1光纤传输原理与基本特性.ppt

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1、第一章光纤传输原理和传输特性1.1光纤结构和类型1.2光纤传输原理1.3光纤传输特性1.4光缆的结构与类型1.5光纤特性的测量第一章光纤传输原理和传输特性1.3光纤传输特性光信号经光纤传输后要产生损耗和畸变(失真)，因而输出信号和输入信号不同。对于脉冲信号，不仅幅度要减小，而且波形要展宽。产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输容量。第一章光纤传输原理和传输特性1.3光纤传输特性1.3.1光纤的损耗光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。在最一般的条件下，在光纤内传输的光功率P随距离z的变化，可以用下式表示

2、习惯上光纤的损耗用下式计算，用dB／km来表示，式中，是损耗系数。设长度为L(km)的光纤，输入光功率为，根输出光功率应为第一章光纤传输原理和传输特性1.3.1光纤的损耗1.损耗机理1)吸收损耗.(原子缺陷、杂质非本征吸收、原子本征吸收)临界曲率半径3)辐射损耗(弯曲)2)散射损耗.（瑞利散射、波导散射、非线性散射）第一章光纤传输原理和传输特性1.3.1光纤的损耗2.在路光纤损耗谱下图是单模光纤的损耗谱，图中示出各种机理产生的损耗与波长的关系，这些机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。0.010.050.50.11510501000.81.01.21.41.61.8瑞利散射紫外吸收波导缺陷实

3、验红外吸收损耗/（dB·km–1）第一章光纤传输原理和传输特性1.3光纤传输特性1.3.2光纤的色散和带宽1.色散分类色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。材料色散和波导色散总称为色度色散或波长色散色散一般包括模式色散、材料色散、波导色散和偏振色散。第一章光纤传输原理和传输特性1.3.2光纤的色散和带宽1.色散分类（模式色散、材料色散、波导色散和偏振色散）模式色散（模间色散）：在多模光纤中，由于不同模式的时间延迟（群速度）不同而产生的，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散（色度色散）：由于光

4、纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同（群速度）而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。第一章光纤传输原理和传输特性1.3.2光纤的色散和带宽1.色散分类（模式色散、材料色散、波导色散和偏振色散）波导色散（色度色散）：由于导波模具有不同的波长而导致的群速度不同引起的色散（不是常数），与波导效应有关，即波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。偏振色散：实际应用的单模光纤由于存在少量的不对称性，使得两个偏振模的群时延不同而形成的色散。模内色散：发生在单个模式中的色散，与波长有关

5、的色度色散是材料色散和波导色散之和。第一章光纤传输原理和传输特性1.3.2光纤的色散和带宽2、群时延——光纤单位长度传播的延迟时间3、色散系数——描述光纤色散程度定义为：单位是:ps/nm·km第一章光纤传输原理和传输特性1.3.2光纤的色散和带宽4、时延差与色散系数的关系光信号中，传播速度最慢的频率成分的传输时延与传播速度最快的频率成分的传输时延之差称为时延差。时延差越大，脉冲展宽越严重，因此常用时延差表示光纤色散的程度。时延差：材料色散系数：在光源谱宽范围内，D一般为常数，则单位长度的时延差为:第一章光纤传输原理和传输特性1.3.2光纤的色散和带宽4、时延差与色散系数的关系波导色散归

6、一化传播常数在多模光纤中，波导色散比材料色散小的多，可以忽略。在单模光纤中，波导色散常数为：波导色散引起的单位长度的群时延为:解出1.3.2光纤的色散和带宽4、时延差与色散系数的关系模间时延差（阶跃光纤）第一章光纤传输原理和传输特性为有效群折射率。当时，脉冲展宽最小。多模渐变折射率分布光纤单位长度的脉冲展宽（近似估算）1.3.2光纤的色散和带宽5、色散、带宽和脉冲展宽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光带宽或脉冲展宽表示

7、。第一章光纤传输原理和传输特性式中分别为模间色散、材料色散和波导色散所引起的脉冲展宽。用脉冲展宽表示时，光纤色散可以写成第一章光纤传输原理和传输特性1.3.2光纤的色散和带宽5、色散、带宽和脉冲展宽光纤带宽的概念来源于线性非时变系统的一般理论。如果光纤可以按线性系统处理，其输入光脉冲功率和输出光脉冲功率的一般关系为当输入光脉冲时，输出光脉冲，式中为函数，称为光纤冲击响应。冲击响应的傅里叶(Fourier)变换为第一章光纤传输原理和传