光纤色散为什么会影响传输距离
色散对光纤通信系统的影响与补偿
编号：审定成绩：×××××××××××××××届毕业设计（论文）色散对光纤通信系统的影响与补偿设计（论文）题目：——基于Optisystem运用学院名称：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：日期：××××年××月中文摘要色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。
对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，因而对色散补偿的研究是一项极有意义的课题。
色散是影响光纤通信质量的一个主要因素，啁啾光纤光栅色散补偿技术是一种实用的色散补偿方式，因而成为目前光纤通信领域的一个研究热点。
本论文以光纤传输通信系统为研究对象，对系统的模型，仿真方法和系统的性能进行了深入的研究和探索，通过对仿真结果的研究验证系统的性能，得到最佳系统参数，采取了较佳的方案。
论文主要工作如下：1）介绍、分析布拉格光纤光栅的基本原理及其相关基础知识；2）分析研究色散对光纤的短程及远程传输信号的影响；3）利用OptiSystem仿真软件对色散对光纤传输的影响进行适当的仿真分析。
4）利用OptiSystem仿真软件实现布拉格光纤光栅对光纤脉冲信号传输中色散的补偿作用。
关键词：光纤光栅，色散补偿，时延，带宽，补偿距离，光通信系统，OptiSystem，仿真ABSTRACT IN CHINESEDispersion is an important optical properties of the fiber, which causes optical pulse broadening, and severely limits the transmission capacity of optical fiber. Play a major role for actual use on a long haul single-mode fiber, chromatic dispersion, polarization mode dispersion in high-speed transmission, can’t be ignored. Pulses in optical fibers, the pulse width broadening the extent of degradation increases with the square of the data rate, and thus the study of the dispersion compensation is a very significant issue.So dispersion is an important factor that impact the optical communication. Chirped fiber grating is considered to be one of the most useful technology for high-bit-rate optical communication. Therefore, it has been a hot topic in recent years. The communication optical fiber transmission system, the system model, simulation method and system performance conducted in-depth study and exploration of the performance of the verification system through the simulation results, the optimal system parameters, adopted a more excellent program.The research works in the dissertation are summarized as follows:1) Introduction and analysis of the basic principles and basic knowledge of fiber Bragg gratings;2) Analyze the impact of dispersion on the short-and long-range transmission signal of the fiber;3) The use of appropriate simulation analysis the simulation OptiSystem software dispersive optical fiber transmission.4) Fiber Bragg gratings for dispersion compensation in optical pulse signal transmission of OptiSystem simulation software.Key words：Optical fiber grating, the dispersion compensation and time delay, bandwidth, compensation