光纤的损耗和色散
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。
光纤典型衰耗曲线
光纤典型衰耗曲线
光纤的衰耗曲线描述了光信号随着传输距离而减弱的过程。
一般而言，光纤的衰耗主要包括两个主要成分：色散（Dispersion）和损耗（Attenuation）。
色散：色散是由于不同波长的光在光纤中传播速度不同而引起的。
它导致信号的波形发生扭曲。
有两种主要的色散：色散分为色散对波长的依赖性，即色散对光波长的敏感程度。
典型的色散曲线包括色散的两个主要类型：色散曲线和零色散波长。
损耗：损耗是光信号逐渐减弱的过程。
它可以分为吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗等。
通常，损耗与传输波长有关，不同波长的光在光纤中会有不同的衰减情况。
典型的光纤损耗曲线是一个呈指数下降的曲线，以dB/km为单位。
在通信光纤中，损耗通常在0.2 dB/km到0.5 dB/km的范围内。
不同类型的光纤（如单模光纤和多模光纤）以及不同的制造工艺都会导致略微不同的损耗曲线。
需要注意的是，具体的衰耗曲线还取决于光纤的波长、纤芯直径、材料质量等多个因素。
因此，具体的数据可能需要查阅相关厂商提供的光纤规格表或参考文献。
1。
光纤的损耗和色散
具体机理：在黑夜里向空中照射，可以看到 一束光束，人们也曾看到过夜空中的探照 灯发出粗大的光柱。为什么我们会看到这 些光柱呢？这是因为有许多烟雾，灰尘等 微小颗粒浮游于大气之中，光照射在这些 颗粒上，产生了散射，就射向了四面八方， 这个现象是由瑞利首先发现的，所以人们 把这种散射称为瑞利散射。 瑞利散射是怎样产生的呢？原来组成物质的 分子、原子、电子是以某些固有的频率在 振动，并能释放出波长与该振动频率相应 的光。
二 散射损耗
是指光通过密度或折射率不均匀的物质时，除了 在光的传播方向以外，在其它方向也可以看到 光，这种现象叫做散射。
原因：光纤的材料，形状，散射率分布等的 缺陷或不均匀。 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的 瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如 气泡)引起的散射产生的。 结构缺陷散射产 生的损耗与波长无关。
• 3.色散平坦光纤（DFF）
有效利用带宽，最好使光纤在整个光纤通信的长波段 （ 1.3um-1.6um）都保持低损耗和低色散。
4. 色散补偿光纤（DCF）
利用一段光纤来消除光纤中由于色散的存在使得光脉 冲信号发生展宽和畸变。能够起这种均衡作用的光纤 称为色散补偿光纤。
作业
1．什么是损耗?光纤中存在哪些损耗?这些损 耗是由什么因素引起的？ 2.什么是色散?光纤中存在哪些色散? 3. 光纤中的信号变化是由哪些因素引起的？这 些因素各导致信号如何变化？
2.非零色散光纤（NZDF）
• 当在一根光纤上同时传输多波长光信号再采用光 放大器时，DSF光纤就会在零色散波长区出现严 重的非线形效应，这样就限制了WDM技术的应用。 • 为了提高多波长WDM系统的传输质量，就考虑 零色散点移动，移到一个低色散区，保证WDM系 统的应用。 • NZDF是指光纤的工作波长移到1.54～1.565μm 范围，不是在1.55um的零色散点内，在此区域内 的色散值较小，约为1.0～4.0PS/km· wm。此范围 内色散和损耗都比较小，而且可采用波分复用技 术。
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
光纤相关参数
光纤相关参数
光纤是一种传输光信号的高性能电子元件，被广泛应用于通信、医疗、工业、军事等领域。
下面是一些光纤相关的参数：
1. 光纤的折射率：折射率是指光线在介质中传播时的速度与真
空中传播时速度的比值。
光纤的折射率一般在 1.44-1.48 之间。
2. 光纤的直径：光纤的直径一般在 100-200 微米之间，数值越小，带宽越大。
