单模及多模光纤的特性参数.doc

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1、光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。1、多模光纤的特性参数①衰耗系数a衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。因为在很大程度上决定了多模。　　光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。　　1、多模光纤的特性参数　　①衰耗系数a　　衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。因为在很大程度上决定了多模光纤的中继距离。其中最主要的是杂质吸收所引起的衰耗。在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金

2、属离子（铜、铁、铬等）对光的吸收能力极强，它们是产生光纤衰耗的主要因素。因此要想获得低衰耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb以下。　　②光纤的色散与带宽　　色散当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。这说明光纤对光脉冲有展宽作用，即光纤存在着色散（色散是沿用了中的名词）。光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。光纤的色散可以分为三部分即模式色散、材料色散与波导色散。模式色散Δτm因为光在多模光纤中传输时会存在着许多种传播模式，而

3、每种传播模式具有不同的传播速度与相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达到接收端的时间却不同，于是产生了脉冲展宽现象。　　对多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也较大，所以其材料色散不占主导地位。但对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以其材料色散占主要地位。　　波导色散Δτw所谓波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。对多模光纤而言，其波导色散的影响甚小。　　需要注意的是，由于光信号是以光功率来度量的，所以其带宽又称为3dB光带宽。即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号减少一半。而一般的电缆之带宽称为6dB电带宽，因为输出电信号是以电压或电流来度量

4、的。引起光纤带宽变窄的主要原因是光纤的色散。对于多模光纤而言，因为其模式色散占统治地位（材料色散与波导色散的大小可以忽略不计），所以其带宽又称模式色散带宽，或称模时变带宽。对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以材料色散与波导色散占主要地位。注意，单模光纤没有带宽系数的概念，仅有色散系数的概念。对多模光纤而言，其带宽与色散的关系可近似地表达为：　　根均方带宽σf带宽系数Bc是在频域范围内描述光纤传输特性的重要参数，实际上它演用了模拟的概念，在数字光纤中的实际意义并不大。在时域范围内，人们经常使用根均方带宽σf来描述光纤的传输特性。　　一方面在实际工作中人们在时域内进行测量比在频

5、域内测量更加方便可行；另一方面光纤的根均方带宽σf与数字光纤有着更密切的关系，因为它能直接和其传输的光脉冲的根均方脉宽发生联系。而根均方脉宽不仅能确切地描述光脉冲的特性，而且与光纤系统的传输中继距离密切相关，所以在光纤的中经常用到它。　　在时域范围内，光纤的冲击响应是一个高斯波形，如图2.12所示。光纤的根均方带宽的物理含义是：对应于光纤高斯形冲击响应最大函数值的0.61倍时，自变量时间t的数值。它与光纤模畸变带宽的关系为　　③数值孔径NA　　我们已经对光纤的数值孔径进行了讨论，并推导出其表达式。数值孔径是多模光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接

6、收光的能力和对模式色散的影响。CCITT建议多模光纤的数值孔径取值范围为0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°。　　此外，（2.3）式的数值孔径表达式是在阶跃光纤的条件下推导出来的，即认为纤芯区域的折射率是均匀的。但多模光纤目前大多为渐变光纤，其纤芯区域中的折射率是渐变的。所以对应于（2.3）式的数值孔径叫做最大数值孔径NAt，而在实际中却最常使用强度有效数值孔径NAe，它们两者的关系为NAt=1.05NAe（2.15）　　④归一化频率V　　归一化频率是光纤的最重要的结构参数，它能表征光纤中传播模式的数量。其表达式为：　　2、单模的特性参数　　①衰耗系数

7、a　　其规定与物理含义与多模光纤完全相同，在此不多叙述。②色散系数D(λ)　　我们已经知道，光纤的色散可以分为三大部分即模式色散、材料色散与波导色散。而对于单模光纤而言，由于实现了单模传输所以不存在模式色散的问题，故其色散主要表现为材料色散与波导色散（统称模内色散）。综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散，统称色散系数。色散系数可以这样理解：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值。因此，L公里光纤由色散引起的脉冲展宽值为：σ=δλ·D（λ）·L（2.17）其中：δλ为光源谱宽σ为根均方展宽