问题二光纤基本特性对光传输系统有哪些影响.pdf

《问题二光纤基本特性对光传输系统有哪些影响.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《问题二光纤基本特性对光传输系统有哪些影响.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-1-问题二：光纤基本特性对光传输系统有哪些影响？问题二：光纤基本特性对光传输系统有哪些影响？自从二十世纪七十年代末以来，光纤已经在电信，数据和有线电视网得到了广返的应用。同时光纤的各项指标也在不断的得到改良。特别是当前，光网络方面的技术进展更是对光纤提出了进一步的要求。在本文中我们首先介绍了光纤应用的大致历程，然后对影响光传输系统性能的各项光纤特性进行了回顾，并且就这些指标对传输的影响进行了一定的讨论,最后我们阐述了光网络对光纤的要求。光纤的种类光纤的种类 在 1970 年代末 1980 年代初投入商用的多模光纤的芯径约为 50m（图 1）。最初使用在室内布线的多模光纤很快被具有低损耗和高信

2、息承载能力的单模光纤所取代。在 1983 年多模光纤（50um 和62.5um）在环形支线上有短暂的应用，但即使在那里也又很快被单模光纤所取代。今天，多模光纤几乎只用在传输距离250 km 无色散补偿的传输。非零色散位移光纤在海缆和陆地长途网络中都有使用。光纤特性光纤特性 衰减衰减 图 2 展示了石英光纤的典型谱损耗曲线。其主要特性有三点:(1)总的来讲随着波长的增加衰减逐步降 低（瑞利散射）；(2)存在同 OH 离子有关的衰减吸收峰；(3)由于石英吸收和弯曲损耗的存在，波长在 大于 1600nm后衰减逐步增加。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1

3、.5432101stwindow2nd75th3rd 4thOH OH OH Wavelength-(m)Attenuation(dB/km)windowscut-off wavelengthfor single-modefibers50 THz190 THz 图图 2.典型石英光纤的谱损耗曲线 早期的多模光纤使用 0.85 m附近的第一个窗户，后来则是 1.3 m附近的第二个窗口。单模光纤先是 工作在光纤典型衰减为 0.35 dB/km 的第二个窗口。但由于光纤最低的损耗(约 0.21 dB/km)存在于长波长区域，在二十世纪八十年代末工作于 1.55 m附近的第三个窗口的激光器和探测器开始

4、出现。-3-今天的光网络在 1.55 m 的 C 波段附近使用密集波分复用技术。不久，商用系统也会使用第四个窗口）(1.6 m附近的 L波段)。1.35 m 到 1.53 m之间的第五个窗口也会投入使用。所有这些意味着从1.26 到 1.65 m有近 50THz的可用带宽。色散色散 色散描述了不同的波长在光纤中以不同速度在光纤传播的趋势。如果工作在色散较高的波长,光脉冲会随时间而展宽,导致信号相互串扰,会使误码率增加到不可接受的程度。为把时域脉冲展宽减到最小，系统一般工作在光纤色散较小的区域。（然而，象后面将要讨论的那样，成熟的密集波分复用系统则要求色散为非零）。图 3 展示了三种光纤色散随波

5、长变化的情况。图图 3.三种光纤色散随波长变化的曲线。非色散位移光纤的零色散在约 1310 nm附近,色散位移光纤则在 1550 nm左右，而对非零色散位移光纤则在 1530到 1565 nm 范围之外。光纤的色散包括两个部分材料色散和波导色散(图 4)。就象它的名字所说的那样,材料色散取决于组成光纤的掺杂和石英材料的色散特性。这些材料并没有很多显著调整光纤色散的空间，所以光纤色散的变化主要依靠对光纤波导色散的调整。材料色散主要是指光纤模式的有效群折射率随波长变化的趋势。色散的大小取决于同光纤折射曲线有关的模面积。对于芯径比较大的光纤，例如多模光纤，波导色散并不显著。因此，材料色散主宰多模光纤

6、的色散。由于单模光纤具有较小的芯径，其色散可以由波导色散的调整来调整。在色散非位移光纤中，正的材料色散主宰并在 1310nm（光纤的零色散波长）处产生最小的绝对色散。在色散位移光纤和非零色散位移光纤中，折射率曲线被故意设计成具有一个大的负色散，其大小同材料色散大致相当。由于材料色散和波导色散同时存在，因而我们可以把色散位移光纤的零色散波长移到 1550nm 处。虽然非零色散光纤的零色散波长没有特殊规定，它一般落在 1530到 1565nmC波段之外。由外部调制非啁啾激光器产生的非回零信号（NRZ）以B(Gb/s)速率传输并且其色散为 104,000/B2 p时,其功率损失为 1dB。D1D 也