3. 光纤的长度：一般情况下，光纤的长度可以达到数公里，甚
至更长。
4. 光纤的带宽：带宽是指光纤传输数据的能力，一般以 Mbps 或Gbps 表示。
光纤的带宽取决于其直径和折射率等参数，一般可以达
到几百 Gbps 甚至更高。
5. 光纤的损耗：光纤在传输信号的过程中会有一定的信号损耗，主要由材料和制造工艺等因素决定。
一般情况下，光纤的损耗在每公里几分之一至几分之几 dB 之间。
6. 光纤的色散：色散是指不同波长的光在光纤中传播时速度不
同而引起的信号失真。
光纤的色散主要由材料和制造工艺等因素决定，一般可以通过设计优化来降低。
以上是一些光纤相关的参数，它们直接影响着光纤的传输性能和应用范围。
- 1 -。
光纤通信实验报告
光纤通信实验报告光纤通信是一种使用光信号传输数据的通信技术，它利用了光的高速传输和大带宽的特性，成为了现代通信领域的重要技术之一。
在本次实验中，我们对光纤通信的原理和实验验证进行了深入研究。
实验一: 光的传播特性我们首先对光的传播特性进行了研究。
选择了一根直径较细的光纤，并采用了迎射法和反射法进行传导实验。
通过在纤芯中投射光线，并观察传导的情况，我们验证了光在光纤中的传播路径并没有明显偏向，光线能够相对直线传播。
实验二: 光纤的损耗与色散在光纤通信中，损耗和色散是不可避免的问题。
我们通过实验对光纤中损耗和色散的影响进行了测试。
损耗实验中，我们通过分析在不同长度光纤中传输的光强度，发现随着距离的增加，光强度会逐渐减弱。
这是由于光纤中存在材料吸收和散射等因素造成的。
为了减小损耗，优化光纤的材料和结构是很重要的。
色散实验中，我们将不同波长的光信号通过光纤传输，并测量到达另一端的时间。
实验结果显示，不同波长的光信号到达时间存在差异。
这是由于光纤中折射率随波长变化而引起的色散效应。
为了减小色散，需要采用更先进的技术，如光纤衍生波导和光纤增益等手段。
实验三: 单模光纤与多模光纤光纤通信中，单模光纤和多模光纤是常用的两种类型。
通过实验，我们对这两种光纤的传输特性进行了研究。
我们首先测试了单模光纤。
结果显示，在单模光纤中，光信号会以单一光波传播，因此具有较低的色散和损耗，适用于远距离传输和高速通信。
然后我们进行了多模光纤的实验。
实验结果显示，多模光纤中存在多个模式的光信号传播，由于不同模式间的传播速度不同，会导致严重的色散和损耗问题。
因此，多模光纤适用于近距离传输和低速通信。
结论通过本次光纤通信实验，我们对光纤通信的原理和实际应用有了更深入的了解。
我们发现光纤通信具有高速率、低损耗和大带宽等优势，而不同类型的光纤对于不同的通信需求有着不同的适应性。
然而，我们也看到了光纤通信中存在的一些问题，如损耗、色散和设备成本等。
光纤的性能指标说明
光纤的性能指标说明光纤是一种基于光信号传输的通信介质，具有很多独特的性能指标。
以下是对光纤的性能指标进行详细说明。
1.带宽：光纤的带宽指的是光纤传输的频率范围。
光纤的带宽决定了其传输数据的速率。
带宽的单位通常是兆赫兹（MHz）或千兆赫兹（GHz）。
带宽越高，数据传输速率越快。
2.损耗：光纤传输中的损耗是光信号在传输过程中损失的能量。
光纤的损耗通常以每单位长度的光强衰减来衡量，单位是分贝（dB）。
3.色散：色散是光纤传输中的一个重要问题，它导致不同频率的光信号的传播速度不同。
色散分为两种类型：色散的波长分散和色散的模式分散。
4.带宽补偿：由于色散引起的频率间隔，光纤的带宽会受到限制。
为了克服这种限制，光纤通常会采用带宽补偿技术。
5.折射率：光纤传输中的折射率决定了光信号在光纤中传播的速度。
折射率是光在光纤中传播时的速度与真空中的速度之比。
6.弯曲半径：光纤弯曲半径是指光纤在弯曲时所能容忍的最小半径。
光纤的弯曲半径对于光纤的安装和使用非常重要。
7.抗拉强度：抗拉强度是指光纤在拉伸力作用下所能承受的最大压力。
光纤的抗拉强度对于光纤的安装和维护非常重要。
8.附加损耗：附加损耗是光纤连接器或接头引入的损耗。
附加损耗要尽量减少，以保证光信号的传输质量。
9.环境适应性：光纤应能适应不同的环境和工作条件。
