第2章 光纖通信傳輸介質(zhì)

1、光纖通信簡明教程 原 榮 1第第 2 章章 光纖通信傳輸介質(zhì)光纖通信傳輸介質(zhì) 2.1 光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型 2.2 光纖傳光原理光纖傳光原理 2.3 光纖傳輸特性光纖傳輸特性 2.4 光纖種類光纖種類 2.5 光纖制造工藝光纖制造工藝光纖通信簡明教程 原 榮 2 光纖是通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，尤其以石英光纖是通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，尤其以石英SiO2光光纖得到的應(yīng)用最為廣泛。纖得到的應(yīng)用最為廣泛。 和電纜相比，光纖具有信息傳輸容量大，中繼距離長，和電纜相比，光纖具有信息傳輸容量大，中繼距離長，不受電磁場干擾，保密性能好和使用輕便等優(yōu)點(diǎn)。隨不受電磁場干擾，保密性能好和使用輕便等優(yōu)點(diǎn)。隨著

2、技術(shù)的進(jìn)步，光纖價(jià)格逐年下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)著技術(shù)的進(jìn)步，光纖價(jià)格逐年下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。光纖通信在高速率長距離干線網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)方展。光纖通信在高速率長距離干線網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)方面的發(fā)展?jié)摿Χ己艽?。為保證光纖性能穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)面的發(fā)展?jié)摿Χ己艽蟆楸ＷC光纖性能穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，必須根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)的光纖行可靠，必須根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)的光纖和光纜。和光纜。 本章從應(yīng)用的觀點(diǎn)概述光纖的傳光原理、光纖和光纜本章從應(yīng)用的觀點(diǎn)概述光纖的傳光原理、光纖和光纜的類型和特性，以供設(shè)計(jì)光纖系統(tǒng)時(shí)選擇。的類型和特性，以供設(shè)計(jì)光纖系統(tǒng)時(shí)選擇。光纖和光纜光纖和光纜光纖通信簡明教程 原 榮 3

3、光纖由玻璃（石英光纖由玻璃（石英SiO2）制成的纖芯和包層組成，為了保護(hù)光）制成的纖芯和包層組成，為了保護(hù)光纖，包層外面還增加尼龍外層。實(shí)際光纖通信系統(tǒng)使用的光纖都纖，包層外面還增加尼龍外層。實(shí)際光纖通信系統(tǒng)使用的光纖都是包在光纜內(nèi)；是包在光纜內(nèi)；光纜有許多光纖組成，光纖外面是松套管，松套管內(nèi)是填充物。光纜有許多光纖組成，光纖外面是松套管，松套管內(nèi)是填充物。光纜的中心是一條增加強(qiáng)度用的鋼絲，最外面是保護(hù)用的護(hù)套。光纜的中心是一條增加強(qiáng)度用的鋼絲，最外面是保護(hù)用的護(hù)套。2.1 光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖通信簡明教程 原 榮 4光纖結(jié)構(gòu) 光纖是一種纖芯折射率光纖是一種纖芯折射率n1比包層折射

4、率比包層折射率n2大的同軸大的同軸圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo)。纖芯材料主要成分為摻雜的二圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo)。纖芯材料主要成分為摻雜的二氧化硅（氧化硅（SiO2），純度達(dá)），純度達(dá)99.999 %，其余成分為極，其余成分為極少量的摻雜劑如二氧化鍺（少量的摻雜劑如二氧化鍺（GeO2）等，以提高纖芯）等，以提高纖芯的折射率。的折射率。 纖芯直徑纖芯直徑2a為為8100 m。包層材料一般也為。包層材料一般也為SiO2，外徑外徑2b為為125 m，其作用是把光強(qiáng)限制在纖芯內(nèi)。，其作用是把光強(qiáng)限制在纖芯內(nèi)。 為了增強(qiáng)光纖的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和耐老化特性，為了增強(qiáng)光纖的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和耐老化特性，還在包層外增加一層涂覆

5、層，其主要成分是環(huán)氧樹還在包層外增加一層涂覆層，其主要成分是環(huán)氧樹脂和硅橡膠等高分子材料。光在纖芯與包層的界面脂和硅橡膠等高分子材料。光在纖芯與包層的界面上發(fā)生全反射而被限制在纖芯內(nèi)傳播，包層為光的上發(fā)生全反射而被限制在纖芯內(nèi)傳播，包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作用。用。光纖通信簡明教程 原 榮 52.1 光纖類型光纖類型 光纖是一種纖芯折射率比包層折射光纖是一種纖芯折射率比包層折射率高的同軸圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo)率高的同軸圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo); ; 根據(jù)光纖橫截面上折射率的徑向分布情根據(jù)光纖橫截面上折射率的徑向分布情況，光纖分為階躍型和

6、漸變型兩種況，光纖分為階躍型和漸變型兩種; ; 作為信息傳輸波導(dǎo)，實(shí)用光纖有兩種基作為信息傳輸波導(dǎo)，實(shí)用光纖有兩種基本類型，它們是多模光纖和單模光纖。本類型，它們是多模光纖和單模光纖。光纖通信簡明教程 原 榮 62.1.1 多模光纖多模光纖 可以傳播數(shù)百到上千個(gè)模式的光纖，稱可以傳播數(shù)百到上千個(gè)模式的光纖，稱為多模光纖。為多模光纖。 根據(jù)折射率在纖芯和包層的徑向分布情根據(jù)折射率在纖芯和包層的徑向分布情況，又可分為階躍多模光纖和漸變多模況，又可分為階躍多模光纖和漸變多模光纖。光纖。光纖通信簡明教程 原 榮 7 光纖是一種光纖是一種纖芯折射率纖芯折射率比包層折射比包層折射率高的同軸率高的同軸圓柱形

7、電介圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo)質(zhì)波導(dǎo) 階躍階躍(SI)多多模光纖折射模光纖折射率率 n1在纖芯在纖芯保持不變，保持不變，到包層突然到包層突然變?yōu)樽優(yōu)?n2 階躍多模光纖結(jié)構(gòu)階躍多模光纖結(jié)構(gòu)n2n1nr ( )r包層纖芯2a2am=1001402bm=2bSiO2SiO2GeO2+光纖通信簡明教程 原 榮 8漸變漸變(GI)多多模光纖折射模光纖折射率不像階躍率不像階躍多模光纖是多模光纖是個(gè)常數(shù)，而個(gè)常數(shù)，而是在纖芯中是在纖芯中心最大，沿心最大，沿徑向往外按徑向往外按拋物線形狀拋物線形狀逐漸變小，逐漸變小，直到包層變直到包層變?yōu)闉?n2漸變多模光纖漸變多模光纖n2n1nr ( )r2a2am=62.52b1

