光纖的分類及比較包括各種單模光纖的色散及衰減特性ppt課件.ppt

G654光纖特性 色散 衰減 1 問題講述流程 1光纖的分類及應(yīng)用場(chǎng)合2光纖的色散特性3光纖的衰減特性4對(duì)各種單模光纖特性的比較 給出G654光纖的特性 2 1光纖的分類及應(yīng)用場(chǎng)合 3 單模光纖的分類 目前 光纖主要分為兩大類 單模光纖和多模光纖 按照ITU的規(guī)范 單模光纖的分類如下 4 多模光纖的分類 從性能上講A1類光纖比A2 A3 A4光纖特性好的多 多模光纖主要用于短距離的局域網(wǎng) 數(shù)據(jù)鏈路及傳感等方面 多模光纖的分類 5 光纖纖芯包層模型 FibrecoreSiO2 GeO2 10 mn1 1 443 SiO2Cladding 125 m 2 mn2 1 44 n1 n2 6 傳感器光纖 保偏光纖熊貓領(lǐng)結(jié)橢圓光敏光纖 PhotosensitiveFiberforFiberGratings 7 應(yīng)用場(chǎng)合 8 2光纖的損耗 衰減 特性 9 光纖的損耗 衰減 特性 光波在光纖中傳輸時(shí)隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降 這就是光纖的傳輸損耗 也可叫傳輸衰減 形成光纖損耗的原因有很多 有來自光纖本身的損耗 吸收損耗 散射損耗 也有光纖與光源的耦合損耗以及光纖之間的連接損耗 還有光纖彎曲損耗以及纖芯與包層中的損耗 10 光纖本身損耗的分類 吸收損耗 散射損耗 本征吸收損耗 光波通過光纖材料時(shí)的損耗 雜質(zhì)吸收損耗 材料的不純凈以及工藝的不完善造成的附加吸收損耗 過渡金屬離子吸收以及水的氫氧根離子的吸收 線性散射損耗 非線性散射損耗 與石英光纖的振動(dòng)激發(fā)態(tài)有關(guān) 瑞利散射 光纖材料折射率隨機(jī)性變化引起 材料不均勻引起的散射 11 光纖損耗 衰減 的定義 光纖衰減是對(duì)光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)能量損失的一種度量 單位為dB 在工作波長為 時(shí)的衰減A定義為 p1 p2分別為光纖注入端和輸出端的光功率 dB與dBm 12 若光纖是均勻的 則還可以用單位長度的衰減即衰減系數(shù) 來表示 光纖損耗 衰減 的定義 13 3光纖的色散特性 14 光纖中的色散 光脈沖注入光纖后 長距離傳輸后脈沖的寬度被展寬 15 模間色散 ModeDispersion 材料色散 ChromaticDispersion 波導(dǎo)色散 waveguidedispersion 偏振模色散 PolarizationModeDispersion 光纖色散的分類 16 模間色散 在多模光纖中 各個(gè)模式走不同的路徑 高階模走的路程長 低階模走的路程短 因此到達(dá)光纖終端的時(shí)間先后不同 造成脈沖展寬 如下圖所示 這種由于傳輸模式引起的色散叫做模間色散 即使譜線很窄 模間色散也很大 17 模間色散圖 18 單模光纖中的色散 在單模光纖中不存在多種模式 也就沒有模間色散 但脈沖展寬現(xiàn)象依然存在 這是由于光脈沖信號(hào)有一定的頻譜寬度 光脈沖有不同的頻率成分 不同工作波長的光信號(hào)在光纖中將有不同的傳播群速度 造成光脈沖的展寬 這種現(xiàn)象叫群速度色散 它一般小于模間色散 其主要由材料色散和波導(dǎo)色散所決定 19 單模光纖色散對(duì)信號(hào)的影響 20 材料色散 材料色散由光纖材料自身特性造成的 石英玻璃的折射率 嚴(yán)格來說 并不是一個(gè)固定的常數(shù) 而是對(duì)不同的傳輸波長有不同的值 而光纖通信實(shí)際上用的光源發(fā)出的光 并不是只有理想的單一波長 而是有一定的波譜寬度 當(dāng)光在折射率n的為介質(zhì)中傳播時(shí) 其速度v與空氣中的光速C之間的關(guān)系為 v C n光的波長不同 折射率n就不同 光傳輸?shù)乃俣纫簿筒煌?因此 當(dāng)把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖內(nèi)傳輸時(shí) 光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變 到達(dá)終端時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延差 從而引起脈沖波形展寬 21 波導(dǎo)色散 由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小 因此在交界面產(chǎn)生全反射時(shí) 就可能有一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)傳輸 另一部分在纖芯中傳輸 進(jìn)入包層內(nèi)的光在傳輸一定距離后 又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸 由于纖芯和包層的折射率不同造成脈沖展寬的現(xiàn)象稱為波導(dǎo)色散 光脈沖射入光纖后 由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同 所以到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同 