光纖的損耗和色散

第三章光纖的損耗和色散,主要內(nèi)容,光纖的損耗色散及其引起的信號(hào)失真單模光纖的色散優(yōu)化,3.1光纖的損耗,即便是在理想的光纖中都存在損耗本征損耗。光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。這些損耗主要包括：1.吸收損耗2.散射損耗3.彎曲損耗,損耗,吸收損耗,原子缺陷吸收：由于光纖材料的原子結(jié)構(gòu)的不完整造成,非本征吸收：由過(guò)渡金屬離子和氫氧根離子(OH)等雜質(zhì)對(duì)光的吸收而產(chǎn)生的損耗,本征吸收：材料本身(如SiO2)的特性決定，即便波導(dǎo)結(jié)構(gòu)非常完美而且材料不含任何雜質(zhì)也會(huì)存在本征吸收,本征吸收,(1)紫外吸收光纖材料的電子吸收入射光能量躍遷到高的能級(jí)，同時(shí)引起入射光的能量損耗，一般發(fā)生在短波長(zhǎng)范圍,晶格,(2)紅外吸收光波與光纖晶格相互作用，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動(dòng)加劇，從而引起的損耗,本征吸收曲線,非本征吸收,光纖制造過(guò)程引入的有害雜質(zhì)帶來(lái)較強(qiáng)的非本征吸收,OH吸收峰2dB,解決方法：(1)光纖材料化學(xué)提純，比如達(dá)到99.9999999%的純度,OH和過(guò)渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等,(2)制造工藝上改進(jìn)，如避免使用氫氧焰加熱(汽相軸向沉積法),原子缺陷吸收,1rad(Si)=0.01J/kg,光纖晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng),光纖制造-材料受到熱激勵(lì)-結(jié)構(gòu)不完善,強(qiáng)粒子輻射-材料共價(jià)鍵斷裂-原子缺陷,吸收光能，引起損耗,散射損耗,光纖的密度和折射率分布不均及結(jié)構(gòu)上的不完善導(dǎo)致散射現(xiàn)象1.瑞利散射2.波導(dǎo)散射,瑞利散射,波導(dǎo)在小于光波長(zhǎng)尺度上的不均勻：-分子密度分布不均勻-摻雜分子導(dǎo)致折射率不均勻?qū)е虏▽?dǎo)對(duì)入射光產(chǎn)生本征散射瑞利散射一般發(fā)生在短波長(zhǎng),本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值,波導(dǎo)散射,導(dǎo)致的原因是波導(dǎo)缺陷-纖芯和包層的界面不完備-圓度不均勻-殘留氣泡和裂痕等目前的制造工藝基本可以克服波導(dǎo)散射,標(biāo)準(zhǔn)單模光纖損耗曲線,摻GeO2的低損耗、低OH含量石英光纖,OH,0.154dB/km,AllWavefiber,AllWave：逼近本征損耗單模：本征損耗+OH吸收損耗,常溫且未暴露在強(qiáng)輻射下,商用的多模光纖與單模光纖的損耗譜比較,多模光纖的損耗大于單模光纖：-多模光纖摻雜濃度高以獲得較大的數(shù)值孔徑(本征散射大)-由于纖芯-包層邊界的微擾，多模光纖容易產(chǎn)生高階模式損耗,多模光纖,單模光纖,彎曲損耗,宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲,彎曲曲率半徑減小宏彎損耗指數(shù)增加,彎曲損耗與模場(chǎng)直徑的關(guān)系,P包層1P包層2,Loss模場(chǎng)直徑小40-Gb/s傳輸系統(tǒng)的影響將更加顯著,主要內(nèi)容,光纖的損耗色散及其引起的信號(hào)失真單模光纖的色散優(yōu)化,3.5單模光纖的色散優(yōu)化設(shè)計(jì),1550nm,G.653色散位移光纖：讓損耗和色散最低點(diǎn)都在1550nm,辦法：材料色散不變，通過(guò)改變折射率剖面形狀來(lái)增大波導(dǎo)色散，使零色散點(diǎn)往長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng),普通商用光纖,色散位移光纖,G.656色散平坦光纖,在較大的范圍內(nèi)保持相近的色散值，適用于波分復(fù)用系統(tǒng),普通商用光纖,色散平坦光纖,色散補(bǔ)償光纖(DCF),正負(fù)色散率搭配使系統(tǒng)累積色散為零,缺點(diǎn)：(1)高損耗；(2)短波長(zhǎng)過(guò)補(bǔ)償、長(zhǎng)波長(zhǎng)欠補(bǔ)償，不宜用于WDM系