8、252bm=2b光纖通信簡明教程 原 榮 9 圖圖3.1.3 多模光纖和單模光纖的比較多模光纖和單模光纖的比較光纖通信簡明教程 原 榮 102.2 光纖傳光原理光纖傳光原理 從光線理論考慮，光纖傳光原理是基于從光線理論考慮，光纖傳光原理是基于光的反射和折射，所以我們首先回憶一光的反射和折射，所以我們首先回憶一下光的反射和折射。下光的反射和折射。光纖通信簡明教程 原 榮 112.2.1 光的反射和折射光的反射和折射 圖圖2.2.1 光的反射和折射光的反射和折射a）入射光、反射光和折射光）入射光、反射光和折射光 b）插入水中的筷子變得向上彎曲了）插入水中的筷子變得向上彎曲了光纖通信簡明教程 原 榮

9、 12光的反射和折射光的反射和折射 光在同一種物質(zhì)中傳播時(shí)，光是直線傳播的。但是光光在同一種物質(zhì)中傳播時(shí)，光是直線傳播的。但是光波從折射率較大的介質(zhì)入射到折射率較小的介質(zhì)時(shí)，波從折射率較大的介質(zhì)入射到折射率較小的介質(zhì)時(shí)，在一定的入射角度范圍內(nèi)，光在邊界會(huì)發(fā)生反射和折在一定的入射角度范圍內(nèi)，光在邊界會(huì)發(fā)生反射和折射，如圖射，如圖2.2.1a所示。入射光與法平面的夾角所示。入射光與法平面的夾角 i 叫入射叫入射角，反射光與法平面的夾角角，反射光與法平面的夾角 r 叫反射角，折射光與法叫反射角，折射光與法平面的夾角平面的夾角 t t 叫折射角。叫折射角。 把筷子傾斜地插入水中，可以看到筷子與水面的相

10、交把筷子傾斜地插入水中，可以看到筷子與水面的相交處發(fā)生彎折，原來的一根直直的筷子似乎變得向上彎處發(fā)生彎折，原來的一根直直的筷子似乎變得向上彎了。這就是光的折射現(xiàn)象，如圖了。這就是光的折射現(xiàn)象，如圖2.2.1b所示。因?yàn)樗乃?。因?yàn)樗恼凵渎室瓤諝獾拇螅哉凵浣钦凵渎室瓤諝獾拇?，所以折射?t要比入射角要比入射角 i大，大，所以我們看到水中的筷子向上翹起來了。所以我們看到水中的筷子向上翹起來了。光纖通信簡明教程 原 榮 13 圖圖2.2.2 由于光線在界面的反射和折射，由于光線在界面的反射和折射，在水下不同位置的潛水員看到的景色是在水下不同位置的潛水員看到的景色是不一樣的不一樣的 水下的

11、潛水水下的潛水員在某些位員在某些位置可以看到置可以看到岸上的人，岸上的人，如圖如圖2.2.2入入射角為射角為 i1 的的情況，情況，但是當(dāng)他離但是當(dāng)他離開岸邊向遠(yuǎn)開岸邊向遠(yuǎn)處移動(dòng)時(shí)，處移動(dòng)時(shí)，當(dāng)入射角當(dāng)入射角 i2等于或大于等于或大于某一角度某一角度 c時(shí)，他就感時(shí)，他就感到晃眼，什到晃眼，什么也看不見，么也看不見，此時(shí)的入射此時(shí)的入射角角 c 我們就我們就叫臨界角。叫臨界角。光纖通信簡明教程 原 榮 14ikrktktc臨臨界界角角cii21nn 21nn光纖波導(dǎo)傳輸光的原理光纖波導(dǎo)傳輸光的原理-臨界角臨界角 因因21nn 時(shí)，折射時(shí)，折射角要比入射角大，當(dāng)折射角要比入射角大，當(dāng)折射角角t達(dá)

12、到達(dá)到 90o時(shí)，入射光沿時(shí)，入射光沿交界面向前傳播交界面向前傳播，此時(shí)的此時(shí)的入射角稱為臨界角入射角稱為臨界角c，并，并由下式給出由下式給出12ctcsinsinsinnn光纖通信簡明教程 原 榮 15 i c ）時(shí)，沒有透射光，只有反射光，這種）時(shí)，沒有透射光，只有反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射現(xiàn)象叫做全反射 (TIR，Total Internal Reflection), 如圖如圖2.2.2 (c) 所示，所示，這就是多模光纖波導(dǎo)傳輸光的原理。這就是多模光纖波導(dǎo)傳輸光的原理。圖圖2.2.3 光波從折射率較大的介質(zhì)以三種不同的入射光波從折射率較大的介質(zhì)以三種不同的入射角進(jìn)入折射率較小的介質(zhì)角進(jìn)

13、入折射率較小的介質(zhì),出現(xiàn)三種不同的情況出現(xiàn)三種不同的情況光纖通信簡明教程 原 榮 16漸變多模光纖漸變多模光纖 階躍多模光纖的主要缺點(diǎn)是存在大的模間色散，階躍多模光纖的主要缺點(diǎn)是存在大的模間色散，光纖帶寬很窄；光纖帶寬很窄； 而單模光纖沒有模間色散，只有模內(nèi)色散，所而單模光纖沒有模間色散，只有模內(nèi)色散，所以帶寬很寬。以帶寬很寬。 但是隨之出現(xiàn)的問題是，因單模光纖芯徑很小，但是隨之出現(xiàn)的問題是，因單模光纖芯徑很小，所以把光耦合進(jìn)光纖很困難。所以把光耦合進(jìn)光纖很困難。 那么是不是制造一種光纖，既沒有模間色散，那么是不是制造一種光纖，既沒有模間色散，帶寬較寬，芯徑較大，又使光耦合容易，我們帶寬較寬，

14、芯徑較大，又使光耦合容易，我們說這就是如圖說這就是如圖2.1.1b所示的漸變折射率多模光所示的漸變折射率多模光纖，簡稱漸變多模光纖。纖，簡稱漸變多模光纖。光纖通信簡明教程 原 榮 172.2.2 光纖傳光原理光纖傳光原理 在在2.2.1節(jié)，我們已用反射和折射的原理，直觀地介節(jié)，我們已用反射和折射的原理，直觀地介紹了光纖中傳光的原理。本節(jié)以漸變（紹了光纖中傳光的原理。本節(jié)以漸變（GI）多模光纖為）多模光纖為例，進(jìn)一步介紹它的傳光原理。例，進(jìn)一步介紹它的傳光原理。 漸變（漸變（GI）多模光纖折射率不像階躍多模光纖是個(gè)）多模光纖折射率不像階躍多模光纖是個(gè)常數(shù)，而是在纖芯中心最大，沿徑向往外按拋物線形