distance, optical communication system, OptiSystem, simulation目录中文摘要 (1)ABSTRACT IN CHINESE (2)第一章绪论 (4)1.1 光纤通信的发展历程 (4)1.2 光纤通信研究的目的和意义 (5)1.3 光纤通信系统的概述 (6)第二章光纤色散与布拉格光纤光栅的补偿 (8)2.1 光色散与光时延 (8)2.1.1 光的色散、相速、群速和时延 (8)2.1.2 色散和时延 (10)2.2 光纤光栅的色散 (11)2.3 光纤光栅的色散特性及其应用 (13)第三章 OptiSystem系统仿真设计 (16)3.1 OptiSystem系统简介 (16)3.2 OptiSystem系统运用及仿真 (18)3.2.1 系统一：光纤通信光信号传输中时域与频域的变化 (18)3.2.2 系统二：光纤光栅对光信号传输中的色散补偿分析 (21)3.2.3 系统三：光纤光栅色散补偿系统改进及数据分析 (25)结论 (27)附录 (28)参考文献 (29)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
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。
研究报告光纤色散道理
当一个光脉冲从光纤中输入，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的作用，即光纤存在色散。
这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。
光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时，也限制了光信号的传输距离。
G.652,光纤是1310nm,窗口零色散，在1550nm,窗口存在色散，在传输10G,信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653,光纤是色散位移光纤，在1550nm,窗口零色散，可传输10G,的光信号，但传输WDM,波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM,波分的传输。
G.655,光纤在1550nm,窗口有很小的色散，可用于SDH,光信号和WDM,信号的传输。
光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散和波导色散。
模式色散：主要对多模光纤而言，对单模光纤来说，因只有一个模式传播，不存在模式色散的问题。
定义：多模光在多模光纤中传输时会存在许多种传输模式，而每种传输模式具有不同的传播速度和相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端时的时间却不一致，于是产生了脉冲展宽的现象，叫模式色散。
材料色散：是指组成光纤的材料二氧化硅本身所产生的色散。
波导色散：波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。
对于多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也比较大，其材料色散较小，不占主导地位，波导色散对多模光纤的影响甚小，所以，多模光纤主要考虑其模式色散。
而单模光纤传输的是一个单模，不存在模式色散，模式色散为零，考虑的是其材料色散和波导色散。
光纤的总色散所引起的脉冲展宽为三种色散各自平方的和后开平方。
色散主要用色散系数D(λ,),表示。
色散系数一般只对单模光纤来说，包括材料色散和波导色散，统称色散系数。
色散系数的定义：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值，与长度呈线性关系。
光纤的损耗和色散
全光放大 EDFA 拉曼放大器
掺铒光纤放大器
主要内容
光纤的损耗 色散及其引起的信号失真 单模光纤的色散优化
3.2 色散引起的信号失真
不同的频率、模式、偏振分量 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
分类： 1. 模内色散 - 材料色散 - 波导色散 2. 模间色散 3. 偏振模色散
标准单模光纤损耗曲线
掺GeO2的低损耗、低OH¯ 含量石英光纤 AllWave：逼近本征损耗 单模：本征损耗+OH¯ 吸收损耗
OH－
AllWave fiber
0.154 dB/km
常温且未暴露 在强辐射下
商用的多模光纤与单模光纤的损耗谱比较
多模光纤
单模光纤
多模光纤的损耗大于单模光纤： - 多模光纤掺杂浓度高以获得较大的数值孔径 (本征散射大) - 由于纤芯-包层边界的微扰，多模光纤容易产生高阶模式损耗
模内色散影响下的光纤带宽：宽谱光源
∆λ比较大的时候，单模光纤带宽：
BSMF = 1/ 4 1/ 4 = ∆T ∆λ ⋅ D(λ ) ⋅ L
1 1/ 4 ∆T = Tbit = 4 BSMF
带宽和距离乘积：
BSMF ⋅ L =
1/ 4 ∆λ ⋅ D(λ )
(Gb/s ⋅ km )
例：考虑一个工作在1550 nm的系统，光源谱宽为15 nm，使用 标准单模光纤D = 17 ps/km·nm，那么系统带宽和距离乘积 带宽和距离乘积： 带宽和距离乘积 BL < 1 (Gb/s)·km
