《現(xiàn)代新型光纖》PPT課件.ppt

1、1,提 問 1、光纖的色散有哪幾種表示方法？ 2、光纖有哪幾種色散類型？色散的計(jì)算方法是什么？ 3、為什么單模光纖比多模光纖的帶寬要寬得多？ 4、三種色散類型的大小關(guān)系是什么？ 5、怎樣由光纖的色散計(jì)算出光纖的帶寬？ 6、為什么在低溫條件下工作會(huì)增加光纖的損耗？,2,第四節(jié) 現(xiàn)代新型光纖 影響傳輸距離的因素主要有兩個(gè)，其一是光纖損耗，其二是光纖色散。光纖損耗所限制的最長(zhǎng)傳輸距離可通過光纖放大器得以繼續(xù)延伸，但光纖色散對(duì)傳輸距離的限制限制不容忽視，尤其是在高速率、大容量信號(hào)傳輸時(shí)，色散的影響更為強(qiáng)烈。,3,目前，ITUT已經(jīng)在建議G.652、G.653、G.654 、G.655和 G.65x中分

2、別定義了五種不同類型的單模光纖。 一、標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(G.652光纖) 這種光纖就是我們目前廣泛應(yīng)用的常規(guī)單模光纖，稱之為1310nm波長(zhǎng)性能最佳的單模光纖，又稱為色散未移位單模光纖。,4,這種光纖可適用于1310nm和1550nm窗口工作。1310nm波長(zhǎng)工作時(shí)，理論色散值為零；在1550nm波長(zhǎng)工作時(shí)，傳輸損耗最低。,5,SiO2單模光纖色散與光波長(zhǎng)的關(guān)系,6,SiO2光纖的損耗-波譜曲線,7,二、色散位移光纖(DSF)（G.653） 目前常規(guī)的石英單模光纖有三個(gè)低損耗窗口即850nm，1310nm和1550nm，其中1550nm窗口損耗最低，而1310nm窗口具有零色散特性。如果在這種光纖

3、上采用1550nm波長(zhǎng)，雖然損耗最小，但色散很大(約17ps/nmkm)，直接影響到傳輸性能，因此必須重新設(shè)計(jì)一種新型光纖。,8,色散位移光纖(DSF)就是為將零色散點(diǎn)從1310nm移到1550nm處而設(shè)計(jì)的一種光纖，它可使工作于1550nm最低損耗波長(zhǎng)點(diǎn)同時(shí)也具有零色散。目前采用的方法是通過改變光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，加大波導(dǎo)色散值，從而移動(dòng)零色散點(diǎn)達(dá)到修正色散的目的，實(shí)現(xiàn)1550nm處的低損耗與零色散。為達(dá)到零色散點(diǎn)移位的目的，目前采用的方法是設(shè)計(jì)新型的光纖剖面折射率分布。,9,色散位移光纖的色散,10,單模光纖的折射率分布形狀,1、單包層階躍型 DSF 2、單包層漸變型DSF 3、多包層型DSF

4、,11,三、1550nm波長(zhǎng)最低衰減光纖（G.654光纖） 這種光纖是指1550nm波長(zhǎng)損耗最小的光纖，它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是如何降低1550nm處的衰減，其零色散點(diǎn)仍然位于1310nm波長(zhǎng)處。主要應(yīng)用與需要很長(zhǎng)再生段距離的海底光纖通信。,12,四、非零色散光纖 近幾年為解決1550nm波長(zhǎng)下采用EDFA以后出現(xiàn)的大容量實(shí)現(xiàn)問題，提出了密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)。即在1550nm附近(15301560nm)，選用密集的多路光載波，各自受到不同信號(hào)的調(diào)制，然后匯集在一根光纖上通過EDFA實(shí)現(xiàn)大容量超長(zhǎng)距離的傳輸，尤其是G.653光纖(DSF)在1550nm處優(yōu)良性質(zhì)是人們考慮的首選光纖。,13,但進(jìn)一