15、狀常數(shù)，而是在纖芯中心最大，沿徑向往外按拋物線形狀逐漸變小，直到包層變?yōu)?，如圖逐漸變小，直到包層變?yōu)?，如圖2.1.2b所示。這樣的折射所示。這樣的折射率分布可使光纖內(nèi)的光線同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，其理由是，雖率分布可使光纖內(nèi)的光線同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，其理由是，雖然各模光線以不同的路徑在纖芯內(nèi)傳輸，但是因?yàn)檫@種然各模光線以不同的路徑在纖芯內(nèi)傳輸，但是因?yàn)檫@種光纖的纖芯折射率不再是一個(gè)常數(shù)，所以各模的傳輸速光纖的纖芯折射率不再是一個(gè)常數(shù)，所以各模的傳輸速度也互不相同。沿光纖軸線傳輸?shù)墓饩€速度最慢（因折度也互不相同。沿光纖軸線傳輸?shù)墓饩€速度最慢（因折射率射率n最大，所以速度最大，所以速度c/n最慢）；光線最慢）；光

16、線3到達(dá)末端傳輸?shù)牡竭_(dá)末端傳輸?shù)木嚯x最長，但是它的傳輸速度最快（因距離最長，但是它的傳輸速度最快（因n最小，所以速度最小，所以速度c/ n最快），這樣到達(dá)終點(diǎn)所需的時(shí)間幾乎相同。最快），這樣到達(dá)終點(diǎn)所需的時(shí)間幾乎相同。光纖通信簡明教程 原 榮 18圖圖2.2.4 漸變（漸變（GI）多模光纖內(nèi)光線傳輸路徑不同）多模光纖內(nèi)光線傳輸路徑不同但同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)說明但同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)說明 OOBBBAMabcBBBA21c/nac/nbnanbnc光纖軸線nbnancr= 0aab全反射全反射光纖軸線光纖軸線OO(a) OOabcn.(b)(c)光線1光線2r= 0r=ar= 0r=a漸變多模光纖折射率漸變多模

17、光纖折射率 n1不像階躍多模光纖是個(gè)常數(shù)，而是在纖芯中心最不像階躍多模光纖是個(gè)常數(shù)，而是在纖芯中心最大，沿徑向往外按拋物線形狀逐漸變小，直到包層變?yōu)榇螅貜较蛲獍磼佄锞€形狀逐漸變小，直到包層變?yōu)?n2。雖然各模光線以不同的路經(jīng)在纖芯內(nèi)傳輸，但是這種光纖的纖芯折射率不雖然各模光線以不同的路經(jīng)在纖芯內(nèi)傳輸，但是這種光纖的纖芯折射率不再是一個(gè)常數(shù)，所以各模的傳輸速度也互不相同。沿光纖軸線傳輸?shù)墓饩€再是一個(gè)常數(shù)，所以各模的傳輸速度也互不相同。沿光纖軸線傳輸?shù)墓饩€速度最慢，因折射率最大；越遠(yuǎn)離軸線，到達(dá)終點(diǎn)傳輸?shù)木嚯x越長，但傳速度最慢，因折射率最大；越遠(yuǎn)離軸線，到達(dá)終點(diǎn)傳輸?shù)木嚯x越長，但傳輸速度越快，

18、這樣到達(dá)終點(diǎn)所需的時(shí)間幾乎相同，輸出脈沖展寬不大。輸速度越快，這樣到達(dá)終點(diǎn)所需的時(shí)間幾乎相同，輸出脈沖展寬不大。光纖通信簡明教程 原 榮 19t GI1.00.5t光光強(qiáng)強(qiáng)000123n2n1nr ( )r2a2a m=62.52b1252b m=2b傳輸路徑： 光線 321折射率：n3n2n11.00.5脈沖展寬脈沖展寬n2n1nr ( )r2a m=2a8.32b1252b m=單模光纖單模光纖-色散最小色散最小 只能傳播一個(gè)模式的光纖稱為單模光纖；只能傳播一個(gè)模式的光纖稱為單模光纖； 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖折射率分布和階躍型光纖相似，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖折射率分布和階躍型光纖相似，只是纖芯直徑比多模光纖小

19、得多，模場直徑只只是纖芯直徑比多模光纖小得多，模場直徑只有（有（910） m； 光線沿軸線直線傳播光線沿軸線直線傳播, 色散使輸出脈沖信號展色散使輸出脈沖信號展寬最小。寬最小。光纖通信簡明教程 原 榮 21從電磁波理論解釋光纖傳光原理從電磁波理論解釋光纖傳光原理 本質(zhì)上，光是一種電磁波，一種密切相關(guān)的電本質(zhì)上，光是一種電磁波，一種密切相關(guān)的電場和磁場交替變化形成的偏振橫波，它是電波場和磁場交替變化形成的偏振橫波，它是電波和磁波的結(jié)合，由麥克斯韋于和磁波的結(jié)合，由麥克斯韋于1867年證實(shí)。光年證實(shí)。光的傳播就是通過電場、磁場的狀態(tài)隨時(shí)間變化的傳播就是通過電場、磁場的狀態(tài)隨時(shí)間變化的規(guī)律表現(xiàn)出來。

20、麥克斯韋把這種變化列成了的規(guī)律表現(xiàn)出來。麥克斯韋把這種變化列成了數(shù)學(xué)方程，后來人們就叫它為麥克斯韋波動(dòng)方數(shù)學(xué)方程，后來人們就叫它為麥克斯韋波動(dòng)方程，這種統(tǒng)一電磁波的理論獲得了極大的成功。程，這種統(tǒng)一電磁波的理論獲得了極大的成功。同樣用它也完美地解釋了光波在光纖中的傳輸。同樣用它也完美地解釋了光波在光纖中的傳輸。光纖通信簡明教程 原 榮 222.3 光纖傳輸特性光纖傳輸特性 2.3.1 衰減衰減 2.3.2 色散色散 2.3.3 光纖帶寬光纖帶寬 2.3 4 光纖比特率光纖比特率光纖通信簡明教程 原 榮 23圖圖2.3.1 光纖傳輸線的各種損耗光纖傳輸線的各種損耗 光纖是熔融光纖是熔融SiOSi