7、就是波长调制在 2.5 Gb/s时色散是 16,640 ps/nm；10 Gb/s时为 1040 s/nmWavelength(nm)20 10 0-10-20Dispersion(ps/nm-km)1600140013001500dispersion-unshifteddispersion-shiftednonzero-dispersion -4-图图 4.单模光纤的材料和波导色散 ps/nm；40 Gb/s 时为 65 ps/nm。对于在色散非位移光纤上（色散为约 17ps/nmkm）工作于 1550 nm 的光网络来说，传输速率为 2.5 Gb/s 其色散限制距离为约 980km，10

8、Gb/s 时为 60km，40 Gb/s 时则为 4km。我们可以用色散管理来延长以上色散限制距离。在海缆系统中，色散管理可以通过交错地把正色散光纤和复色散光纤相连接来实现。在陆上系统中,色散补偿模块以合适的间距被插在光纤线路之中(通常在光纤放大器附近)。这些模块通常包含数公里色散补偿光纤。偏振模色散偏振模色散 偏振模色散是光的一种同其振动方向有关的特性。在一根单模光纤中传播的光以一个或两个偏振方向振动。图 5 展示的是光纤不对称沿光纤长度方向均匀的情况下两个基模的情况。X 轴代表慢模,y 轴则是快模。两个模之间的差值即偏振模色散，典型的单位是 ps。如果偏振模色散得不到控制，它将给数字系统带

9、来大的误码并给模拟调制信号造成图象的扭曲（综合二阶扭曲）。图图 5.偏振模色散随光纤的圆不对称增加而上升。这里的不对称沿光纤轴向均匀分布。同图 4 中的表述不同,真实光纤中偏振模在沿光纤长度上以随机方式进行功率交换。这是由于光纤参数沿光纤长度的随机变化以及例如側向应力，弯曲和扭曲等随机外部扰动的存在。因此，偏振模色散的瞬时值是一个随时间，温度和波长变化的随机变量。这个瞬时值服从麦克斯维密度函数，其平均值同光纤长度的平方根成正比。这个平均值即我们通常所说的偏振模色散值。material componentwaveguide component forDSF and NZDFwaveguide c

10、omponent fordispersion-unshiftedDispersion(ps/nmkm)Wavelength(nm)20 10 0-10-20160014001300120015001100fastslowPMD=delay time -5-由于它随时间变化，由偏振模色散造成的功率损失也随时间变化并且可以同微波无线系统中的信号消逝相比。对应用非啁愀激光器的非回零传输信号，为保证偏振模色散功率损失大于 1dB 的时间每年不大于 30 分钟，发射机和接收机之间光纤和光器件上的偏振模色散应 140/B ps,这里 B 是比特率。因此，对应于 2.5,10 和 40 Gb/s系统的偏振模

11、色散容差分别为 56,14 和 3.5 ps。由于光纤的偏振模色散同其几何尺寸和机械特性有关，成缆后光纤的偏振模色散能很好地表征光纤真实的偏振模色散。光纤盘上光纤的弯曲以及张力会掩盖光纤真实的偏振模色散。在光纤盘上测得的低偏振模色散值并不能保证其成缆后也具有低的偏振模色散值。光网络对光纤的要求光网络对光纤的要求 光网络所需光纤的特性取决于其用在何种网络之中。例如，密集波分复用在楼宇系统中没有应用，在这种系统中更强调的是使用多模光纤（对激光传输更方便），或增加多模光纤的模式带宽来支持更高的信息传输容量。密集波分复用已经在海缆和长途陆上传输得到了广泛应用。海缆光纤应该能在大于 8 个波长上进行每个

12、波长大于 5 Gb/s的传输。陆上长途光纤应该能在 C波段承载 80 个波长（并且在将来应该在 L波段能承载更多），每个波长大于 10 Gb/s的传输。通过在海缆系统中把昂贵的光放大器的数目减到最少我们可以得到最经济的配置。我们可以通过使用负色散大有效面积光纤来达到这一点。这种光纤的大有效面积减少了光纤中的光功率密度，使得更多的光功率可以被注入光纤。从而使信号在需要放大时可以传输更长的距离。另外，这种光纤的负色散可以抑制一种叫做“调制不稳定性”的非线性效应，这种非线性效应可以大大劣化海底长距传输的信号质量。因为其相对来讲传输距离较短，城域网和环型支线对传输成本强调较少而对网络成本强调较多。理想

13、的光纤是一种能把上下波长的成本降到最低的光纤。通过消除了玻璃中 OH-离子引起的水峰（图1），SMF28e 光纤打开了更多的工作波段。这个波段或者可以容纳更多的波长，或者通过增加波长间隔使系统可以使用更便宜的器件。当前的大多数光网络使用光放大器来减少，甚至不再使用光电中继。因此，信号在经过中继前会传输更长的距离。长距离和由于使用光放而引起的高功率，使得随之而来的非线性效应必须得到有效的控制。结语结语 光纤已经成为构建我们当前传输网络的基本传输媒介,光纤的选择已成为网络建设者考虑的课题之一。因而熟悉光纤的各项参数，加深网络对光纤应用的要求的理解已成为他们的迫切需要之一。我们希望此介绍能对用户有所益处。