模式色散在多模光纤中
西北工业大学_光纤通信作业答案
答案第一章：光纤通信1、什么是光纤通信？光纤通信及系统的组成光纤通信使用光导纤维作为传输光波信号的通信方式。
光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
2、什么事光通信光通信就是以光波为载波的通信。
3、光纤通信的优点？①传输频带宽，通信容量大。
②传输衰减小，传输距离长。
③抗电磁干扰，传输质量好。
④体积小、重量轻、便于施工。
⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保4、光纤通信的工作波长？光源：近红外区波长：0.8—1.8μm频率：167—375THz5、WDM是指什么？DWDM指什么？WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从材料上可以分为哪几种？从材料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？PC、APC、SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光线的制造分哪几个步骤？I 材料准备与提纯II 制棒III 拉丝、涂覆IV 塑套其中制棒分为：（1）MCVD改进的化学气相沉淀法（2）PCVD等离子化学气相沉淀法10、按材料光纤分几种？同611、无源器件的种类连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通信的物理学基础1、通过哪些现象可以证明光具有波动性？光的波动性可以从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应？光电效应具有哪些试验规律？由于光的照射使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴ 每种金属都有一个确定的截止频率γ0，当入射光的频率低于γ0 时，不论入射光多强，照射时间多长，都不能从金属中释放出电子。
⑵ 对于频率高于γ0的入射光，从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关，只与光的频率有关。
频率越高释放出的电子的动能就越大。
⑶ 对于频率高于γ0的入射光，即使入射光非常微弱，照射后也能立即释放出电子。
光纤的传输特性
光纤的传输特性光纤的传输特性包括损耗、色散、衰减、偏振和非线性效应等，其中，损耗和色散是光纤最重要的传输特性。
损耗限制系统的传输距离，色散限制系统的传输容量。
（1）光纤的损耗特性。
在光发射机和接收机之间由光缆吸收、反射、散射和辐射的信号功率被认为是损耗。
光纤损耗是光纤传输系统中限制中继距离的主要因素之一。
下表列出了3种石英光纤的典型损耗值。
（2）光纤的色散特性。
色散是光纤的一个重要参数，它会引起传输信号的畸变，使通信质量变差，限制通信容量与距离，特别是对高速和长距离光纤通信系统的影响更为突出。
光纤色散的产生涉及多方面的原因，这里只介绍模式色散、材料色散和波导色散。
①模式色散。
模式色散是指光在多模光纤中传输时会存在许多种传播模式，因为每种传播模式在传输过程中都具有不同的轴向传输速度，所以虽然在输入端同时发送光脉冲信号，但光脉冲信号到达接收端的时间却不同，于是产生了时延，使光脉冲发生展宽与畸变。
②材料色散。
材料色散是由构成纤芯的材料对不同波长的光波所呈现的不同折射率造成的，波长短则折射率大，波长长则折射率小。
就目前的技术水平而言，光源尚不能达到严格单频发射的程度，因此无论谱线宽度多么狭窄的光源器件，它所发出的光也会包含多根谱线（多种频率成分），只不过光波长的数量以及各光波长的功率所占的比例不同而已。
每根谱线都会受到光纤色散的作用，而接收端不可能对每根谱线受光纤色散作用所造成的畸变进行理想均衡，故会产生脉冲展宽现象。
③波导色散。
波导色散是指由光纤的波导结构对不同波长的光产生的色散作用。
波导结构是指光纤的纤芯与包层直径的大小、光纤的横截面折射率分布规律等。
这种色散通常很小，可以忽略不计。
光纤通信系统中的色散补偿问题综述
光纤通信系统中的色散赔偿问题综述1.Introduction光纤通信含有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。
但损耗和色散是长久妨碍光纤通信向前发展的重要因素。
随着着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的重要因素。
如何控制色散方便提高光纤通信系统的性能，成为光纤通信研究的热门课题之一。
现在对于光纤的色散已经提出了诸多赔偿办法，重要有色散赔偿光纤（DCF），啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转），全通滤波器、预啁啾等。
随着以上各办法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散赔偿技术，又相继提出了色散管理孤子，密集色散管理孤子等技术。
色散管理成为近年来光纤通信前沿研究的重要热点。
2.Concept of Dispersion由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传输速率，从而引发色散。
也能够从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传输期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。
3.Dispersion Causes普通把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。
a)模式色散模式色散是多模光纤才有的。
多模光纤中，即使是同一波长，模式不同传输速度也不同，它所引发的色散称为模式色散。
不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光波之间产生了群时延差，假设光纤能够传输多个模式，其中高次模达成输出端所需的时间较长，成果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式达成的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽。
b)模内色散模内色散亦称颜色色散或多色色散。
重要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量含有不同的群速度，成果造成光脉冲的展宽。
模内色散涉及材料色散和波导色散。
c)偏振色散普通的轴对称单模光纤是违反“单模”名称的。
事实上有可能传输着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向(设为x 方向与y 方向)上偏振的(即在这些方向上含有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着某些轴不对称，那么，光纤会存在双折射，模传输常数β对于x，y 方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引发的色散叫偏振色散。
光纤单模与多模的区别
4．传输距离在2Km以内的，可选用多模光线，超过2Km可用中继或选用单模光缆。实际中，在3KM以内用多模，如果是3－20km距离就用单模，如果是20km以上就需要中继了！
4、发送和接收 有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性 光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。
光纤分类方式有几种， 按光在光纤中的传输模式分：
单模光纤和多模光纤。