光纤应具有抗湿度、抗温度变化、抗腐蚀等特性，以保证其长期稳定的性能。
10.可靠性：光纤应具有高度的可靠性，能够在长期使用中保持其性能稳定。
光纤的可靠性取决于其材料的质量和制造工艺。
11.安装和维护：光纤的安装和维护应简便、方便。
安装和维护的复杂性会影响到光纤的使用成本和可行性。
12.成本效益：光纤的成本效益是指光纤在使用中的性价比。
光纤的成本效益应综合考虑其性能、可靠性、安装和维护成本等因素。
总结：光纤具有高带宽、低损耗、高可靠性和良好的环境适应性等优点，已经广泛应用于通信、医疗、军事和工业领域等。
光纤的性能指标对于充分发挥光纤的优势具有重要意义，并且也是制定光纤标准和规范的基础。
《光纤损耗和色散》课件
色散评估指标：色散系数、色散斜 率、色散带宽等
色散评估应用：光纤通信系统设计、 光纤选型、光纤性能评估等
光纤损耗和色散的关系
损耗和色散的相互影响
光纤损耗：光在光纤中传输时，由于各种原因导致的能量损失
色散：光在光纤中传输时，由于不同波长的光速不同，导致光脉冲在传输过程中发生展宽和变 形的现象
损耗与色散的关系：损耗和色散是相互影响的，损耗越大，色散越严重
光纤损耗和色散
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Hale Waihona Puke 单击输入目录标题 光纤损耗 光纤色散 光纤损耗和色散的关系 光纤损耗和色散的应用
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光纤损耗
定义和分类
分类：根据损耗原因，可以 分为吸收损耗、散射损耗和 弯曲损耗
光纤损耗：光纤在传输过程 中由于各种原因导致的光能 损失
吸收损耗：光纤材料对光的 吸收导致的损耗
添加 标题
材料色散：由于光纤材料对不同波长的光的 折射率不同，导致光脉冲在传播过程中发生 展宽和变形的现象。
添加 标题
波导色散：由于光纤中不同模式的光速不同， 导致光脉冲在传播过程中发生展宽和变形的 现象。
影响色散的因素
光纤材料：不同材料对色散的影响不同 光纤长度：光纤越长，色散越严重 光纤直径：直径越大，色散越小 光纤温度：温度越高，色散越严重 光纤弯曲：弯曲程度越大，色散越严重 光纤折射率：折射率越高，色散越小
降低色散的方法
采用低色散光纤，如G.652光纤 采用色散补偿技术，如色散补偿光纤 采用色散补偿设备，如色散补偿器 采用色散补偿算法，如色散补偿软件
色散的测量和评估
色散测量方法：光谱分析法、干涉 法、光时域反射法等
色散测量设备：光谱分析仪、干涉 仪、光时域反射仪等
光纤的基本特性衰耗、色散
光纤的基本特性衰耗、色散1、光纤的损耗光纤的衰减或损耗是一个非常重要的、对光信号的传播产生制约作用的特性。
光纤的损耗限制了没有光放大的光信号的传播距离。
光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。
1）吸收损耗光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。
a:红外和紫外吸收损耗光纤材料组成的原子系统中，一些处于｛氐能的电子会吸收光波能量而跃迁到高能级状态，这种吸收的中心波长在紫外的0.16μm处，吸收峰很强，其尾巴延伸到光纤通信波段，在短波长区，吸收峰值达ldB/km,在长波长区则小得多，约O.O5dB∕km.在红外波段光纤基质材料石英玻璃的Si-O键因振动吸收能量，这种吸收带损耗在9.1μm,12.5μm及21μm处峰值可达IOdB∕km以上,因此构成了石英光纤工作波长的上限。
红外吸收带的带尾也向光纤通信波段延伸。
但影响小于紫外吸收带。
在λ=L55μm时，由红外吸收引起的损耗小于0.01dB∕kmβb:氢氧根离子（OH-）吸收损耗在石英光纤中，O-H键的基本谐振波长为2.73μm,与Si-O键的谐振波长相互影响，在光纤的传输频带内产生一系列的吸收峰，影响较大的是在1.39、1.24及0.95μm波长上，在峰之间的低损耗区构成了光纤通信的三个传输窗口。
