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1、2.3 光纤传输特性光纤传输特性n n光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，任何信号均能以相同速度任何信号均能以相同速度任何信号均能以
2、相同速度任何信号均能以相同速度无损无畸变无损无畸变无损无畸变无损无畸变地传输。地传输。地传输。地传输。n n但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗损耗损耗损耗和色散和色散和色散和色散，当信号强度较高时还存在非线性。，当信号强度较高时还存在非线性。，当信号强度较高时还存在非线性。，当信号强度较高时还存在非线性。光纤性能是有限制的，随着信道数据率和传光纤性能是有限制的，随着信道数据率和传光纤性能是有限制的，随着信道数据率和传光纤性能是有限制的，随着信道数据率和传输距离的增加，输距离的增加，
3、输距离的增加，输距离的增加，光纤不再是一个透明管道光纤不再是一个透明管道光纤不再是一个透明管道光纤不再是一个透明管道.50%more DWDM channels!3rd4th5thAllWave vs.Conventional FiberMore Usable Optical SpectrumAllWave(全波全波)光纤光纤范崇澄 FS-89光纤的损耗机理光纤的损耗机理(2)n n瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射是一种基本损耗机理。是一种基本损耗机理。是一种基本损耗机理。是一种基本损耗机理。n n由于制造过程中沉积到熔石英中的随机密度变化引起由于制造过程中沉积到熔石英中的随机密度变化引起由于
4、制造过程中沉积到熔石英中的随机密度变化引起由于制造过程中沉积到熔石英中的随机密度变化引起的，导致折射率本身的起伏，使光向各个方向散射。的，导致折射率本身的起伏，使光向各个方向散射。的，导致折射率本身的起伏，使光向各个方向散射。的，导致折射率本身的起伏，使光向各个方向散射。n n大小与大小与大小与大小与 4 4成反比，成反比，成反比，成反比，RRC/C/4 4（dB/kmdB/km）因而主要作因而主要作因而主要作因而主要作用在短波长区。用在短波长区。用在短波长区。用在短波长区。n n瑞利散射损耗对光纤来说是其本身固有的，因而它确瑞利散射损耗对光纤来说是其本身固有的，因而它确瑞利散射损耗对光纤来说
5、是其本身固有的，因而它确瑞利散射损耗对光纤来说是其本身固有的，因而它确定了光纤损耗的最终极限。定了光纤损耗的最终极限。定了光纤损耗的最终极限。定了光纤损耗的最终极限。n n在在在在1.55 1.55 mm波段，波段，波段，波段，瑞利散射引起的损耗仍达瑞利散射引起的损耗仍达瑞利散射引起的损耗仍达瑞利散射引起的损耗仍达0.120.16 0.120.16 dB/kmdB/km ，是该段损耗的主要原因。，是该段损耗的主要原因。，是该段损耗的主要原因。，是该段损耗的主要原因。光纤的损耗机理光纤的损耗机理(3)n n辐射损耗又称弯曲损耗辐射损耗又称弯曲损耗辐射损耗又称弯曲损耗辐射损耗又称弯曲损耗，包括两类
6、：一是弯曲半径远大，包括两类：一是弯曲半径远大，包括两类：一是弯曲半径远大，包括两类：一是弯曲半径远大于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。n n定性解释定性解释定性解释定性解释：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）于纤芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的于纤芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的于纤
