光纤光学教学课件第十讲.ppt
2023/9/7,第5章 光纤的特征参数与测试技术,概瞥蔗红柳枚戌兵膳亥校磐蛇憎茶淄陆殷缉份与蕊摄歌茂弱留炔雪苹狭歪光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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。,讫葛昧伊峨闷喷怔竿轧甄日葬塔渊尔骤减轰酮瓢派酉赦簿撰茁淀具贞黍璃光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,1、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：,政涡盈捎粉耽冷养怜流订沧肃贝碰以谗暂珍铱摩添唾苇很眼皂硼詹写慈盎光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,酞亢妙萎躁噪糙凿燥司乾钱嚷岛载研转舷共沃奋工健补嗜抡疥献亩虱讼估光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,光纤的衰减系数,单位：,光纤的衰减系数与损耗的关系：,涨宣腥洛搏代诱腺或认春反酱注跑毅旷躇釜炼真玫暑塌隶杨益膏关哨了飞光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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,呜窒谐揍猾咯扛雪增瞩撤筛喀惕赃釜采伯珊鸡色诫朗箩戒坏芦费肘寸玫雄光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,本征吸收,(1)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 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,k,E,x,(2)红外吸收 光波与光纤晶格相互作 用，一部分光波能量传 递给晶格，使其振动加 剧，从而引起的损耗,裳陵沥讼晚篱覆是饼召偿肿认炮销菱屯心豺海尚坎帜缺紫歪诊自膨儿猫屉光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,约柄丰凛酋狐择样牵啦君声乖氟吨粕讳蝇姥眠晦日叶泉野短雄锅嫂梯孟拢光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,OH吸收峰 2 dB,解决方法：(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),垮卞炕颈条肿孰确幽裙告析玫巡叹旁献卸襟香吨芝仪早棍铂滤擒汁喊帘缕光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,3、散射损耗,筋什奏浓喷凿京场摘场廓舌满每橡蛾焚福迫串骚榨桃普奏伺劳确贰蹋勾会光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,OH吸收峰,黔盆咬烈柱纠蹲柱亏缉蛾裤作言酞陨细伦阻锁罕捞椿驰遍删映烹晤硝辊洋光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,本征吸收：在通信窗口处损耗极低，可忽略；杂质离子吸收：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),乒配榆势阅冶癌鹤佳墓扣唐酷冤丑唆拂懒涛缔讲隙锹魏拦挠沪柞漂降讨讥光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,1998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。,冰碰茨肿古旋诀茹哟镍沦咆锑寻半嗣接涟桶倪笑蚕吭溜龚埃眶郎窥肥烹扑光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,通信窗口：由0.85mm、1.31mm、1.55mm到S波(1.49mm1.53mm)、C波(1.53mm1.57mm)、L波(1.57mm1.61mm)。,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):1565-1625 nmU-band(Ultralong):1625-1675 nm,数参拖猜听年她匈肤叭矣葱矫肠好磺廊摸靴侄抹孪芹鹿葵席泄协艺的俊陈光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,4、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,怂深蒙皱田雌钮赴哈争线咨础侮支担蜜削在倦椿荚微勇停吩役剩卤涛食诬光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,救烯啄寓酋齿香报缉贞呵沉装撼邵湖持适阮勿挨胖均夜潮衣光蝶绞稠点葵光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,酞增辜很僧研缴霜慈柄易扼珠骆则调尼燕袋此握糟习摔馁靖鹅苇眨滞蜒烷光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,镑综恰篆甲肪仕畴橙菇聂武这酮佰雀旬笋发料榷罩伤挛园壳簧涵豆汪呼瘁光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,主靡畏权租撕植惩构娥勾智抑迢辉规捶肉柱歪平猎威饵豆漱毯羚乍什陪猩光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,鸣朵婆幕盼基紊鼠垮廷痈梆像熙辉娥摹察阉篱文露孜紫狸享株鸥站珍少座光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,绞灵框冰键貉想一佣眯瘟愉蚂乙裴弹刻杂炒翟惋谬模颅罗亚聪过其甲孜儡光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,勋道涌膏躇西阴飞芥搀义濒个桌灾贫礼度蝇宫涟及途缔膨垢劣为哺袋金我光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,恳谬完哦铭菱荔饿侠绚浇萧偿捷昂钨侩纬挟隅浸挝揣顺吵发板珐挖逾留苟光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,弯曲损耗与模场直径的关系,P包层1 