3.5 单模光纤的色散优化设计
G.653 色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550 nm
1550 nm
影响光纤通信传输距离的因素与对策
影响光纤通信传输距离的因素与对策摘要：光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。
因其通信容量大、传输距离长、重量轻、抗电磁干扰能力强，资源丰富、环保等优越性，已日益成为当今通信网络的中坚力量。
本文阐述了光纤传输的关键技术，结合影响传输距离的几个因素来分析可以从哪些方面入手来延长光纤通信的传输距离。
关键词：光纤通信；传输距离；影响因素，对策Abstract: the optical fiber communication is using light as an information carrier, optical fiber as the transmission way of communication. Because of its large communication capacity, long transmission distance, light weight, resistance to electromagnetic interference ability strong, rich resources, environmental protection and other advantages, has increasingly become the backbone of the communication network today. This paper expounds the key technology of optical fiber transmission, the combination of several factors affecting the transmission distance to analyze from which aspects to extend the transmission distance of optical fiber communication.Key words: optical fiber communication; Transmission distance; Influencing factors and countermeasures引言光纤作为一种具有大容量，低损耗，保密性好，抗干扰性强，材料资源丰富等优点的传导介质，使得光纤通信成为发展最快的一门通信技术，应用范围十分广泛，因此，在通信信号传输中产生的问题，也值得我们去认真思考并加以解决。
光纤传输特性和影响
2
3
光纤传输特性和影响
色散定义：物质对不同波长光表现出不同折射率大小 （n(λ)），从而使不同波长光具有不同传输速度！
自然光的色散
自然光色散：不同波长光经历的有效折射率不同折射角不同 空间光色散
4
5
光纤传输特性和影响
信号光处于纤芯的部分和处于包层的部分具有不同的传播速度。 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。
Mode Fiber)中插入一段或几段与其色散相 反的DCF，传输一定距离后色散达到一定的 均衡，从而把系统色散限制于规定范围内 ➢DCF的长度、位置与系统需要补偿色散的量 和其自身性能有关。
20
光纤传输特性和影响 色散补偿光纤
TX
RX
传输光纤
100
总色散 (ps/km·nm)
0
50
100
150
200
➢ 冲击响应h(t)的傅里叶(Fourier)变换为
H (f) h (t)ex p j2( f) td
t
(2.43)
9
输入脉冲
t
Pi(t)≈(t)
H1(f)＝1
1
输出脉冲
光纤
1/ e1/2ຫໍສະໝຸດ 2 0ff3dB
－3
t
Po(t)＝h(t)
H2( f )＝H( f )
1l0g H( f )/dB
图 2.11 光纤带宽和脉冲展宽的定义
➢ 用相当简单的方式表示很大比值
➢ 在光通信中有三种用法：
➢ 表示功率单位(dBm) P(dBm)=10log10(P/1mW) • 1mW——0dBm
光纤色散原理
当一个光脉冲从光纤中输入，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的作用，即光纤存在色散。
这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。
光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时，也限制了光信号的传输距离。
G.652 光纤是1310nm 窗口零色散，在1550nm 窗口存在色散，在传输10G 信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653 光纤是色散位移光纤，在1550nm 窗口零色散，可传输10G 的光信号，但传输WDM 波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM 波分的传输。
G.655 光纤在1550nm 窗口有很小的色散，可用于SDH 光信号和WDM 信号的传输。
光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散和波导色散。
