单模光纤及光器件特性对光传输性能的影响分析

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1、单模光纤及光器件特性对光传输性能的影响分析1.单模光纤的特性分析在工程中实际使用的单模光纤一般是指零色散点在1.31um附近的常规单模光纤，又称G.652光纤。当然还存在着色散位移单模光纤（零色散点从1.3um移到1.55um），色散平坦型单模光纤（从1.3um到1.55um整个范围色散都很小）等等，但一般提到单模光纤，如没有特别指明，就是指的G.652光纤。G.652单模光纤已经广泛应用于各级光通信网络中，CCITTG.652建议对这种光纤的几何光学特性和传输特性都作了明确的规定，国标GB9771‐88即参照G.652建议制定，其主要参数如下表所示：表1：1.31um常

2、规单模光纤的主要参数（G.652光纤）截至波长（2m长度）1100‐1280nm模场直径（9‐10）±10%um包层直径125±2um模场不圆度小于6%包层不圆度小于2%模场包层同心度误差不大于1um分级ABCD损耗系数不大于1300nm0.350.50.70.9（dB/km）1550nm0.250.300.400.501287‐1330nm3.53.53.53.5总色散系数不大于1270‐1340nm6666（ps/nm×km）1550nm20202020目前大量应用的石英光纤在1.55um附近呈现出极低的损耗，其损耗系数大约为1.31um波长区的一半，因此称1.55u

3、m波长区为石英光纤的最低损耗窗口，这是继0.85um和1.31um之后的第三窗口。但是由于G.652光纤在1.55um波长处存在较大的色散，因此该波长处所支持的传输带宽反而比1.31um处低一个数量级。对于通信光纤而言，其传输特性主要包括损耗特性和色散特性。光纤的损耗主要由吸收损耗（固有电子跃迁及分子振动吸收，氢氧根与过渡金属等杂质吸收），散射损耗（固有散射及结构不完整散射）以及辐射损耗等三部分组成。随着光纤制造技术的日臻成熟，杂质吸收和结构不完整损耗已经降低到可以忽略的程度，实际光纤的损耗特性已经接近于理论计算值（在1.55um波长，理论值最低为0.15dB/km，目前

4、已可做到0.2dB/km）。由于系统限制，GSM数字光纤直放站的光纤长度最大不会超过35km，因此在通常情况下，数字光纤直放站的光纤传输距离主要受限于光纤的色散特性。单模光纤的带宽可以用光纤对传输脉冲的展宽来表示。当光脉冲在光纤中传输时，由于不同波长光信号的相速度之间存在差异，脉冲的宽度会逐渐展宽，这将限制光纤中的最高传输码速。当系统的码速较高时，相邻传号脉冲之间的间隙较小，在传输一定距离之后，光纤色散将使脉冲产生部分重叠（码间干扰ISI），从而使脉冲电平的判决发生困难。当码间干扰使传输误码率劣化到一定程度（例10‐3）时，传输系统就不能正常工作了。引起脉冲展宽的因素有很

5、多，对于单模光纤而言主要是材料色散的影响。材料色散是用来制造光纤的材料的一种特性，它是由于光纤材料的折射率随传输光波长的变化所造成的。折射率不同，传输速度也不同。掺杂石英的折射率随着光波长的增大而折射率降低。光纤中还存在波导色散。这是由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、几何形状、相对折射率等方面的原因造成的。光场能量的一部分在纤芯中传播，另一部分在包层中传播，由于纤芯中和包层中传播的速度不同而造成光脉冲的展宽，称为波导色散。在1.3um左右，材料色散为零，当波长增大时，材料色散值要改变符号。随着波长的增大，色散的绝对值也增大，它正好与波导色散的随波长的变化趋势相反。这就意味着在

6、长波长区某处材料色散与波导色散正好抵消从而使得单模光纤的总色散为零。近年来生产出一种在1.28～1.60um波长范围内总色散不大于1.6ps/km×nm的单模光纤，这种光纤十分适合于波分复用的场合。由材料色散与波导色散两种脉冲展宽机制导致的总脉冲展宽为：式中，为总的脉冲展宽，τm为材料色散的脉冲展宽，τw为波导色散的脉冲展宽。（1）中继距离的损耗限制按ITU‐TG.956所建议的极限值设计法，由传输损耗限制的中继距离可按下式计算：P−P−P−2α−MTRPCeL=α+α+Mfsc式中，PT为光模块发射的平均光功率（dBm），取‐5dBm，PP为光通道功率代价（dB），取1

7、dB，PR为光模块接收灵敏度（dBm），取‐25dBm（1.25G），ac为光活动连接器损耗（dB），取0.7dB/个，Me为设备富余度（dB），取为3dB，af为光纤的平均损耗（dB/km），按1310nm选取，0.4dB/km，as为平均每公里光纤接头损耗（dB/km），0.1dB/km，Mc为每公里光纤的富余度（dB/km），0.2dB/km。按以上取值计算得到：−5−(−25)−1−2×0.7−3L==20.86km0.4+0.1+0.2（2）中继距离的色散限制在光纤中存在多种色散，如材料色散、波导色散和偏振模色散，另