多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm，包层外直径125μm，单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外直径125μm。光纤的工作波长有短波长0.85μm、长波长1.31μm和1.55μm。光纤损耗一般是随波长加长而减小，0.85μm的损耗为2.5dB/km,1.31μm的损耗为0.35dB/km，1.55μm的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65μm以上的损耗趋向加大。由于OHˉ的吸收作用，0.90~1.3未能充分利用。80年代起，倾向于多用单模光纤，而且先用长波长1.31μm。
处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这就是说在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。
光纤基本概念
几何尺寸
包层直径（cladding diameter）：确定包层中心的那个圆的直径。 包层不圆度（cladding non-circularity）：由包层容差范围所确定的两个圆直 径间的偏差。 涂层直径（Coating diameter）：光纤涂覆层的直径。 涂层/包层同心误差（Coating / cladding Concentricity error）：涂层与包层中 心间的距离除以涂层直径。 涂层不圆度（Coat-of-roundness）：由涂层容差范围所确定的两个圆直径间 的偏差。 芯/包层同心误差（Core / cladding Concentricity error）：纤芯与包层中心间 的距离除以芯直径。
衰减
光纤衰减（attenuation of optical fiber）：光纤中光功率沿纵轴逐渐减小。光 功率减小与波长有关。光纤链路中，光功率减小主要原因是散射、吸收，以及 连接器和熔接接头造成的光功率损耗。衰减的单位为dB。 光纤衰减系数（fiber attenuation coefficient）：每公里光纤对光信号功率的衰减 值。衰减系数（也称衰耗系数）是多模光纤和单模光纤最重要的特性参数之一， 在很大程度上决定了多模和单模光纤通信的中继距离。单位：dB/km。 产生原因：使光纤产生衰减的原因很多，主要有：吸收衰减，包括杂质吸收 和本征吸收；散射衰减，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；其 它衰减，包括微弯曲衰减等。其中最主要的是杂质吸收引起衰减。在光纤材料 中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子对光的吸收能力极强，它们是产生光信 号衰减的重要因数。因此，要想获得低衰减光纤，必须对制造光纤用的原材料 二氧化硅进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb 以下。
光纤基本概念
单模及多模光纤的特性参数
光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。
受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。
1、多模光纤的特性参数① 衰耗系数a衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。
因为在很大程度上决定了多模。
光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、特性参数与传输特性参数。
受篇幅所限我们仅简单介绍几个富有代表性的典型参数。
1、多模光纤的特性参数① 衰耗系数a衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。
因为在很大程度上决定了多模光纤的中继距离。
其中最主要的是杂质吸收所引起的衰耗。
在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子（铜、铁、铬等）对光的吸收能力极强，它们是产生光纤衰耗的主要因素。
因此要想获得低衰耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb以下。
② 光纤的色散与带宽色散当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。
这说明光纤对光脉冲有展宽作用，即光纤存在着色散（色散是沿用了中的名词）。
光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。
光纤的色散可以分为三部分即模式色散、材料色散与波导色散。
模式色散Δτm因为光在多模光纤中传输时会存在着许多种传播模式，而每种传播模式具有不同的传播速度与相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达到接收端的时间却不同，于是产生了脉冲展宽现象。
对多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也较大，所以其材料色散不占主导地位。
但对单模光纤而言，由于其模式色散为零，所以其材料色散占主要地位。
波导色散Δτw所谓波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。
对多模光纤而言，其波导色散的影响甚小。
需要注意的是，由于光信号是以光功率来度量的，所以其带宽又称为3dB 光带宽。
即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号减少一半。
【精选】光纤通信课后习题解答第3章习题参考答案
第三章 光纤的传输特性1．简述石英系光纤损耗产生的原因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？答：（1）（2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。
2．当光在一段长为10km 光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。
求：光纤的损耗系数α。
解：设输入端光功率为P 1，输出端的光功率为P 2。
则P 1＝2P 2光纤的损耗系数()km dB P P km P P L /3.02lg 1010lg 102221==＝α 3．光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。
（2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。
因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。
4．为什么单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。
由于光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，并且模式色散>>材料色散＞波导色散＞极化色散。
由于极化色散很小，一般忽略不计。
在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。
因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也就是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。
光纤损耗吸收损耗本征吸收杂质吸收原子缺陷吸收紫外吸收 红外吸收氢氧根（OH －）吸收 过渡金属离子吸收散射损耗弯曲损耗5．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10km 。
试求：（1）子午光线的最大时延差；（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。
