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1、第2章光纤的特性2022/10/25第1页，本讲稿共33页2.22.2光纤的损耗光纤的损耗损损耗耗吸收损耗吸收损耗散射损耗本征吸收本征吸收杂质离子吸收杂质离子吸收过渡族金属离子OH-紫外吸收红外吸收本征散射及其他本征散射及其他制作缺陷制作缺陷芯-包层界面不理想喇曼散射瑞利散射折射率分布不均匀气泡、条纹、结石布里渊散射2022/10/25第2页，本讲稿共33页光纤损耗的来源(1)(2)水峰2022/10/25第3页，本讲稿共33页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2022/10/25第4页，本讲稿共33页脉冲与脉冲线宽脉冲与脉冲线宽=为光源的线宽，
2、为脉冲的脉宽2022/10/25第5页，本讲稿共33页 2.3.1引言n光纤色散光纤色散：在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的折在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的折射率分布、射率分布、光纤材料光纤材料的色散特性、光纤中的的色散特性、光纤中的模式分布模式分布以及以及光源的光谱宽度光源的光谱宽度等因素决定的等因素决定的“延迟畸变延迟畸变”，使该，使该脉冲波形在通过光纤后发生展宽。脉冲波形在通过光纤后发生展宽。（1）多模色散多模色散（2）波导色散波导色散（3）材料色散材料色散（4）偏振色散）偏振色散波长色散2022/10/25第6页，本讲稿共33页群延时t2022/10/25第7页，本讲稿共33页 色
3、散色散色散色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。表示方法不同。如果信号是如果信号是模拟调制模拟调制模拟调制模拟调制的，的，色散限制带宽色散限制带宽色散限制带宽色散限制带宽(Bandwith)；如如果果信信号号是是数数数数字字字字脉脉脉脉冲冲冲冲，色色色色散散散散产产产产生生生生脉脉脉脉冲冲冲冲展展展展宽宽宽宽(Pulse broadening)。所以，所以，色散色散色散色散通常用通常用3 dB3 dB光带宽光带宽光带宽光带宽f f3dB3dB或脉冲展宽或脉冲展宽表示。表示。用脉冲展宽表示时，用脉冲展宽表示时，光纤光纤色散色散色散色散可以写成可
4、以写成 =(2n+2m+2w)1/2 n 模式色散模式色散模式色散模式色散；m材料色散材料色散材料色散材料色散；w 波导色散波导色散波导色散波导色散 所引起的脉冲展宽的所引起的脉冲展宽的均方根值均方根值均方根值均方根值。2022/10/25第8页，本讲稿共33页群速与群延时群速与群延时群速 的表示：群延时：群速Vg行进单位长度所花费的时间，即2022/10/25第9页，本讲稿共33页光纤内的群延时光纤内的群延时ps/nm2022/10/25第10页，本讲稿共33页材料色散参量材料色散参量(ps/nm/km)材料色散参量材料色散参量2022/10/25第11页，本讲稿共33页波导色散波导色散短波
5、长短波长=0.82 m处处 材料色散材料色散M=110：波导色散波导色散M=2 ps/nm/km材料色散材料色散：难调整难调整波导色散波导色散：比较容易调整比较容易调整2022/10/25第12页，本讲稿共33页 偏振模弥散偏振模弥散水水平平偏偏振振基基模模与与垂垂直直偏偏振振基基模模的群速不同造成的脉冲的群速不同造成的脉冲即即 x y2022/10/25第13页，本讲稿共33页 多模光纤色散多模光纤色散SI光纤的模式色散GRIN(=2)光纤的的模式色散，单位长度脉冲展宽为2022/10/25第14页，本讲稿共33页举例n1=1.48,，n2=1.473；L0.3km=0.00472022/1
6、0/25第15页，本讲稿共33页 材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模式运材料色散、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。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。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。运载，因不同偏振态光的群速不同导致的脉冲展宽。各种色散导致脉冲展宽的
7、特点各种色散导致脉冲展宽的特点2022/10/25第16页，本讲稿共33页各种光纤的综合性能和用途各种光纤的综合性能和用途2022/10/25第17页，本讲稿共33页2.4单模光纤的设计单模光纤的设计n2.4.1引言n多模光纤色散多模光纤色散2022/10/25第18页，本讲稿共33页单模光纤的色散图2.4.1石英玻璃的材料色散DMDW图2.4.2单模光纤的波导色散2022/10/25第19页，本讲稿共33页常规SI单模光纤(SMF-SingleModeFiber)ZMD：零色散点ZMD1.3m0=1.55mD17ps/nm/km0.2dB/km2022/10/25第20页，本讲稿共33页零色
8、散位移光纤零色散位移光纤(DSF-Zero Dispersion Shifted Fiber)ZMD1.55m2022/10/25第21页，本讲稿共33页非零色散位移光纤非零色散位移光纤(Nonzero Dispersion Shifted Fiber)2022/10/25第22页，本讲稿共33页单模光纤色散比较单模光纤色散比较2022/10/25第23页，本讲稿共33页2.4.2截止条件截止条件2022/10/25第24页，本讲稿共33页2.4.3色散特性2022/10/25第25页，本讲稿共33页2.5偏振保持光纤简介偏振保持光纤简介n2.5.1引言引言n轴对称单模光纤：两个轴对称单模光纤
9、：两个线偏振线偏振正交模式或两个正交模式或两个圆偏圆偏振振正交模式正交模式n n偏振模色散偏振模色散偏振模色散偏振模色散：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，如纤：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同，这样产生的时间延迟差称为偏振模色散或双折射色偏振模色散或双折射色偏振模色散或双折射色偏振模色散或双折射色散散散散。偏振态改变偏振态改变 发生偏振色散发生偏振色散n保偏光纤：维持光波偏振态的偏振保持光纤保偏光纤：维持光波偏振态的偏振保持光纤2022/10/25第26页，本讲稿共
10、33页n n偏振模色散偏振模色散取决于光纤的取决于光纤的双折射双折射，由，由=x-ynxk-nyk得到得到2022/10/25第27页，本讲稿共33页双折射参量的定义 保偏光纤(PMF)传输相位差2022/10/25第28页，本讲稿共33页拍长LB高双折射率(HB)保偏光纤:BF10-5低双折射率(LB)保偏光纤:BF10-6保偏光纤(PMF)2022/10/25第29页，本讲稿共33页2.5.2保偏光纤结构类型(PolarizationMaintainingFiber)2022/10/25第30页，本讲稿共33页2.5.3高双折色光纤的制作方法高双折色光纤的制作方法n石英管或预制棒研磨法（石英管或预制棒研磨法（MCVD法）法）n管套棒法管套棒法n光刻腐蚀法光刻腐蚀法n气相腐蚀法气相腐蚀法2022/10/25第31页，本讲稿共33页光纤的制造预制棒法光纤的制造预制棒法相似折射率分布的直径2cm左右，长1m预制棒，再拉成长度10km，0.125mm细直径的光纤。特点是可制造折射率分布复杂的光纤。2022/10/25第32页，本讲稿共33页光纤的制造预制棒法2022/10/25第33页，本讲稿共33页