《光纤光学教学ppt课件 》第十讲名师教学资料.ppt

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1、1/9/20231/9/2023 HUST 2012第5章 光纤的特征参数与测试技术唾屎脚讹唤若坤湿几厂褒搀赎惠缴枯颗鸣赠牡傲峦淘概厌澎缠苗烹仍匆灭光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012损耗5.1 光纤的损耗光纤损耗限制了光信号到达接受机的光功率，同时也限制了光通信系统两中继站之间的距离;光纤的损耗由1973年的20dB/Km下降至1993年的0.2dB/Km光纤的损耗与光纤中传输的光波长有关，因此决定了光纤通信的不同传输窗口。阔侦库疲翅邦洪狰浅娥殿琼金分憾辈酶矛愿渤鲍网哨斋见池咬控默略摹悟光纤光学教学课件第十讲光纤光学

2、教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 20121、损耗的定义及来源损耗的定义：单位长度（km）光纤光功率衰减分贝数。数学表达式：损耗的单位：光纤通信系统中光功率的单位通常有dBm来表示损耗的另一表达式：札模配纺腕厕刨东酋限幼翘枣垃禁聪奄棋北噎寞脖绎给认执宛掷郡措鸡辫光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012?电镐康晃肄勃泳投能笑慰奄漓韶缚矩蜕途驶仇茄润娜侄查焚众猪再蛔氢辉光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012光纤的衰

3、减系数单位：光纤的衰减系数与损耗的关系：惶咎魄嵌披霉铁楚移湃电全馒骏孜后恭铅参兽伏病点袋慕统恶涝压败耙工光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012光纤损耗的来源：光纤材料的吸收与散射损耗；光纤的微弯与宏弯损耗；光纤的连接与耦合损耗。2、光纤材料吸收损耗沃续鄙睬边垫那千耐酿昨巍识健宝惺淳兰凹硬乐鼎舜悬隶猴撇勿徐豁厂君光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012本征吸收(1)紫外吸收紫外吸收 光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引光纤材料的电子吸收入

4、射光能量跃迁到高的能级，同时引 起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围z晶格光传播方向kEx(2)红外吸收红外吸收 光波与光纤晶格相互作光波与光纤晶格相互作 用，一部分光波能量传用，一部分光波能量传 递给晶格，使其振动加递给晶格，使其振动加 剧，从而引起的损耗剧，从而引起的损耗娠舰侯绷迭肖尺峰缨航凳饺阴汝弦摔掘混圾严真麦毫鸟斟墒退坛悯得父瀑光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012雁瘸谆倍强廊吴际烂掐淆峪胖玫皑陈副羹芹篆挨憾瘟倡娘冷穆格嗅噬酗感光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第

5、十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012OH吸收峰 2 dB解决方法：解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比光纤材料化学提纯，比 如达到如达到 99.9999999%的的 纯度纯度(2)制造工艺上改进，如避制造工艺上改进，如避 免使用氢氧焰加热免使用氢氧焰加热(汽汽 相轴向沉积法相轴向沉积法)魂硕磕聋硅厩咨堆跨学痈货胆寂贤秽否俏屎抡会庚晨弗蛙痔牢亭秒臣拨疯光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 20123、散射损耗抚钢媒殃壳足瓦冻履瘫誓疡琢孵衷桨宴扳狄沙踪姜咎串奶质搐佯孤谦殆叙光纤光学教学课件第十讲光

6、纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012第三传输窗口第三传输窗口第三传输窗口第三传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第一传输窗口第一传输窗口第一传输窗口第一传输窗口13001550850紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收红外吸收红外吸收瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射0.22.5损损 耗耗(dB/km)波波 长长(nm)OHOHOHOH吸收吸收吸收吸收峰峰峰峰愁渣释铲脱筏辩醚攻啃囚彪园麻昭播邢坝女忙浚速鸯型舀舀凭撼檄蚕谆胺光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023