目前,由于工艺的改进,降低了氢氧根离子（OH-）浓度，这些吸收峰的影响已很小。
c:金属离子吸收损耗光纤材料中的金属杂质，如：金属离子铁（Fe3+）、铜（Cu2+）、镒（Mn3+）、镇（Ni3+）、钻（Co3+）、铭（Cr3+）等,它们的电子结构产生边带吸收峰（0.5~Llμm）,造成损耗。
现在由于工艺的改进，使这些杂质的含量低于10-9以下，因此它们的影响已很小。
在光纤材料中的杂质如氢氧根离子（OH・）、过渡金属离子（铜、铁、铭等）对光的吸收能力极强，它们是产生光纤损耗的主要因素。
因此要想获得低损耗光纤，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，使其纯度达99.9999%以上。
光纤通信中的光衰减与色散机制
光纤通信中的光衰减与色散机制光纤通信是一种高速、远距离传输信息的技术，运用的是利用光纤进行信息传输的原理，它比传统的电信技术具有更快的传输速度和更高的带宽能力。
但是，光纤通信也有一些不利因素，例如光衰减和色散。
这些因素会影响通信质量和距离，因此，研究光衰减和色散机制是非常重要的。
一、光纤通信中的光衰减机制在光纤通信中，光信号需要通过光纤进行传输。
在传输过程中，光信号会受到衰减，这是因为光纤材料本身的吸收和散射作用。
另外，由于光信号的传输距离越长，信号衰减就越严重。
1.光纤本质吸收光纤本质吸收是由于光纤的材料通过分子、原子的振动、旋转和电子跳跃过程中发生的能量吸收引起的。
这种吸收是光信号的主要衰减来源之一，会随着光纤的纯度提高而降低。
2.弯曲损耗当光纤被弯曲时，由于光线传输路径发生变化，会导致光信号发生衰减。
这种损耗叫做弯曲损耗，通常在弯曲半径小于光纤直径的1-2倍时最为严重。
这就要求我们在光纤的安装和使用过程中要尽量避免弯曲和扭曲。
3.连接损耗在光纤通信系统中，由于需要进行光纤的连接，连接之间也会引起信号的衰减，这种衰减叫做连接损耗。
其大小取决于连接器和适配器的精度和质量。
4.杂散散射杂散散射是指光线在光纤中碰到颗粒、气泡等物质时释放出的光信号，这些光信号与主信号相互干扰，导致信号衰减。
因此，在光纤通信中，要尽量避免在环境中存在这样的杂散物质。
5.色散色散是指由于光的色散性质，在光纤中传输时引起的信号的扩散和失真。
关于色散的机制将在下面的内容中讨论。
二、光纤通信中的色散机制光的色散是指在介质中传播时，由于波长和群速度的不同，导致光速的差异而引起的信号失真。
光纤通信中的色散可以分为两种类型：色散和色散。
以下将对这两种色散机制作简要介绍。
1.色散色散是指不同波长的光信号，在光纤中的传播速度不同，导致信号扩散和形变的现象。
这种色散又可分为两种类型：多模色散和单模色散。
*多模色散多模光在光纤中传播时，会发生信号的色散现象。
光纤损耗特性及色散特性
本征吸收：是光纤基础材料（SiO2）固有吸收，与波长有关， 对于SiO2石英系光纤，主要有两个吸收带，紫外吸收带和红 光吸收带。 杂质吸收：是由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗， 例如金属过渡离子和水的氢氧根离子吸收电磁能而造成的损 耗。
散射损耗
光在通过密度或折射率等不不均匀的物质时， 除了在光的传播方向以外，在其他方向也可以 看到光，这种现象称为光的散射。 散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分 布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生 散射，由此产生的损耗为散射损耗。 散射损耗中主要是瑞利散射和结构缺陷散射对 光纤通信的影响比较大。
瑞利散射
属于光纤的本征散射损耗，主要是由于光纤材 料的折射率随机性变化而引起。 材料折射率变化是由于密度不均匀或内部应力 不均匀而产生。 瑞利散射损耗与光波长的四次方成反比，随波 长的增加而急剧减小，在短波长0.85um处对 损耗的影响最大。
结构缺陷散射