解：（1） 1sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n CL c M θτ () s 1.72145.150.110350.1105μ=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=km km （2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n 2=1.01sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n CL c M θτ () s 5210.150.110350.1105μ=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=km km 6．一制造长度为2km 的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.47，n 2=1.45，使用工作波长为1.31μm ，光源的谱线宽度Δλ＝3nm ，材料色散系数D m ＝6ps/nm·km ，波导色散τw ＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。
光纤-光缆及其传输特性
光纤\光缆及其传输特性摘要:在广播电视传输网中,同轴电缆传输系统具有设备简单投资少,接入用户方便,因此它在广播电视传输网的接入网部分和小区域的用户中得到了广泛的应用。
但对于远距离传输而言,同轴电缆传输系统就曝露出致命的弱点。
而光纤的出现恰好弥补了这一缺陷,由于光信号在光缆中的传输衰减极小,很小的光功率便可以在光缆中将其传到很远的地方。
因此光纤在现代社会中被广泛应用。
现就光纤、光缆的概念及其传输特性做一介绍。
关键词:光纤、光缆、传输损耗、传输带宽、光纤性能参数1、光纤光纤是用于传导光的介质光波导。
为了能对光信号进行远距离传输,光纤必须具有两个功能:(1)必须具有较低损耗。
(2)必须满足光波导条件。
为了实现这一功能,光纤通常由纤芯和包层两个二氧化硅层组成,包层的折射率必须小于纤芯的折射率,这样在包层与限制你的临界面便形成一个封闭的全反射面,保证了从纤芯向外射出的光能被完全反射回纤芯。
光纤按其传输光波的模式,可分为多模光纤和单模光纤。
光信号是一种特殊的电磁波,它在光纤中传播与电磁波在电波导中传输一样,同样存在着模式的问题。
多模光纤可以允许光信号以多模式传播,而单模光纤只允许光以基模一种模式传播。
多模光纤中,由于多种模式的光信号传播速度不同,而引起时域脉冲展宽,使其信道带宽受到限制。
由于单模光纤只能传输一种单一模式,所以具有很大的信道带宽。
因此,单模光纤被广泛应用于现代通讯系统中。
2、光缆若将若干根光纤并行使用把它们以一定的形式组合到一起,在其外部加以各种保护套便形成了光缆。
通常使用的架空和直埋式光缆有两种结构形式:中心束管式和层绞式。
中心束管式光缆,使用于光纤芯数较少的场合。
通常12 芯以下光缆使用这种结构形式。
中心束光缆就是将所需数量的光纤并行装入充满纤膏的束管内,形成中心束管。
束管内的光纤可以在纤膏内活动,这样的结构称为松套式结构。
3、光纤的传输特性光纤的传输特性包括传输损耗、光纤的传输带宽以及光纤传输性能参数。
光纤光学重点
一、名词解释1.光纤光栅（P144）：通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅2.数值孔径：入射媒质折射率与最大入射角的正弦之积3.基模模场半径(P101)：基模场在光纤的横截面分布曲线中心最大值e-1处所对应的半径。
4.子午光线：子午面上传播的光线5.光隔离器（P140）：是一种基于法拉第旋转的非互易性的传输器件，只允许光波沿着一个方向传输（光信号沿着指定正方向传输时损耗低，光路被接通），而另一个方向的传输是禁止的。
6.平均能流密度（P20）：在足够长的观测时间内平均单位时间内通过单位面积的能量。
能流密度（百度）：在一定的空间范围内，单位面积所取得的或单位重量能源所能产生的某种能源的能量或功率。
7.相速度（P19）：场的等相位面沿Z轴的传播速度。
群速度（P19）：光脉冲或波包的中心或光能量沿Z轴的传播速度，也即场的等幅面沿z 轴的传播速度。
8.群速度色散：在高速大容量的光纤通信中，由于光纤介质表现出非线性，光脉冲包络的形状会发生变化，这种影响光信号的接收的变化成为群速度色散9.光无源器件（P122）：有光纤式和光纤耦合分立元件两种，前者利用自身特性直接实现功能，后者利用光学元件对光的传播特性进行交换，并用透镜奖器件和光纤耦合。
10.自聚焦透镜（P122）：芯径大，长度短，数值孔径大，光线在其中的传播轨迹为正弦曲线。
由一点发出的不同角度的光线经过一周期的传播后又汇聚到另一点的类似平方律折射率分布光纤。
11.模式色散：在多模光纤中，传输的模式很多，不同的模式，其传输路径不同，所经过的路程就不同，到达终点的时间也就不同，这就引起了脉冲的展宽12.传播常数（P17具体看书）：纵向传播常数β：导模的相位在Z轴单位长度上的变化量，波矢在Z轴上的投影β=K·e z=nk0cosθz；横向传播常数：波矢k的横向分量，U和W分别反映了导模在芯区中的驻波场的横向振荡频率，W值则反映了导模在包层中的消逝场的衰减速度二、简答题1.光纤导光的基本原理全反射原理2.什么是光纤的色散？光纤的色散主要有几种？其对光纤通信有何影响？在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成分或不同的模式分量以不同的速度传播到达一定距离后必然产生信号失真（脉冲展宽），这种现象叫做光纤的色散。
《光纤通信》试卷题及答案
2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷《光纤通信》试题注：1、开课学院：通信与信息工程学院。
命题组：通信工程教研组·张延锋2、考试时间：90分钟。
试卷满分：100分。
3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。
4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、表示光纤色散程度的物理量是A.时延B.相位差C.时延差D.速度差2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会A.逐渐减少B.保持不变C.逐渐增大D.先逐渐增大,后逐渐减少3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是A.TEM 波、TE 波和TMB.导波、TE 波和TM 波C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模D.TEM 波、导波和TM 波4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于A. 121n n n -B. ∆21nC. 22VD. 42V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为A. 均衡器B. 判决器和时钟恢复电路C. 放大器D. 光电检测器6、在光纤通信系统中，EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度A.作前置放大器使用B.作后置放大器使用C.作功率放大器使用D.作光中继器使用7、EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是A.光耦合器B.波分复用器C.光滤波器D.光衰减器8、关于PIN 和APD 的偏置电压表述，正确的是A.均为正向偏置B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏D.前者反偏,后者正偏9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？A.光纤孤子(Soliton)通信B. DWDMC. OTDMD. OFDM10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是A.光源不能产生负信号光B.将出现长连“1”或长连“0”C.编码器太复杂D.码率冗余度太大二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和，而对于多模光纤来说，占主要地位。
色散的分类
材料色散
