2.光纤通信（第四版光纤通信（第四版 ） GerdGerd Keiser Keiser 电子工业出版社电子工业出版社光光 纤纤 通通 信信绪论绪论光纤通信的含义光纤通信的含义发展历史、现状发展历史、现状光纤通信特点光纤通信特点一一.光纤通信的含义光纤通信的含义通信（通信（Communication）光通

2、信（光通信（Optical Communication）光纤通信（光纤通信（ Optical fiber Communication）部分电磁波频谱部分电磁波频谱光纤光发射机电端机电端机电端机电端机光接收机光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成光源光源调制器调制器调制器调制器驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路放大器放大器光电二光电二极管极管判决器判决器光纤光纤光纤光纤光纤光纤光纤光纤中继器中继器中继器中继器光发射机光发射机光发射机光发射机光接收机光接收机光接收机光接收机光光光光 纤纤纤纤中中中中 继继继继 器器器器光光光光 器器器器 件件件件光纤-传输通道功率降低脉冲展宽畸变损耗（Loss）色散（

3、Dispersion）非线性效应（ Nonlinearity）有三种危害有三种危害光发射机-PCM加载到光源上驱动电路驱动电路光光 源源调制器调制器通道耦合器通道耦合器电信号输入 光输出LED、LD、DFB光接收机-接收光信号光检测器偏压控制前置放大器AGC电路均衡器判决器时钟提取再生码流主放大器光信号PIN APD中继器恢复原来的信号放大（Reamplifying）重定时（Retiming）整形（ Reshaping）3R:二二.光纤通信的发展光纤通信的发展Fire beacons 狼烟狼烟 1880年，贝尔年，贝尔(Bell)发明了发明了 “光电话光电话”。光电话存在问题：光电话存在问题：

4、1.光源光源 2.传输媒质传输媒质 光纤通信的发展方向：光纤通信的发展方向：1. 3U2. 1250nm-1650nm 损耗损耗0.5dB/km 1962 半导体激光器1960 梅曼 红宝石激光器动态单纵模DFB-LD1975年 1310、1550nm MM-LD静态单纵模DFB-LD1970 双异质结半导体激光器双异质结半导体激光器 850nmDSF色散位移光纤MMF to SMFSMF1966 高锟 论文预言波长1310、1550 nm低损耗窗口1970 康宁、损耗康宁、损耗20dB/km商用：大有效面积NZDSFNZDSF商用：DFB-MQW-LD多量子阱激光器1962 半导体激光器19

5、60 梅曼 红宝石激光器动态单纵模DFB-LD1975年 1310、1550nm MM-LD静态单纵模DFB-LD1970 双异质结半导体激光器双异质结半导体激光器 850nmDSF色散位移光纤MMF to SMFSMF1966 高锟 论文预言波长1310、1550 nm低损耗窗口1970 康宁、损耗康宁、损耗20dB/km商用：大有效面积NZDSFNZDSF商用：DFB-MQW-LD多量子阱激光器第一阶段：第一阶段：70s 70s 波长：波长：850nm850nm 光纤：多模光纤光纤：多模光纤 MMFMMF 速率：速率：10-100Mb/s10-100Mb/s 距离：距离：10km10km三

6、三.光纤通信系统的发展光纤通信系统的发展第二阶段：第二阶段：80s 80s 波长：波长：13101310nm 激光器：激光器：MM-LD 光纤：光纤： MMF：100Mb/s，10km SMF:1.7Gb/s, 50km 第三阶段：第三阶段：80-90s80-90s 波长：波长：1550nm 激光器：激光器：SM-LD 光纤：光纤：SMF 2.5GBb/s，100km 第四阶段：第四阶段：90s, ,波长：波长：1550nm OA ：光放大器（：光放大器（EDFA） DWDM：密集波分复用：密集波分复用 三三.光纤通信的应用光纤通信的应用四四.特点特点1.光波作为载波，速率高、信息量大；光波作