模式色散：主要对多模光纤而言，对单模光纤来说，因只有一个模式传播，不存在模式色散的问题。
定义：多模光在多模光纤中传输时会存在许多种传输模式，而每种传输模式具有不同的传播速度和相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端时的时间却不一致，于是产生了脉冲展宽的现象，叫模式色散。
材料色散：是指组成光纤的材料二氧化硅本身所产生的色散。
波导色散：波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散。
对于多模光纤而言，由于其模式色散比较严重，而且其数值也比较大，其材料色散较小，不占主导地位，波导色散对多模光纤的影响甚小，所以，多模光纤主要考虑其模式色散。
而单模光纤传输的是一个单模，不存在模式色散，模式色散为零，考虑的是其材料色散和波导色散。
光纤的总色散所引起的脉冲展宽为三种色散各自平方的和后开平方。
色散主要用色散系数D(λ ) 表示。
色散系数一般只对单模光纤来说，包括材料色散和波导色散，统称色散系数。
色散系数的定义：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值，与长度呈线性关系。
光纤传输特性和影响
式中，λ的单位为nm。
当λ=1273nm时，M2(λ)=0。式(2.52)第二项为波导色散，
其中δ=(n3-n2)/(n1-n3)，是W型单模光纤的结构参数，当δ=0时，
相应于常规单模光纤。含V项的近似经验公式为
Vd（ 2b)v0.08 0 5 .54 (2.8 93 V 4)2
d2 V
14
ห้องสมุดไป่ตู้
光纤传输特性和影响
➢ T(f)=10 lg|H(f3dB)/H(0)|=-3
(2.44b)
➢ 一般， 光纤不能按线性系统处理， 但如果系统
光源的频谱宽度Δωλ比信号的频谱宽度Δωs大得
多，光纤就可以近似为线性系统。
➢ 光纤传输系统通常满足这个条件。
11
光纤实际测试表明，输出光脉冲一般为高斯波形，设
Po(t)=h(t)=exp(
➢ 由于纤芯和包层的相对折射率差Δ<<1，即 n1≈n2，由式(2.28)可以得到基模HE11的传输常 数
➢ β=n2 k (1+bΔ)
(2.51)
➢ 参数b在0和1之间。由式(2.51)可以推导出单
位长度光纤的时间延迟
1 d
c dk
➢ 式中，c为光速，k=2π/λ，λ为光波长。
13
经简化，得到单位长度的单模光纤色散系数为
总色散系数 D ≈ Dm + Dw
DDmDw
1320
- 材料色散的影响一般大于波导色散： |Dm| > |Dw| - 波导色散系数通常为负值
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光纤传输特性和影响
G.653 色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550 nm
1550 nm
办法：材料色散不变，通过改变 折射率剖面形状来增大波 导色散，使零色散点往长 波长方向移动
光纤损耗和色散
采用更先进的调制技术可以提高光信号的抗干扰能力和传输效率， 进一步降低光纤损耗和色散对通信系统的影响。
智能光网络技术
结合人工智能、大数据等技术，发展智能光网络技术，实现光网络的 自动化管理和优化，提高网络运行效率和资源利用率。
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光纤损耗和色散
contents
目录
• 光纤损耗概述 • 光纤色散概述 • 光纤损耗与色散关系 • 光纤损耗和色散测量方法 • 降低光纤损耗和色散技术 • 光纤损耗和色散应用前景
01 光纤损耗概述
损耗定义及分类
损耗定义
光信号在光纤中传输时，由于吸收、散射等原因导致的光功 率损失。
损耗分类
根据损耗产生的机理，可分为吸收损耗、散射损耗和辐射损 耗等。
色散影响
色散会导致光信号在传输过程中发生畸变，严重影响通信 质量。在长距离无中继光传输系统中，需要对色散进行有 效的补偿和管理。
系统稳定性要求
长距离无中继光传输系统对设备的稳定性和可靠性要求极 高，需要采取一系列措施来保障系统的长期稳定运行。
未来发展趋势及展望
新型光纤材料研发
随着材料科学的不断进步，研发具有更低损耗、更高带宽的新型光 纤材料将成为未来发展的重要方向。
色散会降低光纤通信系统的带宽，使得系 统无法支持高速率、大容量的数据传输。
03 光纤损耗与色散关系
损耗对色散影响
损耗导致光信号幅度降低
光纤传输过程中，光信号会受到损耗，导致信号幅度逐渐降低。这会影响色散 性能，因为色散是与光信号幅度相关的现象。
不同波长损耗差异
光纤对不同波长的光信号具有不同的损耗特性。这种波长依赖性损耗会导致色 散现象的发生，因为不同波长的光信号在光纤中传播速度不同。
光纤的传输特性
光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括光纤的损耗特性，色散特性和非线性效应。
光纤的损耗特性*************************************************************概念：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加光功率逐渐下降。