21、O2 2制成的，光信號在光纖中傳輸時(shí)，由于吸收、制成的，光信號在光纖中傳輸時(shí)，由于吸收、散射和波導(dǎo)缺陷等機(jī)理產(chǎn)生功率損耗，從而引起衰減。散射和波導(dǎo)缺陷等機(jī)理產(chǎn)生功率損耗，從而引起衰減。 吸收損耗有純吸收損耗有純SiO2材料引起的內(nèi)部吸收和雜質(zhì)引起的外部吸收。材料引起的內(nèi)部吸收和雜質(zhì)引起的外部吸收。內(nèi)部吸收是由于構(gòu)成內(nèi)部吸收是由于構(gòu)成SiO2的離子晶格在光波（電磁波）的作用的離子晶格在光波（電磁波）的作用下發(fā)生振動(dòng)損失的能量。外部吸收主要由下發(fā)生振動(dòng)損失的能量。外部吸收主要由OH離子雜質(zhì)引起。離子雜質(zhì)引起。散射損耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射是由在光纖制造過程散射損耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射

22、是由在光纖制造過程中材料密度的不均勻（造成折射率不均勻）產(chǎn)生的。中材料密度的不均勻（造成折射率不均勻）產(chǎn)生的。入射端光纖和器件耦合時(shí)的損耗吸收吸收損耗材料密度不均勻引起折射率不均勻瑞利散射損耗.。輸入光光光彎曲泄露彎曲產(chǎn)生的損耗對接損耗和器件耦合時(shí)的損耗光纖對接出射端輸出光光光雜質(zhì)。界面不規(guī)則場分布光纖通信簡明教程 原 榮 24 瑞利瑞利（18771919） 瑞利散瑞利散射發(fā)明射發(fā)明家家 1904年年獲得諾獲得諾貝爾獎(jiǎng)貝爾獎(jiǎng)光纖通信簡明教程 原 榮 25率減系數(shù)率減系數(shù)通常，光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β释ǔ＃饫w內(nèi)傳輸?shù)墓夤β?P 隨距離隨距離 z 的衰減，可的衰減，可以用下式表示以用下式表示PzPdd

23、(2.3.1)式中式中是衰減系數(shù)。如果是衰減系數(shù)。如果inP是在長度為是在長度為 L 的光纖輸入的光纖輸入端注入的光功率端注入的光功率，根據(jù)式根據(jù)式(2.3.1)，輸出端的光功率應(yīng)為輸出端的光功率應(yīng)為LPPexpinout(2.3.2)習(xí)慣上習(xí)慣上的單位用的單位用 dB/km 表示表示，由式由式(2.3.2)得到衰減系得到衰減系數(shù)數(shù)outindBlog101PPL km/dB(2.3.3)光纖通信簡明教程 原 榮 26圖圖2.3.2 典型光纖衰減譜典型光纖衰減譜8001000120014001600 衰衰減減( (d dB B/ /k km m) )波波長長( (n nm m) ) 單單模模光

24、光纖纖8 85 50 0n nm m 1 1. .8 81 1d dB B/ /k km m1 13 30 00 0 0 0. .3 35 5d dB B/ /k km m1 15 55 50 0 0 0. .1 19 9d dB B/ /k km m10.00.11.00.20.30.52.03.05.0單單模模光光纖纖G GI I多多模模光光纖纖S SI I多多模模光光纖纖O OH H吸吸收收峰峰光纖通信簡明教程 原 榮 272.3.2 色散色散 各模群速度不等引起脈沖展寬各模群速度不等引起脈沖展寬 色散種類：色散種類： 模式色散模式色散 色度色散色度色散高階色散高階色散 偏振模色散偏振模

25、色散光纖通信簡明教程 原 榮 28三角棱鏡分光就是色散現(xiàn)象三角棱鏡分光就是色散現(xiàn)象 1666年，英國物理學(xué)家牛頓做了一次非常著名年，英國物理學(xué)家牛頓做了一次非常著名的實(shí)驗(yàn)，他用三角棱鏡將太陽白光分解為紅、的實(shí)驗(yàn)，他用三角棱鏡將太陽白光分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的七色彩帶，如圖橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的七色彩帶，如圖2.3.3a所示。所示。 色散是日常生活中經(jīng)常會(huì)碰到的一種物理現(xiàn)象。色散是日常生活中經(jīng)常會(huì)碰到的一種物理現(xiàn)象。一束白光通過一塊玻璃三角棱鏡時(shí)，在棱鏡的一束白光通過一塊玻璃三角棱鏡時(shí)，在棱鏡的另一側(cè)被散開，變成五顏六色的光帶。在光學(xué)另一側(cè)被散開，變成五顏六色的光帶。在光學(xué)中稱這種現(xiàn)

26、象為色散。中稱這種現(xiàn)象為色散。光纖通信簡明教程 原 榮 29太陽光通過棱鏡太陽光通過棱鏡因色散產(chǎn)生因色散產(chǎn)生彩色光帶彩色光帶 為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？原因很簡單，白光本身就是由不為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？原因很簡單，白光本身就是由不同顏色的光組成，也就是說由不同波長的光組成，如紅光波同顏色的光組成，也就是說由不同波長的光組成，如紅光波長最長是長最長是620760 nm，紫光波長最短是，紫光波長最短是400435 nm。 各單色光的偏折角各單色光的偏折角sin r = sin r /n也不同。其中，紫光也不同。其中，紫光在玻璃中的折射率在這七色中最大（在玻璃中的折射率在這七色中最大（n紫光紫光 =

27、 1.532），而紅），而紅光則最?。ü鈩t最小（n紅光紅光 = 1.513），所以紫光在玻璃中的折射角），所以紫光在玻璃中的折射角 r紫最小，因此紫光就位于光譜的下端；紅光的折射角紫最小，因此紫光就位于光譜的下端；紅光的折射角 r紅最紅最大，因此紅光位于光譜的上端，如圖大，因此紅光位于光譜的上端，如圖3.4.1（a）所示。橙、）所示。橙、黃、綠、青、藍(lán)等色光，按波長的長短，依次排列在紅光和黃、綠、青、藍(lán)等色光，按波長的長短，依次排列在紅光和紫光之間。棱鏡就是這樣把白光分解成七色光譜的。紫光之間。棱鏡就是這樣把白光分解成七色光譜的。n1i1NN21.12N.紅紫r紫紅r白光pn2光纖通信簡明教程

