光纤的特性ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
L
SI
14
举例
n1=1.48,，n2=1.473；L＝0.3km
= 0.0047
L
SI
23
ns / km
L
GRIN
0.0047 2
23ns/km
54 ps/km
GRIN 54 0.3 16.2 ps
15
即xy
Total ( )色散2 ( )弥散2
13
多模光纤色散
SI光纤的模式色散
L SI
n1
c
n1 n2
n1
GRIN (=2)光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为
L GRIN
n1 2c
2＝
2
n2
求 0 r a
ra
最佳
18
单模光纤的色散
DW DM
图2.4.1石英玻璃的材料色散
λ
图2.4.2单模光纤的波导色散
Dt DM DW
19
常规SI单模光纤(SMF-Single Mode Fiber)
ZMD：零色散点 ZMD＝1.3m 0=1.55m
D＝17ps/nm/km ＝0.2dB/km
2f 2c
0
g
d d
Βιβλιοθήκη Baidu
d d0
d0 d
2n 02
2 0
dn
0
2
d0 2c
1 c
n
0
dn
d 0
ps/nm
10
材料色散参量
m L g
L Vg
m (0 ) m (0 ) L g 0 g 0
各种色散导致脉冲展宽的特点
材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模 式运载，因光源有线宽，而不同波长光的群速 不同导致的脉冲展宽。 模式色散是由于光脉冲由同一波长光的不同 模式运载，因不同模式的群速不同导致的脉冲 展宽。 偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同 一模式运载，因不同偏振态光的群速不同导致 的脉冲展宽。
偏振正交模式 偏振模色散：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，
如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的 传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏振 模色散或双折射色散。
色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的
表示方法不同。
如果信号是模拟调制的，色散限制带宽(Bandwith)； 如 果 信 号 是 数 字 脉 冲 ， 色 散 产 生 脉 冲 展 宽 (Pulse broadening)。 所以， 色散通常用3 dB光带宽f3dB或脉冲 展宽Δτ表示。
用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成
20
零色散位移光纤(DSF-Zero Dispersion Shifted Fiber)
ZMD＝1.55m
21
非零色散位移光纤 (Nonzero Dispersion Shifted Fiber)
22
单模光纤色散比较
23
2.4.2截止条件
V
ak0
n2 1
n2 2
1/ 2
2.4048
11
波导色散
L W
－ 0
c
d 2neff
d0 2
0
M'
DW
短波长=0.82m处 材料色散M=110： 波导色散M’=2 ps/nm/km
材料色散：难调整 波导色散： 比较容易调整
12
偏振模弥散 水平偏振基模与垂直偏振基 模的群速不同造成的脉冲
16
各种光纤的综合性能和用途
17
2.4单模光纤的设计
2.4.1引言 多模光纤色散
L SI
n1
c
n1 n2
n1
L GRIN
n1 2c
2＝
2
L
SI
n(r) n1 1 2(r / a) 1/2
第二章 光纤的特性
2.1引言 光纤传输损耗、色散和偏振是
光纤最重要特性参量。它在很大程 度上决定了中继站之间的距离。
1
2.2光纤的损耗
杂质离子吸收 过渡族金属离子
吸收损耗
OH-
损
本征吸收
紫外吸收
耗
红外吸收
折射率分布不均匀
制作缺陷 芯-包层界面不理想
散射损耗
气泡、条纹、结石 瑞利散射
本征散射及其他 布里渊散射
（1）多模色散 （2）波导色散
波长色散
（3）材料色散
（4）偏振色散 6
群延时t
t
1 vg
d d
d d
0
(
0
)
d 2 d 2
0
k0 / c,dk0 / d 1/ c 2c / ,d / d 2 / 2c
7
0
c
d2 n
d 02
0 L
M L
DM L
L M
0
c
d2 n
d 02
0
M
DM
DM
M
0
c
d 2n
d0 2
0
材料色散参量 (ps/nm/km)
喇曼散射
2
光纤损耗的来源
(1)(2) 水峰
3
2.3 光纤色散
光纤色散是光纤最重要 特性参量之一。它在很 大程度上决定了信号传 输质量
4
脉冲与脉冲线宽
=为光源的线宽，为脉冲的脉宽
5
2.3.1引言
光纤色散：在光纤中传输的光脉冲，受到由光
纤的折射率分布、光纤材料的色散特性、光纤中 的模式分布以及光源的光谱宽度等因素决定的 “延迟畸变”，使该脉冲波形在通过光纤后发生 展宽。
Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2 Δτn ——模式色散； Δτm——材料色散； Δτw ——波导色散 所引起的脉冲展宽的均方根值。 8
群速与群延时
群速 的表示：
Vg
d d
群延时：群速Vg行进单位长度所花费的时间，即
g
1 Vg
d d
9
光纤内的群延时
k0n
2n 0
ac 1.2020 / n12 n22 1/ 2
c
a
n2 1
n2 2
1/ 2
/ 1.202
fc
1.202c0
/
a
n2 1
n2 2
1/ 2
24
2.4.3色散特性
25
2.5偏振保持光纤简介