7、为载波，速率高、信息量大；2. 光纤，损耗小、中继距离大；光纤，损耗小、中继距离大；3.抗电磁干扰；抗电磁干扰；4.保密性好；保密性好；5.尺寸小、重量轻；尺寸小、重量轻；6.资源丰富。资源丰富。各种传输线路的损耗特性光纤通信的缺点光纤通信的缺点1 1、光纤的弯曲半径不易过小。、光纤的弯曲半径不易过小。2 2、切断和连接操作复杂。、切断和连接操作复杂。3 3、分路、耦合麻烦、分路、耦合麻烦。28光纤的结构光纤的结构光纤的基本理论光纤的基本理论光纤的基本参数光纤的基本参数单模光纤单模光纤第一章第一章 光纤的基本理论光纤的基本理论结构特性：几何尺寸、分类结构特性：几何尺寸、分类光学特性：折射率、数

8、值孔径光学特性：折射率、数值孔径 传输特性：传输特性：损耗损耗和和色散色散 光纤的特性：光纤的特性： 教学重点及难点教学重点及难点重点重点: : 一、分析光纤的导光原理；一、分析光纤的导光原理； 二、理解二、理解光纤损耗和色散的概念光纤损耗和色散的概念 ； 三、掌握光纤单模传输条件的计算。三、掌握光纤单模传输条件的计算。难点：难点： 光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论1.1.1 1.1.1 光纤的结构和分类光纤的结构和分类 核心核心结构：结构：纤芯、包层纤芯、包层一、结构一、结构 1. 1.纤芯纤芯： 光波传输的主要通道。光波传输的主要通道。 直径直径2a一般在一般在450m。 折射率用折射

9、率用n1表示。表示。2. 包层：包层：2b=125 m。 折射率用折射率用 n2表示。表示。 3. 涂覆层涂覆层：保护光纤不受水气侵蚀和机械擦伤。：保护光纤不受水气侵蚀和机械擦伤。注：注：n1 n2。这是光在光纤中传输的必要条件。这是光在光纤中传输的必要条件。1.1.1.1.根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类 （1 1 1 1）阶跃型光纤）阶跃型光纤）阶跃型光纤）阶跃型光纤 （2 2 2 2）渐变型光纤）渐变型光纤）渐变型光纤）渐变型光纤阶跃光纤的折射率分布渐变光纤的折射率分布

10、 二、分类二、分类二、分类二、分类 2.2.2.2.根据光纤传输模式的不同分类根据光纤传输模式的不同分类根据光纤传输模式的不同分类根据光纤传输模式的不同分类 （1 1）单模光纤：）单模光纤：）单模光纤：）单模光纤：传输一个模式的光波，光线以直线形状传输一个模式的光波，光线以直线形状传输一个模式的光波，光线以直线形状传输一个模式的光波，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。纤芯直径只有沿纤芯中心轴线方向传播。纤芯直径只有沿纤芯中心轴线方向传播。纤芯直径只有沿纤芯中心轴线方向传播。纤芯直径只有410 410 mm。只有。只有。只有。只有 阶跃型光纤。长距离，大容量通信阶跃型光纤。长距离，大容量通信

11、阶跃型光纤。长距离，大容量通信阶跃型光纤。长距离，大容量通信 根据电磁场理论：光波存在许多不同的模式根据电磁场理论：光波存在许多不同的模式单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤 （ 2 2）多模光纤：）多模光纤：）多模光纤：）多模光纤：传输多个模式的光波。包括传输多个模式的光波。包括传输多个模式的光波。包括传输多个模式的光波。包括 A A 阶跃型光纤。短距离，小容量通信阶跃型光纤。短距离，小容量通信阶跃型光纤。短距离，小容量通信阶跃型光纤。短距离，小容量通信 B B 渐变型光纤。中距离，中容量通信渐变型光纤。中距离，中容量通信渐变型光纤。中距离，中容量通信渐变型光纤。中距离，中容量通信2.2.根据光

