第二章 光纤传输特性

光纤传输特性

2.6 光纤传输特性

光纤传输特性

主要内容损耗 色散 光纤的带宽和冲激响应 光纤中的非线性效应 单模光纤性能指标

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2.6.1 损耗1、损耗的定义： 当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功 率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。 2、损耗一般用损耗系数α表示：Pi n (单位：dB/km) 10 α = lg L Po u t

损耗大小影响光纤的传输距离长短和中继距离的选 择 ，影响光纤通信系统的成本

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3、损耗的种类

吸收损耗 散射损耗 其他损耗

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吸收损耗本征吸收损耗是由于光纤材料本身吸收 光能量产生的。主要存在红外波段的分 子振动吸收和紫外波段的电子跃迁吸收。 红外吸收对长波长有影响，紫外吸收对 短波长有影响。 杂质吸收损耗主要是由于光纤中含有的 各种过渡金属离子和氢氧根(OH-)离子 在光的激励下产生振动，吸收光能量造 成。 (OH-)离子的吸收对光通信的长 波长影响比较大(主要在1.38um)。

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散射损耗散射损耗是指在光纤中传输的一部分光由于散射而改 变传输方向，从而使一部分光不能到达收端所产生的 损耗。主要包含瑞利散射损耗、 非线性散射损耗和波 导效应散射损耗。 瑞利散射损耗是由于光纤材料折射率分布小尺寸的随 即不均匀性所引起的本征损耗。瑞利散射损耗与波长 的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。因此对短 波长窗口影响较大。 非线性散射损耗是当光强度大到一定程度时，产生非 线性喇曼散射和布里渊散射，使输入光信号的能量部 分转移到新的频率成分上而形成损耗。因此非线性散 射损耗是随传播频率变化的。在常规光纤中由于半导 体激光器发送光功率较小，该损耗可忽略。但在DWDM 系统中，由于总功率很大，就必须考虑其影响。 波导效应散射损耗是由于光纤波导结构缺陷引起的损 耗，与波长无关。光纤波导结构缺陷主要由熔炼和拉 丝工艺不完善造成。

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其他损耗主要是连接损耗和弯曲损耗和微弯损耗。 连接损耗是由于进行光纤接续是端面不平整或光纤 位置未对准等原因造成接头处出现损耗。其大小与 连接使用的工具和操作者技能有密切关系。 弯曲损耗是由于光纤中部分传导模在弯曲部位成为 辐射模而形成的损耗。它与弯曲半径成指数关系， 弯曲半径越大，弯曲损耗越小。 微弯损耗是由于成缆时产生不均匀的侧压力，导致 纤芯与包层的界面出现局部凹凸引起。

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连接与耦合损耗：

轴偏

角度偏

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弯曲损耗(宏弯损耗和微弯损耗)

单模光纤中的宏弯损耗：a)光纤中的模场分布 b)弯曲光纤中的模场分布

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微弯损耗

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宏弯损耗

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弯曲损耗是光信息传输所受衰减的主要原因之一， 它与光纤敷设的弯曲半径

有关，最小弯曲半径常作 为光纤的一项参数给出。 弯曲半径应超出光纤包层直径的150倍；对短期应 用，应超过包层直径的100倍。如果包层直径为 125µm的话，这两个数值分别19mm和13mm。 利用光纤的弯曲损耗特性，可以在光纤链路上引入 一些可控的衰减。在需要对光进行可控衰减时，通 过将光纤绕上几圈就可以实现，所绕圈数和半径均 可控制衰减量。

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4 光纤的损耗波谱曲线曲线

损 耗 dB/km短 波 长 窗 口 波 波

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光纤通信所使用的三个低损耗窗口: 光纤通信所使用的三个低损耗窗口 0.85um 约为 2.5dB/km 1.31um 约为 0.5dB/km 1.55um 约为 0.2dB/km

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2.6.2 光波导中信号失真1 什么是色散，色散的分类 名词：色散 信号在光纤中是由不同的频率成份和不同的 模式成份携带的，这些不同的频率成份和模 式成份有不同的传播速度，使得光纤输出波 形在时间上产生展宽。 色散种类：模内色散(色度色散)和模间色 散，偏振模色散(单模光纤中)。

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2 模内色散(色度色散)模内色散包括材料色散和波导色散 材料色散：纤芯的材料的折射率随波长的变化导致 色散。折射率随波长的变化,使不同波长的群速度不 同，造成时延差,发生脉冲展宽。在1.27um处最小 , 1.27um 波导色散：原因是由于光纤中只有80%的光功率在 纤芯中传播，20%在包层中传播，由于包层中传播 速率大于纤芯，就出现色散。波导色散的大小取决 于光纤的设计