7、芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的于纤芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的消失场尾部须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一消失场尾部须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一消失场尾部须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一消失场尾部须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一同前进。这有可能要求离纤芯远的消失场尾部以大于光同前进。这有可能要求离纤芯远的消失场尾部以大于光同前进。这有可能要求离纤芯远的消失场尾部以大于光同前进。这有可能要求离纤芯远的消失场尾部以大于光速的速度前进，由于这是不可能的，因此这部分场将辐速的速度前进，由于这是不可能的，因此这部分场将辐速的速度前进，由于这是不可能
8、的，因此这部分场将辐速的速度前进，由于这是不可能的，因此这部分场将辐射出去而损耗掉。射出去而损耗掉。射出去而损耗掉。射出去而损耗掉。图图 2.16光纤损耗谱光纤损耗谱(a)三种实用光纤；三种实用光纤；(b)优质单模光纤优质单模光纤 2.3.1 光纤的损耗特性光纤的损耗特性2.3.2 光纤的色散特性及色散限制光纤的色散特性及色散限制2.3 光纤传输特性光纤传输特性DispersionDispersion色散色散2.3.2 2.3.2 光纤的色散特性光纤的色散特性光纤色散：光纤色散：光纤色散：光纤色散：信号能量中的各种分量由于在光纤中信号能量中的各种分量由于在光纤中信号能量中的各种分量由于在光纤中
9、信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。传输速度不同，而引起的信号畸变。传输速度不同，而引起的信号畸变。传输速度不同，而引起的信号畸变。将引起光脉将引起光脉将引起光脉将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。色散类型色散类型 模间色散模间色散模间色散模间色散：不同模式对应有不同的模折射率，导致群速：不同模式对应有不同的模折射率，导致群速：不同模式对应有不同的模折射率，导致群速：不同模式对应有不同的模折射率，导致群速度不同和脉冲展宽度不同
10、和脉冲展宽度不同和脉冲展宽度不同和脉冲展宽（仅多模光纤有）（仅多模光纤有）（仅多模光纤有）（仅多模光纤有）波导色散波导色散波导色散波导色散 ()：传播常数随频率变化：传播常数随频率变化：传播常数随频率变化：传播常数随频率变化 材料色散材料色散材料色散材料色散 n(n()：折射率随频率变化折射率随频率变化折射率随频率变化折射率随频率变化波长色散波长色散波长色散波长色散群速色散群速色散(GVD)n n由光源发射进入光纤的光脉冲能量包含许多不同由光源发射进入光纤的光脉冲能量包含许多不同由光源发射进入光纤的光脉冲能量包含许多不同由光源发射进入光纤的光脉冲能量包含许多不同的频率分量，脉冲的不同频率分量将
11、以不同的群的频率分量，脉冲的不同频率分量将以不同的群的频率分量，脉冲的不同频率分量将以不同的群的频率分量，脉冲的不同频率分量将以不同的群速度传播，因而在传输过程中必将出现脉冲展宽，速度传播，因而在传输过程中必将出现脉冲展宽，速度传播，因而在传输过程中必将出现脉冲展宽，速度传播，因而在传输过程中必将出现脉冲展宽，这种现象称为这种现象称为这种现象称为这种现象称为群速色散（群速色散（群速色散（群速色散（GVDGVD）、模内色散或简）、模内色散或简）、模内色散或简）、模内色散或简言之光纤色散。言之光纤色散。言之光纤色散。言之光纤色散。包括材料色散和波导色散。包括材料色散和波导色散。包括材料色散和波导色
12、散。包括材料色散和波导色散。同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。群时延是频率的函数群时延是频率的函数群时延是频率的函数群时延是频率的函数，因此任意频谱分量传播，因此任意频谱分量传播，因此任意频谱分量传播，因此任意频谱分量传播相同距离所需的时间都不一样。相同距离所需的时间都不一样。相同距离所需的时间都不一样。相同距离所需的时间都不一样。这种时延差所造成的后果就是光脉冲传播时延这种时延差所造成的后果就是光脉冲传播时延这种时延差所造成的后果就是光脉冲传播时延这种时延差所造成的后果就是光脉冲传播时延随时间
