光纤的色散特性ppt课件.pptx
色散色散这这是由于棱镜材料对不同波长（不同颜色）是由于棱镜材料对不同波长（不同颜色）的光呈现的的光呈现的折射率不同折射率不同，使光的传播速度不，使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。空间上散开。复复色光分解成单色光而形成光谱的现象。色光分解成单色光而形成光谱的现象。“三棱镜三棱镜”雨后的彩虹雨后的彩虹色散色散光纤中的色散？光纤中的色散？主要内容主要内容光纤中的色散光纤中的色散光纤色散的种类光纤色散的种类色散补偿色散补偿光纤通信系统中传递的信息总是以光脉冲的形式在光纤中传输。光纤通信系统中传递的信息总是以光脉冲的形式在光纤中传输。随着光脉冲在光纤中传输，随着光脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，称为色散。脉冲的宽度被展宽，称为色散。光纤中的色散光纤中的色散色散在传输信号上的反映即为色散在传输信号上的反映即为群延时。群延时。群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。延时差：速延时差：速度不同，度不同，即延时不同即延时不同。色散定义色散定义 ()gDLpsgdDd光纤色散的影响光纤色散的影响光光纤色散纤色散光脉冲展宽光脉冲展宽引引起时域信号干扰起时域信号干扰光纤通信误码率增加光纤通信误码率增加速率降低速率降低中中继距离减小继距离减小色散是光纤传输中的损耗之一！也是光纤通信传输距离首要限制因素之一！光纤色散种类光纤色散种类 模间色散模间色散 材料色散材料色散 波导色散波导色散 偏振模色散偏振模色散多模光纤色散多模光纤色散（适用于局域网）（适用于局域网）单模光纤色散单模光纤色散（适用于骨干网）（适用于骨干网）这种色散并不是由这种色散并不是由频率不同引起，称频率不同引起，称之为之为单色弥散。单色弥散。色度色散（模内色散）。色度色散（模内色散）。这种色散与光频率有关，即与光的颜色有关，合称之为模间色散模间色散 多模光纤中，不同的模式以不同的群速度传输；多模光纤中，不同的模式以不同的群速度传输； 光脉冲由不同的模式支持传输，就会导致色散；光脉冲由不同的模式支持传输，就会导致色散； 传输的模式越多，模间色散越传输的模式越多，模间色散越大大; 取决于光纤的折射率分布（取决于光纤的折射率分布（SIFGIF）. 使用使用GIF 减少模式数减少模式数阶跃阶跃折射率光纤（折射率光纤（Step-index fiber, SIF)渐变渐变折射率光纤（折射率光纤（Graded-index fiber, GIF)模内色散（色度色散）模内色散（色度色散）材料色散：材料色散：纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同纤芯材料折射率随波长而变化，导致光信号不同波长承载的光脉冲成分的传播速度也随波长而变化，使得光波长承载的光脉冲成分的传播速度也随波长而变化，使得光脉冲波形被展宽，称之为材料色散。脉冲波形被展宽，称之为材料色散。掺掺GeO2石英玻璃的折射率石英玻璃的折射率-波长特性曲线的关系波长特性曲线的关系模内色模内色散（色度色散）散（色度色散）波导色散：波导结构影响光波群速度。波导色散：波导结构影响光波群速度。 光纤中只有光纤中只有80%的光功率在纤芯中传播，的光功率在纤芯中传播，20%在包层中传播。在包层中传播。 光光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输输，由于包层中传播速率大于纤芯，就出现色散。由于包层中传播速率大于纤芯，就出现色散。 波导色散的大小取决于光纤的设计。波导色散的大小取决于光纤的设计。偏振模色散偏振模色散(PMD)基模两个互相正交的偏振模的传输速度不同导致光脉冲展宽，基模两个互相正交的偏振模的传输速度不同导致光脉冲展宽，称之为称之为偏振偏振模色散模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）。