衡量光纤损耗特性的参数：光纤的衰减系数〔损耗系数〕，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位为dB／km。
其表达式为：式中求得波长在λ 处的衰减系数； Pi 表示输入光纤的功率， Po 表示输出光功率， L 为光纤的长度。
（1）光纤的损耗特性曲线•损耗直接关系到光纤通信系统的传输距离，是光纤最重要的传输特性之一。
自光纤问世以来，人们在降低光纤损耗方面做了大量的工作，1.31μm光纤的损耗值在0．5dB/km以下，而1.55μm的损耗为0.2dB/km以下，接近了光纤损耗的理论极限。
总的损耗随波长变化的曲线，叫做光纤的损耗特性曲线—损耗谱。
•从图中可以看到三个低损耗“窗口〞：850nm波段—短波长波段、1310nm波段和1550nm波段—长波长波段。
目前光纤通信系统主要工作在1310nm波段和1550nm波段上。
（2）光纤的损耗因素光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗，还有来自光纤结构的不完善。
这些损耗又可以归纳以下几种：1、光纤的吸收损耗光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，把光能以热能的形式消耗于光纤中，是光纤损耗中重要的损耗。
包括：本征吸收损耗；杂质离子引起的损耗；原子缺陷吸收损耗。
2、光纤的散射损耗光纤部的散射，会减小传输的功率，产生损耗。
散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纤材料部的密度和成份变化而引起的。
物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。
光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射，引起损耗。
另外，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以与掺杂不均匀也会引起散射，产生损耗。
光隔离器对光纤传输中的色散效应影响分析
光隔离器对光纤传输中的色散效应影响分析在光纤传输中，色散效应是一个不可忽视的问题。
它是由于光信号在光纤中传输时，不同波长的光速度不同造成的。
这种色散效应会导致信号的扩展和失真，从而限制了光纤传输的距离和带宽。
为了减少色散效应对光纤传输的影响，研究人员开发了各种解决方案，其中一个重要的解决方案是使用光隔离器。
光隔离器是一种光学器件，它可以在光纤传输中有效地隔离入射光和出射光，从而减少色散效应的影响。
光隔离器如何工作呢？它采用了偏振分束技术，通过将入射光分成两个偏振分量，分别经过两个不同的路径，最后再将它们合并。
在这个过程中，光在不同路径上的传输速度也会有所不同，而这正是光隔离器对色散效应的干预。
具体来说，光在光隔离器的两个路径中会经历不同的相位差。
这个相位差会影响光信号的传输速度，从而对色散效应产生一定的抵消作用。
通过调整光隔离器的设计参数，可以使两个分量的相位差达到最佳的抵消效果，以降低色散效应的影响。
此外，光隔离器还可以通过使用特殊材料和制造工艺来改变光的传输性质。
例如，采用非线性光学材料可以缩短光信号的传输时间，从而减少色散效应对光纤传输的影响。
同时，通过优化光隔离器的结构和尺寸，可以进一步提高其对色散效应的抑制能力。
除了使用光隔离器，还有其他一些方法可以减少色散效应在光纤传输中的影响。
例如，可以使用光纤增益均衡器来调整不同波长的光强度，使其达到均衡，从而减少色散效应造成的信号失真。
另外，也可以采用光纤色散补偿器来补偿光信号的延迟，减小色散效应的影响。
需要注意的是，不同光隔离器的性能和效果可能会有所差异。
因此，在选择和应用光隔离器时，需要根据实际需求和系统的特点进行合理的选择。
同时，还要考虑光隔离器的成本和可靠性等因素，以确保在实际应用中取得良好的效果。
总的来说，光隔离器在光纤传输中对色散效应的影响是积极的。
通过合理地设计和应用光隔离器，可以有效地减少色散效应对光信号传输的影响，提高传输质量和性能。
光纤色散损耗和非线性 对通信系统的传输特性的影响
光纤的损耗和色散
2a
n12
n22
1/ 2
2a
NA
2W0 2a 0.65 1.619V 3/2 2.879V 6
增加，V减少，W0越大
宏弯带来的应用局限：Verizon的 烦恼 Verizon钟爱光纤：花费230亿美元配置了12.9万公里长的光纤，直接连到180
万用户家中，提供高速因特网和电视服务
光纤到户使Verizon遇到困境：宏弯引起信号衰减
在较大的范围内保持相近的色散值，适用于波分复用系统
普通商用光纤
色散平坦光纤
色散补偿光纤 (DCF)
色散补偿光纤
TX
RX
传输光纤
100
总色散 (ps/km·nm)
0
50
100
150
200
传播长度
正负色散率搭配使系统累积色散为零
缺点：(1) 高损耗； (2) 短波长过补偿、长波长欠补偿，不宜用于WDM系统
D(
)
2c 2
2
正色散、负色散和零色散
D(
)
2c 2
2
1. 色散系数D为正：负色散 2 < 0
v高频光 > v低频光
2. 色散系数D为负：正色散 2 > 0
v高频光 < v低频光
3. 色散系数D为零：零色散
材料色散
光纤的折射率是波长的函数n()，不同的波长的传播函数不同：
可以得到传播了L后由2Dn所(带) 来的T群延L时差为：2L L n dn