材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速C之间的关系为：
v=C/n
影响光纤时延差的因素有两个：纤芯－包层相对折射率差和光纤的长度。光纤的时延差与纤芯－包层相对折射率差成正比。其中是纤芯的折射率，是包层的折射率。越大，时延差就会越大，光脉冲展宽也越大。从减小光纤时延差的观点上看，希望较小为好，这种小的光纤称为弱导光纤。通信用光纤都是弱导光纤。另外，光纤越长，时延差也越大，色散也越大。
光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。
波导色散
光纤的第三类色散是波导色散。由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
对光纤用户来说，一般只关心光纤的总带宽或总色散。光纤光缆在出厂时，也只标明光纤的总带宽或总色散。
色散的分类
光纤的色散主要由模式色散、材料色散和波导色散组成。其中，材料色散与波导色散都与波长有关，所以又统称为波长色散。
光纤的色散特性
1-1 2020/3/1
Copyright Wang Yan
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Optical fiber communications 1-2 2020/3/1
1、材料色散：n=n(λ) ，n是波长λ的非线性函数。
2、波导色散：同一模式的相位常数β随波长λ而变，从而引 起色散。
Copyright Wang Yan
1-4
2020/3/1
low
high
n1 c
k0
dn1
d
n2 c
k0
dn2
d
n1 c
n2 c
k0
(
dn1
d
dn2
d
)
n1 n2
cc
二、在时光延纤差中，不0 同速度的信号经过同样的距离会有不同的时
延，从而产生时延差。时延差越大，色散越严重。常用最大
时延差来表示光纤色散程度，简称时延差。
A. 假若有一频率为f的已调光载频在光纤中传播，信号的群
速度：
Vg
d d
（包络线中心前进的速度 vg
d ）
dk
β：信号纵向相位常数，ω：角频率
Optical fiber communications
Copyright Wang Yan
1-5 2020/3/1
一、Model Dispersion
Copyright Wang Yan
1-3 2020/3/1
Group delay:
g
d d
波长相同，β不同
光纤传输中的色散特性分析新方法
光纤传输中的色散理论2011.2.14摘要：随着光纤通信系统中信号速率的提高和传输距离的增加，光纤的色散、非线性效应，以及二者之间的相互作用成为限制系统性能的重要因素。
目前，在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等实际应用中，色散特性显得十分重要。
本文首先简单介绍了光纤通信的发展，重点讲述了光纤传输过程中的色散特性。
接着我们从麦克斯韦方程组出发,建立了光脉冲在光纤中传播的理论模型。
在只考虑色散效应的情况下,对该理论模型进行进一步的研究,数值模拟出高斯光脉冲在光纤中的传输状态,并讨论了色散对光脉冲传播特性的影响。
最后分别研究了光纤传输系统的几种色散补偿技术。
关键词：光脉冲，色散，麦克斯韦方程组，色散补偿Dispersion in Fiber TransmissionABSTRACT：Fiber dispersion ,fiber nonlinearity and their interaction become the essential limiting factors of fiber communication systems with theincreasing of bit rate and transmission distance. At present, dispersion characteristics are very important for realistic applications of optical fiber communications, dispersion compensation and nonlinear optics. The article introduces development of fiber communication ，and undertakes a detailed study of dispersion in fiber transmission. then we proceed from Maxwell’s equations to built a theoretic model that describes the propagation of optical pulse in fiber. A further discussion about this theoretic model is proposed in the case of only considering dispersion. The transmission state of Gauss optical pulse in fiber was simulated numerically ,and the influence of dispersion on transmission characteristics of optical pulse is discussed. Finally,the fundamental principle of dispersion compensation are given.Key words:optical pulse , dispersion, Maxwell’s equations ,dispersion compensation一 引 言数据业务，特别是占主导地位的IP 业务量的爆炸式增长，对数据网的带宽、传输距离、容量等性能提出了更高的要求。
《光纤通信》试题册
目录第二章选择题练习 (2)第三章填空题练习 (9)第四章判断题练习 (13)第五章名词解释练习 (13)一．名词解释常规练习 (14)二、新增题型：写出以下名词的全称，并写出其意思。
(14)第六章画图题 (15)一．常规题练习 (15)二、新增题型练习：据图回答问题 (15)第七章简答题练习 (18)第八章综合、计算、分析题练习 (19)第九章证明题练习 (24)第十章期末试题示范 (25)答案详解 (31)第二章选择题练习1. 目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是A.0.85 μm, 1.27 μm, 1.31 μmB.0.85 μm, 1.27 μm, 1.55 μmC.0.85 μm, 1.31 μm, 1.55 μmD.1.05 μm, 1.31 μm, 1.27 μm 2．在阶跃型光纤中，传输模式的传输条件为A.V＞0B.V＞VcC.V＞2.40483D.V＜Vc3．在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数A.W＝0B.β＝0C.V＝0D.U＝04. 下列不属于影响光电二极管响应时间的因素是A.零场区光生载流子的扩散时间B.有场区光生载流子的漂移时间C.RC时间常数D.器件内部发生受激辐射的时间5．通常，影响光接收机灵敏度的主要因素是A．光纤色散 B．噪声 C．光纤衰减 D．光缆线路长度6．目前实用光纤通信系统普遍采用的调制─检测方式是A. 相位调制—相干检测B. 直接调制—相干检测C. 频率调制—直接检测D. 直接调制—直接检测7．下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是A.1550 nmB.1310 nmC.980 nmD.850 nm8．下列属于描述光电检测器光电转换效率的物理量是A. 响应度B. 灵敏度C. 消光比D. 增益9．下列属于有源光器件的是A.光定向耦合器B.半导体激光器C. 光纤连接器D. 光隔离器10．在下列的传输码型中，不属于插入比特码的是A. mB1PB. 4B1HC. 5B6BD. mB1C11. 在激光器中，光的放大是通过A．粒子数反转分布的激活物质来实现的B．光学谐振腔来实现的C．泵浦光源来实现的D．