应应力、温度、弯曲使光纤不具备圆柱的对称性力、温度、弯曲使光纤不具备圆柱的对称性，引引入双折射效应；入双折射效应；光纤中传输的光脉冲激励了多个偏振模式；光纤中传输的光脉冲激励了多个偏振模式；各个偏振模式在光纤中传输速度不同；各个偏振模式在光纤中传输速度不同；对于高速率（对于高速率（10Gbit/s）的传输系统，）的传输系统，PMD越严重；越严重；由于由于PMD的随机性，一般只能对的随机性，一般只能对PMD的平均值进行补偿。的平均值进行补偿。色散补偿色散补偿非色散位移光纤非色散位移光纤（NDSF）：）：单模光纤，零色散波长单模光纤，零色散波长1.3um；不适用不适用于于10Gb/s以上速率传输，但可应用于以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的以下速率的DWDM。 色散补偿方案：色散补偿方案：非零色散位移光纤非零色散位移光纤（NZDSF）：）：Lucent：1.53um；Corning：1.57um。一。一种改进种改进的的DSF，在光纤制作中，适当控制掺杂量，大到足以抑制在光纤制作中，适当控制掺杂量，大到足以抑制DWDM中的四波中的四波混频，小到足以允许单信道混频，小到足以允许单信道10Gb/s，而不需色散补偿。，而不需色散补偿。适用于适用于10Gb/s以上速率以上速率DWDM传输，传输，是大是大容量传容量传输的输的DWDM系统用光纤的理想选择。系统用光纤的理想选择。色散位移光纤色散位移光纤（DSF）:通过改变折射率剖面形状增大波导色散，使通过改变折射率剖面形状增大波导色散，使零色散点往长波长方向移动：零色散点往长波长方向移动：1.55um。四。四波混频（波混频（FWM）是主要的问）是主要的问题题,适适用于用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于以上速率单信道传输，但不适用于 DWDM应用应用。三种光纤色散情况比较三种光纤色散情况比较1550nm1310nm色色散散p ps s/ /n nm m k km m普普通通光光纤纤( (S SM MF F) )非非色色散散位位移移光光纤纤（N ND DS SF F，G G. .6 65 52 2）已已有有光光纤纤的的 9 95 5% %波波长长 色色散散位位移移光光纤纤（D DS SF F, ,G G. .6 65 53 3）非非零零色色散散位位移移光光纤纤（N NZ ZD DS SF F, ,G G. .6 65 55 5）180D DW WD DM M波波长长范范围围在在15301550nm范围范围,色色散趋近于散趋近于0适用于波分复用系统适用于波分复用系统色散补偿色散补偿色散平坦光纤（色散平坦光纤（DFF）色散补偿光纤（色散补偿光纤（DCF）利用一段光纤来补偿光纤中的色散。利用一段光纤来补偿光纤中的色散。如常规的单模光纤在如常规的单模光纤在1.55um波长区为波长区为正色散值，那么正色散值，那么DCF光纤应该具有负光纤应该具有负色散值，零色散值在色散值，零色散值在1.7um以上。以上。色散补偿色散补偿FBG补偿器：一种选择特定波长反射的无源光纤器件。补偿器：一种选择特定波长反射的无源光纤器件。 使使原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减少不同波长原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减少不同波长由于速度不一样而导致的时延由于速度不一样而导致的时延。小结小结 模间色散模间色散 色度色散色度色散 偏振模色散偏振模色散光纤光纤传传输的影输的影响响光纤色散光纤色散光纤色散的类型光纤色散的类型非非色色散散位位移光纤，色移光纤，色散位移光散位移光纤，非纤，非零色散零色散位移光位移光纤，色纤，色散平坦光散平坦光纤，色纤，色散补偿散补偿光光纤；纤；光光纤光栅补偿器纤光栅补偿器色色散补偿方散补偿方案案思考思考1.已知一光纤对于已知一光纤对于1310nm波长是单模传输，当传输波长是单模传输，当传输850nm波波长和长和1550nm波长的光波时，其色散特性有何不同？波长的光波时，其色散特性有何不同？2.在什么条件下，光纤的色散为零？在什么条件下，光纤的色散为零？3.倘若光纤端面折射率分布为三角形，与倘若光纤端面折射率分布为三角形，与平方律折射率分布平方律折射率分布光纤相比，哪种波导色散大？为什么？光纤相比，哪种波导色散大？为什么？