第三章 光纤的损耗和色散
光纤的损耗
主要内容
色散及其引起的信号失真
单模光纤的色散优化
3.1 光纤的损耗
损耗
即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗。 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。这些损耗主要包括：
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）]。
DWDM传输距离受限的理论分析及计算方法
DWDM传输距离受限的理论分析及计算方法（下半部分）-----------色散引起传输距离受限的理论分析本部用服部郑洪良光传输系统的传输距离受两种因素的限制：第一种是光功率受限，即WDM复用段距离由光源的发送功率、接收机灵敏度和通道的光衰减来决定；第二种是光源的色散受限，即WDM复用段距离由光源的类型和光通道总色散所限定。
设备的最大传输距离必需同时满足上述两个受限条件。
我们这里分析色散引起的传输距离受限。
色散受限传输距离理论计算光纤色散就是光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散，限制电中继器之间的距离。
色散主要是指集中的光能（例如光脉冲）经过光纤传输后在输出端发生能量分散，导致传输信号畸变。
在数字通信系统中，由于信号的各频率成分或各模式成分的传输速度不同，在光纤中传输一段距离后，将互相散开，脉冲加宽。
严重时，前后脉冲将互相重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的带宽，限制了光纤的传输容量。
与光纤色散有关的系统性能损伤有多种因素，主要有码间干扰、模分配噪声和啁啾噪声（chirping）三种。
详细资料可以查阅相关光通信理论的资料。
DWDM色散受限传输距离理论计算公式对于高比特率的传输系统，光纤色散是限制中继段传输长度的主要因素。
色散功率代价随传输距离、光谱宽度和色散系数这些参数值的增加而迅速增加。
为了防范由于色散功率代价的迅速增加而导致的系统性能恶化，应该使系统有足够的工作余度，避开高功率代价区。
一般认为1dB功率代价所对应的光通道色散值(D*L)定义为通道最大色散值。
受限距离：假设光源啁啾等为零，无电中继距离满足以下公式：B2×D×L<105式中：B —为信号带宽，（Gb/s）L —线路长度，(km)D —光纤色散系数，G.652光纤的色散系数一般取18ps/(nm·km)，G.655光纤的色散系数一般取6ps/(nm·km)，实际参数根据具体情况确定。
光纤有效距离的定义
光纤有效距离的定义
光纤的有效距离是指光信号在光纤传输过程中能够保持良好传输质量的最大距离。
光纤的有效距离受到多种因素的影响，包括光纤本身的衰减、色散、折射率、以及光源的功率等因素。
首先，光纤的衰减是影响有效距离的重要因素之一。
衰减是光信号在传输过程中逐渐减弱的现象，其大小取决于光纤材料的质量和制造工艺。
一般来说，衰减越小，光纤的有效距离就越远。
其次，色散也会影响光纤的有效距离。
色散是指不同波长的光在光纤中传输时由于折射率的不同而导致的传输速度差异，这可能会导致信号失真和波形扭曲，从而影响光纤的有效传输距离。
此外，光源的功率也是影响光纤有效距离的重要因素。
光源的功率越大，光信号在传输过程中衰减的越慢，从而可以实现更远的传输距离。
除了以上因素，光纤的折射率、温度变化、光纤连接器的质量等都会对光纤的有效距离产生影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素，才能确定光纤的实际有效距离。
总的来说，光纤的有效距离是一个综合因素的结果，需要根据具体的光纤材料、光源、传输环境等多方面因素来进行综合评估和确定。
光纤色散为什么会影响传输距离
1、光纤色散为什么会影响传输距离光信号再光纤中传输时不但幅度会因损耗而减小，波形也会由于信号中的发送信号调制和光源谱宽中的频率分量小，光纤步同模式分量再光纤中的群速度不同二发生愈来愈大的失真，脉冲带宽，从而限制光纤的最高信息传输速率，影响传输距离。
2、G.652--G.655的主要特点及适用场合G.652:国内大规模使用，具有1310nm，零色散，损耗0.3-0.4db/kmG.653:适用波分复用系统，1550nm,零色散，有四波混频效应G.655:试用波分复用光纤传输系统，1530-1565nm，少量色散，有效控制非线性效应3、LED发光原理：半导体发光基里是，在构成半导体晶体的原子内部，存在这不同的能带。
如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将期间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。
其波长由能带差所决定。
能带差和发出光的振荡频率之间有4、半导体激光器的工作原理半导体激光器产生激光输出的基本条件是形成的粒子反转、提供光反馈以及满足激光振荡的阈值条件。
通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带和价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，产生激光。