28、 原 榮 30光纖中的色散起因及其限制光纖中的色散起因及其限制 當(dāng)光信號通過光纖時(shí)，也要產(chǎn)生色散現(xiàn)象。色當(dāng)光信號通過光纖時(shí)，也要產(chǎn)生色散現(xiàn)象。色散是由于不同成分的光信號在光纖中傳輸時(shí)，散是由于不同成分的光信號在光纖中傳輸時(shí)，因傳輸?shù)娜核俣炔煌a(chǎn)生不同的時(shí)間延遲而引因傳輸?shù)娜核俣炔煌a(chǎn)生不同的時(shí)間延遲而引起的一種物理效應(yīng)。起的一種物理效應(yīng)。 光信號分量包括發(fā)送信號調(diào)制和光源譜寬中的光信號分量包括發(fā)送信號調(diào)制和光源譜寬中的頻率分量，以及光纖中的不同模式分量。頻率分量，以及光纖中的不同模式分量。 如果信號是模擬調(diào)制，色散限制了帶寬；如果如果信號是模擬調(diào)制，色散限制了帶寬；如果信號是數(shù)字脈沖，色散使脈

29、沖展寬，產(chǎn)生碼間信號是數(shù)字脈沖，色散使脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，從而限制了光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率和干擾，從而限制了光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率和容量。容量。光纖通信簡明教程 原 榮 31光纖中的光速光纖中的光速要比真空中的光速慢要比真空中的光速慢 n 倍倍 在光纖中的光速在光纖中的光速 v = c/n，折射率為，折射率為 n 光纖波導(dǎo)中的光速光纖波導(dǎo)中的光速要比真空中的光速要比真空中的光速慢慢 n 倍。倍。 玻璃的玻璃的 n = 1.5，因，因而在光纖中的光速而在光纖中的光速度要比在真空中的度要比在真空中的慢慢 33 %。c cv v密密度度大大介介質(zhì)質(zhì)Vc 在在介介質(zhì)質(zhì)中中在在真真空空中中m/snc

30、c0n0nn n光纖通信簡明教程 原 榮 32光纖色散種類光纖色散種類 模式色散模式色散 色度色散色度色散 偏振模色散。偏振模色散。色度色散又分為材料色散和波導(dǎo)色散。對于多模光色度色散又分為材料色散和波導(dǎo)色散。對于多模光纖，模式色散是主要的，材料色散相對較小，波導(dǎo)色散纖，模式色散是主要的，材料色散相對較小，波導(dǎo)色散一般可以忽略。對于單模光纖，由于只有一個(gè)模式在光一般可以忽略。對于單模光纖，由于只有一個(gè)模式在光纖中傳輸，所以不存在模式色散，只有色度色散和偏振纖中傳輸，所以不存在模式色散，只有色度色散和偏振模色散，而且材料色散是主要的，波導(dǎo)色散相對較小。模色散，而且材料色散是主要的，波導(dǎo)色散相對較

31、小。對于制造良好的單模光纖，偏振模色散最小。對于制造良好的單模光纖，偏振模色散最小。光纖通信簡明教程 原 榮 33模式色散是由于在多模光纖中，不同模式的光信號在光纖中傳輸模式色散是由于在多模光纖中，不同模式的光信號在光纖中傳輸?shù)娜核俣炔煌?，引起到達(dá)光纖末端的時(shí)間延遲不同，經(jīng)光電探測的群速度不同，引起到達(dá)光纖末端的時(shí)間延遲不同，經(jīng)光電探測后各模式混合使輸出光生電流脈沖相對于輸入脈沖展寬后各模式混合使輸出光生電流脈沖相對于輸入脈沖展寬入入射射光光脈脈沖沖ttt輸輸出出出出光光脈脈沖沖tt 0 1t 最最初初各各模模重重合合=0123包包層層纖纖芯芯傳傳輸輸后后各各模模分分開開N= 3201N 0傳

32、傳輸輸距距離離短短, ,需需要要時(shí)時(shí)間間短短=1 1傳傳輸輸距距離離長長, ,需需要要時(shí)時(shí)間間多多 1 0 1 0因因所所以以N=0N圖圖2.3.4 多模光纖模式色散多模光纖模式色散光纖通信簡明教程 原 榮 34模式色散引起的脈沖展寬模式色散引起的脈沖展寬 光纖通信簡明教程 原 榮 35色度色散（或色散）色度色散（或色散） 色度色散是由于不同波長（顏色）的光色度色散是由于不同波長（顏色）的光以不同的速度在光纖中傳輸引起不同的以不同的速度在光纖中傳輸引起不同的時(shí)間延遲而產(chǎn)生的。時(shí)間延遲而產(chǎn)生的。 色度色散又分為材料色散和波導(dǎo)色散，色度色散又分為材料色散和波導(dǎo)色散，常簡稱為色散。常簡稱為色散。光纖

33、通信簡明教程 原 榮 36光脈沖經(jīng)光纖傳輸后使輸出脈沖展寬光脈沖經(jīng)光纖傳輸后使輸出脈沖展寬 光纖通信簡明教程 原 榮 37色散對光纖所能傳輸?shù)淖畲蟊忍厮俾噬饫w所能傳輸?shù)淖畲蟊忍厮俾蔅的影響可利的影響可利用相鄰脈沖間不產(chǎn)生重疊的原則來確定用相鄰脈沖間不產(chǎn)生重疊的原則來確定光纖通信簡明教程 原 榮 382.3.3 光纖帶寬光纖帶寬 由于光纖色散，光脈沖經(jīng)光纖傳輸后使輸由于光纖色散，光脈沖經(jīng)光纖傳輸后使輸出脈沖展寬，從而影響到光纖的帶寬。出脈沖展寬，從而影響到光纖的帶寬。 光纖帶寬用光纖帶寬用f 3dB, op表示，它對應(yīng)光纖傳輸表示，它對應(yīng)光纖傳輸特性曲線縱坐標(biāo)從特性曲線縱坐標(biāo)從1下降下降1

34、/2或或3 dB的頻率。的頻率。光纖通信簡明教程 原 榮 391光纖帶寬光纖帶寬 圖圖2.3.5（a）表示傳輸模擬信號的光纖線路，圖）表示傳輸模擬信號的光纖線路，圖2.3.5（b）表）表示頻率為示頻率為f 的光纖輸入和輸出光信號，圖的光纖輸入和輸出光信號，圖2.3.5（c）表示光纖）表示光纖的傳輸特性及由于光纖色散使輸出光帶寬減小的情況。的傳輸特性及由于光纖色散使輸出光帶寬減小的情況。 光發(fā)射機(jī)LD光纖光接收機(jī)PDt 頻率為 的正弦電信號f正弦信號f調(diào)制頻率f=輸入光功率00.5f3dB opf頻率1.0光纖輸入信號頻譜特性Pi傳輸模擬信號的光纖線路(a)0t輸入光功率 輸出光功率 t0Pin

