光纤通信原理 第2版 教学课件 作者 邓大鹏 第八 九次课.ppt

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1、二、光纤的色散色散是一个古老的物理概念。在物理学中，它是指不同颜色的光经过某种透明介质后被分散开的现象。θ1白光红光紫光光纤的色散在光纤中，光信号是由很多不同的成份（如不同模式、不同频率）组成的，由于信号的不同成份的传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成份之间出现时延差，从而引起信号畸变，这种现象称为色散。脉冲展宽T光脉冲信号中的不同成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。光纤色散效应对传输的影响10101011011010101101InputOutput脉冲展宽(ps)=D(ps/nm*km)*δ(nm)*L(k

2、m)TimeTime脉冲展宽1/4比特周期时会引起误码色散的分类模式色散材料色散波导色散极化色散多模光纤中以模式色散为主，单模光纤中不存在模式色散1.模式色散时延差越大，色散越严重，所以常用时延差来表示色散的程度阶跃型光纤模式色散①②θCn1n2L阶跃型光纤的模式色散根据几何光学，光线①和②沿轴线方向的传播速度分别为1nc和cncqsin1。因此光纤的模式色散为：D»øöççèæ-=-=cLnnncLnncLncLcM1211111sinqt如果△＝1%，石英的纤芯折射率n1＝1.5，则L＝1Km长的光纤的模式色散(模时延差)τM＝50ns阶跃型

3、光纤模式色散渐变型光纤模式色散oMNPΦrzθ0V(r)抛物型光纤（α＝2）：最小的时延是光线沿光纤轴心（即θ0＝0）传播时所需的时间，即：T啁啾效应直接调制激光器输出信号带有较大的啁啾，使得脉冲频谱展宽并在前后沿产生频谱红移和蓝移，在光纤色散的作用下，引起脉冲的快速展宽和信号劣化。2.材料色散定义归一化传播常数b为：式中：纤芯和包层的群折射率弱导光纤：同时：得：D（λ）分为两部分，第一项是由于纤芯材料的折射率随波长的变化而变化，故称为材料色散系数，用Dm（λ）表示材料色散系数（ps/nm.Km）0.8　1.01.21.41.6波长（μm）500－

4、50－100－150－200SiO2的材料色散系数与波长的关系一根光纤的色散系数可能是正数，也可能是负数。材料色散：其中△λ是光源谱宽，L为传播的距离，τｍ为材料色散如果入射到光纤的是一窄脉冲，τ(λ)用以表示群时延，则L1L2正色散光纤负色散光纤光纤中光脉冲宽度的变化情况这就是光纤色散补偿原理3.波导色散波导色散(τW)是由光纤的几何结构决定的色散，故也称为结构色散。色度色散4.偏振模色散PMD光纤中的光传输可描述成完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴振动或一些光在两轴上的振动。每个振动轴代表一个偏振“模”两个偏振模的到达时间差－－偏振模色散PMD光纤

5、PMD环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力是引起PMD的主要因素PMD引起脉冲展宽（随机性）光纤PMD由光纤的双折射引起,诸如应力、弯曲、扭绞、温度等随机引入产生信号间干扰;偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMD与色度色散之间的耦合，从而增加色散的统计分量;解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入偏振控制器。PMD产生机理及解决方法总色散模式色散>>材料色散>波导色散＞PMD多模光纤：单模光纤：色散容限色散对系统传输距离的影响由色散容限参数值（Ds)表示。Ds/D为受限距离:如:光源色散容限值Ds=12800ps/nm,SMF（G.65

6、2）光纤的色散参量值取D=20ps/km/nm，则该光源的色散受限距离为640km。三、光纤带宽光纤的色散和带宽描写的是光纤的同一特性。色散是这一特性在时域中的表现，即光脉冲经过光纤传输后脉冲在时间座标轴上展宽了多少。带宽是这一特性在频域中的表现。光纤的色散和带宽对通信容量的影响输入f振幅输出fCf振幅光纤带宽（f为调制信号频率）0.513dB光带宽对应于6dB电带宽1、色散与带宽的关系δ（t）t=0h（t）t=t0超窄脉冲在光纤中传播展宽h（t）接近高斯函数定义半高全宽度为信号的脉冲宽度ττ也可以用光纤输入端的脉冲半高全幅宽度和光纤输出端的脉冲半

7、高全幅宽度τ2来近似表示:脉冲展宽τ也可以用光纤中的总色散来表示: