光纤传输特性对通信影响
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DWDM 波长范围
施工中严格规定了光纤光 缆的允许弯曲半径，使弯 曲损耗降低到可以忽略不 计的程度。
色散 0 ps/nm•km
1310nm
1550nm
波长
色散位移光纤（DSF,G.653） 非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）
微弯：微米级的高频弯曲
光纤通信课程
微弯的原因： 光纤的生产过程中的受到侧压力和套塑光纤温度
光纤通信课程
工程应用中造成的损耗： 弯曲损耗（宏弯）、微弯损耗、接
头损耗
光纤通信课程
场分宏布弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲 消逝场
Cladding
<
Core
> c
R
18
为了减少这种损耗，
普通光纤(SMF) 非色散位移光纤（NDSF，G.652） 已有光纤的>95%
弯曲曲率半径减小 宏弯损耗指数增加
光纤到户使Verizon遇到困境：宏弯引起信号衰减
光纤通信课程
新技术：抗宏弯的柔性光纤
康宁公司帮助Verison解决了问题：可弯曲、折返、 打结，已在2500万户家庭中安装 NTT（日本电报电话公司 ）也完成了这种光纤的 研制
Photonic Crystal Fiber
Photonic Bandgap Fiber
①三个低损耗窗口： 0.85um，1.31um，1.55um
②水峰：1.38um ③单模通信光纤的波长范围：
1.28um－1.65um （除1.38um）
光纤通信课程
二、色散
光纤通信课程
• 概念：
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 到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸 变的一种现象。
光纤通信课程
第一讲 走进光纤 第二讲 光纤传输特性对通信的影响 第三讲 光纤传输线理论的相关概念
光纤通信课程
第二讲 光纤传输特性对通信 的影响
？什么是 ？如何减小 ?如何定量 ——损耗、色散、非线性
？光纤传输线路中是否存在的零损耗,零 色散和零非线性
？他们在通信系统中的影响
光纤通信课程
一、损耗/衰减
通常用单位波长间隔内频谱成份通过单位长度光 纤所产生的色散表示色散大小的程度，称为波长色散 系数，用D表示，单位是ps/(nm.km)。
频率色散由材料色散和波导色散组成。
光纤通信课程
材料色散
是由于光纤材料本身的折射率随频 率而变化，使得信号各频率成分的群速不同， 引起的色散称为材料色散。
• 表示方法：时延差
• 分类：模式色散，
色散）
Baidu Nhomakorabea
频率色散（材料色散，波导
1、模式色散（路径色散）
光纤通信课程
在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，由
于传输路径不同，模式之间存在时延差，这种单位时 间的时延差称为模式色散。单位是ps/km
2、频率色散（波长色散，色度色散）
由于光纤中传输的光信号含有的不同的频率成份 有着不同的传输速度，经过一段距离传输后，这些频 率成份之间产生相对时间延迟，被称为频率色散。
散射损耗
光纤通信课程
散射损耗：1瑞利散射
光纤通信课程
光纤在制作过程中，由于材料在加热过程中使原 子受到压缩性的不均匀或起伏，造成材料密度微 观的不均匀，并在冷却过程中被固定下来。这种 密度不均匀的尺度比光波波长短，从而折射率不 均匀将引起散射，这就是所谓的瑞利散射。这是 一种固有的散射，它与波长的四次方成反比。
(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)
吸收损耗：3 原子缺陷吸收损耗
光纤通信课程
光纤材料制造过程中，受热或强烈的光 辐射将会发生某个共价键断裂而产生原子缺陷， 此时晶格很容易在光场的作用下产生振动，从而 吸收光能，引起损耗。其峰值吸收波长约为630nm 。
原子缺陷吸收损耗，可以通过选用合 适的制造工艺、不同的摻杂材料及含量使之减小 到可以忽略不计的程度
概念：信号强度随距离增加而变弱。
光纤通信课程
主要来源： 吸收，散射，光泄漏。
➢吸收损耗：由制造材料本身及其中的过渡金 属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产 生。
➢散射损耗：以光能的形式把能量辐射出光纤 之外的一种损耗。