35、Pout光纖輸入信號光纖輸出信號光纖輸入和輸出光信號(b)0ff3dB op頻率PoPi1.00.5光帶寬光纖的傳輸特性光纖色散使輸出光帶寬減少(c)光纖通信簡明教程 原 榮 403 dB 光帶寬光帶寬光纖通信簡明教程 原 榮 412. 光纜段總帶寬光纜段總帶寬光纖通信簡明教程 原 榮 422.3.4 光纖比特率光纖比特率 在數(shù)字通信中，沿光纖傳輸?shù)耐ǔＪ谴硇畔⒃跀?shù)字通信中，沿光纖傳輸?shù)耐ǔＪ谴硇畔⒌墓饷}沖。在發(fā)射端，信息首先被轉(zhuǎn)變成脈沖的光脈沖。在發(fā)射端，信息首先被轉(zhuǎn)變成脈沖形式的電信號，如圖形式的電信號，如圖2.3.5所示，代表信息的數(shù)所示，代表信息的數(shù)字比特脈沖通常都很窄。電脈沖驅(qū)動(dòng)

36、光發(fā)射機(jī)字比特脈沖通常都很窄。電脈沖驅(qū)動(dòng)光發(fā)射機(jī)（如（如LD）使其在二進(jìn)制）使其在二進(jìn)制“1”碼時(shí)發(fā)光，碼時(shí)發(fā)光，“0”碼時(shí)不發(fā)光，然后耦合進(jìn)光纖，經(jīng)光纖傳輸后碼時(shí)不發(fā)光，然后耦合進(jìn)光纖，經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)光接收機(jī)，再還原成電脈沖，最后從中解到達(dá)光接收機(jī)，再還原成電脈沖，最后從中解調(diào)出信息。調(diào)出信息。 數(shù)字通信工程師感興趣的是光纖能夠傳輸?shù)淖顢?shù)字通信工程師感興趣的是光纖能夠傳輸?shù)淖畲髷?shù)字速率。這個(gè)速率稱為光纖的比特率容量大數(shù)字速率。這個(gè)速率稱為光纖的比特率容量B （bit/s），它直接與光纖的色散特性有關(guān)。），它直接與光纖的色散特性有關(guān)。光纖通信簡明教程 原 榮 43圖圖2.3.6 數(shù)字光纖系統(tǒng)

37、和光纖色散數(shù)字光纖系統(tǒng)和光纖色散使輸出脈沖展寬使輸出脈沖展寬 為了把兩個(gè)連續(xù)的輸出脈沖分開，即碼間不要互相干擾，要為了把兩個(gè)連續(xù)的輸出脈沖分開，即碼間不要互相干擾，要求它們峰求它們峰-峰間的時(shí)間間隔至少為峰間的時(shí)間間隔至少為2 1/2。為此，我們最好是。為此，我們最好是每隔每隔2 1/2秒在輸入端輸入一個(gè)脈沖。秒在輸入端輸入一個(gè)脈沖。光纖通信簡明教程 原 榮 44表表示示光光纖纖對對輸輸入入光光脈脈沖沖的的傳傳輸輸延延遲遲，21表表示示由由于于色色散散使使輸輸出出電電脈脈沖沖展展寬寬。通通常常用用輸輸出出光光強(qiáng)強(qiáng)最最大大值值一一半半的的全全寬寬(FWHM)表表示示。為為了了把把兩兩個(gè)個(gè)連連續(xù)續(xù)

38、的的輸輸出出脈脈沖沖分分辨辨出出來來，即即碼碼間間不不要要互互相相干干擾擾，要要求求它它們們峰峰-峰峰間間的的時(shí)時(shí)間間間間隔隔至至少少為為221。圖圖2.3.6 最大比特速率由色散引起的脈沖展寬決定最大比特速率由色散引起的脈沖展寬決定光發(fā)光發(fā)射機(jī)射機(jī)LD光光纖纖信息信息光接光接收機(jī)收機(jī)PD信息信息輸出光強(qiáng)輸出光強(qiáng)t 1.00.50 1/22 1/2 輸出展寬的歸零光脈沖輸出展寬的歸零光脈沖數(shù)字信號數(shù)字信號t1 110 0數(shù)字信號數(shù)字信號t1 110 00Tt輸入光強(qiáng)輸入光強(qiáng)21 很窄輸入歸零脈沖很窄輸入歸零脈沖2光纖通信簡明教程 原 榮 45色散對光色散對光纖所能傳纖所能傳輸?shù)淖畲筝數(shù)淖畲蟊忍?/p>

39、速率比特速率B 的影響的影響可利用相可利用相鄰脈沖間鄰脈沖間不產(chǎn)生重不產(chǎn)生重疊的原則疊的原則來確定來確定輸輸出出光光強(qiáng)強(qiáng)t 1.00.50 1/22 1/2 輸出展寬的歸零光脈沖輸出展寬的歸零光脈沖0Tt輸入光強(qiáng)輸入光強(qiáng)21 很窄輸入歸零脈沖很窄輸入歸零脈沖2BT1= = =221 光纖通信簡明教程 原 榮 462.4 光纖種類光纖種類2.4.1 多模光纖和單模光纖多模光纖和單模光纖 單模光纖單模光纖 當(dāng)光纖的芯徑很小時(shí)，光纖只允許與光纖軸當(dāng)光纖的芯徑很小時(shí)，光纖只允許與光纖軸線一致的光線通過，即只允許通過一個(gè)基模。只線一致的光線通過，即只允許通過一個(gè)基模。只能傳播一個(gè)模式的光纖稱為單模光纖。

40、能傳播一個(gè)模式的光纖稱為單模光纖。 標(biāo)準(zhǔn)單模（標(biāo)準(zhǔn)單模（SM）光纖折射率分布和階躍型光）光纖折射率分布和階躍型光纖相似，只是纖芯直徑比多模光纖小得多，模場纖相似，只是纖芯直徑比多模光纖小得多，模場直徑只有直徑只有910 m，光線沿軸線直線傳播，傳播，光線沿軸線直線傳播，傳播速度最快，色散使輸出脈沖信號展寬最小。速度最快，色散使輸出脈沖信號展寬最小。光纖通信簡明教程 原 榮 47n2n1nr ( )r階階躍躍多多模模光光纖纖(a)包包層層纖纖芯芯2a2a m=1001402b m=2bn2n1nr ( )r漸漸變變多多模模光光纖纖(b)2a2a m=62.52b1252b m=2b多模光纖多模光