2.5.1引言 轴对称单模光纤：两个线偏振正交模式或两个圆
SI
14
举例
n1=1.48,，n2=1.473；L＝0.3km
= 0.0047
L
SI
23
ns / km
L
GRIN
0.0047 2
23ns/km
54 ps/km
GRIN 54 0.3 16.2 ps
15
即xy
Total ( )色散2 ( )弥散2
13
多模光纤色散
SI光纤的模式色散
L SI
n1
c
n1 n2
n1
GRIN (=2)光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为
L GRIN
n1 2c
2＝
2
n2
求 0 r a
ra
最佳
18
单模光纤的色散
DW DM
图2.4.1石英玻璃的材料色散
λ
图2.4.2单模光纤的波导色散
Dt DM DW
19
常规SI单模光纤(SMF-Single Mode Fiber)
ZMD：零色散点 ZMD＝1.3m 0=1.55m
D＝17ps/nm/km ＝0.2dB/km
2f 2c
0
g
d d
Βιβλιοθήκη Baidu
d d0
d0 d
2n 02
2 0
dn
0
2
d0 2c
1 c
n
0
dn
d 0
ps/nm
10
材料色散参量
m L g
L Vg
m (0 ) m (0 ) L g 0 g 0
各种色散导致脉冲展宽的特点
材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模 式运载，因光源有线宽，而不同波长光的群速 不同导致的脉冲展宽。 模式色散是由于光脉冲由同一波长光的不同 模式运载，因不同模式的群速不同导致的脉冲 展宽。 偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同 一模式运载，因不同偏振态光的群速不同导致 的脉冲展宽。
偏振正交模式 偏振模色散：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，
如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的 传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏振 模色散或双折射色散。
色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的
表示方法不同。
如果信号是模拟调制的，色散限制带宽(Bandwith)； 如 果 信 号 是 数 字 脉 冲 ， 色 散 产 生 脉 冲 展 宽 (Pulse broadening)。 所以， 色散通常用3 dB光带宽f3dB或脉冲 展宽Δτ表示。
用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成
20
零色散位移光纤(DSF-Zero Dispersion Shifted Fiber)
ZMD＝1.55m
21
非零色散位移光纤 (Nonzero Dispersion Shifted Fiber)
22
单模光纤色散比较
23
2.4.2截止条件
V
ak0
n2 1
n2 2
1/ 2
2.4048
11
波导色散
L W
－ 0
c
d 2neff
d0 2
0
M'
DW
短波长=0.82m处 材料色散M=110： 波导色散M’=2 ps/nm/km
材料色散：难调整 波导色散： 比较容易调整
12
偏振模弥散 水平偏振基模与垂直偏振基 模的群速不同造成的脉冲
16
各种光纤的综合性能和用途
17
2.4单模光纤的设计
2.4.1引言 多模光纤色散
L SI
n1
c
n1 n2
n1
L GRIN
n1 2c
2＝
2
L
SI
n(r) n1 1 2(r / a) 1/2
第二章 光纤的特性
2.1引言 光纤传输损耗、色散和偏振是
光纤最重要特性参量。它在很大程 度上决定了中继站之间的距离。
1
2.2光纤的损耗
杂质离子吸收 过渡族金属离子
吸收损耗
OH-
损
本征吸收
紫外吸收
耗
红外吸收
折射率分布不均匀
制作缺陷 芯-包层界面不理想
散射损耗
气泡、条纹、结石 瑞利散射
本征散射及其他 布里渊散射
（1）多模色散 （2）波导色散
波长色散
（3）材料色散
（4）偏振色散 6
群延时t
t
1 vg
d d
d d
0
(
0
)
d 2 d 2
0
k0 / c,dk0 / d 1/ c 2c / ,d / d 2 / 2c
7
0
c
d2 n
d 02
0 L
M L
DM L
L M
0
c
d2 n
d 02
0
M
DM
DM
M
0
c
d 2n
d0 2
0
材料色散参量 (ps/nm/km)
喇曼散射
2
光纤损耗的来源
(1)(2) 水峰
3
2.3 光纤色散
光纤色散是光纤最重要 特性参量之一。它在很 大程度上决定了信号传 输质量
4
脉冲与脉冲线宽
=为光源的线宽，为脉冲的脉宽
5
2.3.1引言
光纤色散：在光纤中传输的光脉冲，受到由光
纤的折射率分布、光纤材料的色散特性、光纤中 的模式分布以及光源的光谱宽度等因素决定的 “延迟畸变”，使该脉冲波形在通过光纤后发生 展宽。
Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2 Δτn ——模式色散； Δτm——材料色散； Δτw ——波导色散 所引起的脉冲展宽的均方根值。 8
群速与群延时
群速 的表示：
Vg
d d
群延时：群速Vg行进单位长度所花费的时间，即
g
1 Vg
d d
9
光纤内的群延时
k0n
2n 0
ac 1.2020 / n12 n22 1/ 2
c
a
n2 1
n2 2
1/ 2
/ 1.202
fc
1.202c0
/
a
n2 1
n2 2
1/ 2
24
2.4.3色散特性
25
2.5偏振保持光纤简介
2.5.1引言 轴对称单模光纤：两个线偏振正交模式或两个圆