13、的推移而展宽。而我们所关心的就是由随时间的推移而展宽。而我们所关心的就是由随时间的推移而展宽。而我们所关心的就是由随时间的推移而展宽。而我们所关心的就是由群时延引入的脉冲展宽程度群时延引入的脉冲展宽程度群时延引入的脉冲展宽程度群时延引入的脉冲展宽程度。群时延：群时延：群时延：群时延：频率为频率为频率为频率为 的光谱分量经过长为的光谱分量经过长为的光谱分量经过长为的光谱分量经过长为L L的单模光的单模光的单模光的单模光纤时的时延。纤时的时延。纤时的时延。纤时的时延。群时延群时延光脉冲展宽光脉冲展宽n n以色散参数以色散参数以色散参数以色散参数DDps/(nm.km)ps/(nm.km)表达脉冲展
14、宽表达脉冲展宽表达脉冲展宽表达脉冲展宽 D D的定义为：的定义为：的定义为：的定义为：DD代表两个波长间隔为代表两个波长间隔为代表两个波长间隔为代表两个波长间隔为1nm1nm的光波传输的光波传输的光波传输的光波传输1km1km距离后的时延距离后的时延距离后的时延距离后的时延脉冲展宽：脉冲展宽：脉冲展宽：脉冲展宽：以波长单位表达以波长单位表达以波长单位表达以波长单位表达的光信号谱宽的光信号谱宽的光信号谱宽的光信号谱宽单模光纤的色散单模光纤的色散n n材料色散材料色散材料色散材料色散DDMM，纤芯材料的纤芯材料的纤芯材料的纤芯材料的折射率随波长变化折射率随波长变化折射率随波长变化折射率随波长变化导
15、导导导致了这种色散，这样即使不同波长的光经历过完致了这种色散，这样即使不同波长的光经历过完致了这种色散，这样即使不同波长的光经历过完致了这种色散，这样即使不同波长的光经历过完全相同的路径，也会发生脉冲展宽。全相同的路径，也会发生脉冲展宽。全相同的路径，也会发生脉冲展宽。全相同的路径，也会发生脉冲展宽。n n波导色散波导色散波导色散波导色散DDWW ，由于单模光纤中只有约由于单模光纤中只有约由于单模光纤中只有约由于单模光纤中只有约8080的的的的光功率在纤芯中传播，光功率在纤芯中传播，光功率在纤芯中传播，光功率在纤芯中传播，2020在包层中传播的光在包层中传播的光在包层中传播的光在包层中传播的光
16、功率其速率要更大一些，这样就出现了色散。波功率其速率要更大一些，这样就出现了色散。波功率其速率要更大一些，这样就出现了色散。波功率其速率要更大一些，这样就出现了色散。波导色散的大小取决于光纤的设计。导色散的大小取决于光纤的设计。导色散的大小取决于光纤的设计。导色散的大小取决于光纤的设计。单模光纤的色散单模光纤的色散零色散零色散零色散零色散波长波长波长波长17ps/nm.k17ps/nm.km1550nmm1550nmD=DD=DMM+D+DWWDispersion of“Standard”Dispersion of“Standard”Single-Mode FiberSingle-Mode F
17、iber DD 正常色散区正常色散区正常色散区正常色散区D0 D DD 反常色散区反常色散区反常色散区反常色散区D0D0兰快红慢兰快红慢兰快红慢兰快红慢光脉冲的较高的频率分量光脉冲的较高的频率分量光脉冲的较高的频率分量光脉冲的较高的频率分量（兰移）比较低的频率分（兰移）比较低的频率分（兰移）比较低的频率分（兰移）比较低的频率分量（红移）传输得快量（红移）传输得快量（红移）传输得快量（红移）传输得快零色散零色散零色散零色散波长波长波长波长DD折射率随波长增大而减小折射率随波长增大而减小折射率随波长增大而减小折射率随波长增大而减小,从而从而从而从而,波长越短波长越短波长越短波长越短,折射率越大折射
18、率越大折射率越大折射率越大,介质中光速也就越介质中光速也就越介质中光速也就越介质中光速也就越慢慢慢慢n n波导色散波导色散波导色散波导色散DDWW对对对对DD的影响依赖于光纤设计参数，如纤芯半径的影响依赖于光纤设计参数，如纤芯半径的影响依赖于光纤设计参数，如纤芯半径的影响依赖于光纤设计参数，如纤芯半径和芯包层折射率差和芯包层折射率差和芯包层折射率差和芯包层折射率差 。根据光纤的这种特性，可改变光。根据光纤的这种特性，可改变光。根据光纤的这种特性，可改变光。根据光纤的这种特性，可改变光纤的色散情况，进行色散位移。纤的色散情况，进行色散位移。纤的色散情况，进行色散位移。纤的色散情况，进行色散位移。