➢弯曲损耗：由于光纤弯曲使光从纤芯逸散到 包层中产生的光泄漏。
光纤通信课程
吸收损耗： 1、本征吸收 材料本身 (如SiO2) 的特性决定，即便波
变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一 致而引起
如何避免： 光纤结构合理设计
低阶模功率耦合到高阶模
高阶模功率损耗
光纤通信课程
宏弯带来的应用局限：Verizon的烦恼
Verizon公司的光纤计划： 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
光纤通信课程
对光的约束柔增性强光纤的优点 在任意波段均可实现单模传输：调节空气孔径之间 的距离 可以实现光纤色散的灵活设计 减少光纤中的非线性效应 抗侧压性能增强
损耗的度量
光纤通信课程
• 通信中习惯上用单位dB/km来表示光纤的损耗 • 损耗系数
• 损耗的计算：
单模通信光纤的损耗曲线 光纤通信课程
导结构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在。
（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
晶格
（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
光纤通信课程
本 征 吸 收 曲 线
吸收损耗：2 杂质吸收
光纤通信课程
光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸 收
光纤材料中含有过渡金属离子如铁、钴、镍、 铜、锰、铬等，它们有各自的吸收峰和吸收带并随 它们价态不同而不同。由跃迁解金决属方离法子：吸收引起的 光纤损耗取决于它们的浓度。(1另) 光外纤，材OH料－化存学在提也纯产， 生吸收损耗，OH－的基本吸收比极如峰达在到2.979μ.9m99附99近99，%的 吸收带在0.5～1.0μm范围。 纯度
散射损耗：2结构缺陷散射
在纤芯中制造过程的缺陷，如杂质、气泡、不溶 解离子等，也会引起散射损耗。降低这种衰减的 办法是在制作光纤预制棒和拉丝时，选择合适的 工艺，以避免上述现象的出现。
瑞利散射曲线
光纤通信课程
• 光纤中微观不均匀 尺寸比波长小得多 引起瑞利散射
• 其损耗与波长的四 次方成反比
• 是光纤的固有损耗
施工中严格规定了光纤光 缆的允许弯曲半径，使弯 曲损耗降低到可以忽略不 计的程度。
色散 0 ps/nm•km
1310nm
1550nm
波长
色散位移光纤（DSF,G.653） 非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）
微弯：微米级的高频弯曲
光纤通信课程
微弯的原因： 光纤的生产过程中的受到侧压力和套塑光纤温度
光纤通信课程
工程应用中造成的损耗： 弯曲损耗（宏弯）、微弯损耗、接
头损耗
光纤通信课程
场分宏布弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲 消逝场
Cladding
<
Core
> c
R
18
为了减少这种损耗，
普通光纤(SMF) 非色散位移光纤（NDSF，G.652） 已有光纤的>95%
弯曲曲率半径减小 宏弯损耗指数增加
光纤到户使Verizon遇到困境：宏弯引起信号衰减
光纤通信课程
新技术：抗宏弯的柔性光纤
康宁公司帮助Verison解决了问题：可弯曲、折返、 打结，已在2500万户家庭中安装 NTT（日本电报电话公司 ）也完成了这种光纤的 研制
Photonic Crystal Fiber
Photonic Bandgap Fiber
①三个低损耗窗口： 0.85um，1.31um，1.55um
②水峰：1.38um ③单模通信光纤的波长范围：
1.28um－1.65um （除1.38um）
光纤通信课程
二、色散
光纤通信课程
• 概念：
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 到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸 变的一种现象。
光纤通信课程
第一讲 走进光纤 第二讲 光纤传输特性对通信的影响 第三讲 光纤传输线理论的相关概念
光纤通信课程
第二讲 光纤传输特性对通信 的影响
？什么是 ？如何减小 ?如何定量 ——损耗、色散、非线性
？光纤传输线路中是否存在的零损耗,零 色散和零非线性
？他们在通信系统中的影响
光纤通信课程
一、损耗/衰减