從而出現(xiàn)脈沖展寬 具體來說 入射光的波長越長 進(jìn)入包層中的光強(qiáng)比例就越大 這部分光走過的距離就越長 這種色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的 由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散 22 波導(dǎo)色散 d 虛反射面 反射面 穿透深度Z 側(cè)向位移 n2 n1 n2 n1 23 偏振模色散PMD 單模光纖只能傳輸一種基模的光 基模實(shí)際上是由兩個(gè)偏振方向相互正交的模場(chǎng)HE11x和HE11y所組成 若單模光纖存在著不圓度 微彎力 應(yīng)力等 HE11x和HE11y存在相位差 則合成光場(chǎng)是一個(gè)方向和瞬時(shí)幅度隨時(shí)間變化的非線性偏振 就會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象 即x和y方向的折射率不同 因傳播速度不等 模場(chǎng)的偏振方向?qū)⒀毓饫w的傳播方向隨機(jī)變化 從而會(huì)在光纖的輸出端產(chǎn)生偏振色散 通常小于0 5ps km1 2 24 色散補(bǔ)償技術(shù) 當(dāng)前 發(fā)展比較成熟的 主流的色散補(bǔ)償技術(shù)主要是采用色散補(bǔ)償光纖 DCF 來進(jìn)行色散補(bǔ)償 其主要技術(shù)是在每個(gè) 或幾個(gè) 光纖段的輸入或輸出端通過放置DCF色散補(bǔ)償模塊 DCM 周期性地使光纖鏈路上累積的色散接近零 從而可以使單信道1550nm外調(diào)制光纖干線的色散得到較好的補(bǔ)償 因此 對(duì)于超長距離的光纖傳輸 現(xiàn)有的色散補(bǔ)償技術(shù)可以相對(duì)較好的解決色散問題 對(duì)于超遠(yuǎn)距離的傳輸 其首要考慮的因素是光纖的衰減特性 25 4對(duì)各種單模光纖特性的比較 26 四種單模光纖 G652G653G654G655 27 G652 1 G652光纖又被稱為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖 這種光纖是目前應(yīng)用在1310nm窗口的最廣泛的零色散波長的單模光纖 2 其特點(diǎn)是當(dāng)工作波長在1310nm時(shí) 光纖的色散很小 約為3 5ps nm km 系統(tǒng)的傳輸距離基本上只受光纖衰減所限制 但在1550nm波段色散較大 約為20ps nm km 3 這種光纖在1310nm波段的損耗較大 約為0 3 0 4db km 在1550nm波段的損耗較小 約為 0 2 0 25db km 基于以上特點(diǎn) 這種光纖應(yīng)用在1550nm波段的2 5Gbps的干線系統(tǒng)中 主要用于城域網(wǎng) 10Gbps系統(tǒng)色散受限距離為34Km 且G652 DCF方案升級(jí)擴(kuò)容成本高 28 G652 色散系數(shù)D的單位 ps nm km G652色散曲線圖 29 G653 1 針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖衰減和零色散在不同工作波長的特點(diǎn) 后來開發(fā)了一種將零色散波長從1310nm移到1550nm的色散位移光纖 ITU將這種光纖定義為G653 進(jìn)行色散位移后 這種光纖在1550nm波段的色散為0 此時(shí)零色散與低損耗工作在同一波長上 2 但是零色散不利于多信道WDM傳輸 因?yàn)楫?dāng)復(fù)用的信道數(shù)較多時(shí) 信道間距較小 這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一種稱為四波混頻 FWM 的非線性光學(xué)效應(yīng) 這種效應(yīng)使兩個(gè)或三個(gè)傳輸波長混合 產(chǎn)生新的 有害的頻率分量 導(dǎo)致信道間發(fā)生串?dāng)_ 如果光纖線路的色散為零 FWM的干擾就會(huì)十分嚴(yán)重 3 這種光纖適用10Gbps以上的單信道傳輸 但在波分復(fù)用后會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的4波混頻現(xiàn)象 現(xiàn)已基本被淘汰 30 G654 1 G654光纖又稱為衰減最小光纖 這是一種應(yīng)用于1550nm波段的純石英芯單模光纖 普通的光纖纖芯要摻鍺 這種光纖在1550nm波段衰減最小 僅為0 185dB km 2 G654光纖在1310nm波段的色散為0 但在1550nm處波段色散較大 約為17 20ps nm km 3 因G654光纖在1550nm波段的衰減最小特性 結(jié)合較成熟的色散補(bǔ)償技術(shù) 該光纖原主要用于超長距離的的海底光纜 但在G655 G656成熟后 G654光纖現(xiàn)也基本不用 屬于淘汰產(chǎn)品 31 G655 1 G654光纖又稱為非零色散光纖 這是一種改進(jìn)的色散位移光纖 其零色散波長不在1550nm處 而在1525nm或1585nm處 2 零色散光纖同時(shí)削減了色散效應(yīng)和四波混頻效應(yīng) 所以非零色散光纖綜合了標(biāo)準(zhǔn)單模光