12、纤传输模式的不同分类根据光纤传输模式的不同分类根据光纤传输模式的不同分类根据光纤传输模式的不同分类 3. 3. 3. 3.按照制造光纤所用的材料按照制造光纤所用的材料按照制造光纤所用的材料按照制造光纤所用的材料分类分类分类分类 石英系光纤石英系光纤 多组分玻璃光纤多组分玻璃光纤 塑料包层石英芯光纤塑料包层石英芯光纤 全塑料光纤全塑料光纤 4. 4. 4. 4. 根据光纤的工作波长分类根据光纤的工作波长分类根据光纤的工作波长分类根据光纤的工作波长分类 实用光纤主要有三种基本类型实用光纤主要有三种基本类型实用光纤主要有三种基本类型实用光纤主要有三种基本类型 1.1.多多多多模模模模阶阶阶阶跃跃跃跃

13、光光光光纤纤纤纤（Step Step Index Index Fiber, Fiber, SIFSIF）， 一般一般2a=50m2a=50m，特点是信号畸变大。，特点是信号畸变大。 作作作作用用用用：相相应应的的带带宽宽只只有有10-20 10-20 MHzMHzkmkm，只只能能用用于小容量（于小容量（8 Mb/s8 Mb/s以下）短距离（几以下）短距离（几kmkm以内）系统。以内）系统。 2.2.多多 模模 渐渐 变变 光光 纤纤 （ Graded Graded Index Index Fiber, Fiber, GIFGIF），2a2a为为50m50m，特特点点是是信信号号畸畸变小。变小

14、。 作用作用：带宽可达：带宽可达1-2 1-2 GHzGHzkmkm，适用于中等容，适用于中等容量（量（34-140 Mb/s34-140 Mb/s）中等距离（）中等距离（10-20 km10-20 km）系统。）系统。3.3.3.3.单单单单 模模模模 光光光光 纤纤纤纤（Single Mode Fiber, SMF），2a=4-10 m，其信号畸变很小。，其信号畸变很小。 作用作用：大容量：大容量（565 Mb/s2.5 Gb/s）长距离）长距离(30 km以上以上)系统要用单模光纤系统要用单模光纤 (a) 双包层； (b) 三角芯； (c) 椭圆芯 双包层光纤双包层光纤双包层光纤双包层光

15、纤 色散平坦光纤色散平坦光纤（Dispersion Flattened Fiber, DFF） 色散移位光纤色散移位光纤（Dispersion Shifted Fiber, DSF） 三角芯光纤三角芯光纤三角芯光纤三角芯光纤 椭圆芯光纤椭圆芯光纤椭圆芯光纤椭圆芯光纤 双折射光纤双折射光纤或偏振保持光纤偏振保持光纤。 特种单模光纤特种单模光纤国际电联国际电联ITU-T 的光纤标准的光纤标准nG.651：多模光纤nG.652：第一代单模光纤（用量最大的）nG.653： 1550nm 零色散单模光纤nG.654 ：1550nm 波长衰减最小光纤nG.655：非零色散位移光纤nG.656：光学传输原理

16、光学传输原理分析光纤传输原理的常用方法：分析光纤传输原理的常用方法： 几何光学法几何光学法几何光学法几何光学法 麦克斯韦波动方程法麦克斯韦波动方程法麦克斯韦波动方程法麦克斯韦波动方程法几何光学法几何光学法几何光学法几何光学法（射线光学）：（射线光学）：（射线光学）：（射线光学）：是忽略波长的光学（波长是忽略波长的光学（波长是忽略波长的光学（波长是忽略波长的光学（波长趋近于趋近于趋近于趋近于0 0），用射线代表光能量传输路线的方法。），用射线代表光能量传输路线的方法。），用射线代表光能量传输路线的方法。），用射线代表光能量传输路线的方法。波波波波动动动动方方方方程程程程法法法法：把把把把光光光光

17、作作作作为为为为经经经经典典典典电电电电磁磁磁磁场场场场来来来来处处处处理理理理，研研研研究究究究电电电电磁磁磁磁波波波波在在在在光光光光纤纤纤纤中中中中的的的的传传传传输输输输规规规规律律律律，得得得得到到到到光光光光纤纤纤纤中中中中的的的的传传传传播播播播模模模模式式式式、长长长长结构等。结构等。结构等。结构等。 分析问题的两个出发点分析问题的两个出发点 数值孔径数值孔径 时间延迟时间延迟 通过分析光束在光纤中传播的空间分布空间分布和时间分布时间分布 射线光学法分析问题的两个角度射线光学法分析问题的两个角度 多模阶跃光纤多模阶跃光纤 多模渐变光纤多模渐变光纤1.1.2 多模阶跃折射率光线的