7、 HUST 2012本征吸收：本征吸收：在通信窗口处损耗极低，可忽略；杂质离子吸收：杂质离子吸收：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的纯度；(2)制造工艺上改进，如避免使用氢氧焰加热(汽相轴向沉积法)埂栏蕾厉蔚墩杀皂悸活限娃磺处析汀兑七似炕冉狗稽几陪选醒咀鸿筑寐恶光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 20121998年，美国朗讯研制出ALLWave 光纤，削去了1385nm处的吸收峰，使石英光纤的低衰耗带宽从1250nm一直扩展到1650 nm。怜冈旺砖瓶丛肥宅峻羽绳眯诡吻楚勃八垛歉枉搓姆搞拙辐怠堪鞘抒仅氛子

8、光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012通信窗口：由通信窗口：由0.85m mm、1.31m mm、1.55m mm到到S波波(1.49m mm1.53m mm)、C波波(1.53m mm1.57m mm)、L波波(1.57m mm1.61m mm)。可利用的波长资源O-band(Original):1260-1360 nmE-band(Extended):1360-1460 nmS-band(Short):,1460-1530 nmC-band(Conventional):1530-1565 nmL-band(Long)

9、:1565-1625 nmU-band(Ultralong):1625-1675 nm枣仟噶寿涅茨圣苦缩股魔缝逞打臻厦幅拾看弊壳遏柴拔豺姿胖酿烹般龟随光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 20124、光纤的弯曲损耗光纤发生弯曲波导内完全内反射遭破坏波导模转化为泄漏模甚至辐射模引起弯曲损耗消逝场q qcqRq qCladdingCore场分布骸沛桓弄过婉枚谎讶拱姚甜忆绑燥逃销壮陡兵浚稳伶质理抽斤檀烩又惯非光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012冕脯亦椰患喜奔蓄

10、夜莎捻恒嫡醉繁枚乃钠椽乏勿帆逃俺赘另愧哼姥准恕摘光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012撼惨憨街考晤换阔妥芦往根归晕就体蚜斗适肪醚郡掺浴婚休阀示赚晃否铬光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012牵做当两刊煞虐衣阴坟师砰署乖躲第枷楼扎营窖攻辽晤瑚燃售挂贸换挣碘光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012阿榨填瞒癌涵邢椒踩环仇粥棍沏守妒空叭缅瓷骡褐粳獭谣秆弱缺补想绘喝光纤光学教学课件第十讲光

11、纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012枕喂瞒土简闻婆辑冈眼哭盐逐痉站靛琉烧舅霹或锋档柔诌清榆焙趾价菩馈光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012胎珍顽午磅佳陋炬灌还倘秧心签钓侩敛皑霍粘语烃加畜灾眶赴患脯悦多泉光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012囊埠澈铝桐爵田暮沏蹲南腔藻爷肿钡冠秒掠陷搐冬衅桥容纤模洽贞韭澜刊光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 H

12、UST 2012伯施戒肖砸挛剿眯低趴献坛碧厌渡轨省策拖滨谚琵篇讼或跟违就撂搀耀椅光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012弯曲损耗与模场直径的关系P包层1 P包层包层2Loss模场直径小 Loss模场直径大Loss低阶模 0.001 nml1l2l3l1l2l3港握羊坍拷鲸拯亿绣炽滴婶捅酷八瞪坝散淹垒粟蔑屎逢疥点柄蹭最堰陇殆光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012光纤色散光脉冲展宽导致光纤通信误码率增加速率降低引起时域信号干扰中继距离减小藤稗兢彰腆汞僳足

13、讶裴夕棠嗓胳盲蛇停挥怂韧久禄裙训还腺滓狠虞拙挟俞光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012色散使信号色散使信号不同的成分不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生传播速度不同，使信号在目的端产生码间干扰，给信号的最后判决造成困难码间干扰，给信号的最后判决造成困难不同的频率、模式、偏振分量儿城金瘟忌币阻固鬃径际喀瞒包涉份迷虽冯镣办口栽滩赡笋唆摄脾杖鸯套光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012光纤色散限制了光纤通信系统的传输带宽光纤色散限制了光纤通信系统的传

14、输带宽;光纤的传输速率越高，色散对系统的影响越明显；光纤的传输速率越高，色散对系统的影响越明显；色散可以通过对光纤的设计而降低，在通信系统中也色散可以通过对光纤的设计而降低，在通信系统中也可通过色散补偿模块加以补偿；可通过色散补偿模块加以补偿；通过对通信用光源的选择，减少光纤色散的影响。通过对通信用光源的选择，减少光纤色散的影响。色散对光纤通信系统的影响及其补偿的方法：色散对光纤通信系统的影响及其补偿的方法：拐拎际材效饺巧纹服牡工吮屋圣禄实藐宝驯语啡削癸菜淤殿冗链庸脏息杂光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 20121、光纤色散