19、色散位移色散位移G.653G.653色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤EDFAEDFA频带频带频带频带0.10.20.30.40.50.6衰减衰减衰减衰减(dB/km)(dB/km)1600170014001300120015001100波长波长波长波长(nm)(nm)20 10 0-10-20色散色散色散色散(ps/nm.km)(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652G.653G.653色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤EDFAEDFA频带频带频带频带0.10.20.30.40.50.6衰减衰减衰减衰减(dB/km)(dB/km)1600170
20、014001300120015001100波长波长波长波长(nm)(nm)20 10 0-10-20色散色散色散色散(ps/nm.km)(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652非线性大非线性大色散非常小色散非常小1550nm窗口窗口不同信道的不同信道的WDM信信号传输速度相近号传输速度相近四波混频四波混频FWM严重严重Problem四波混频四波混频FWMFWM 引起信道串扰引起信道串扰G.655非零色散位移光纤非零色散位移光纤17ps/nm.kmEDFAEDFA频带频带频带频带0.10.20.30.40.50.6衰减衰减衰减衰减(dB/km)(dB/km)160017001
21、4001300120015001100波长波长波长波长(nm)(nm)20 10 0-10-20色散色散色散色散(ps/nm.km)(ps/nm.km)G.653G.652G.655G.655SMF,SMF,G.652,G.652,标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤DSF,DSF,G.653,G.653,色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤NZ-DSF,NZ-DSF,G.655,G.655,非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤DFF,DFF,色散平坦光纤色散平坦光纤色散平坦光纤色散平坦光纤LEAF,LEAF,大有效面积光纤大有效面积光纤大有
22、效面积光纤大有效面积光纤DCF,DCF,色散补偿光纤色散补偿光纤色散补偿光纤色散补偿光纤NZ-DSFNZ-DSFDFFDFFDSFDSFLarge Effective-Area Fiber:Large Effective-Area Fiber:如如如如LEAF Fiber(LEAF Fiber(康宁康宁康宁康宁)A Aeffeff:SMFSMF8080 mm2 2NZ-DSFNZ-DSF55 55 mm2 2LEAFLEAF72 72 mm2 2Dispersion Compensating Fiber:Dispersion Compensating Fiber:-100ps/nm.km&0.
23、5dB-100ps/nm.km&0.5dB模场直径模场直径MFD对单模光纤，对单模光纤，对单模光纤，对单模光纤，2a2a与与与与 处处处处于同一量级，由于衍射于同一量级，由于衍射于同一量级，由于衍射于同一量级，由于衍射效应，模场强度有相当效应，模场强度有相当效应，模场强度有相当效应，模场强度有相当一部分处于包层中，不一部分处于包层中，不一部分处于包层中，不一部分处于包层中，不易精确测出易精确测出易精确测出易精确测出2a2a的精确值，的精确值，的精确值，的精确值，因而只有结构设计上的因而只有结构设计上的因而只有结构设计上的因而只有结构设计上的意义，在应用中并无实意义，在应用中并无实意义，在应用中