通常用单位波长间隔内频谱成份通过单位长度光 纤所产生的色散表示色散大小的程度，称为波长色散 系数，用D表示，单位是ps/(nm.km)。
频率色散由材料色散和波导色散组成。
光纤通信课程
材料色散
是由于光纤材料本身的折射率随频 率而变化，使得信号各频率成分的群速不同， 引起的色散称为材料色散。
• 表示方法：时延差
• 分类：模式色散，
色散）
Baidu Nhomakorabea
频率色散（材料色散，波导
1、模式色散（路径色散）
光纤通信课程
在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，由
于传输路径不同，模式之间存在时延差，这种单位时 间的时延差称为模式色散。单位是ps/km
2、频率色散（波长色散，色度色散）
由于光纤中传输的光信号含有的不同的频率成份 有着不同的传输速度，经过一段距离传输后，这些频 率成份之间产生相对时间延迟，被称为频率色散。
散射损耗
光纤通信课程
散射损耗：1瑞利散射
光纤通信课程
光纤在制作过程中，由于材料在加热过程中使原 子受到压缩性的不均匀或起伏，造成材料密度微 观的不均匀，并在冷却过程中被固定下来。这种 密度不均匀的尺度比光波波长短，从而折射率不 均匀将引起散射，这就是所谓的瑞利散射。这是 一种固有的散射，它与波长的四次方成反比。
(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)
吸收损耗：3 原子缺陷吸收损耗
光纤通信课程
光纤材料制造过程中，受热或强烈的光 辐射将会发生某个共价键断裂而产生原子缺陷， 此时晶格很容易在光场的作用下产生振动，从而 吸收光能，引起损耗。其峰值吸收波长约为630nm 。
原子缺陷吸收损耗，可以通过选用合 适的制造工艺、不同的摻杂材料及含量使之减小 到可以忽略不计的程度
概念：信号强度随距离增加而变弱。
光纤通信课程
主要来源： 吸收，散射，光泄漏。
➢吸收损耗：由制造材料本身及其中的过渡金 属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产 生。
➢散射损耗：以光能的形式把能量辐射出光纤 之外的一种损耗。
➢弯曲损耗：由于光纤弯曲使光从纤芯逸散到 包层中产生的光泄漏。
光纤通信课程
吸收损耗： 1、本征吸收 材料本身 (如SiO2) 的特性决定，即便波
变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一 致而引起
如何避免： 光纤结构合理设计
低阶模功率耦合到高阶模
高阶模功率损耗
光纤通信课程
宏弯带来的应用局限：Verizon的烦恼
Verizon公司的光纤计划： 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
光纤通信课程
对光的约束柔增性强光纤的优点 在任意波段均可实现单模传输：调节空气孔径之间 的距离 可以实现光纤色散的灵活设计 减少光纤中的非线性效应 抗侧压性能增强
损耗的度量
光纤通信课程
• 通信中习惯上用单位dB/km来表示光纤的损耗 • 损耗系数
• 损耗的计算：
单模通信光纤的损耗曲线 光纤通信课程
导结构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在。
（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
晶格
（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
光纤通信课程
本 征 吸 收 曲 线
吸收损耗：2 杂质吸收
光纤通信课程
光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸 收
光纤材料中含有过渡金属离子如铁、钴、镍、 铜、锰、铬等，它们有各自的吸收峰和吸收带并随 它们价态不同而不同。由跃迁解金决属方离法子：吸收引起的 光纤损耗取决于它们的浓度。(1另) 光外纤，材OH料－化存学在提也纯产， 生吸收损耗，OH－的基本吸收比极如峰达在到2.979μ.9m99附99近99，%的 吸收带在0.5～1.0μm范围。 纯度
散射损耗：2结构缺陷散射
在纤芯中制造过程的缺陷，如杂质、气泡、不溶 解离子等，也会引起散射损耗。降低这种衰减的 办法是在制作光纤预制棒和拉丝时，选择合适的 工艺，以避免上述现象的出现。
瑞利散射曲线
光纤通信课程
• 光纤中微观不均匀 尺寸比波长小得多 引起瑞利散射
• 其损耗与波长的四 次方成反比
• 是光纤的固有损耗