光纖的分類及比較包括各種單模光纖的色散及衰減特性

優(yōu)選光纖的分類及比較包括各種單模光纖的色散及衰減特性當前第1頁\共有34頁\編于星期二\18點

問題講述流程1光纖的分類及應用場合2光纖的色散特性3光纖的衰減特性4對各種單模光纖特性的比較（給出G654光纖的特性）當前第2頁\共有34頁\編于星期二\18點

1光纖的分類及應用場合當前第3頁\共有34頁\編于星期二\18點單模光纖的分類目前，光纖主要分為兩大類，單模光纖和多模光纖。按照ITU的規(guī)范，單模光纖的分類如下：當前第4頁\共有34頁\編于星期二\18點多模光纖的分類：從性能上講A1類光纖比A2，A3，A4光纖特性好的多。多模光纖主要用于短距離的局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)鏈路及傳感等方面。多模光纖的分類當前第5頁\共有34頁\編于星期二\18點光纖纖芯包層模型FibrecoreSiO2+GeO2

?

10μmn11.443SiO2Cladding?

125μm±2

m

n21.44n1>n2單模：8~10mm多模：50mm125mm纖芯包層涂覆層護套層當前第6頁\共有34頁\編于星期二\18點傳感器光纖

保偏光纖熊貓領結橢圓光敏光纖PhotosensitiveFiberforFiberGratings當前第7頁\共有34頁\編于星期二\18點1光纖的分類及應用場合中繼光纜低損耗，寬帶寬；市內，城市間，長途海底光纜低損耗，寬帶寬，高機械性能，高可靠性；海底用戶光纜高密度，寬帶寬，中低損耗；計算機網(wǎng)，光纖到戶局內光纜體積小，重量輕，柔軟；局域網(wǎng)無金屬光纜低損耗，抗電磁干擾；電力，石化，交通復合光纜低損耗；電力…...應用場合當前第8頁\共有34頁\編于星期二\18點2光纖的損耗（衰減）特性當前第9頁\共有34頁\編于星期二\18點

光纖的損耗（衰減）特性光波在光纖中傳輸時隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗（也可叫傳輸衰減）。形成光纖損耗的原因有很多，有來自光纖本身的損耗（吸收損耗、散射損耗），也有光纖與光源的耦合損耗以及光纖之間的連接損耗，還有光纖彎曲損耗以及纖芯與包層中的損耗。當前第10頁\共有34頁\編于星期二\18點光纖本身損耗的分類吸收損耗散射損耗本征吸收損耗：光波通過光纖材料時的損耗雜質吸收損耗：材料的不純凈以及工藝的不完善造成的附加吸收損耗（過渡金屬離子吸收以及水的氫氧根離子的吸收）線性散射損耗非線性散射損耗（與石英光纖的振動激發(fā)態(tài)有關）瑞利散射：光纖材料折射率隨機性變化引起材料不均勻引起的散射當前第11頁\共有34頁\編于星期二\18點光纖損耗（衰減）的定義光纖衰減是對光信號在光纖中傳輸時能量損失的一種度量，單位為dB，在工作波長為λ時的衰減A定義為：

p1、p2分別為光纖注入端和輸出端的光功率。（dB與dBm）)(lg10)(21dBppA=l當前第12頁\共有34頁\編于星期二\18點

若光纖是均勻的，則還可以用單位長度的衰減即衰減系數(shù)α來表示：

)/(lg101)(1)(21kmdBppLAL==lla

光纖損耗（衰減）的定義當前第13頁\共有34頁\編于星期二\18點3光纖的色散特性當前第14頁\共有34頁\編于星期二\18點光纖中的色散光脈沖注入光纖后，長距離傳輸后脈沖的寬度被展寬光纖的色散嚴重影響了系統(tǒng)的誤碼性能，并限制了通信系統(tǒng)的容量和通信距離當前第15頁\共有34頁\編于星期二\18點模間色散(ModeDispersion)材料色散(ChromaticDispersion)波導色散(waveguidedispersion)

偏振模色散(PolarizationModeDispersion)光纖色散的分類:當前第16頁\共有34頁\編于星期二\18點模間色散在多模光纖中，各個模式走不同的路徑，高階模走的路程長，低階模走的路程短，因此到達光纖終端的時間先后不同，造成脈沖展寬，如下圖所示。這種由于傳輸模式引起的色散叫做模間色散。（即使譜線很窄，模間色散也很大。）當前第17頁\共有34頁\編于星期二\18點

模間色散圖當前第18頁\共有34頁\編于星期二\18點單模光纖中的色散

在單模光纖中不存在多種模式，也就沒有模間色散，但脈沖展寬現(xiàn)象依然存在，這是由于光脈沖信號有一定的頻譜寬度（光脈沖有不同的頻率成分），不同工作波長的光信號在光纖中將有不同的傳播群速度，造成光脈沖的展寬。這種現(xiàn)象叫群速度色散，它一般小于模間色散。其主要由材料色散和波導色散所決定。當前第19頁\共有34頁\編于星期二\18點單模光纖色散對信號的影響當前第20頁\共有34頁\編于星期二\18點材料色散材料色散由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，嚴格來說，并不是一個固定的常數(shù)，而是對不同的傳輸波長有不同的值。而光纖通信實際上用的光源發(fā)出的光，并不是只有理想的單一波長，而是有一定的波譜寬度。當光在折射率n的為介質中傳播時，其速度v與空氣中的光速C之間的關系為：v=C/n