18、射线光学理论分析多模阶跃折射率光线的射线光学理论分析光纤通信课程 第一章45多模阶跃折射率光纤的射线光学理多模阶跃折射率光纤的射线光学理论分析论分析 n n全反射全反射n n光纤的数值孔径光纤的数值孔径n n光纤的相对折射率差光纤的相对折射率差n n最大群时延差最大群时延差 (1) (1) 反射与折射反射与折射(2) (2) 全反射临界全反射临界 临界角临界角 (3) (3) 全反射全反射1.光的全反射光的全反射 全反射条件：全反射条件： 光线由光密介质光线由光密介质 光疏介质光疏介质 入射角入射角全发射临界角全发射临界角光纤的导光特性：光纤的导光特性：光纤的导光特性：光纤的导光特性：是基于光

19、线在是基于光线在纤芯纤芯和和包层包层交界面上交界面上的的全反射全反射。把光线限制在纤芯中传输。把光线限制在纤芯中传输。光纤光纤种类：子午线光纤光纤种类：子午线 斜射线斜射线n n0 0 ：空气折射率：空气折射率n n1 1 ：纤芯折射率：纤芯折射率n n2 2 ：包层折射率：包层折射率 且且n n1 1nn2 2nn0 02.2.2.2.子午线在光纤中的传输子午线在光纤中的传输子午线在光纤中的传输子午线在光纤中的传输（1 1）临界入射（）临界入射（ 空气中的入射临界角空气中的入射临界角） 与内内内内光光光光线线线线入射角的临界角 相对应，光纤入入射射光光的的入入射射角角 有一个最最最最大大大大

20、值值值值 ，称为光光光光纤纤纤纤端端端端面面面面入入入入射射射射临临临临界界界界角角角角（简称入射临界角入射临界角入射临界角入射临界角）。 (2)(2)全反射传输全反射传输 当当 时，时， 临界角，临界角， 光线在纤芯和包层交界光线在纤芯和包层交界面发生全反射。将光线束缚在纤芯内传输。面发生全反射。将光线束缚在纤芯内传输。(3)不能全反射不能全反射 ，则，则 临界角，不能发生全反射。有临界角，不能发生全反射。有折射发生，光线有损失。折射发生，光线有损失。 半锥角 由此可见，只有在半锥角为 的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。 3.数值孔径数值孔径 根据传播条件，定义入射临界角的根据传播条件，定

21、义入射临界角的正弦正弦正弦正弦为为数值孔数值孔数值孔数值孔径径径径 ( (Numerical Aperture, Numerical Aperture, NANA) )。即光纤的数值孔径为：。即光纤的数值孔径为： 光光纤纤的的数数值值孔孔径径NA仅仅决决定定于于光光纤纤的的折折射射率率n1和和n2 ，与光纤的，与光纤的直径直径无关。无关。 光光纤纤的的数数值值孔孔径径NA越大，纤纤芯芯对对光光能能量量的束束缚缚越强越强，光纤抗弯曲性能越好；(集光能力越好集光能力越好集光能力越好集光能力越好) 公式可知，NA越大，n1，n2的差值越大；经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量限制了

22、信息传输容量限制了信息传输容量限制了信息传输容量。 选择适当的NA，通常用于通信的光纤NA的取值范围为0.10.3之间。 4 4、相对折射率差、相对折射率差 n n1 1 和和n n2 2 差差值值的的大大小小直直接接影影响响着着光光纤纤的的性性能能，引引入入相对折射率差来表示它们相差的程度，用相对折射率差来表示它们相差的程度，用表示，即表示，即光纤的数值孔径可表示为：光纤的数值孔径可表示为： 弱导光纤，有弱导光纤，有弱导光纤，有弱导光纤，有 n1 n n2 2 ，此时此时此时此时 例题：例题： 设光纤的纤芯折射率设光纤的纤芯折射率n n1 1=1.500=1.500，包层折射率，包层折射率n