5、步的研究發(fā)現(xiàn)：DSF在單波長(zhǎng)、長(zhǎng)距離通信中具有很大的優(yōu)越性。但當(dāng)用于WDM系統(tǒng)時(shí)，在零色散波長(zhǎng)區(qū)將出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性問題，限制了WDM技術(shù)的應(yīng)用，成為DSF(G.653)的主要缺陷；從而引出了另一種新型光纖一非零色散光纖(NZDF)。,14,NZDF的工作原理 為了容許在光纖上傳播較大功率和多路波長(zhǎng)，誕生了非零色散光纖(NZDF)。其特點(diǎn)是將DSF的零色散點(diǎn)進(jìn)行了移動(dòng)，使15401565nm范圍內(nèi)色散值保持在1.04.0ps/nmkm，避開了零色散區(qū)，但又保持了較小的色散值。而零色散點(diǎn)可設(shè)置在1550nm以下或以上的較短波長(zhǎng)范圍內(nèi)(如1520nm或1570nm)。,15,五、色散補(bǔ)償光纖 (一)

6、概述 目前，光纖通信發(fā)展迅猛，業(yè)已安裝了大量的G.652常規(guī)單模光纖。這種光纖雖然在1310nm色散幾乎為零，但損耗較大，雖然摻鐠光纖放大器(PDFA)是工作在1310nm波長(zhǎng)區(qū)，但該器件尚未成熟，價(jià)格昂貴。DSF對(duì)現(xiàn)有線路的升級(jí)和擴(kuò)容無能為力。在這種情況下，如何解決常規(guī)光纖在1550nm波長(zhǎng)下的色散問題已成當(dāng)務(wù)之急，而色散補(bǔ)償光纖(DCF)正好應(yīng)運(yùn)而生。,16,(二) 色散補(bǔ)償?shù)幕驹?色散補(bǔ)償，又可稱為光均衡，其基本原理是當(dāng)光脈沖信號(hào)經(jīng)長(zhǎng)距離光纖傳輸后，由于色散效應(yīng)而產(chǎn)生脈沖展寬或畸變，這時(shí)可用一段色散補(bǔ)償光纖來修正，目的是消除展寬和畸變。例如：普通單模光纖的色散在1550nm波長(zhǎng)工作區(qū)

7、是正色散值，因此，可以設(shè)計(jì)一段特殊的光纖使之在該波長(zhǎng)區(qū)具有負(fù)的色散系數(shù)，而且其負(fù)色散系數(shù)很大，因此用很短的一段負(fù)色散光纖即可補(bǔ)償幾十千米的普通光纖所產(chǎn)生的色散，使在1550nm窗口也實(shí)現(xiàn)了無展寬的接收波形。這一段特殊光纖因其功能而稱之為色散補(bǔ)償光纖(DCF)。,17,DCF的主要特點(diǎn)是： DCF可放在光纖線路中的任何位置上(僅受到EDFA和光接收機(jī)靈敏度的限制)，安裝靈活方便。 DCF的色散補(bǔ)償量可以控制，且性能穩(wěn)定。 DCF具有很大的負(fù)色散(在1550nm波長(zhǎng)處)，足可抵消G.652光纖在1550nm處的正色散。對(duì)原使用1310nm的G.652光纖系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)容(變至1550nm波長(zhǎng)區(qū))而

8、言，只需少量的DCF和EDFA即可達(dá)到目的。,18,DCF雖然引入了插入損耗，但可通過EDFA予以彌補(bǔ)。 改善DCF的剖面結(jié)構(gòu)和制造工藝，可實(shí)現(xiàn)較大范圍的色散補(bǔ)償，且得到較低衰減。,19,(三) DCF的結(jié)構(gòu)與性能 DCF的主要特點(diǎn)是具有較大的負(fù)色散(在1550nm處)，以補(bǔ)償常規(guī)光纖在1550nm時(shí)產(chǎn)生的較大正色散，因此從色散特性上看，仍屬于一種色散位移光纖，但與DSF的要求和目的截然不同。 1、結(jié)構(gòu) 近年來，采用MCVD、VAD、PCVD等方法已制出了具有較高性能的DCF。其結(jié)構(gòu)以單包層和W型光纖較為常見，也有用三包層和四包層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。最高的DCF研制水平已達(dá)548ps/nmkm。但目