外加直流来实现的12. 下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?A．光纤的损耗可能发生变化 B．光源的输出功率可能发生变化C．系统可能传输多种业务 D．光接收机可能工作在不同系统中13. 光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用A．光衰减器B．光耦合器C．光隔离器D．光纤连接器14. 使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成A．光功率无法传输B．光功率的菲涅耳反射C．光功率的散射损耗D．光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端15. 在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是A．保证传输的透明度 B．控制长串“1”和“0”的出现C．进行在线无码监测 D．解决基线漂移16. 下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是A．两者都能提供动态的通道连接 B．两者输入输出都是单个用户话路C．两者通道连接变动时间相同 D．两者改变连接都由网管系统配置17. 目前EDFA采用的泵浦波长是A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μmC．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm18. 下列不是WDM的主要优点是A．充分利用光纤的巨大资源 B．同时传输多种不同类型的信号C．高度的组网灵活性，可靠性 D．采用数字同步技术不必进行玛型调整19. 下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括A．全光解复用技术 B．光时钟提取技术C．超短波脉冲光源 D．匹配技术20. 掺饵光纤的激光特性A．由掺铒元素决定B．有石英光纤决定C．由泵浦光源决定D．由入射光的工作波长决定21. 下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是A．光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率B．光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率C．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量D．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数22. 光发射机的消光比，一般要求小于或等于A．5％ B．10％ C．15％ D．20％23. 在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为A．10-6 B．10-5 C．10-4 D．10-324. 日前采用的LD的结构种类属于A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）B．单异质结半导体激光器C．同质结半导体激光器D．双异质结半导体激光器25. 二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为A．2.048 Mb/s，HDB3 B．8.448 Mb/s，HDB3C．2.048 Mb/s，CMI D．8.448 Mb/s，CMI26. 数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为多少dBm？A．-10 B．10 C．-20 D．-3027. WDH系统的单纤双向传输方式可实现以下哪种通信？A．单工 B．双工 C．全双工 D．单工与双工28. 光孤子源主要有哪几种A．掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器B．掺铒光纤孤子激光器、窄纤谱半导体激光器C．锁模半导体激光器、锁模半导体激光器D．掺铒光纤孤子激光器、信道频率激光器29. 前置放大器的三种类型中，属于双极型晶体管放大器的主要特点是A．输入阻抗低 B．噪声小C．高频特性较差 D．适用于低速率传输系统30. 下列哪一个不是SDH网的特点A．具有全世界统一的接口标准 B．大量运用软件进行系统配置的管理C．复用映射结构灵活D．指针调整技术降低了设备复杂性31. 光缆的基本型式有哪些(1)层绞式 (2)骨架式 (3)中心束管式 (4)带状式A．(1)(2)(3) B．(1)(3)(4) C．(2)(3)(4) D．(1)(2)(3)(4) 32. 光缆有哪些特性(1)拉力特性 (2)压力特性 (3)弯曲特性 (4)温度特性A．(1)(2)(3) B．(1)(3)(4) C．(2)(3)(4) D．(1)(2)(3)(4) 33. 下列哪项是光纤的光学特性(1)偏心度 (2)折射率分布 (3)模场直径 (4)带宽A．(1)(2) B．(3)(4) C．(2)(3) D． (2)(3)(4)34. 以下不是模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式是A．模拟基带直接光强调制 B．模拟间接光强调制C．频分复用光强调制 D．方波频率调制35. DFP激光器与FP激光器相比有什么优点？（1）单纵模激光器（2）普线窄，动态普线好，线性好（3）普线宽（4）纵横模数多A．(1)(2) B．(3)(4) C．(2)(3) D． (2)(3)(4)36. 以下不是PIN光电二极管的主要特性是A．波长响应特性 B．量子效率和光谱特性C．响应时间和频率特性 D．噪声37. 光接受机的噪声主要来源是（1）主放大器（2）光发射器（3）光检测器（4）前置放大器A．(1)(2) B．(3)(4) C．(2)(3) D． (2)(3)(4)38. 以下不是光有源器件的是A．光源 B．光放大器 C．光检测器 D．光开关39. 光开关可以分为（1）机械光开关（2）固体光开关（3）物理光开关（4）电子光开关A ．(1)(2)B ．(3)(4)C ．(2)(3)D ． (2)(3)(4)40. 以下不是通信网的发展方向是A ．数字化B ．综合化C ．宽带化D ．模拟化41. 光纤通信是以以下哪一选项为载体，光纤为传输媒体的通信方式？A 、光波B 、电信号C 、微波D 、卫星42. 要使光纤导光必须使A 、纤芯折射率小于包层折射率B 、纤芯折射率大于包层折射率C 、纤芯折射率是渐变的D 、纤芯折射率是均匀的43.以下哪项是把光信号变为电信号的器件？A 、激光器B 、发光二极管C 、光源D 、光检测器44. CCITT 于以下哪一年接受了SONET 概念，并重新命名为SDH ？A 、1985B 、1970C 、1988D 、199045. SDH 传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为多少kbit ／s ？A 、155.520B 、622.080C 、2488.320D 、9953.28046. 掺铒光纤放大器（EDFA ）的工作波长为多少nm 波段？A 、1310B 、1550C 、1510D 、85047. 发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是A 、受激吸收B 、自发辐射C 、受激辐射D 、自发吸收48. 光纤通信系统的是由以下几部分组成的？①电端机 ②光端机 ③中继器 ④光纤光缆线路A. ①②③B. ②③④C. ①③④D. ①②③④49. 要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制调制脉冲电流的幅度；二是控制A 、微型半导体制冷器B 、调制脉冲电流的相位C 、热敏电阻D 、激光器的偏置电流50. 光纤传输特性主要有①色散 ②损耗 ③模场直径 ④截止波长A. ①②B. ②③C. ①④D. ①③51. 各模式在光纤中传播而形成传输模式的条件是A.k n k n 21<<βB.k n 2<βC.k n 1>βD.k n k n 12<<β52. 