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第2章光纤的特性2023/2/23现在学习的是第1页，共33页2.22.2光纤的损耗光纤的损耗损损耗耗吸收损耗吸收损耗散射损耗本征吸收本征吸收杂质离子吸收杂质离子吸收过渡族金属离子OH-紫外吸收红外吸收本征散射及其他本征散射及其他制作缺陷制作缺陷芯-包层界面不理想喇曼散射瑞利散射折射率分布不均匀气泡、条纹、结石布里渊散射2023/2/23现在学习的是第2页，共33页光纤损耗的来源光纤损耗的来源(1)(2)水峰2023/2/23现在学习的是第3页，共33页2.3 2.3 光纤色散光纤色散光光纤纤色色散散是是光光纤纤最最重重要要特特性性参参量量之之一一。它它在在很很大大程程度上决定了信号传输质量度上决定了信号传输质量2023/2/23现在学习的是第4页，共33页脉冲与脉冲线宽脉冲与脉冲线宽=为光源的线宽为光源的线宽，为脉冲的脉宽为脉冲的脉宽2023/2/23现在学习的是第5页，共33页 2.3.1引言n光纤色散光纤色散：在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的折射率分布、折射率分布、光纤材料光纤材料的色散特性、光纤中的的色散特性、光纤中的模式分布模式分布以及以及光源的光谱宽度光源的光谱宽度等因素决定的等因素决定的“延迟畸变延迟畸变”，使，使该脉冲波形在通过光纤后发生展宽。该脉冲波形在通过光纤后发生展宽。（1）多模色散多模色散（2）波导色散波导色散（3）材料色散材料色散（4）偏振色散）偏振色散波长色散波长色散2023/2/23现在学习的是第6页，共33页群延时t2023/2/23现在学习的是第7页，共33页 色散色散色散色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。表示方法不同。如果信号是如果信号是模拟调制模拟调制模拟调制模拟调制的，的，色散限制带宽色散限制带宽色散限制带宽色散限制带宽(Bandwith)；如如果果信信号号是是数数字字脉脉冲冲，色色色色散散散散产产产产生生生生脉脉脉脉冲冲冲冲展展展展宽宽宽宽(Pulse broadening)。所以，所以，色散色散色散色散通常用通常用3 dB3 dB光带宽光带宽光带宽光带宽f3dB3dB或脉冲展宽或脉冲展宽表示。表示。用脉冲展宽表示时，用脉冲展宽表示时，光纤光纤色散色散色散色散可以写成可以写成 =(2n+2m+2w)1/2 n 模式色散模式色散；m材料色散材料色散材料色散材料色散；w 波导色散波导色散 所引起的脉冲展宽的所引起的脉冲展宽的均方根值均方根值均方根值均方根值。2023/2/23现在学习的是第8页，共33页群速与群延时群速与群延时群速群速 的表示：的表示：群延时：群速群延时：群速Vg行进单位长度所花费的时间，即行进单位长度所花费的时间，即2023/2/23现在学习的是第9页，共33页光纤内的群延时光纤内的群延时ps/nm2023/2/23现在学习的是第10页，共33页材料色散参量材料色散参量(ps/nm/km)材料色散参量材料色散参量2023/2/23现在学习的是第11页，共33页波导色散波导色散短波长短波长=0.82 m处处 材料色散材料色散M=110：波导色散波导色散M=2 ps/nm/km材料色散材料色散：难调整难调整波导色散波导色散：比较容易调整比较容易调整2023/2/23现在学习的是第12页，共33页 偏振模弥散偏振模弥散水水平平偏偏振振基基模模与与垂垂直直偏偏振振基基模模的群速不同造成的脉冲的群速不同造成的脉冲即即 x y2023/2/23现在学习的是第13页，共33页 多模光纤色散多模光纤色散SI光纤的模式色散光纤的模式色散 GRIN(=2)光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为2023/2/23现在学习的是第14页，共33页举例举例n1=1.48,，n2=1.473；L0.3km=0.00472023/2/23现在学习的是第15页，共33页 材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模式运载，材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模式运载，因光源有线宽，而不同波长光的群速不同导致的脉冲因光源有线宽，而不同波长光的群速不同导致的脉冲展宽。