现代通信技术光纤通信技术 ppt课件

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▪ 引起光纤损耗的因素
光纤的损耗因素主要有吸收损耗、散射损耗和其它损耗。
• 光纤的吸收损耗(Absorption Loss):
▪ 本征吸收：
• 红外吸收——由于分子震动引起的吸收（Si-O键共振吸收），它在
1500 - 1700 nm波长区对光纤通信有影响；
• 紫外吸收——由于电子跃迁引起的吸收，它在700－1100 nm波长区
n0
1
nrn012ar g
2
n2
r 0 r a r a
g是折射率分布指数;a是纤芯 半径；r是纤芯中任意一点到轴 心的距离。
g GI F SIF
使群时延差减至最小的最佳 折射率分布指数g为2左右
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10lgPi dBk m
L Po
9.2.3 光纤的传输特性
光纤的损耗特性
• 光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降。 光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗。
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采用射线光学分析光纤的特性
多模阶跃折射率光纤的射线光学理论分析
在多模阶跃光纤的纤芯中，光按直线传输，在纤芯和包 层的界面上光发生反射。
光纤的相对折射率差
n 1 2 n 2 2 2 n 1 2
由光纤中光线在界面 的全反射条件，可以 推出临界角
c
arcsinn2 n1
可以定义光纤的数 值孔径为
是非均匀、且连续变化p的pt课。件
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▪ 此外还有三角型折射率光纤，其纤芯折射率分布曲线 为三角型；双包层光纤、四包层光纤等，如图：
按光纤中的传导模式数量分类
▪ 单模光纤、多模光纤
按光纤构成的原材料分类
▪ 石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤
按光纤的套塑层分类
2. 紧套光纤、松套光纤
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▪ 瑞利(Relay)散射——由纤芯材料的微小颗粒或气孔等分子级的结构不均 匀引起的，瑞利散射系数与波长的四次方(λ4)成反比。
▪ 非线性散射：受激Raman散射；受激Brillouin散射。
• 其它损耗：
▪ 弯曲损耗：微弯损耗；宏弯损耗
▪ 连接损耗
▪ 耦合损耗
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▪ 光纤的损耗特性曲线—损耗谱
• 衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数）α，定义为单位 长度光纤引起的光功率衰减
10lgPi dBk m
L Po
α(λ)为在波长λ处的衰减系数；Pi为输人光纤的光功率；Po为光纤输出的 光功率；L为光纤的长度
• 光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，它对于评价光纤 质量和确定光纤通信系统的中继距离有着决定性的作用。
第9章 光纤通信技术
▪ 9.1 光纤通信概述
• 9.1.1 电磁波谱
信息的传输是以电磁波为媒 介进行的。通信所用的波段 是在波长为千米至微米数量 级范围。由于通信容量与电 磁波频率成正比例的增大， 所以探索将更高频率的电磁 波用于通信技术是人们追求 的目标。
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▪ 9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
▪ 波动光学：把光纤中的光作为经典电磁场来处理。从波动方 程和电磁场的边界条件出发，可以得到全面、正确的解析或 数字结果，给出光纤中的场的结构形式（即传输模式），从 而给出光纤中完善的场的描述形式。它的特点是：能够精确、 全面地描述光纤的传输特性，这种理论适合于单模光纤和多 模光纤的分析。
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对光纤通信有影响。
▪ 杂质吸收：
• 过渡金属离子Cu2+,Fe2+,Mn3+,Cr3+,Ni2+,V3+引起的吸收;
• 氢氧根离子 (HO-)引起的吸收，吸收峰在2.8μm，但是在1.39 μm，
1.24 μm，0.95 μm附近有谐波吸收峰。
• 光纤的散射损耗(Scattering Loss):
由制作缺陷和本征散射产生
NA s im n axn1 2n2 2n1 2
数值孔径(NA：Numerical Aperptputr课e件)表征了光纤端面收集入射光的能力。 7
多模渐变折射率光纤的射线光学理论分析
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化的。它随纤芯半 径r的增加按一定规律减小。 渐变折射率光纤的折射率分布可以表示为：
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▪ 光纤色散的种类
根据色散产生的原因，光纤色散的种类主要可以分为模式色 散、材料色散和波导色散3种。
• 模式色散（模间色散）——在多模光纤中存在许多传输模式，
氢氧根离子 (HO-)引起的谐波吸收峰 紫外吸收、 Relay散射
红外吸收
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光纤的色散特性
光纤色散的概念
▪ 光纤色散(Fiber Dispersion)：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，由 于不同频率成分和不同模式成分的光在光纤中的传 输速度不同，从而导致信号畸变的一种物理现象。
▪ 光纤色散的表示法：
• 光纤的色散系数D(λ) ——定义为单位光谱线宽光源在单位
长度光纤上所引起的时延差
D pk s m nm
• 最大时延差Δτ(群时延差）——描述光纤中速度最快和最慢
的光波成分的时延之差。时延差越大，色散就越严重。
• 光纤带宽——用光纤的频率特性来描述光纤的色散。
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9.2.2 光纤的导光原理
▪ 光的波粒二像性：既可以将光看成光波（电磁波），也可以 将光看作是由光子组成的粒子流。
▪ 光纤中光的传输特性的两种分析方法（理论）：射线光学 （几何光学）理论、波动光学理论。
▪ 射线光学：用光射线代表光能量传输线路。这种理论适用于 光波长远远小于光波导尺寸的多模光纤，可以得到简单、直 观的分析结果。
按光纤横截面的折射率分布分类
▪ 阶跃光纤(SIF：Step-Index Fiber)：纤芯折射率n1，包层折射 率包层n2。的纤界芯面和上包发层生的突折变射。率都是均匀分布的，折射率在纤芯和
1. 渐匀变的光，纤而(在G纤IF：芯G中r折ad射ed率-Innd1则ex随F着ibe纤r)芯：的包半层径的的折加射大率而n2，减是小均，
• 光纤通信系统和其他通信系统相比具有的优点：
频带宽，通信容量大
传输损耗低，无中继距离长
抗电磁干扰
光纤通信串话小，保密性强，使用安全
体积小，重量轻，便于敷设
1.材料资源丰富
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9.2 光纤传输原理与特性 ▪ 9.2.1 光纤的结构和分类
纤芯(Core); 包层(Cladding); 涂敷层(Coating)