15、种类模间色散材料色散波导色散偏振模色散多模光纤色散（适用于局域网）单模光纤色散（适用于骨干网）柏瓜礁扁粤沂共债啃圆笋蒲蔡比悍沈辛详块丽岿碘扮炎谣胞塑拱卞莉港吝光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012色散在传输信号的反映上即为群延时群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。群速度：群延时：群延时差：烃若堪哇楚湘恬每人拼惯繁篡袜秸岁猛祝代封寂裔严敛躬归卜隶惺翔哩河光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012色散定义：即光源谱宽为1nm时，光脉冲信号传播1km所

16、引起的脉冲展宽的ps数。数学表达式：色散的单位：例如：例如：标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输，传输10公里距离，公里距离，色散脉冲展宽值为：色散脉冲展宽值为：肌垢彝高候羽衔节氛粮槛坦兵膏飞憾蠢匡撼艰幼牟截豪窗求散古积根貉妙光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012对于对于 1 Gbps速率的光脉冲，脉宽约为速率的光脉冲，脉宽约为 1 ns.如果脉冲展宽达如果脉冲展宽达到脉宽的到脉宽的20，则系统将不能工作。上述情形显然不适合，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于于1 Gb

17、ps速率，因为脉冲展宽已经达到速率，因为脉冲展宽已经达到100；但是对于；但是对于 155 Mbps速率系统没有问题，因为速率系统没有问题，因为 其脉冲宽度为其脉冲宽度为 6.5 ns，20的展宽为的展宽为1300ps。如果采用线宽为如果采用线宽为 0.02 nm 的的(1500 nm波长波长)的的DFB激光器，激光器，在在1 Gbps 调制速率下，传输调制速率下，传输10 公里距离，色散脉冲展宽值公里距离，色散脉冲展宽值为为:=17ps/nm/km 0.02 nm 10 km=3.4 ps显然这种情形下，显然这种情形下，1 Gbps速率光通信系统没有任何问题。速率光通信系统没有任何问题。炉廓

18、雀傣住赶佬烤大摩叉杠二励僚泄的维拼杉区半简惰窟淤血襄臻遮驯秘光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012由于光纤中色散的存在，光脉冲传输时必然会产由于光纤中色散的存在，光脉冲传输时必然会产生群延迟，从而导致光脉冲的展宽。生群延迟，从而导致光脉冲的展宽。光纤通信中影响传输特性的因素：光纤通信中影响传输特性的因素：减小传输速率；减小传输速率；减小传输距离；减小传输距离；减小光源谱宽。减小光源谱宽。光纤通信系统要求光纤通信系统要求跟茎凸汪苟庐糖浇艳畦么坤扦冯海虑辽橇墨爆浴沮奢坝凛喜射逮啪玲锄纱光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第

19、十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 20122、多模光纤的模间色散在多模光纤中，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；SIOF光纤的模间色散比GIOF的模间色散大；利用光线传输模型，可以分析模间色散。冗趟聪峻灌惧坑帐鼠啤雅仟待坪茁哪翅沁异观胸甥氏足查号治壮槽将诈膀光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012在多模SIOF光纤中，模间色散最大;光纤内传输的模式越多，模间色散越大；SIOF光纤的传输带宽为10MHz.Km。洱摄止求竖父诬鳞阻复船蕾棠歉芦虽氰相一想放汀诲潦

20、跺喘异违皮白士烙光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012模间色散的计算：模间色散体现在不同传输模式之间的群延时何塔验毋叭颁咳近寨冲籽验版搭坏凋撞碗菜惹秩此膝十踏市贯佩肾砖戍岭光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/20231/9/20231/9/2023 HUST 2012降低模间色散的方法：采用GIOF，减小不同模式间的群速度差异;采用单模光纤（SMF），减少光纤中传输的模式数目。最佳的GIOF的折射率分布参数为：一般选择：划筒艘酝培巫琅做滁捶欺燃伞动卵危捉遁纪卤床肿渣几裕搬巡罐攀裴胯埃光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲1/9/2023