23、 n2 2=1.485=1.485。求。求: : （1 1）相对折射率差）相对折射率差 ； （2 2）数值孔径）数值孔径NANA； （3 3）入射临界角）入射临界角 。 解：解：（1 1）相对折射率差）相对折射率差 ：（2 2）数值孔径）数值孔径NANA：（3 3）入射临界角）入射临界角0.210.2112.1212.12o0.010.01 5.5.斜射线在光纤中的传输斜射线在光纤中的传输 斜射线在光纤中传输为一条空间折线。斜射线在光纤中传输为一条空间折线。 焦散面：焦散面：传输轨迹限定在一定的范围内，并与一圆面传输轨迹限定在一定的范围内，并与一圆面相切，该元柱面称为焦散面，半径为相切，该元柱

24、面称为焦散面，半径为a a0 0图图A 光纤端面投影图光纤端面投影图图图B 光线传输的路径光线传输的路径a0=a 折线变为螺旋线折线变为螺旋线a0=0 斜射线变为子午线斜射线变为子午线6.6.时间延迟（时延时间延迟（时延）时时时时间间间间延延延延迟迟迟迟 入入射射角角为为 的的光光线线在在长长度度为为L(AC)L(AC)的的光光纤纤中中传输，所经历的路程为传输，所经历的路程为 ; ;多模阶跃光纤最大时延差多模阶跃光纤最大时延差时间延迟差在时域产生脉冲展宽脉冲展宽脉冲展宽脉冲展宽，或称为信号畸变信号畸变信号畸变信号畸变。 它限制了光纤的传输带宽它限制了光纤的传输带宽 7. NA 与与 的关系的关

25、系NA 越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高；但NA 越大，模间色散越严重。 常用于通信的光纤的常用于通信的光纤的NA 取值范围为取值范围为: : 0.10.10.30.3是输入脉冲展宽的一种度量 时间展宽不超过系统比特间隔（时间展宽不超过系统比特间隔（ ），就不会产），就不会产生码间串扰，系统的比特率为生码间串扰，系统的比特率为 光纤的最大比特率距离积光纤的最大比特率距离积BLBL定义定义为光纤信息传输容量为光纤信息传输容量为光纤信息传输容量为光纤信息传输容量 例：多模阶跃光纤，纤芯折射率n1=1.5 ，包层折射率n2=1.497，求其传输容量BL。1.1.3 渐变折射率光

26、纤渐变折射率光纤n n折射率分布折射率分布折射率分布折射率分布n n相对折射率差相对折射率差相对折射率差相对折射率差设计渐变光纤的目的是减小多模光纤的群设计渐变光纤的目的是减小多模光纤的群设计渐变光纤的目的是减小多模光纤的群设计渐变光纤的目的是减小多模光纤的群时延差时延差时延差时延差-模式色散模式色散模式色散模式色散 适当选择折射率分布，可以使不同适当选择折射率分布，可以使不同入射角的光线有大致相等的光程。入射角的光线有大致相等的光程。r 和和 a 分别为径向坐标和纤芯半径；分别为径向坐标和纤芯半径； 为相对折射率为相对折射率差；差；g为折射率分布指数折射率分布指数1.渐变折射率光纤折射率渐变

27、折射率光纤折射率702.相对折射率差相对折射率差其中其中n(0)n(0)、n n2 2分别是分别是r r0 0处和包层的折射率处和包层的折射率 71渐变光纤中引入本地数值孔径的概念渐变光纤中引入本地数值孔径的概念 指光纤端面上某一点的数值孔径指光纤端面上某一点的数值孔径 3.数值孔径数值孔径r i =00=04.自聚焦效应自聚焦效应 不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在一点上，这种现象称为自自自自聚聚聚聚焦焦焦焦效效效效应应应应。5.5.最大时延差最大时延差最大时延差最大时延差6.6.渐变光纤的最大比特率距离积渐变光纤的最大比特率距离积BLBL例：一根多模渐渐变变光光纤纤