展宽。模式色散是由于光脉冲由同一波长光的不同模式模式色散是由于光脉冲由同一波长光的不同模式运载，因不同模式的群速不同导致的脉冲展宽。运载，因不同模式的群速不同导致的脉冲展宽。偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同一模偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同一模式运载，因不同偏振态光的群速不同导致的脉冲展式运载，因不同偏振态光的群速不同导致的脉冲展宽。宽。各种色散导致脉冲展宽的特点各种色散导致脉冲展宽的特点2023/2/23现在学习的是第16页，共33页各种光纤的综合性能和用途各种光纤的综合性能和用途2023/2/23现在学习的是第17页，共33页2.4单模光纤的设计单模光纤的设计n2.4.1引言n多模光纤色散多模光纤色散2023/2/23现在学习的是第18页，共33页单模光纤的色散单模光纤的色散图图2.4.1石英玻璃的材料色散石英玻璃的材料色散DMDW图图2.4.2单模光纤的波导色散单模光纤的波导色散2023/2/23现在学习的是第19页，共33页常规常规SI单模光纤单模光纤(SMF-Single Mode Fiber)ZMD：零色散点零色散点ZMD1.3 m 0=1.55 m D17ps/nm/km 0.2dB/km 2023/2/23现在学习的是第20页，共33页零色散位移光纤零色散位移光纤(DSF-Zero Dispersion Shifted Fiber)ZMD1.55 m2023/2/23现在学习的是第21页，共33页非零色散位移光纤非零色散位移光纤(Nonzero Dispersion Shifted Fiber)2023/2/23现在学习的是第22页，共33页单模光纤色散比较单模光纤色散比较2023/2/23现在学习的是第23页，共33页2.4.2截止条件截止条件2023/2/23现在学习的是第24页，共33页2.4.3色散特性色散特性2023/2/23现在学习的是第25页，共33页2.5偏振保持光纤简介偏振保持光纤简介n2.5.1引言引言n轴对称单模光纤：两个轴对称单模光纤：两个线偏振线偏振正交模式或两个正交模式或两个圆偏振圆偏振正交模式正交模式n n偏振模色散偏振模色散偏振模色散偏振模色散：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的传如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏振模色偏振模色偏振模色偏振模色散或双折射色散散或双折射色散散或双折射色散散或双折射色散。偏振态改变偏振态改变 发生偏振色散发生偏振色散n保偏光纤：维持光波偏振态的偏振保持光纤保偏光纤：维持光波偏振态的偏振保持光纤2023/2/23现在学习的是第26页，共33页n n偏振模色散偏振模色散取决于光纤的取决于光纤的双折射双折射，由，由=x-ynxk-nyk得到得到2023/2/23现在学习的是第27页，共33页双折射参量的定义双折射参量的定义 保偏光纤保偏光纤(PMF)传输相位差传输相位差2023/2/23现在学习的是第28页，共33页拍长拍长LB高双折射率高双折射率(HB)保偏光纤保偏光纤:BF10-5低双折射率低双折射率(LB)保偏光纤保偏光纤:BF10-6保偏光纤保偏光纤(PMF)2023/2/23现在学习的是第29页，共33页2.5.2保偏光纤结构类型保偏光纤结构类型(Polarization Maintaining Fiber)2023/2/23现在学习的是第30页，共33页2.5.3高双折色光纤的制作方法高双折色光纤的制作方法n石英管或预制棒研磨法（石英管或预制棒研磨法（MCVD法）法）n管套棒法管套棒法n光刻腐蚀法光刻腐蚀法n气相腐蚀法气相腐蚀法2023/2/23现在学习的是第31页，共33页光纤的制造预制棒法光纤的制造预制棒法相相似似折折射射率率分分布布的的直直径径 2cm左左右右，长长1m预预制制棒棒，再再拉拉成成长长度度10km，0.125mm细细直直径径的的光光纤纤。特特点点是是可可制制造造折折射射率率分分布布复复杂的光纤。杂的光纤。2023/2/23现在学习的是第32页，共33页光纤的制造预制棒法光纤的制造预制棒法2023/2/23现在学习的是第33页，共33页