渐变型光纤中，不同入射角的光线会聚于同一点的现象称为何种效应？A.自聚焦B.自变陡C.色散D.弛张53. 在阶跃型(弱导波)光纤中，基模为A.LP01 模B.LP02 模C.LP11 模D.LP12 模54. 半导体激光器对光的频率和方向进行选择的器件是A.泵浦源B.激活物质C.耦合器D.光学谐振腔55. 光接收机中，使经过其处理后的信号波形成为有利于判决的波形的器件是A.均衡器B.判决器C.前置放大器D.光检测器56. 光发射机中实现电/光转换的关键器件是A.光源B.调制电路C.光检测器D.放大器57. 转换光路，实现光交换的重要器件是A.光开关B. 耦合器C. 隔离器D. 光衰减器58. 下列不属于EDFA 的优点的是A.增益高B. 频带宽C. 噪声系数小D.可放大多个波段59. 下列不属于常用的线路码型是A.扰码B. mBnB 码C.插入码D. NRZ 码60. 在一根光纤中同时传输多个波长信号的一项技术是A.色散补偿技术B.相干光通信技术C.光时分复用技术D.光波分复用技术61. 光纤单模传输条件,归一化频率V 应满足A ．V>2.405B ．V<2.405C ．V>3.832D ．V<3.83262. 激光是通过什么产生的？A.受激辐射B.自发辐射C.热辐射D.电流63. EDFA 的泵浦光源的典型工作波长为A.850 nmB.980 nmC.1310 nmD.1550 nm64. 光隔离器的工作原理是A ．基于法拉第旋转的非互易性B ．基于多层电介质干涉膜的滤波原理C．基于光栅的衍射原理 D．基于圆柱形透镜的聚焦原理65. 光隔离器的作用是A.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输C.分离同向传输的各路光信号D.将光纤中传输的监控信号隔离开66. 光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是A.光源不能产生负信号光B.将出现长连"1"或长连"0"C.编码器太复杂D.码率冗余度太大67. 在激光器中,光的放大是通过A.光学谐振腔来实现 B．泵浦光源来实现C．粒子数反转分布的激活物质来实现 D．外加直流来实现68. 单模光纤中主要色散是；多模光纤中主要色散是A．波长色散、模式色散 B．波长色散材料色散C．材料色散、偏振模式色散 D．偏振模式色散、模式色散69. 目前光纤通信系统中广泛使用的调制─检测方式是A.相位调制—相干检测B.强度调制—相干检测C.频率调制—直接检测D.强度调制—直接检测70. 光合波器是A．将多个光波信号合成一个光波信号在一根光线中传输B．将多路光信号合并成一路光信号在光纤中传输C．将同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输D．将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输71. 光纤是利用光的以下哪种现象传送光信号的？A、折射B、散射C、全反射D、辐射72. 光纤的纤芯折射率应包层折射率,光纤才能导光A、大于B、小于C、等于D、大于等于73. 通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是A．光纤色散 B．光接收机噪声 C．光纤衰减 D．暗电流74. 光纤相对折射指数差的定义为A.Δ=n1－n2B.Δ=n2－n1C.Δ=(n21－n22)/2n21D.Δ=(n21－n22)/n2175. 阶跃型光纤中,某种模式截止时的归一化频率为Vc,则这种模式形成导模的传输条件为A.V<VcB.V>2.405C.V>VcD.V>076. 随着激光器温度的上升,其输出光功率会A.减少B.增大C.保持不变D.先逐渐增大,后逐渐减少78. 在光纤通信系统中,EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度A.作前置放大器使用B.作后置放大器使用C.作功率放大器使用D.作光中继器使用79. 光接收机中,雪崩光电二极管引入的噪声为A.光电检测器的暗电流噪声、雪崩管倍增噪声、光接收机的电路噪声B.量子噪声、雪崩管倍增噪声、光接收机的电路噪声C.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、光接收机的电路噪声D.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、雪崩管倍增噪声80. 光中继器中均衡器的作用是A.放大B.消除噪声干扰C.均衡成矩形脉冲D.均衡成有利于判决的波形81. 通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是A.光纤色散B.光接收机噪声C.光纤衰减D.暗电流82. EDFA中用于降低放大器噪声的器件是A.光耦合器B.波分复用器C.光滤波器D.光衰减器83. 以下哪一样不是无源光器件A、光调制器B、光纤连接器C、LEDD、光纤耦合器84. 关于PIN和APD的偏置电压表述,正确的是A.均为正向偏置B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏D.前者反偏,后者正偏85. 处于高能级E2的电子,在未受外界激发的情况下,自发地跃迁到低能级E1,从而发射出一个能量为hf(=E2-E1)的光子的过程称为A.自发辐射B.受激吸收C.受激辐射D.非辐射复合86. 目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是A.半导体光放大器B.掺铒光纤放大器C.拉曼光纤放大器D.布里渊光纤放大器87. 阶跃光纤中,子午线在包层和纤芯分界面上形成全反射的条件为A.1θ≥211n n sin -B.1θ<121n n sin -C.1θ≥121n n sin -D.1θ<211n n sin -88. 表示光纤色散程度的物理量是A.时延B.相位差C.时延差D.速度差89. STM-1每秒可传的帧数是A.8000B.4000C.2000D.100090. 处于高能级E2的电子,在未受外界激发的情况下,自发地跃迁到低能级E1,从而发射出一个能量为hf(=E2-E1)的光子的过程称为A.自发辐射B.受激吸收C.受激辐射D.非辐射复合91. PIN 光电二极管,因无雪崩倍增作用,因此其雪崩倍增因子为A. G ＞1B. G ＜1C. G ＝1D. G ＝092. 光纤通信系统中常用的光源主要有A ．光检测器、光放大器、激光器B ．半导体激光器、光检测器、发光二极管C ．PIN 光电二极管、激光、荧光D ．半导体激光器LD 、半导体发光二极管93. STM —1中信息净负荷的字节数为A. 576B. 261C. 2349D. 460894. 光纤的连接分为A ．固定连接和永久性连接B ．固定连接和熔连接C ．固定连接和活动连接D ．粘连接和熔连接95. 从射线理论的观点看,在阶跃型光纤中,入射子午光线形成导波的条件是:光线在光纤端面上的入射角Φ必须满足的条件为 A. Φ≥arcsin 12n n B.0≤Φ≤arcsin 2221n n -C. Φ＞arcsin2221n n - D.0≤Φ≤arcsin 12n n 96. EDFA 的最大输出功率常用 来表示。
单模光纤与多模光纤的色散
一、概述色散是光纤的传输特性之一。
由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。
光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。
为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。
另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。
因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
光纤的色散可分为：1．模式色散又称模间色散光纤的模式色散只存在于多模光纤中。
每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。