9、前最大的問題是這種光纖的損耗較大。,20,2、性能評(píng)價(jià)：DCF的主要性能包括色散、傳輸損耗、連接損耗和彎曲損耗等。 色散評(píng)價(jià) DCF最主要的參數(shù)即為色散值，希望它所產(chǎn)生的負(fù)色散越大越好。因?yàn)榇筘?fù)色散可使DCF的長(zhǎng)度縮短，減小占用空間。 傳輸損耗 由于在DCF制造過程中，采用了特殊的結(jié)構(gòu)(如增大)，因此它的傳輸損耗往往比常規(guī)光纖要大，應(yīng)在工藝條件上加以改進(jìn)，如以較大的張力控制光纖可減小損耗。,21,連接損耗 由于DCF的模場(chǎng)直徑與常規(guī)光纖的模場(chǎng)直徑不匹配，因此將這兩種光纖直接連接時(shí)會(huì)引起較大的連接損耗。解決方法可采用模場(chǎng)直徑調(diào)節(jié)技術(shù)(即利用光纖中摻雜劑的熱擴(kuò)散)解決，如日本藤倉(cāng)公司報(bào)道，以純石英

10、為包層的光纖熔接損耗最低可達(dá)0.12dB。 彎曲損耗 在實(shí)際應(yīng)用中，DCF總是環(huán)繞在卷軸上，以減小體積，因此必須仔細(xì)控制彎曲損耗。,22,(四)DCF應(yīng)用 主要用于DCF 實(shí)現(xiàn)高速率、大容量通信以及實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻傳輸。,23,六、色散平坦光纖 隨著光纖通信的迅速發(fā)展，人們開始尋求充分開發(fā)和利用光纖有效帶寬的途徑，也就是說不應(yīng)只滿足于在某一波長(zhǎng)上具有零色散或低色散，最好應(yīng)實(shí)現(xiàn)在整個(gè)光纖通信的長(zhǎng)波長(zhǎng)波段(1300nm1600nm)不僅具有低損耗、也要有低色散。這種光纖即稱之為色散平坦光纖(DFF)，這種類型的光纖對(duì)由WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)在一根光纖上同時(shí)承載多個(gè)光載波來說意義重大。本節(jié)主要介紹這種光纖的結(jié)

11、構(gòu)與特性。,24,色散平坦光纖的色散, ,25,(一)W型DFF 為了能夠在寬波段內(nèi)得到平坦的小色散特性，采用的方法還是改變折射率的分布。最初的DFF是采用W型光纖制作的，因?yàn)檫@種光纖可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同波長(zhǎng)(=1305nm和1620nm)達(dá)到零色散，而且在這兩個(gè)零色散點(diǎn)之間，色散特性平坦，數(shù)值也較小。 (二)多包層DFF,26,七、超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖 從原理上分析，減小光纖損耗影響以提高光纖通信中繼距離的方法有：提高光發(fā)射機(jī)的入纖光功率；提高光接收機(jī)的接收靈敏度；降低光纖損耗系數(shù)。在這三個(gè)方法中，利用前兩者來提高光纖通信的中繼距離潛力有限，這是因?yàn)椋寒?dāng)入纖光功率太強(qiáng)時(shí)，將引起光纖的非線性效應(yīng)，產(chǎn)生受

12、激散射，從而導(dǎo)致光纖衰減的增大，反而減少了光中繼距離；至于光接收機(jī)靈敏度，則受到光電器件量子極限的限制。因此可行的辦法是進(jìn)一步降低光纖損耗以提高光纖的中繼距離。,27,1、降低光纖損耗的可能性 現(xiàn)在采用的光纖多由石英材料(SiO2)組成，它們有其自身固有的損耗特性。因此，為了提高傳輸距離，要求進(jìn)一步降低光纖損耗，利用石英材料已經(jīng)無能為力了，這促使人們尋找新光纖材料。通過研究和探索，人們發(fā)現(xiàn)了一些工作波長(zhǎng)在2m以上的材料具有極低的損耗，利用這些材料制成的光纖作為傳媒的通信系統(tǒng)稱為超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)。采用這種系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)萬公里無中繼的超長(zhǎng)距離通信，這將有助于大幅度降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性，減少維護(hù)成本和線路的勞動(dòng)強(qiáng)度。,28,2、超低損耗光纖材料 考慮到衰減小、強(qiáng)度大、接續(xù)容易、工藝簡(jiǎn)單、化學(xué)物理性能穩(wěn)定等