28、的长度L=1km，纤芯的折射率n(0)=1.5，相对折射率差=0.01，求其模式色散传输容量BL。 一、引入归一化频率一、引入归一化频率V V -V -光纤的归一化频率；光纤的归一化频率；光纤的归一化频率；光纤的归一化频率； n n1 1- -纤芯折射率；纤芯折射率；纤芯折射率；纤芯折射率； - -相对折射率差；相对折射率差；相对折射率差；相对折射率差； -传输光波长传输光波长传输光波长传输光波长。 1.2.2 1.2.2 波动光学理论分析波动光学理论分析 二、传输条件二、传输条件 V - 光纤的归一化频率；光纤的归一化频率；Vc - 光纤的归一化截止频率。光纤的归一化截止频率。传输传输条件条

29、件当V V 2.40483 2.40483 时，只有 一个模式存在，其余模式全部截止。 称为基模基模或或主模主模。基模以外的模式统称高次模。三、单模传输条件三、单模传输条件 单模传输条件单模传输条件单模传输条件单模传输条件 截止波长：截止波长： 该模式可传输， 该模式截止。 对于突变型光纤突变型光纤，g， ； 对于平方律渐变型光纤平方律渐变型光纤，g=2， 。 四、传输模数四、传输模数光纤最重要的传输特性：光纤最重要的传输特性： 损耗限制系统的传输距离损耗限制系统的传输距离 色散则限制系统的传输容量色散则限制系统的传输容量 1.损耗系数损耗系数 损损损损耗耗耗耗的的存存在在 光光信信号号幅幅幅

30、幅度度度度减减小小 限限制制系系统统的的传输距离传输距离传输距离传输距离 。 损耗系数：单位长度光纤引起的光功率衰减损耗系数：单位长度光纤引起的光功率衰减1.4 光纤的损耗光纤的损耗包括包括吸收损耗吸收损耗吸收损耗吸收损耗、散射损耗散射损耗散射损耗散射损耗和和和和其他损耗其他损耗其他损耗其他损耗三部分。三部分。 吸吸吸吸收收收收损损损损耗耗耗耗 是是由由SiO2材材料料引引起起的的固固有有吸吸收收和和由由杂杂质质引起的吸收产生的。引起的吸收产生的。 散散散散射射射射损损损损耗耗耗耗 主主要要由由材材料料微微观观密密度度不不均均匀匀引引起起的的瑞瑞瑞瑞利利利利(Rayleigh (Rayleig

31、h ) )散散散散射射射射和和由由光光纤纤结结结结构构构构缺缺缺缺陷陷陷陷(如如气气泡泡)引引起起的的散散射射产生的。产生的。 2. 损耗的因素损耗的因素n归纳为：本征损耗、制造损耗、附加损耗归纳为：本征损耗、制造损耗、附加损耗本本征征损损耗耗本征吸收本征吸收红外吸收红外吸收紫外吸收紫外吸收电子越迁电子越迁分子震动分子震动瑞利散射瑞利散射折射率不均匀折射率不均匀瑞利散射损耗与瑞利散射损耗与 成正比成正比 制制造造损损耗耗结构缺陷结构缺陷散射损耗散射损耗附加损耗：光纤成缆以后出现的损耗。附加损耗：光纤成缆以后出现的损耗。杂质吸收杂质吸收过渡金属离子过渡金属离子 OH1.5 光纤色散 一、一、光纤

32、的色散概念光纤的色散概念1、色散、色散 在物理光学中，色散是指由于某种物理原因使具有不同波长的光不同波长的光经过透明介质后被散开被散开的现象。2、光纤的色散 在光纤中光纤中，光信号光信号是由很多不同的成分组成的，由于信号的各频率成分或各模式成分的传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成分之间出现时延差，引起传输信号波形失真，脉冲展宽，这种现，这种现象称为象称为光纤色散光纤色散。 883.光纤中的色散分类光纤中的色散分类n n模式色散（多模光纤）模式色散（多模光纤）n n材料色散材料色散n n波导色散波导色散n n偏振模色散偏振模色散 （1 1）模式色散）模式色散 D:/%E5%85%89%