24、并无实意义，在应用中并无实际意义，实际应用中常际意义，实际应用中常际意义，实际应用中常际意义，实际应用中常用模场直径用模场直径用模场直径用模场直径2 2ww，即光即光即光即光斑尺寸表示，近似为：斑尺寸表示，近似为：斑尺寸表示，近似为：斑尺寸表示，近似为：2a2a2w2w电场强度电场强度电场强度电场强度降到峰值降到峰值降到峰值降到峰值的的的的1/e1/e1/e1/eE0/ee=2.71828e=2.71828在光纤中，光能量不完在光纤中，光能量不完全集中在纤芯中传输，全集中在纤芯中传输，部分能量在包层中传输，部分能量在包层中传输，纤芯直径不能反映光纤纤芯直径不能反映光纤中的能量分布。于是提中的能
25、量分布。于是提出了有效面积的概念，出了有效面积的概念，若是有效面积小，则通若是有效面积小，则通过光纤横截面的密度大，过光纤横截面的密度大，密度过大会引起非线性密度过大会引起非线性效应。所以对于传输光效应。所以对于传输光纤而言，模场直径越大纤而言，模场直径越大越好。越好。大多数已安装的光纤大多数已安装的光纤低损耗低损耗 大色散分布大色散分布 大有效面积大有效面积色散受限距离短色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高方案升级扩容成本高不适用于不适用于10Gb
26、/s以上速率传输，但可应用于以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s以下速率的以下速率的DWDM。G.652单模光纤（单模光纤（NDSF非色散位移光纤）非色散位移光纤）低损耗低损耗 零色散零色散 小有效面积小有效面积长距离、单信道超高速长距离、单信道超高速EDFA系统系统四波混频（四波混频（FWM）是主要的问题，不利于）是主要的问题，不利于DWDM技术技术适用于适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于以上速率单信道传输，但不适用于 DWDM应应用，处于被市场淘汰的现状。用，处于被市场淘汰的现状。G.653单模光纤（单模光纤（DSF色散位移光纤）色散位移光纤）l在在15301565nm窗
27、口有较低的损耗窗口有较低的损耗l工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。混频）的发生。l为为DWDM系统的应用而设计的系统的应用而设计的G.655单模光纤（单模光纤（NZ-DSF非零色散位移光纤）非零色散位移光纤）适用于适用于10Gb/s以上速率以上速率DWDM传输，传输，是大容量传输，是大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。系统用光纤的理想选择。单模光纤的发展与演变总结单模光纤的发展与演变总结(1)n n在光纤通信发展的近在光纤通信发展的近在光纤通信发展的近在光纤通信发展的近3030年中，单模光纤的结构和性能年
28、中，单模光纤的结构和性能年中，单模光纤的结构和性能年中，单模光纤的结构和性能也在不断发展和演变。也在不断发展和演变。也在不断发展和演变。也在不断发展和演变。n n最早实用化的是最早实用化的是最早实用化的是最早实用化的是常规单模光纤常规单模光纤常规单模光纤常规单模光纤SMF(G.652SMF(G.652光纤光纤光纤光纤)，零，零，零，零色散波长在色散波长在色散波长在色散波长在1310nm1310nm，曾大量敷设，在光纤通信中扮，曾大量敷设，在光纤通信中扮，曾大量敷设，在光纤通信中扮，曾大量敷设，在光纤通信中扮演者重要的角色。演者重要的角色。演者重要的角色。演者重要的角色。n n对光纤损耗机理的研
29、究表明，光纤在对光纤损耗机理的研究表明，光纤在对光纤损耗机理的研究表明，光纤在对光纤损耗机理的研究表明，光纤在1550nm1550nm窗口损窗口损窗口损窗口损耗更低，可以低于耗更低，可以低于耗更低，可以低于耗更低，可以低于0.2dB/km0.2dB/km，几乎接近光纤本征损，几乎接近光纤本征损，几乎接近光纤本征损，几乎接近光纤本征损耗的极限。如果零色散移到耗的极限。如果零色散移到耗的极限。如果零色散移到耗的极限。如果零色散移到1550nm1550nm，则可以实现零，则可以实现零，则可以实现零，则可以实现零色散和最低损耗传输的性能，为此，人们研制了色散和最低损耗传输的性能，为此，人们研制了色散和
