實驗一 單模光纖結構設計

#實驗一單模光纖結構設計實驗目的：1.掌握光纖的結構和分類；2.理解光纖結構對其傳輸性能的影響；3.掌握OptiwaveOptiFiber軟件的安裝和使用。實驗軟件：1.OptiFiber2.0光纖仿真軟件實驗原理：一、光纖的結構光纖實際上是一種高度透明的玻璃絲，由二氧化硅玻璃經復雜的工藝拉制而成，其全稱是光導纖維。從電磁波傳播的角度來看，光纖實際上是一個圓柱形波導，其橫截面基本由三部分組成，即折射率較高的芯區(qū)、折射率較低的包層和表面涂敷層。纖芯：纖芯提供傳輸光信號的通道，其成分是高純度的二氧化硅，有時還摻有極少量的摻雜物（如GeO2、P2O5）以提高纖芯的折射率。未摻雜的純石英光纖可以獲得盡可能低的光纖損耗。包層：為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機械保護作用。其材料也是含有極少量摻雜物（如B2O3、F）的高純度二氧化硅。摻雜物的作用是適當降低包層的折射率，使之略低于纖芯的折射率，以滿足光傳輸?shù)娜珒确瓷錀l件。涂敷層：保護光纖不受水汽的侵蝕和機械擦傷，同時增加光纖的柔韌性。設纖芯和包層的折射率分別為n和n，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n>n。纖1212芯和包層的相對折射率差：n2—n2n—n△二T2U12-2n2n11單模光纖0.3%—0.6%，多模光纖為1%—2%。A越大，把光能量束縛在纖芯的能力越強，但信息傳輸容量卻越小。二、特種單模光纖為調整工作波長或改善色散特性，在常規(guī)單模光纖的基礎上，設計出結構復雜的特種單

模光纖。色散移位光纖（DispersionShiftedFiber,DSF）我們知道單模光纖沒有模式色散所以具有很高的帶寬，那么如果讓單模光纖工作在1.55ym波長區(qū)，不就可以實現(xiàn)高帶寬、低損耗傳輸了嗎？但是實際上并不是這么簡單。常規(guī)單模光纖在1.31ym處的色散比在1.55gm處色散小得多。這種光纖如工作在1.55gm波長區(qū)，雖然損耗較低，但由于色散較大，仍會給高速光通信系統(tǒng)造成嚴重影響。因此，這種光纖仍然不是理想的傳輸媒介。為了使光纖較好地工作在1.55gm處，人們設計出一種新的光纖，叫做色散移位光纖（DSF）。這種光纖可以對色散進行補償，使光纖的零色散點從1.31gm處移到1.55gm附近。這種光纖又稱為1.55gm零色散單模光纖，代號為G.653。G.653光纖是單信道、超高速傳輸?shù)臉O好的傳輸媒介?，F(xiàn)在這種光纖已用于通信干線網，特別是用于海纜通信類的超高速率、長中繼距離的光纖通信系統(tǒng)中。非零色散移位光纖（NZ-DSF）色散移位光纖雖然用于單信道、超高速傳輸是很理想的傳輸媒介，但當它用于波分復用多信道傳輸時，又會由于光纖的非線性效應而對傳輸?shù)男盘柈a生干擾。特別是在色散為零的波長附近，干擾尤為嚴重。為此，人們又研制了一種非零色散移位光纖即G.655光纖，將光纖的零色散點移到1.55ym工作區(qū)以外的1.60ym以后或在1.53ym以前，但在1.55ym波長區(qū)內仍保持很低的色散。這種非零色散移位光纖不僅可用于現(xiàn)在的單信道、超高速傳輸，而且還可適應于將來用波分復用來擴容，是一種既滿足當前需要，又兼顧將來發(fā)展的理想傳輸媒介。這種光纖在1.31gm到1.55gm整個波段上的色散都很平坦，接近于零。圖1典型特種單模光纖（（a）雙包層；（b）三角芯；（c）橢圓芯）實驗內容：、使用OptiFiber2.0軟件練習G.652光纖結構設計IIWQIIIVIIIQTOC\o"1-5"\h\ziI?iIi1.452131452-1.451-Mepu-⑴>-Dal1.451-Mepu-⑴>-Dal方cr1451448-一％一SCEmfcsKmpu-Cu>-Gns」%lx-s.32.2o.o.aooo5

JI1.447-D.D0DD0D?和-40?2D0204060Radial[Jistance[pm]二、使用OptiFiber2.0軟件練習色散移位光纖（DSF）結構設計對光纖損耗機理的研究表明，光纖在1550nm窗口損耗更低，可以低于0.2dB/km,幾乎接近光纖本征損耗的極限。如果零色散移到1550nm，則可以實現(xiàn)零色散和最低損耗傳輸?shù)男阅?。為此，人們研制了色散移位光纖（G.653光纖）。設計思路是通過結構和尺寸的適當選擇來加大波導色散，使零色散波長從1310nm移到1550nm。DSF的折射率分布像W型，又稱W光纖。適當選取纖芯、內包層和外包層的折射率n「n2、n3，調整a值，可以改變零色散波長。1.45470r1.45230W—TOC\o"1-5"\h\z1.4499041.4475041.44510W12.500025.000037.500050.000062.5000112.500025.000037.500050.000062.50000.000000三、使用OptiFiber2.0軟件練習非零色散位移光纖NZ-DSF結構設計DWDM和EDFA的迅速發(fā)展，1550nm波段的幾十個波長的信號同時在一根光纖中傳輸，使光纖的傳輸容量極大地提高。然而，四波混頻FWM會引起復用信道之間的串擾，嚴重影響WDM的性能。FWM是一種非線性效應，其效率與光纖的色散有關，零色散時混頻效率最高，隨著色散增加，混頻效率迅速下降。這種性質使DSF光纖在WDM系統(tǒng)中失去了魅力。非零色散移位光纖NZ-DSF（G655光纖）應運而生。NZ-DSF在1530?1565nm（EDFA的工作波長）區(qū)具有小的但非零的色散，既適應高速系統(tǒng)的需要，又使FWM效率不高。NZ-DSF的纖芯采用三角形或梯形折射率分布，其色