33、E7%BA%A4%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8F%AF%E8%A7%81%E5%8A%A8%E7%94%BB/%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E7%AB%A0/%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E8%89%B2%E6%95%A3.swf是由于是由于不同模式不同模式的时间延迟不同而产生的时间延迟不同而产生模式不同，传输的群速度不同。模式不同，传输的群速度不同。存在于多模光纤中。存在于多模光纤中。存在于多模光纤中。存在于多模光纤中。 （2 2）材料色散n材料折射率随波长变化而引起的。材料折射率随波长变化而引起的。n n光源有一定的光谱宽度。光源有一定的光谱宽度。nn()

34、Vg纯石英材料在纯石英材料在1270nm时材料色散为零时材料色散为零 -材料的零色散波长材料的零色散波长时延差时延差91（3 3）波导色散）波导色散n n传输模式的群速度随光波长变化而改变传输模式的群速度随光波长变化而改变n n光源的光谱谱宽不为零光源的光谱谱宽不为零n n它还与波导效应有关它还与波导效应有关()Vg材料色散和波导色散总称为色度色散材料色散和波导色散总称为色度色散单模光纤色散特性单模光纤色散特性 （4 4）偏振模色散）偏振模色散 由于 HE11y 和 HE11x 模的传播常数y 和x 小不同，因此引起这两个模式传输的不同步，从而形成色散。这种色散叫做极化色散。 模式色散 材料色

35、散 波导色散 偏振模色散 光纤这四种色散的大小有如下关系： 在多多模模光光纤纤中，有模模式式色色散散和波波长长色色散散，而以模式色散为主。 在在单单模模光光纤纤中中，不不存存在在模模式式色色散散，而而只只存存在在材材料料色色散散、波波导导色色散散和和极极化化色色散散。由由于于极极化化色色散散很很小小，一一般般忽忽略不计。略不计。 光纤通信课程 第一章994 4、光纤色散的表示法、光纤色散的表示法n色散系数色散系数D D（ ）n最大时延差最大时延差n光纤的带宽光纤的带宽B B光纤通信课程 第一章100光纤的光纤的色散系数色散系数D( )定义：单位光谱线宽光源在单位长度光定义：单位光谱线宽光源在单

36、位长度光纤上所引起的时延差。纤上所引起的时延差。101最大时延差最大时延差 ： 描述光纤中速度最快和最慢的光波成分描述光纤中速度最快和最慢的光波成分的时延之差。时延差越大，色散越严重。的时延之差。时延差越大，色散越严重。多模光纤的色散多模光纤的色散单模光纤的色散单模光纤的色散 定义：定义：调制信号调制信号经过光波运载后，光功率经过光波运载后，光功率降低降低一半一半的的频率频率，相应于，相应于光功率光功率的的3dB带宽。或带宽。或电功率电功率的的6dB带宽。带宽。光纤带宽光纤带宽光纤的带宽光纤的带宽 带宽与长度的关系带宽与长度的关系B 为光纤为光纤每千米每千米带宽；带宽； B 为光纤长度为为光纤

37、长度为L km时带宽；时带宽；E 为带宽长度系数，单模光纤E=1。1051.6 光纤的非线性效应光纤的非线性效应n高光功率高光功率n细的纤芯细的纤芯光纤的非线性可以分为两类：光纤的非线性可以分为两类：受激散射效应受激散射效应：受激布里渊散射受激布里渊散射 受激拉曼散射受激拉曼散射折射率扰动折射率扰动 （Kerr效应）效应）非线性效应非线性效应单模：材料色散为主单模：材料色散为主多模：模式色散和材料色散共有多模：模式色散和材料色散共有 色散除了与材料和光纤结构有关，还和光源频率有关色散除了与材料和光纤结构有关，还和光源频率有关重点：重点： 1.光纤的结构，分类光纤的结构，分类 2.数值孔径，折射率分布数值孔径，折射率分布 3.损耗，色散损耗，色散 4.时延、时延差、归一化频率、单模传输条件时延、时延差、归一化频率、单模传输条件