光纤在制作过程中，由于结构缺陷（如光纤中 的气泡、未发生反应的源材料以及纤芯和包层 交界处粗糙），将会产生散射损耗，与波长无 关。
色散特性
光纤色散就是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到达光纤端有 先有后，从而产生波形畸变的一种现象。 由于光纤中色散的存在，会使得输入脉冲在传 输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率， 限制通信容量和传输距离。
色散的表示方法
色散的大小用时延差表示。 时延是指信号传输单位长度时所需要的时间。 时延差是指不同速度的信号，传输同样的距离， 需要不同的时间，即各信号的时延不同，这种 时延上的差别，称为时延差。
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。
测量光纤的色散和衰减
实验十八 测量光纤的色散和衰减实验序号 No:225046测量光纤的色散和衰减Measurement of Fiber Dispersion and Attenuation 实验简介色散是光纤的传输特性之一，不同波长的光脉冲在光纤中具有不同的传播速 度，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，传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉 冲相重叠现象，形成传输码的失误差错。
为避免误码出现，就要拉长脉冲间距， 导致传输速率降低，减少了通信容量。
光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长 而越来越严重，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
一、实现目的1、通过测量单模光纤的 13/15 之间以及 1550 窗口内两点之间的色散值，了解并掌握相移法 测量单模光纤色散的方法。
2, 通过测量单模光纤的衰减值，了解测量光纤损耗的常用方法之一：插入法（实际测量中 很多器件的插损、损耗都使用这种方法）。
二、实验原理（一）、色散概述色散是光纤的传输特性之一。
由于不同波长的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，不同波长的电磁波在玻璃中的折射 率 ) (l n 不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。
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：
光纤的分类和比较包括各种单模光纤的色散和衰减特性
模间色散图
单模光纤中旳色散
在单模光纤中不存在多种模式，也就没有模间色 散，但脉冲展宽现象依然存在，这是因为光脉冲 信号有一定旳频谱宽度（光脉冲有不同旳频率成 份），不同工作波长旳光信号在光纤中将有不同 旳传播群速度，造成光脉冲旳展宽。这种现象叫 群速度色散，它一般不大于模间色散。其主要由 材料色散和波导色散所决定。
色散补偿技术
目前，发展比较成熟旳、主流旳色散补偿技术主要 是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要 技术是在每个（或几种）光纤段旳输入或输出端经过放 置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路 上累积旳色散接近零，从而能够使单信道1550nm外调 制光纤干线旳色散得到很好旳补偿。
形成光纤损耗旳原因有诸多，有来自光纤本身旳 损耗（吸收损耗、散射损耗），也有光纤与光源 旳耦合损耗以及光纤之间旳连接损耗，还有光纤 弯曲损耗以及纤芯与包层中旳损耗。
光纤本身损耗旳分类
本征吸收损耗：光波经过光纤材料时旳损耗
吸收损耗 散射损耗
杂质吸收损耗：材料旳不纯净以及工艺旳不 完善造成旳附加吸收损耗（过渡金属离子吸 收以及水旳氢氧根离子旳吸收）