41、纖 可以傳播數(shù)百到上千可以傳播數(shù)百到上千個(gè)模式的光纖，稱為個(gè)模式的光纖，稱為多模光纖。多模光纖。 根據(jù)折射率在纖芯和根據(jù)折射率在纖芯和包層的徑向分布情況，包層的徑向分布情況，又可分為階躍多模光又可分為階躍多模光纖和漸變多模光纖。纖和漸變多模光纖。光纖通信簡明教程 原 榮 48圖圖2.4.1 多模光纖和單模光纖傳播速度的差異多模光纖和單模光纖傳播速度的差異 多模光纖和單模光纖傳播速度的差異可以用圖多模光纖和單模光纖傳播速度的差異可以用圖2.4.1形象的表形象的表示，三種汽車各有不同的外形和速度，代表不同的模式。示，三種汽車各有不同的外形和速度，代表不同的模式。模0模1模2預(yù)備，跑多模光纖到達(dá)終點(diǎn)

42、時(shí)的差距（a）模擬多模光纖單模光纖模0（b）模擬單模光纖光纖通信簡明教程 原 榮 492.4.2 單模光纖種類單模光纖種類 事實(shí)上，為調(diào)整工作波長或改變色散特事實(shí)上，為調(diào)整工作波長或改變色散特性，可以設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單模光性，可以設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單模光纖。纖。 已經(jīng)開發(fā)的有色散移位光纖、非零色散已經(jīng)開發(fā)的有色散移位光纖、非零色散移位光纖、色散補(bǔ)償光纖，以及在移位光纖、色散補(bǔ)償光纖，以及在1.55 m衰減最小的光纖等。衰減最小的光纖等。光纖通信簡明教程 原 榮 50表表2.4.1 階躍多模光纖、漸變多模光纖和階躍多模光纖、漸變多模光纖和階躍單模光纖的特性比較階躍單模光纖的特性比較多模光纖

43、多模光纖階躍多模光纖階躍多模光纖漸變多模光纖漸變多模光纖階躍階躍單模光纖單模光纖121)(nnn 0.020.0150.003芯徑芯徑 2a（ m）10062.58.3(MFD = 9.3)包層直徑包層直徑（ m）140125125NA0.30.260.1帶寬帶寬 距離距離 或色散或色散(20100)MHz km(0.33)GHz km100(Gb/s) km衰減衰減（kmdB/ ）850nm: 461300nm: 0.71850nm: 31300nm: 0.611550nm: 0.3850nm: 1.81300nm: 0.341550nm: 0.2應(yīng)用光源應(yīng)用光源LEDLED, LDLD典型

44、應(yīng)用典型應(yīng)用短距離或用戶接短距離或用戶接入網(wǎng)入網(wǎng)本地網(wǎng)，寬域網(wǎng)或本地網(wǎng)，寬域網(wǎng)或中等距離中等距離長距離通信長距離通信光纖通信簡明教程 原 榮 51單模光纖的進(jìn)展和應(yīng)用單模光纖的進(jìn)展和應(yīng)用 自從自從1970年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)英籍年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)英籍華人高錕提出的利用光導(dǎo)纖維可以通信華人高錕提出的利用光導(dǎo)纖維可以通信的理論，成功地試制出用于通信的光纖的理論，成功地試制出用于通信的光纖以來，光纖光纜得到迅速的發(fā)展。以來，光纖光纜得到迅速的發(fā)展。 40年來，光纖光纜的新產(chǎn)品層出不窮，年來，光纖光纜的新產(chǎn)品層出不窮，而且得到通信業(yè)的廣泛應(yīng)用。而且得到通信業(yè)的廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)就人們目前常用的幾種光

45、纖和今后將現(xiàn)就人們目前常用的幾種光纖和今后將廣泛使用的新光纖的性能做一個(gè)介紹。廣泛使用的新光纖的性能做一個(gè)介紹。光纖通信簡明教程 原 榮 52單模光纖的種類單模光纖的種類l G. 651 標(biāo)準(zhǔn)多模光纖標(biāo)準(zhǔn)多模光纖l G. 652 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖l G. 653 色散移位光纖色散移位光纖l G. 654 衰減最小光纖衰減最小光纖l G. 655 非零色散光纖非零色散光纖l G. 656 寬帶全波光纖寬帶全波光纖 l G. 657 接入網(wǎng)用光纖接入網(wǎng)用光纖 l 色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖光纖通信簡明教程 原 榮 532.4.1 G. 652 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖是指零色散

46、波長在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖是指零色散波長在1.3 m窗口的單模光纖，國際電信聯(lián)盟窗口的單模光纖，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)把這種光纖規(guī)范為把這種光纖規(guī)范為 G.652 光纖。這屬于光纖。這屬于第一代單模光纖。第一代單模光纖。 其特點(diǎn)是當(dāng)工作波長在其特點(diǎn)是當(dāng)工作波長在 1.3 m 時(shí)，光纖時(shí)，光纖色散很小，系統(tǒng)的傳輸距離只受一個(gè)因色散很小，系統(tǒng)的傳輸距離只受一個(gè)因素，即光纖衰減所限制。素，即光纖衰減所限制。光纖通信簡明教程 原 榮 54 G.652 光纖在光纖在1.3 m波段的損耗較大，約為波段的損耗較大，約為 0.3 0.4 dB/km；在；在 1.55 m 波段的損耗較小，約波段的損耗較小，約為為

47、0.20.25 dB/km。 色散在色散在 1.3 m 波段為波段為 3.5 ps/nm km，在，在1.55 m波段較大，約為波段較大，約為 20 ps/nm km。 這種光纖可支持用于在這種光纖可支持用于在 1.55 m 波段的波段的 2.5Gb/s 的干線系統(tǒng)，但由于色散較大，若傳輸?shù)母删€系統(tǒng)，但由于色散較大，若傳輸 10 Gb/s 的信號，傳輸距離超過的信號，傳輸距離超過 50 km時(shí)，就要求使用價(jià)時(shí)，就要求使用價(jià)格昂貴的色散補(bǔ)償模塊。格昂貴的色散補(bǔ)償模塊。 另外另外, 使用它增加了線路損耗，縮短了中繼距離，使用它增加了線路損耗，縮短了中繼距離，所以不適用于所以不適用于DWDM系統(tǒng)。系

