《yk光纤光学第二章》PPT课件

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1、第二章光纤特性及参数测量俞侃onlyfish@126.com华中科技大学文华学院信息学部第二章：光纤特性及参数测量限制光纤通信发展的三个重要因素：损耗：光在传输时引起能量的衰耗，需中继器进行能量补充，传输距离短色散：作为载波的光脉冲脉宽展宽，引起码间串扰，误码率增加造成失真非线性：引起DWDM传输信道串扰2.2光纤的损耗损耗的定义：单位长度(km)光纤光功率衰减分贝数光纤损耗的来源：光纤材料的吸收与散射损耗光纤的微弯与宏弯损耗光纤的连接与耦合损耗重要数据:-0.5dB~0.9;-1dB~0.8;-2dB~0.6;-3

2、dB~0.5;-10dB~0.1-20dB~0.01光纤的损耗材料吸收损耗散射损耗瑞利散射(漫反射)机制：在光纤中由于某种远小于波长的不均匀性（例如折射率不均匀，掺杂浓度不均匀等）引起光的散射;是一种线性损耗，与在光纤中传输光强度无关A、B是与石英和掺杂材料有关的常数0＝1.55m时0.16dB/km；0＝1.3m时0.32dB/km特点：不可能消除的损耗散射损耗受激喇曼散射与受激布里源散射非线性的散射仅当光功率超过某一阈值时，才能激励受激喇曼散射与受激布里源散射。在传输率较低的系统中可不考虑，但在传输率较高

3、(Gb/s)的系统中要考虑特点：产生新的频率分量光纤损耗谱特性光纤损耗的历史发展阶段2004年弯曲损耗超过xc的功率将转换为辐射损耗高阶模弯曲损耗大、低阶模弯曲损耗小！弯曲损耗A.宏弯损耗：实际应用中必需的盘绕、曲折等引起的宏弯损耗;B.过渡弯曲损耗：由直到弯曲的突变;C.微弯损耗：光纤的制备过程中或在应用过程中由于应变等原因引起的光纤形变所致;宏弯损耗R>10cm(R/a>102)可以不考虑弯曲损耗推导从略，可见P85长飞抗弯曲G.657超贝光纤弯曲过渡损耗损耗的机理：由于光纤由“直”突然变“弯曲”或各段波导弯曲不

4、一致,引起模场的不匹配,导致导模与漏模之间的相互耦合,并损失功率。损耗分析：等效折射率方法弯曲光纤中的场可以看成某一等效折射率分布下直光纤产生相移exp(-ibLz)=exp(-ivθ)弯曲光纤传播常数(微扰)满足波导场方程r增加导致ne(r)增加，场分布拓展导模向漏模转化,引起功率泄漏造成"过渡损耗“随着弯曲方向的改变，损耗沿z方向变化曲线将出现振荡AB微弯损耗微弯损耗原理：由于弯曲引起导模功率的横向泄漏理论分析：单模光纤微弯损耗,主要取决于模场半径W0,相对折射率差Δ和纤轴的畸变。阶跃单模光纤经验公式：模场半径W

5、0的微小增加将引起微弯损耗的大幅度上升随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽2.3光纤的色散与带宽劣化的程度随数据速率的平方增大决定了光-电-光中继器之间的距离tt色散效应：时域表现：光纤通信中限制因素—色散频域表现：光纤的色散1、模间色散：2、波导色散：3、材料色散：4、偏振模色散：色散一般分为4种：发生于多模光纤中由于各模式之间群速度不同而产生的色散，即各模式以不同时刻到达光纤出射端而使脉冲展宽。由于某一传播模的群速度对于光的频率(或波长)不是常数，同时光源的谱线又有一定的宽度，因而产生波导色散。由于光纤材料的

6、折射率随入射光频率变化而产生的色散。一般的单模光纤中都同时存在两个正交模式。若光纤的结构为完全的轴对称，则这两个正交偏振模在光纤中的传播速度相同，即有相同的群延迟，故无色散。实际的光纤必然会有一些轴的不对称，因而两正交模有不同的群延迟，这种现象称之为偏振模色散。在理论讨论中不考虑。用时延差描述色散用时延差描述色散c-光在真空中的速度，vg为相速，k0为波周数，β为传播常数第一项因模而异，故引起模间色散后二项则产生波导色散和材料色散，只与光源谱宽有关如光源发出的是严格的单色波，则上式只有第一项如单模光纤，则只存在后二项

7、模间色散模间色散模间色散模间色散模间色散单模光纤中只允许基模传输，故不存在模间色散在多模光纤中,脉冲展宽主要决定于多模群延时差m产生原因：各个不同导模的群速不相同模间色散并不是由于频率不同引起的,故称其为"单色弥散"似乎更为合适tt材料色散取决于折射率n对波长的二阶导数，即材料折射率随光波长非线性变化引起的色散正常色散区：0<1.27m波长区，d2n/d2>0，色散小于0反常色散区：0>1.27m波长区，d2n/d2<0，色散大于0材料色散正常色散正常色散反常色散材料色散材料色散波导色散波导色散：由于

8、某一传播模的群速度对于光的频率(或波长)不是常数，同时光源的谱线又有一定的宽度，因而产生波导色散。由于波导色散的作用，色散程度为：多模光纤：常可忽略不计单模光纤：短波长区：材料色散大，波导色散可近似忽略；长波长区：材料色散随着波长的增加而减小到与波导色散相同量级，并出现与其极性相反、相互抵消的情况波导色散波导色散总色散偏振模色散偏振模色散三种不