2．材料色散含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。
3．波导色散又称结构色散它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。
光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。
但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。
4、偏振模色散（PMD）又称光的双折射单模光纤只能传输一种基模的光。
基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。
若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。
因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。
PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD）。
二、色散（带宽）的描述模内色散系数的定义是：单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽（延时差）[ps/（nm·km）]。
光纤通信原理课后答案
光纤通信原理课后答案【篇一：光纤通信原理参考答案】>第一章习题1-1 什么是光纤通信?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
1-2 光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么?1-3 bl积中b和l分别是什么含义?系统的通信容量用bl积表示，其含义是比特率—距离积表示，b为比特率，l为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
主要有：(1) 通信容量大(2) 中继距离远(3) 抗电磁干扰能力强，无串话(4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略1第二章习题求：(1) 激光波长；(2) 平均能流密度；(3) 平均能量密度；(4) 辐射强度；1）??c3?108（??3?1013?10?5m（2）?ws?10010?10?9(10?2)2?3.18?1013j/ms2（3）?c?3.18?10133?108?1.06?105j/m2s（4）i??3.18?1013j/ms22-2 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。
（1）从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；（1）??axd??k?x?d?d?1a x4?4axd?4?x1?3aa(x4?x1)3d?5?10?7m（2）?x?d?a?3?10?3m22-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
油的折射率为1.3，玻璃的折射率为1.5 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。
解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。
光纤通信第四版课后答案张德民胡庆
光纤通信课后答案第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么?答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即O<V<2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。
2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响?答:在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离;光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。
3、光纤中有哪几种色散?解释其含义。
答: (1）模式色散:在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。
(2）材料色散:由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。
(3）波导色散:统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。
5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响?答:光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。
6、单模光纤有哪几类?答:单模光纤分为四类:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。
7、光缆由哪几部分组成?答:加强件、缆芯、外护层。
*、光纤优点:巨大带宽(200THz)、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。
*、光纤损耗:光纤对光波产生的衰减作用。
引起光纤损耗的因素:本征损耗、制造损耗、附加损耗。
*、光纤色散:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。
引起光纤色散的因素:光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。
色散种类:模式色散(同波长不同模式)、材料色散(折射率)、波导色散(同模式，相位常数)。
光纤通信-分题型复习
(一)名词解释第一章1、光网络的基本概念：基于光纤的电信网。
2、OTM（光终端复用器)、OADＭ（光分插复用器)、OＸＣ(光数字交叉连接器）、ONN(光网路节点）。
3、MSTＰ技术:基于SDＨ的多业务传送平台。
ASON技术:智能光网络技术。
ＰOＮ技术：以太网光网络技术。
第二章１、光纤的非线性效应：在强光场的作用下,光波信号和光纤介质相互作用的一种物理效应。
包括：１、散射作用引起的（受激拉漫、受激布里渊散射)2、光纤折射指数随光强变化而引起的（自相位调制,交叉相位调制，四波混频)。
2、自相位调制:把光脉冲在传输过程中由于自身引起的相位变化而导致光脉冲频谱展宽。
交叉相位调制:由光纤中某一波长的光强对同时传输的另一不同波长的光强所引起的非线性相移。
四波混频:当多个频率光波以较大的功率在光纤中同时传输时，由于光纤中非线性效应的存在，光波之间会产生能量交换。
第三章1、半导体光电效应:光照射到半导体的P-N结上，使半导体材料中价带电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子,在价带中出现光空穴，总称光生载流子。
光生载流子在外加负偏压和内建电场的共同作用下，在外电路中出现光电流,这就实现了输出电信号随输入光信号变化的光电转换作用。
2、雪崩倍增效应：光生的电子-空穴对经过ＡＰD的高电场区时被加速，从而获得足够的能量,它们在高速运动中与P区晶格上的原子碰撞,使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对,称为二次电子-空穴对,新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速,又可能碰撞别的原子,这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加,反向电流迅速加大,形成雪崩倍增效应。
3、波分复用器(WDＭ）：在一根光纤中能同时传输多波长光信号的技术。
第四章1、模分配噪声：在接收端取样点得到的取样信号有强度的起伏，引入了附加噪声。
2、接收机灵敏度：在满足给定误码率(ＢER＝1*10－１０)条件下,光接收机能够接收到的最小平均光功率。
