光纤的损耗和色散ppt课件.ppt

《光纤的损耗和色散ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光纤的损耗和色散一光纤的损耗1.损耗的定义光信号在光纤中传输时，其功率随着传输距离的增加以指数形式衰减。由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小。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，可以用下式表示式中，α是损耗系数。设长度为L(km)的光纤，输入光功率为Pi，根据上式，输出光功率应为Po=Piexp(-αL)习惯上α的单位用dB/km，由上式得到损耗系数2.损耗的种类及机理一吸收损耗光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，造成光功率的损失。

2、吸收损耗与光纤材料有关。制造光纤的材料能够吸收光能。光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生振动，发热而将能量散失掉，这样就产生了吸收损耗。我们知道，物质是由原子，分子构成的，而原子又由原子核和核外电子组成，电子以一定的轨道绕原子核旋转，每个电子都具有一定的能量，处在某一轨道上，或者说每一个轨道都有一个确定的能级。距离原子核越近的原子能级较低，距离原子核越远的轨道能级越高。轨道之间这种能级差差别的大小叫做能级差，当电子从低能级向高能级跃迁时，就要吸收相应能级差的能量。a)本征吸收光纤基础材料（SiO2）固有的吸收，与波长有关。对SiO2石英系列光纤，本征吸收有

3、两个吸收带。紫外吸收：紫外区波长为6×10-3μm～0.39μm石英玻璃在0.12um附近产生紫外吸收峰。红外吸收：红外波长范围：0.76μm～300μm石英9um,12.5um,21um和36.4um处有吸收峰，它影响的区域很宽，其吸收带的尾部可拖到1um左右，将影响光纤通信的长波波段，这也使得波段扩展困难的原因之一。b)杂质吸收由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗。影响最严重的是：金属过度离子和水的氢氧根离子吸收电磁能而造成的损耗。二散射损耗是指光通过密度或折射率不均匀的物质时，除了在光的传播方向以外，在其它方向也可以看到光，这种现象叫做散射。原因

4、：光纤的材料，形状，散射率分布等的缺陷或不均匀。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。结构缺陷散射产生的损耗与波长无关。1.瑞利散射光纤的折射率随机性变化而引起的。瑞利散射损耗αR与波长λ四次方成反比，可用经验公式表示为αR=A/λ4，瑞利散射系数A取决于纤芯与包层折射率差Δ。当Δ分别为0.2%和0.5%时，A分别为0.86和1.02。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。如果Δ=0.2%，在1.55μm波长，光纤最低理论极限为0.149dB/km。瑞利散

5、射随波长的增加而急剧减小。因此在短波长0.85um处，对损耗影响最大。具体机理：在黑夜里向空中照射，可以看到一束光束，人们也曾看到过夜空中的探照灯发出粗大的光柱。为什么我们会看到这些光柱呢？这是因为有许多烟雾，灰尘等微小颗粒浮游于大气之中，光照射在这些颗粒上，产生了散射，就射向了四面八方，这个现象是由瑞利首先发现的，所以人们把这种散射称为瑞利散射。瑞利散射是怎样产生的呢？原来组成物质的分子、原子、电子是以某些固有的频率在振动，并能释放出波长与该振动频率相应的光。粒子的振动频率由粒子的大小来决定，粒子越大振动频率越小，释放出的光波长越长。粒子越小，振动频率

6、越大，释放出的光波长越短。这种振动频率称为粒子振动的固有频率。但是这种振动不是自发产生的，它需要一定的能量。一旦粒子受到一定波长的光照射，而照射光的频率与该粒子振动的固有频率相等，就会引起共振。粒子内的电子便以该振动频率开始振动，结果是该粒子向四面八方散射出光。入射光的能量被吸收而转化为粒子的能量，粒子又将能量重新以光的形式向四面八方辐射出去。因此对于外部观察者来说，好像光照射到粒子上之后向四面八方散出去了。（2）结构缺陷散射光纤中的气泡，纤芯和包层处的粗糙等，这种损耗与波长无关，光传输到这些地方会散射。需要改善光纤的制造工艺来改善。单模光纤损耗谱，示出

7、各种损耗机理3.弯曲损耗二、光纤的色散定义：由于速度的不同而使得传播时间不同，因此造成光信号中的不同频率成分到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸变的一种现象。这种现象表现在传一个脉冲信号时，光脉冲将随着传输距离的延长，脉冲的宽度越来越被展宽。色散种类：色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。模式色散：在多模光纤中，传输的模式很多，不同的模式，其传输路径不同，所经过的路程就不同，达终点的时间也就不同，这就引起了脉冲的展宽。对模式色散进行的严密分析比较复杂，这里仅作简单讨论。我们知道，在同一根光纤中，高次模到达终点走的路程长，低次模走的路程短，这就意味着高

8、次模到达终点需要的时间长，低次模到达点需要的时间短。在同一条长度为的光纤上，最高