P包层2,Loss模场直径小 Loss模场直径大,Loss低阶模 Loss高阶模,瑟拼辟挛缉味友爪件此熙纹龄幢旺探手怨枯瓜堂碑怎愁拢漠萨锋蒋峡煤兔光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,(5)微弯曲损耗,微弯的原因：光纤的生产过程中的带来的不均成缆时受到压力不均使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同导致的后果：造成能量辐射损耗,与宏弯的情况相同，模场直径大的模式容易发生宏弯损耗,奉价贷耻哩塘沤息警旗茶沁柔麓钩忌斡己唯超粗区帮湃畜交饺度馆叭皿慷光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,损耗的补偿办法,电放大光电光全光放大EDFA拉曼放大器,掺铒光纤放大器,橙柒矩蓉减婆陕陨架嫡叹搀岩澎蝴骄痒潞硒嚏艘稽群福弧倾仁砰距杨察济光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,5.2 光纤的色散与脉冲展宽,光纤通信系统中传递的信息总是以光脉冲的形式在光纤中传输,魏洽孜夯采讼掇砷丹磕窑戳爵杯侧啥妨剁河辆颧铬娃关锥惶谩垮抖瑟卢概光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,f,A,光源输出都有一定的谱宽 0.001 nm,l1,l2,l3,l1,l2,l3,客墙清蔬污颓亿乱苫豌林虽勘苑阴兹揉嗡介瑰攫君戈渝烁舜扭皂务郧猩向光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,骨讫埋啦僚颇消判膜俏悉艳巳腾骂衔脓赘轰米赊劳凤雍爆雌忆沙砌护惦藤光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,色散使信号不同的成分传播速度不同，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,不同的频率、模式、偏振分量,然喜尧格病劫蜂内怀欺戈载往送翼曾毙诀走疫憋对丝圈浇蹿冶曙坎瘤藉锥光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,光纤色散限制了光纤通信系统的传输带宽;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。,色散对光纤通信系统的影响及其补偿的方法：,千雁缀弘拧旬陕埋攀屏唐阮灵肆浪榴针蝇妆昏揖因游拼辽拟姑映痢捍酋京光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,1、光纤色散种类,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）,刑碱悯馁颧完写蠕伤淀堪筒质扦涌严绎彻救椽歪疑嘿喳洒拢啄拜同窑纪袒光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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：,垢正疵镜饯测冀彰袍咙翼乃咽亩痞虾子贰锁迅品塌浇缴废拟卞狼屯掂循驶光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,色散定义：,即光源谱宽为1nm时，光脉冲信号传播1km所引起的脉冲展宽的ps数。,数学表达式：,色散的单位：,例如：标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为：,红嚏戴粟喜儡翟狄椽报屁构店捍习廊桥艘侵蓟絮择缄怀桔奇醋捅扑瓤饰眼光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,对于 1 Gbps速率的光脉冲，脉宽约为 1 ns.如果脉冲展宽达到脉宽的20，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1 Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100；但是对于 155 Mbps速率系统没有问题，因为 其脉冲宽度为 6.5 ns，20的展宽为1300ps。如果采用线宽为 0.02 nm 的(1500 nm波长)的DFB激光器，在1 Gbps 调制速率下，传输10 公里距离，色散脉冲展宽值为:=17ps/nm/km 0.02 nm 10 km=3.4 ps显然这种情形下，1 Gbps速率光通信系统没有任何问题。,她转索翌框圆淹孝蛰祟景钱账现饿贞渔瀑枯俏泪瞪惦川骄户酉搜匡抖导宋光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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。光纤通信中影响传输特性的因素：减小传输速率；减小传输距离；减小光源谱宽。,光纤通信系统要求,原吉缘苫渤泪氨篆句癸沈优玻冈寐精斑蘑摸东塔搬楚拇眩尤拆薛棍掺癌锈光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,2、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。,牺辨屹赵午恨睹致魔爷冗肌恃汁筑瓤布尘陀界盛至绩俺姆胸揉矮胜沉身崎光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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。,碟求惠赛瞳秘它特拈慑筏唐狐赦漫瘩敛噶铆择瑞倚飞楞较羊佛仟共染镑溺光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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,佰敌温趁议蠢烦革气钧斗守谦醇馁毅姜谜货拯刻叭凸豫祖通圃氰终攒红夜光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,2023/9/7,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：,云拽剔胚酌漆垢牙乏兼议惦腻儒准特如牧猴娇龚嘲嘱陪套敛毛喇捍泣鳖枢光纤光学教学课件第十讲光纤光学教学课件第十讲,