光纤色散定义
光纤色散定义
光纤色散是指在光纤中，不同波长（或频率）的光信号在传输过程中，由于传播速度的不同，导致到达接收端的时间不同，从而使光脉冲发生展宽的现象。
这种现象会影响光纤通信系统的传输质量和传输距离。
光纤色散主要有以下几种类型：
1. 模式色散：在多模光纤中，由于不同模式的光在光纤中的传播路径和速度不同，导致模式色散。
2. 材料色散：由于光纤材料对不同波长的光的折射率不同，导致不同波长的光在光纤中的传播速度不同，从而产生材料色散。
3. 波导色散：在单模光纤中，由于光的波长与光纤的核心直径相近，导致光的传播速度受到影响，从而产生波导色散。
4. 极化模色散：在单模光纤中，由于光的两个正交偏振模式的传播常数不同，导致色散。
这些色散都会对光纤通信系统的性能产生影响，因此在设计和使用光纤通信系统时，需要考虑如何减小色散的影响。
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3. 附加损耗
附加损耗属于来自外部的损耗， 称为应用损耗或辐 射损耗。 如在成缆、 施工安装和使用运行中使光纤扭曲、 侧压等造成光纤宏弯曲和微弯曲所形成的损耗等。 微弯 曲是在光纤成缆时随机性弯曲产生的，所引起附加损耗一 般很小，光纤宏弯曲损耗是最主要的。 在光缆接续和施 工过程中，不可避免地出现弯曲，弯曲到一定曲率半径时， 会产生辐射损耗。
三、光纤的损耗特性
光纤的损耗：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而 光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗。由于损耗的存 在，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是数字信 号，其幅度都要减小。光纤的损耗在很大程度上决定了系 统的传输距离。
光纤损耗定义:长度为L(km)的光纤输出端光功率Pout与输 入端光功率Pin的比值，用分贝(dB)表示。
3、表示方法：色散的大小用时延差Δ 表示
不同速度的信号传输同样的距离所需的时间不同，即各
信号的时延不同，这种时延上的差别称为时延差，用Δ
表示。
n1L
c
时延差的单位：s
色散的程度可用时延差来表示，时延差越大，色散就越严 重。
3、色散的种类及产生原因
(1)模式色散：在多模光纤中，不同模式在同一频率下传 输，各种模沿不同的路径走向终端，其路径长短不同， 在终端会合时就会发生脉冲展宽。(只存在于多模光纤 中)。在阶跃多模光纤中，模式色散是造成脉冲展宽的主 要原因，要比波导色散和材料色散高出1～2个数量级。
1. 吸收损耗 吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能转化 为热能，从而造成光功率的损失。 造成吸收损耗的原因 很多，但都与光纤材料有关，下面主要介绍本征吸收和杂 质吸收。 1） 本征吸收 本征吸收是光纤基本材料（例如纯二氧化硅）固有的 吸收，并不是由杂质或者缺陷引起的。 因此，本征吸收 基本上确定了任何特定材料的吸收下限。
图2-5-3 光纤微弯曲损耗
三、 光纤产品介绍
国际电信联盟－电信标准部ITU-T(Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union)公布的几种光纤标准如下： 1.G.651光纤（渐变多模光纤） G.651光纤的工作波长有两种：1310nm和1550nm。在 1310nm处具有最小色散值，在1550nm处具有最小衰减系 数。按照纤芯/包层尺寸，G.651进一步分为4种，它们的纤 芯/包层直径/数值孔径分别为50/125/0.200， 62.5/125/0.275，85/125/0.275和100/140/0.316.
2） 杂质吸收 杂质吸收是由材料的不纯净和工艺的不完善而造成的 附加吸收损耗。 影响最严重的是过渡金属离子的吸收和水 的氢氧根离子的吸收。 过渡金属正离子吸收包括Cu2+，Fe2+，Cr2+，Ni2+， Mn2+，V2+，Po2+等，其电子结构产生边带吸收峰(0.5～1.1 μm)，造成损耗。 由于工艺改进，这些杂质含量低于10－9 以下，影响已忽略不计。 OH－1根负离子的吸收峰在0.95 μm、 1.23 μm和1.37 μm，由于工艺改进，降低了OH－1浓 度，吸收峰影响已忽略不计。
（1）宏弯曲：如果光纤弯曲半径比光纤直径大得多， 称为宏弯曲损耗αT， 如图2-5-2所示。
图2-5-2 光纤宏弯曲损耗
宏弯曲损耗可近似表示为
αT=C1 exp(－C2R) 式中，R为光纤弯曲的曲率半径，C1与C2为与曲率半径R无 关的常Байду номын сангаас。
宏弯曲比较轻微，附加损耗很小，但随着弯曲曲率半
径的减小，损耗按指数增大。 到达某个临界值Rc时，若进 一步减小弯曲半径，损耗会突然变得非常大，甚至导致传
第二章 光纤技术
第二节 光纤的设计理论 第三节 光纤产品介绍
第二节 光纤的设计理论
一、色散
1、色散：色散是指一束不同颜色的光通过透光物质后被 散开的现象。 一束白光通过一块玻璃三棱镜变成五颜六 色的光带，这就是简单的色散现象。
2、光纤的色散：由于光纤中光信号中的不同频率成分或不 同的模式，在光纤中传输时，由于速度的不同而使得传播时 间不同，因此，造成光信号中的不同频率成分或不同模式的 光到达光纤终端有先有后，形成时间的展宽，从而产生波形 畸变的一种现象。
2. 散射损耗 由于光纤的材料、 形状及折射率分布等的缺陷或不均匀， 光纤中传导的光散射，从而使一部分光不能到达收端所产生 的损耗称为散射损耗。 散射损耗包括线性散射损耗和非线性散射损耗。 线性和 非线性主要是指散射损耗所引起的损耗功率与传播模式的功 率是否成线性关系。 线性散射损耗主要包括瑞利散射损耗和波导散射损耗， 非线性散射损耗主要包括受激拉曼散射和受激布里渊散射等。
通常光纤损耗用单位长度的分贝(dB/km)数表示，定义为
10 1g[ Pout ] (dB/km)
L
Pin
例1 一段30 km的光纤链路，其损耗为0.5 dB/km。 如果在接收端保持0.3 μW 的接收光功率，则发送端的功 率至少为多少？
解 根据公式
10 1g[ Pout ] (dB/km)
(2)材料色散：由于纤芯、包层材料的折射率是波长的函 数、材料折射率随光波长非线性变化造成的，不同的频 率传输速度不同，对于谱宽较宽的信号，经过传输后产 生脉冲展宽的现象。
(3)波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小， 因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包 层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回 到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与 光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的 不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入 光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以 到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。它与材 料色散有同样的数量级
输中断。 Rc估算公式为
Rc
3n12
4π(n12 n22 )3/ 2
（2） 光纤微弯曲是由于护套不均匀或成缆时产生不均 匀侧向压力引起的，造成光纤轴线的曲率半径重复变化。 这时弯曲的曲率半径不一定小于临界半径，但这种周期性 变化引起光纤中导模与辐射模间反复耦合，使一部分光能 量变成辐射模损耗掉，如图2-5-3所示。
L
Pin
由题意得：
0.5(dB/km) 10 1g[0.3 μW ]
30
Pmin
解得Pmin=9.49 μW。
光纤通信可以说是伴随着光纤制造水平不断提高的， 即随着光纤损耗的不断降低而发展起来的。 造成光纤损耗 的原因很多，主要有吸收损耗、 散射损耗和附加损耗，其 损耗产生机理也非常复杂，简要说明如表2-2所示。