30、最低损耗传输的性能，为此，人们研制了色散和最低损耗传输的性能，为此，人们研制了色散色散色散色散位移光纤位移光纤位移光纤位移光纤DSF(G.653DSF(G.653光纤光纤光纤光纤)。设计思路是通过结构和。设计思路是通过结构和。设计思路是通过结构和。设计思路是通过结构和尺寸的适当选择来加大波导色散，使零色散波长从尺寸的适当选择来加大波导色散，使零色散波长从尺寸的适当选择来加大波导色散，使零色散波长从尺寸的适当选择来加大波导色散，使零色散波长从1310nm1310nm移到移到移到移到1550nm1550nm。单模光纤的发展与演变总结单模光纤的发展与演变总结(2)n n9090年代后，年代后，年代后
31、，年代后，DWDMDWDM和和和和EDFAEDFA的迅速发展，的迅速发展，的迅速发展，的迅速发展，1550nm1550nm波段的波段的波段的波段的几十个波长的信号同时在一根光纤中传输，使光纤的传输容几十个波长的信号同时在一根光纤中传输，使光纤的传输容几十个波长的信号同时在一根光纤中传输，使光纤的传输容几十个波长的信号同时在一根光纤中传输，使光纤的传输容量极大地提高。然而，四波混频量极大地提高。然而，四波混频量极大地提高。然而，四波混频量极大地提高。然而，四波混频FWMFWM会引起复用信道之间的会引起复用信道之间的会引起复用信道之间的会引起复用信道之间的串扰，严重影响串扰，严重影响串扰，严重影响
32、串扰，严重影响WDMWDM的性能。的性能。的性能。的性能。FWMFWM是一种非线性效应，其是一种非线性效应，其是一种非线性效应，其是一种非线性效应，其效率与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，随着色散效率与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，随着色散效率与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，随着色散效率与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，随着色散增加，混频效率迅速下降。这种性质使增加，混频效率迅速下降。这种性质使增加，混频效率迅速下降。这种性质使增加，混频效率迅速下降。这种性质使DSFDSF光纤在光纤在光纤在光纤在WDMWDM系系系系统中失去了魅力。统中失去了魅力。统中失去了魅力。统
33、中失去了魅力。非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤NZ-DSF(G.655NZ-DSF(G.655光纤光纤光纤光纤)应运而生。应运而生。应运而生。应运而生。NZ-DSF NZ-DSF在在在在15301565nm(EDFA15301565nm(EDFA的工作波长的工作波长的工作波长的工作波长)区具有小的但非零的色散，既适应高速系统的需要，又使区具有小的但非零的色散，既适应高速系统的需要，又使区具有小的但非零的色散，既适应高速系统的需要，又使区具有小的但非零的色散，既适应高速系统的需要，又使FWMFWM效率不高。效率不高。效率不高。效率不高。NZ-DSF NZ-DSF的
34、纤芯采用三角形或梯形折射率的纤芯采用三角形或梯形折射率的纤芯采用三角形或梯形折射率的纤芯采用三角形或梯形折射率分布，其色散可正可负。若零色散波长小于分布，其色散可正可负。若零色散波长小于分布，其色散可正可负。若零色散波长小于分布，其色散可正可负。若零色散波长小于1530nm1530nm则色散则色散则色散则色散为正；若零色散波长大于为正；若零色散波长大于为正；若零色散波长大于为正；若零色散波长大于1565nm1565nm则色散为负。从而实现长则色散为负。从而实现长则色散为负。从而实现长则色散为负。从而实现长距离的色散管理。距离的色散管理。距离的色散管理。距离的色散管理。单模光纤的发展与演变总结单