光的波長不同，折射率n就不同，光傳輸?shù)乃俣纫簿筒煌?。因此，當把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖內傳輸時，光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變，到達終端時將產生時延差，從而引起脈沖波形展寬。當前第21頁\共有34頁\編于星期二\18點波導色散

由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內傳輸，另一部分在纖芯中傳輸。進入包層內的光在傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。由于纖芯和包層的折射率不同造成脈沖展寬的現(xiàn)象稱為波導色散。光脈沖射入光纖后，由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同，所以到達終點的時間也不相同，從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來說，入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導引起的，由此產生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導色散。當前第22頁\共有34頁\編于星期二\18點波導色散d虛反射面反射面穿透深度Z側向位移n2n1>n2n1當前第23頁\共有34頁\編于星期二\18點偏振模色散PMD單模光纖只能傳輸一種基模的光。基模實際上是由兩個偏振方向相互正交的模場HE11x和HE11y所組成。若單模光纖存在著不圓度、微彎力、應力等，HE11x和HE11y存在相位差，則合成光場是一個方向和瞬時幅度隨時間變化的非線性偏振，就會產生雙折射現(xiàn)象，即x和y方向的折射率不同。因傳播速度不等，模場的偏振方向將沿光纖的傳播方向隨機變化，從而會在光纖的輸出端產生偏振色散。通常小于0.5ps/km1/2當前第24頁\共有34頁\編于星期二\18點色散補償技術

當前，發(fā)展比較成熟的、主流的色散補償技術主要是采用色散補償光纖（DCF）來進行色散補償。其主要技術是在每個（或幾個）光纖段的輸入或輸出端通過放置DCF色散補償模塊（DCM），周期性地使光纖鏈路上累積的色散接近零，從而可以使單信道1550nm外調制光纖干線的色散得到較好的補償。因此，對于超長距離的光纖傳輸，現(xiàn)有的色散補償技術可以相對較好的解決色散問題，對于超遠距離的傳輸，其首要考慮的因素是光纖的衰減特性。當前第25頁\共有34頁\編于星期二\18點4對各種單模光纖特性的比較當前第26頁\共有34頁\編于星期二\18點四種單模光纖G652G653G654G655當前第27頁\共有34頁\編于星期二\18點G6521）G652光纖又被稱為標準單模光纖，這種光纖是目前應用在1310nm窗口的最廣泛的零色散波長的單模光纖。2）其特點是當工作波長在1310nm時，光纖的色散很小，約為3.5ps/nm*km,系統(tǒng)的傳輸距離基本上只受光纖衰減所限制；但在1550nm波段色散較大，約為20ps/nm*km。3）這種光纖在1310nm波段的損耗較大，約為；在1550nm波段的損耗較小，約為：?；谝陨咸攸c，這種光纖應用在1550nm波段的2.5Gbps的干線系統(tǒng)中，主要用于城域網(wǎng)。10Gbps系統(tǒng)色散受限距離為34Km。且G652+DCF方案升級擴容成本高。當前第28頁\共有34頁\編于星期二\18點G652波長λ色散系數(shù)D

1310nm

1550nm180色散系數(shù)D的單位：

ps/nm.kmG652色散曲線圖：當前第29頁\共有34頁\編于星期二\18點G6531）針對標準單模光纖衰減和零色散在不同工作波長的特點，后來開發(fā)了一種將零色散波長從1310nm移到1550nm的色散位移光纖，ITU將這種光纖定義為G653。進行色散位移后，這種光纖在1550nm波段的色散為0,此時零色散與低損耗工作在同一波長上。2）但是零色散不利于多信道WDM傳輸，因為當復用的信道數(shù)較多時，信道間距較小，這時就會產生一種稱為四波混頻（FWM）的非線性光學效應，這種效應使兩個或三個傳輸波長混合，產生新的、有害的頻率分量，導致信道間發(fā)生串擾。如果光纖線路的色散為零，F(xiàn)WM的干擾就會十分嚴重。3）這種光纖適用10Gbps以上的單信道傳輸，但在波分復用后會發(fā)生嚴重的4波混頻現(xiàn)象，現(xiàn)已基本被淘汰。當前第30頁\共有34頁\編于星期二\18點G6541）G654光纖又稱為衰減最小光纖，這是一種應用于1550nm波段的純石英芯單模光纖（普通的光纖纖芯要摻鍺），這種光纖在1550nm波段衰減最小，僅為0.185dB/km。2）G654光纖在1310nm波段的色散為0，但在1550nm處波段色散較大，約為17-20ps/nm*km.3)因G654光纖在1550nm波段的衰減最小特性，結合較成熟的色散補償技術，該光纖原主要用于超長距離的的海底光纜。但在G655、G656成熟后，G654光纖現(xiàn)也基本不用，屬于淘汰產品。當前第31頁\共有34頁\編于星期二\18點G6551）G654光纖又稱為非零色散光纖，這是一種改進的色散位移光纖，其零色散波長不在1550nm處，而在1525nm或1585nm處。2）零色散光纖同時削減了色散效應和四波混頻效應，所以非零色散光纖綜合了標準單模光纖和色散位移光纖，有比較好的傳輸特性，特別適