48、統(tǒng)。G. 652 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖光纖通信簡明教程 原 榮 55G. 653 色散移位光纖色散移位光纖 G.652光纖的最大缺點(diǎn)是低衰減和零色散光纖的最大缺點(diǎn)是低衰減和零色散不在同一工作波長上，為此，在不在同一工作波長上，為此，在80年代年代中期，開發(fā)成功了一種把零色散波長從中期，開發(fā)成功了一種把零色散波長從1.3 m移到移到 1.55 m的色散移位光纖的色散移位光纖(DSF, Dispersion-Shifted Fiber)。 ITU把這種光纖的規(guī)范為把這種光纖的規(guī)范為 G.653。這屬于。這屬于第二代單模光纖。第二代單模光纖。光纖通信簡明教程 原 榮 56圖圖2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)光纖

49、、色散移位光纖、非零色散移位光標(biāo)準(zhǔn)光纖、色散移位光纖、非零色散移位光纖、色散平坦光纖和色散補(bǔ)償光纖的色散特性纖、色散平坦光纖和色散補(bǔ)償光纖的色散特性150016001700波波長長( (n nm m) )非非零零色色散散移移位位光光纖纖色色散散色色散散0102030-10-3.5ps/(nmkm-90色色散散補(bǔ)補(bǔ)償償光光纖纖色色散散 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)光光纖纖衰衰減減色色散散平平坦坦光光纖纖0.0000.2500.5000.1250.375 衰衰減減( (d dB B/ /k km m) )1300 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)光光纖纖色色散散1400色色散散移移位位光光纖纖色色散散 . .) )G.653G.655光纖通

50、信簡明教程 原 榮 57由色散移位光纖到非零色散光纖由色散移位光纖到非零色散光纖 色散移位光纖在色散移位光纖在 1.55 m 色散為零，不利于多色散為零，不利于多信道的信道的 WDM 傳輸，因?yàn)楫?dāng)復(fù)用的信道數(shù)較多傳輸，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)發(fā)生一種稱為的時(shí)，信道間距較小，這時(shí)就會(huì)發(fā)生一種稱為的非線性光學(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)_。信道間發(fā)生串?dāng)_。 如果光纖線路的色散為零，如果光纖線路的色散為零，F(xiàn)WM的干擾就會(huì)的干擾就會(huì)十分嚴(yán)重；如

51、果有微量色散，十分嚴(yán)重；如果有微量色散，F(xiàn)WM干擾反而干擾反而還會(huì)減小。針對這一現(xiàn)象，科學(xué)家們研制了一還會(huì)減小。針對這一現(xiàn)象，科學(xué)家們研制了一種新型光纖，即非零色散光纖種新型光纖，即非零色散光纖(NZ-DSF)。光纖通信簡明教程 原 榮 58G. 654 衰減最小光纖衰減最小光纖 為了滿足海底光纜長距離通信的需求，科學(xué)為了滿足海底光纜長距離通信的需求，科學(xué)家們開發(fā)了一種應(yīng)用于家們開發(fā)了一種應(yīng)用于1.55 m 波長的純石波長的純石英芯單模光纖。英芯單模光纖。 在在1.55 m波長附近衰減最小，僅為波長附近衰減最小，僅為 0.151 dB/km。 在在 1.3 m波長區(qū)域色散為零，但在波長區(qū)域色散

52、為零，但在 1.55 m波長區(qū)域色散較大，約為波長區(qū)域色散較大，約為 1720 ps/(nm km)。 ITU把這種光纖規(guī)范為把這種光纖規(guī)范為G. 654光纖。光纖。光纖通信簡明教程 原 榮 59G. 655非零色散光纖非零色散光纖 非零色散光纖實(shí)質(zhì)上是一種改進(jìn)的色散非零色散光纖實(shí)質(zhì)上是一種改進(jìn)的色散移位光纖。移位光纖。 其零色散波長不在其零色散波長不在 1.55 m，而是在，而是在1.525 m 或或 1.585 m處。處。 在光纖制作過程中，適當(dāng)控制摻雜劑的在光纖制作過程中，適當(dāng)控制摻雜劑的量，使它大到足以抑制高密度波分復(fù)用量，使它大到足以抑制高密度波分復(fù)用系統(tǒng)中的四波混頻，小到足以允許單

53、信系統(tǒng)中的四波混頻，小到足以允許單信道數(shù)據(jù)速率達(dá)到道數(shù)據(jù)速率達(dá)到 10 Gb/s，而不需要色散，而不需要色散補(bǔ)償。補(bǔ)償。光纖通信簡明教程 原 榮 60G. 655 非零色散光纖非零色散光纖 消除了色散效應(yīng)和四波混頻效應(yīng)；消除了色散效應(yīng)和四波混頻效應(yīng)； 而標(biāo)準(zhǔn)光纖和色散移位光纖都只能克服而標(biāo)準(zhǔn)光纖和色散移位光纖都只能克服這兩種缺陷中的一種；這兩種缺陷中的一種； 所以非零色散光纖綜合了標(biāo)準(zhǔn)光纖和色所以非零色散光纖綜合了標(biāo)準(zhǔn)光纖和色散移位光纖最好的傳輸特性，既能用于散移位光纖最好的傳輸特性，既能用于新的陸上網(wǎng)絡(luò)，又可對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行升新的陸上網(wǎng)絡(luò)，又可對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，它特別適合于高密度級改造，

54、它特別適合于高密度WDM系統(tǒng)系統(tǒng)的傳輸，所以非零色散光纖是新一代光的傳輸，所以非零色散光纖是新一代光纖通信系統(tǒng)的最佳傳輸介質(zhì)。纖通信系統(tǒng)的最佳傳輸介質(zhì)。光纖通信簡明教程 原 榮 61G. 656寬帶全波光纖寬帶全波光纖 120014001600 衰減 衰減波長波長0.10.20.30.51700150013000.40.6窗口窗口O全波光纖去掉了全波光纖去掉了 的水峰 的水峰SCLUE(dB/km)( nm )1385nm光纖通信簡明教程 原 榮 62G. 656寬帶全波光纖寬帶全波光纖 為了將為了將DWDM系統(tǒng)應(yīng)用于城域網(wǎng)，僅使用現(xiàn)有的波段還是系統(tǒng)應(yīng)用于城域網(wǎng)，僅使用現(xiàn)有的波段還是不夠的，為此光纖制造商在不夠的，為此光纖制造商在1 380 nm 波長附近，把波長附近，把OH離離子濃度降到了子濃度降到了10-8以下，消除了（以下，消除了（1 3601 460）nm 波段的波段的損耗峰，使