5、光纤通信特点：优点：传输频带宽，通信容量大；损耗小，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；光纤细，光缆轻；经济效应好；抗腐蚀，不怕潮湿缺点：质地脆，机械强度低；连接比较困难，耦合不方便6、自聚焦定义所有光纤同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦7、平面光波导：包层、衬底、波导薄膜8、光纤的损耗特性：定义：损耗是光纤的一个重要传输质量，是光纤传输系统中中继距离的组要限制因素之一分类：材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗材料的吸收损耗：红外和紫外吸收损耗（本根吸收）、OH离子吸收损耗（杂质吸收）、金属离子吸收损耗（杂质吸收）9、光纤的色散定义：由于信号中的各种分量在光纤中的群速度不同引起的分类：模间色散、波导色散、材料色散、偏振模色散10、单模光纤的非线性效应：受激拉曼散射、受激布里渊散射、四波混频、自相位调制9、跃迁三种过程：受激吸收、自发发射、受激发射10、噪声源分类：光检测器噪声（量子噪声：与信号电平成正比；APD 倍增噪声；暗黑流噪声和漏电流噪声）和背景噪声13：EDFA放大器（掺铒光纤放大器）主要工作在C波段，由有源媒质（即掺铒石英光纤）、泵浦光源、光耦合器、光隔离器14:波分复用（WDM）在一条光纤上同时传输几个、几十个、甚至几千个不同波长的光载波信道，每个光载波携带不同的信息15：简述WDM设备的两种传输方式单纤单向：一般使用单纤双向：节省光纤’系统复杂‘减少传输效率16、光纤的导光特性基于光射线在芯包界面上的全反射，使光线限定在纤芯中传输17、P-I特性：温度高时，同样工作电流下LED输出功率下降1、光发生全反射的条件：入射角大于等于临界角1.如只要求中继器对光信号进行放大则可以：使用放大器2.单模光纤能够支持传导模式：一个3.光在光纤中传输的速度比在空气中传输的慢4.非零色散移位光纤是：G.655光纤5.单模光纤的色散：波长色散6.普通单模光纤是：G.652光纤7.G.652光纤在1.3um的损耗是：0.35dB8.波导色散不是引起光纤传输衰弱的原因9.在光纤通信系统中，当需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测试用是，需要光耦合器来完成10.光纤调制方式：强度调制（IM/DD）11. 光纤结构：自内而外为纤芯，包层，涂覆层12.梯度光纤分为子午光纤和斜射光纤13.当节约光纤的归一化频率V<2.405时，实现单模传输14.半导体光电：PIN光电二极管和APD15.光纤分类：模式（多模和单模），折射率（阶跃和梯度）16.损耗影响传输距离。
光纤传输距离
64K实际使用的最远传输距离
普通插件：100KM，工作波长：1310nm， 通过跳线选择发信功率， 使用实例：西安咸阳的段家－马营线， 330kV，75KM，通道衰耗27dB。
第四页，编辑于星期六：十八点 三十五分。
64K实际使用的最远传输距离
超远距离插件：150KM，工作波长： 1550nm，通过跳线选择发信功率，
2M，1310nm光端机技术参数
发信功率 样本1 样本2 样本3 样本4 提升 平均 波长 接收灵敏度 动态范围 光纤类型 每10公里衰减
最大距离（3dBm余量）
默认功率
＋6dB
-15.6
-11.3
-16.9
-13.0
-15.7
-12.5
-15.7
-12.1
+3.75 -16.0/-12.0/-9.0/-8.0 1310nm -35.6 dBm 全动态 单模CCITT Rec.G652
1550nm
1550nm
-46.7 dBm 全动态
-46.3 dBm 全动态
单模CCITT Rec.G652
单模CCITT Rec.G652
< 3db/10km
< 3db/10km
154 KM
154 KM
18dB/92KM约合2dB/10KM
大于200KM
大于200KM
第九页，编辑于星期六：十八点 三十五分。
第八页，编辑于星期六：十八点 三十五分。
64k，1550nm光端机技术参数
型号 发光功率 （跳线选择） 波长 接收灵敏度 动态范围 光纤类型 每10公里衰减 最大传输距离（3dBm余量） 淮安上（河）马（坝）线 最大传输距离（6dBm余量）
色散是光纤传输的一个重要参数
色散是光纤传输的一个重要参数，对通信容量、通信距离有至关重要的影响。
光纤的色散可以分为下列三类：模间色散、色度色散、偏振模色散。
CD的测试方法：目前单模光纤的CD(色度色散)的测试方法有OTDR法，脉冲时延法和相移法。
其中OTDR法是在工程中得到较多应用的一种方法，其原理是OTDR发出三种以上的测试波长，通过后向散射曲线来判断不同波长的光脉冲在到达中继段的时延差得到光纤的色散值。
这种方法同OTDR测试一样是单端测试，便于操作。
而且结合大动态范围的OTDR模块，可保证测试中继段光缆的距离超过120km以上。
安捷伦N3900A采用四波长（分别是1310/1480/1550/1625nm）的OTDR模块（N3916AL）进行色散测试，图4是仪表的测试结果界面，测试结果包括光纤类型，光纤的零色散点波长，光纤的色散值（ps/km）,光纤的色散系数（ps/nm*km）。
采用OTDR法测CD的好处除了操作简单，单端测试外，其最大好处是一表多用，还可作为四个波长的OTDR测试光纤的衰减，常规的1310/1550nm测试常用的通信波长在光纤上的衰减，1625nm测试DWDM的监控波长在光纤上的衰减，1480nm测试全波光纤在水吸收峰上的衰减。