所以，对于超长距离旳光纤传播，既有旳色散补偿 技术能够相对很好旳处理色散问题，对于超远距离旳传 播，其首要考虑旳原因是光纤旳衰减特征。
4 对多种单模光纤特征旳比较
四种单模光纤
G652 G653 G654 G655
G652
1 ）G652光纤又被称为原则单模光纤，这种光纤是目前应用在 1310nm窗口旳最广泛旳零色散波长旳单模光纤。
色散系数D
G652
G652色散曲线图：
18 0
1310nm 1550nm 波长λ
色散系数D旳单位： ps/nm.km
光纤线路衰减
光纤线路衰减
光纤线路衰减是指光信号在传输过程中由于各种因素而减弱的现象。
光纤线路衰减的主要原因包括：
1. 吸收损耗：光信号在光纤中会与材料内部的原子或分子发生相互作用，导致能量被吸收。
这种损耗主要由材料的特性和工作波长决定。
2. 散射损耗：光信号在光纤中会受到光束的散射，使得信号沿着光纤的方向扩散，导致光强减弱。
这种损耗通常与光纤中的不均匀性有关。
3. 弯曲损耗：当光纤被弯曲时，光信号会因为弯曲而产生额外的衰减。
这种损耗与光纤的曲率半径和光纤的折射率有关。
4. 色散损耗：色散是指不同波长的光在传输中传播速度不同，从而导致光信号的波形发生变化。
这可能导致光信号的衰减。
5. 连接损耗：连接点、插接点或者其他连接器会引入额外的衰减。
这种损耗通常是由于不完美的连接、插座的污染或者连接部件的损坏引起的。
6. 光纤的长度：光纤的长度也会影响光信号的衰减程度，衰减通常随着光纤长度的增加而增加。
衰减通常以分贝（dB）为单位进行表示。
在设计光纤通信系统时，需要考虑光纤的特性以及各种因素对衰减的影响，以确保光信号在传输过程中能够保持足够的强度。
使用低损耗的光纤、定期检查连接器
和连接点、以及选择适当的传输波长等方法都可以帮助减小光纤线路的衰减。
光纤的损耗3-3单模光纤的色散及单模光纤的分类 [兼容模式]
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忽略第二项，则偏振模色散导致的脉冲展宽为：
2. 偏振模色散的统计特性 由于光纤在制造过程中的不确定性因素，光纤 的不圆程度、内应力的不均匀程度都是随机变化的。 这导致光纤的双折射参量或拍长LB并不是一个 常量，而是一个随光纤位置而变化的随机量。
-10 -20
G.656 色散平坦光纤 使波导色散曲线具有更大的斜率，或其负色 散值随波长变化更陡，使得在1.3~1.6um波长 范围内波导色散与材料 总色散 色散都可较好的相抵消。 因此在较大的范围内保 普通光纤 持相近的色散值，适用 于波分复用系统 色散平坦光纤
30 20 10 1.1 1.2 1.3 1.4 ( m m) 1.5 1.6 1.7
§3.3 单模光纤的色散及单模光纤的分类
一、色散系数 单模光纤中只有主模式LP01模传输，总色散 由材料色散、波导色散、折射率剖面色散和偏振 模色散构成。前三项属于波长色散，后一项为模 式色散。在光纤的双折射参量很小时，波长色散 是主要的。 定义单模光纤的波长色散D()：
D Dm DW
定义色散斜率：
D ( ) D (0 ) d D ( ) S 0 lim 0 0 d
即零色散波长附近总色散系数随变化曲线的斜 率，则零色散区内的色散系数为：
D( ) ( 0 ) S 0 S 0
将设可以将光信号看成是对角频率为0，相位 常数为0的单色光调制的结果，则有：
G.655非零色散光纤: 是一种改进的色散移位光纤。在密 集波分复用(WDM)系统中，当使用波长1.55 μm色散为零 的色散移位光纤时，由于复用信道多，信道间隔小，出现 了一种称为四波混频的非线性效应。这种效应是由两个或 三个波长的传输光混合而产生的有害的频率分量，它使信 道间相互干扰。如果色散为零，四波混频的干扰十分严重， 如果有微量色散，四波混频反而减小。为消除这种效应， 科学家开始研究了非零色散光纤。这种光纤的特点是有效 面积较大，零色散波长不在1.55 μm，而在1.525 μm或 1.585 μm。 这种光纤在密集波分复用和孤子传输系统中使用，实 现了超大容量超长距离的通信。