35、模光纤的发展与演变总结(3)n nNZ-DSFNZ-DSF光纤的缺点是模场直径小，容易加剧非光纤的缺点是模场直径小，容易加剧非光纤的缺点是模场直径小，容易加剧非光纤的缺点是模场直径小，容易加剧非线性效应的影响，为此人们又研究了线性效应的影响，为此人们又研究了线性效应的影响，为此人们又研究了线性效应的影响，为此人们又研究了大有效面积大有效面积大有效面积大有效面积NZ-DSFNZ-DSF光纤光纤光纤光纤。如康宁公司研制的三角形外环。如康宁公司研制的三角形外环。如康宁公司研制的三角形外环。如康宁公司研制的三角形外环结构和双环结构光纤，三角形和内环纤芯的作用结构和双环结构光纤，三角形和内环纤芯的作用结
36、构和双环结构光纤，三角形和内环纤芯的作用结构和双环结构光纤，三角形和内环纤芯的作用是将零色散波长移向是将零色散波长移向是将零色散波长移向是将零色散波长移向1550nm1550nm，外环的作用是把，外环的作用是把，外环的作用是把，外环的作用是把光从中心吸引出来一部分，增大有效面积。光从中心吸引出来一部分，增大有效面积。光从中心吸引出来一部分，增大有效面积。光从中心吸引出来一部分，增大有效面积。n n各种光纤性能不断提高，各种新型光纤层出不穷，各种光纤性能不断提高，各种新型光纤层出不穷，各种光纤性能不断提高，各种新型光纤层出不穷，各种光纤性能不断提高，各种新型光纤层出不穷，无所谓好坏，应根据实际应
37、用情况选择最合适的无所谓好坏，应根据实际应用情况选择最合适的无所谓好坏，应根据实际应用情况选择最合适的无所谓好坏，应根据实际应用情况选择最合适的光纤。光纤。光纤。光纤。光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制 光纤通信系统中，信息是通过编码脉冲序列在光纤光纤通信系统中，信息是通过编码脉冲序列在光纤光纤通信系统中，信息是通过编码脉冲序列在光纤光纤通信系统中，信息是通过编码脉冲序列在光纤中传输的，光脉冲的宽度由系统的比特率中传输的，光脉冲的宽度由系统的比特率中传输的，光脉冲的宽度由系统的比特率中传输的，光脉冲的宽度由系统的比特率BB决定，因决定，因决定，因决定，因而不希望色散展宽而产生误码。但实际
38、上群速度色而不希望色散展宽而产生误码。但实际上群速度色而不希望色散展宽而产生误码。但实际上群速度色而不希望色散展宽而产生误码。但实际上群速度色散散散散GVDGVD总是会引起脉冲展宽，脉冲展宽会导致相邻总是会引起脉冲展宽，脉冲展宽会导致相邻总是会引起脉冲展宽，脉冲展宽会导致相邻总是会引起脉冲展宽，脉冲展宽会导致相邻比特周期的信号重叠，产生比特周期的信号重叠，产生比特周期的信号重叠，产生比特周期的信号重叠，产生ISIISI（IntersymbolIntersymbol InterferenceInterference），），），），从而限制了光纤通信系统的比特从而限制了光纤通信系统的比特从而限制了
39、光纤通信系统的比特从而限制了光纤通信系统的比特率率率率BB和传输距离和传输距离和传输距离和传输距离L L，而，而，而，而BLBL积是评价系统传输性能的基积是评价系统传输性能的基积是评价系统传输性能的基积是评价系统传输性能的基本参数（称为通信容量）。本参数（称为通信容量）。本参数（称为通信容量）。本参数（称为通信容量）。v定定义义相相邻邻两两脉脉冲冲虽虽重重叠叠但但仍仍能能区区别别开开时时的的最最高高脉冲速率为该光纤线路的最大可用带宽。脉冲速率为该光纤线路的最大可用带宽。v光纤的带宽特性如图所示：光纤的带宽特性如图所示：光纤的传输带宽光纤的传输带宽例：例：SI-MMF（阶跃型（阶跃型-多模多模光
40、纤）光纤）,n11.487，NA=0.275仅考虑模间色散仅考虑模间色散,1km长度脉冲展宽长度脉冲展宽?例：例：LD,=2nm,=1.31um,SMF,D()=2ps/nm.km,1km长度模内色散造成的脉冲展宽长度模内色散造成的脉冲展宽?本节小结本节小结光纤性能是有限制的，随着信道数据率和光纤性能是有限制的，随着信道数据率和传输距离的增加，光纤不再是一个透明管传输距离的增加，光纤不再是一个透明管道。传输特性道。传输特性-损耗损耗：直接影响中继距离，：直接影响中继距离，光放大器光放大器；-色散色散：将引起光脉冲展宽和码间串扰，最：将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量，终影响通信距离和容量，色散管理色散管理；-表表2.3 光纤参数光纤参数