PMD的测试方法从测试原理来看，有代表性的PMD测试方有琼斯矩阵法，干涉法和波长扫描法。
1） Jones Matrix Eigenanalysis (JME)琼斯矩阵法JME法是光器件PMD测试的首选方法，其测量技术是基于Jones偏振状态转移矩阵的特性而实现的。
Jones矩阵描述了被测设备的偏振状态转移特性，它完整地包含了PMD，DGD和PSP(基准偏振态) 的信息。
当采用JME测量PMD时，通过发送端的可调协激光源(TLS)设定一定数量的波长，然后测得每个波长的Jones矩阵，并利用这些矩阵精确计算出PSP和DGD。
是在某个波长范围内特定时间t0的算术平均DGD。
λ该测试方法可测得不同波长上的DGD 以及平均DGD，可适合于不同的测试应用场合，即可测试较小的DGD，也可测试较大的DGD，即能测试一般宽带设备（如光纤）的DGD，也可用来测量窄带设备的DGD，如DWDM网络中的分波器(DEMUX)。
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1、光纤色散为什么会影响传输距离
光信号再光纤中传输时不但幅度会因损耗而减小，波形也会由于信号中的发送信号调制和光源谱宽中的频率分量小，光纤步同模式分量再光纤中的群速度不同二发生愈来愈大的失真，脉冲带宽，从而限制光纤的最高信息传输速率，影响传输距离。
2、G.652--G.655的主要特点及适用场合
G.652:国内大规模使用，具有1310nm，零色散，损耗
0.3-0.4db/km
G.653:适用波分复用系统，1550nm,零色散，有四波混频效应G.655:试用波分复用光纤传输系统，1530-1565nm，少量色散，有效控制非线性效应
3、LED发光原理：半导体发光基里是，在构成半导体晶体的原子内部，存在这不同的能带。
如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将期间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。
其波长由能带差所决定。
能带差和发出光的振荡频率之间有
4、半导体激光器的工作原理
半导体激光器产生激光输出的基本条件是形成的粒子反转、提供光反馈以及满足激光振荡的阈值条件。
通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带和价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，产生激光。
5、光纤通信特点：优点：传输频带宽，通信容量大；损耗小，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；光纤细，光缆轻；经济效应好；抗腐蚀，不怕潮湿
缺点：质地脆，机械强度低；连接比较困难，耦合不方便6、自聚焦定义
所有光纤同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦
7、平面光波导：包层、衬底、波导薄膜
8、光纤的损耗特性：
定义：损耗是光纤的一个重要传输质量，是光纤传输系统中中继距离的组要限制因素之一
分类：材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗
材料的吸收损耗：红外和紫外吸收损耗（本根吸收）、OH离子吸收损耗（杂质吸收）、金属离子吸收损耗（杂质吸收）9、光纤的色散
定义：由于信号中的各种分量在光纤中的群速度不同引起的分类：模间色散、波导色散、材料色散、偏振模色散10、单模光纤的非线性效应：
受激拉曼散射、受激布里渊散射、四波混频、自相位调制
9、跃迁三种过程：受激吸收、自发发射、受激发射
10、噪声源
分类：光检测器噪声（量子噪声：与信号电平成正比；APD 倍增噪声；暗黑流噪声和漏电流噪声）和背景噪声
13：EDFA放大器（掺铒光纤放大器）
主要工作在C波段，由有源媒质（即掺铒石英光纤）、泵浦光源、光耦合器、光隔离器
14:波分复用（WDM）
在一条光纤上同时传输几个、几十个、甚至几千个不同波长的光载波信道，每个光载波携带不同的信息
15：简述WDM设备的两种传输方式
单纤单向：一般使用
单纤双向：节省光纤’系统复杂‘减少传输效率
16、光纤的导光特性基于光射线在芯包界面上的全反射，使光线限定在纤芯中传输
17、P-I特性：温度高时，同样工作电流下LED输出功率下降1、光发生全反射的条件：入射角大于等于临界角
1.如只要求中继器对光信号进行放大则可以：使用放大器
2.单模光纤能够支持传导模式：一个
3.光在光纤中传输的速度比在空气中传输的慢
4.非零色散移位光纤是：G.655光纤
5.单模光纤的色散：波长色散
6.普通单模光纤是：G.652光纤
7.G.652光纤在1.3um的损耗是：0.35dB
8.波导色散不是引起光纤传输衰弱的原因
9.在光纤通信系统中，当需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测试用是，需要光耦合器来完成
10.光纤调制方式：强度调制（IM/DD）
11. 光纤结构：自内而外为纤芯，包层，涂覆层
12.梯度光纤分为子午光纤和斜射光纤
13.当节约光纤的归一化频率V<2.405时，实现单模传输
14.半导体光电：PIN光电二极管和APD
15.光纤分类：模式（多模和单模），折射率（阶跃和梯度）
16.损耗影响传输距离。