《光纤的特性》PPT课件

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1、第二章光纤的特性2.1引言光纤传输损耗、色散和偏振是光纤最重要特性参量。它在很大程度上决定了中继站之间的距离。2021/7/162.2光纤的损耗损耗吸收损耗散射损耗本征吸收杂质离子吸收过渡族金属离子OH-紫外吸收红外吸收本征散射及其他制作缺陷芯-包层界面不理想喇曼散射瑞利散射折射率分布不均匀气泡、条纹、结石布里渊散射与波长四次方成反比2021/7/162.2.1光纤的损耗特性吸收损耗吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和氢氧根离子(OH－)等杂质对光的吸收而产生的损耗，前者是由光纤材料本身的特性所决

2、定的，称为本征吸收损耗。2021/7/161.本征吸收损耗本征吸收损耗在光学波长及其附近有两种基本的吸收方式。(1)紫外吸收损耗紫外吸收损耗是由光纤中传输的光子流将光纤材料中的电子从低能级激发到高能级时，光子流中的能量将被电子吸收，从而引起的损耗。2021/7/16(2)红外吸收损耗红外吸收损耗是由于光纤中传播的光波与晶格相互作用时，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起的损耗。2.杂质吸收损耗光纤中的有害杂质主要有过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等和OH－。2021/7/163.原子缺陷

3、吸收损耗通常在光纤的制造过程中，光纤材料受到某种热激励或光辐射时将会发生某个共价键断裂而产生原子缺陷，此时晶格很容易在光场的作用下产生振动，从而吸收光能，引起损耗，其峰值吸收波长约为630nm左右。2021/7/16散射损耗1.线性散射损耗任何光纤波导都不可能是完美无缺的，无论是材料、尺寸、形状和折射率分布等等，均可能有缺陷或不均匀，这将引起光纤传播模式散射性的损耗，由于这类损耗所引起的损耗功率与传播模式的功率成线性关系，所以称为线性散射损耗。2021/7/16(1)瑞利散射瑞利散射是一种最基本的散射过程

4、，属于固有散射。对于短波长光纤，损耗主要取决于瑞利散射损耗。值得强调的是：瑞利散射损耗也是一种本征损耗，它和本征吸收损耗一起构成光纤损耗的理论极限值。2021/7/16(2)光纤结构不完善引起的散射损耗(波导散射损耗)在光纤制造过程中，由于工艺、技术问题以及一些随机因素，可能造成光纤结构上的缺陷，如光纤的纤芯和包层的界面不完整、芯径变化、圆度不均匀、光纤中残留气泡和裂痕等等。2021/7/162.非线性散射损耗光纤中存在两种非线性散射，它们都与石英光纤的振动激发态有关，分别为受激喇曼散射和受激布里渊散射。202

5、1/7/16弯曲损耗光纤的弯曲有两种形式：一种是曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲，我们习惯称为弯曲或宏弯；另一种是光纤轴线产生微米级的弯曲，这种高频弯曲习惯称为微弯。2021/7/16在光缆的生产、接续和施工过程中，不可避免地出现弯曲。微弯是由于光纤受到侧压力和套塑光纤遇到温度变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一致而引起的，其损耗机理和弯曲一致，也是由模式变换引起的。2021/7/16光纤损耗系数为了衡量一根光纤损耗特性的好坏，在此引入损耗系数(或称为衰减系数)的概念，即传输单位长度(1km)光纤所引

6、起的光功率减小的分贝数，一般用α表示损耗系数，单位是dB/km。用数学表达式表示为：2021/7/16式中：L为光纤长度，以km为单位；P1和P2分别为光纤的输入和输出光功率，以mW或μW为单位。2021/7/16光纤损耗的来源(1)(2)水峰2021/7/162.3光纤色散光纤色散是光纤最重要特性参量之一。它在很大程度上决定了信号传输质量2021/7/162.3.1引言光纤色散：在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的折射率分布、光纤材料的色散特性、光纤中的模式分布以及光源的光谱宽度等因素决定的“延迟畸变”，使该脉冲波

7、形在通过光纤后发生展宽。（1）多模色散（2）波导色散（3）材料色散（4）偏振色散波长色散2021/7/16脉冲与脉冲线宽=为光源的线宽，为脉冲的脉宽2021/7/16群延时t2021/7/16色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。如果信号是模拟调制的，色散限制带宽(Bandwith)；如果信号是数字脉冲，色散产生脉冲展宽(Pulsebroadening)。所以，色散通常用3dB光带宽f3dB或脉冲展宽Δτ表示。用脉冲展宽表示时，光纤色散可以写成Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/

8、2Δτn——模式色散；Δτm——材料色散；Δτw——波导色散所引起的脉冲展宽的均方根值。2021/7/16群速与群延时群速的表示：群延时：群速Vg行进单位长度所花费的时间，即2021/7/16光纤内的群延时ps/nm2021/7/16材料色散参量(ps/nm/km)材料色散参量2021/7/16波导色散短波长=0.82m处材料色散M=110：波导色散M