光纖的傳輸與非線性特性

1、9 頁(yè) 光電子論文光纖的傳輸與非線性特性光纖的傳輸與非線性特性摘要：本文主要介紹光纖的傳輸特性與非線性特性。由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低很多，所以光纖被用作長(zhǎng)距離的信息傳遞。光纖的傳輸告別了傳統(tǒng)的雙絞線傳輸模式，與之相比，其通信容量大、傳輸距離長(zhǎng)、保密性能好、適應(yīng)能力強(qiáng)、體積小重量輕便于施工、物美價(jià)廉。相比其他的傳輸線，在傳輸過(guò)程中的損耗比較小，從發(fā)送點(diǎn)到目的地接收到的數(shù)據(jù)是接近完整的，從而延長(zhǎng)了傳送距離。制作光纖的基本材料為二氧化硅，價(jià)格便宜，都為人們所接收。因此在價(jià)格相同，傳輸特性好的情況下，光纖成為了最佳選擇。關(guān)鍵詞：傳輸特性 損耗 Optical Fiber Tra

2、nsmission And Nonlinear PropertiesAbstract: This paper mainly introduces the transmission properties of optical fiber and nonlinear properties. By the light in the optical fiber transmission loss than electricity in the wire transmission loss is much lower, so the optical fiber is used for long dist

3、ance communication. Optical fiber transmission bid farewell to the traditional twisted-pair transmission mode, by contrast, its communication capacity, long transmission distance and secrecy performance is good, strong ability to adapt, small volume, light weight in construction, good and inexpensiv

4、e. Compared with other transmission line, in the process of transmission loss is small, from sending point to destination to receive data is close to complete, so as to extend the transmission distance. Making the basic materials of optical fiber to silicon dioxide, cheap, people will receive. So in

5、 the same price, good transport properties, fiber became the best choice. Key words: Transmission characteristics Loss 0 引言：在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低很多，所以光纖被用作長(zhǎng)距離的信息傳遞。光纖的傳輸告別了傳統(tǒng)的雙絞線傳輸模式，與之相比，其通信容量大、傳輸距離長(zhǎng)、保密性能好、適應(yīng)能力強(qiáng)、體積小重量輕便于施工、物美價(jià)廉。相比其他的傳輸線，在傳輸過(guò)程中的損耗比較小，從發(fā)送點(diǎn)到目的地接收到的數(shù)據(jù)是接近完整的，從而延長(zhǎng)了傳送距離。制作光纖的基本材

6、料為二氧化硅，價(jià)格便宜，都為人們所接收。因此在價(jià)格相同，傳輸特性好的情況下，光纖成為了最佳選擇。對(duì)于光纖的傳輸特性，傳輸損耗，與非線性傳輸特性成為了探討的主要問(wèn)題。1 光纖的損耗特性光纖通信是隨著光纖損耗的不斷降低而發(fā)展起來(lái)的，造成光纖損耗的原因很多，其損耗機(jī)理也很復(fù)雜。圖1Fig.11.1 吸收損耗由制造光纖材料本身以及其中的過(guò)渡金屬離子和氫氧根離子等雜質(zhì)對(duì)光的吸收而產(chǎn)生的損耗，前者為本征吸收損耗，后者為雜質(zhì)吸收損耗。1.1.1 本征吸收損耗短波長(zhǎng)區(qū)，主要是紫外吸收的影響，長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)，主要是紅外吸收的影響。紫外吸收損耗由光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材料中的電子從低能級(jí)激發(fā)到高能級(jí)時(shí)，光子流中的能量

7、將被電子吸收，從而引起的損耗。在范圍內(nèi)引起的損耗小于。紅外吸收損耗由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時(shí)，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。石英光纖的工作波長(zhǎng)不能大于。紫外和紅外吸收損耗，構(gòu)成了光纖的本征吸收損耗，它是材料本身所固有的，只有改變材料成分才能有微小改變。因此，在光纖制造過(guò)程中可以通過(guò)合理地選擇光纖的摻雜材料來(lái)減小本征吸收損耗。表明：當(dāng)工作波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，摻雜質(zhì)的光纖材料是最理想的。用材料制成的單模光纖，在波長(zhǎng)處測(cè)得的損耗僅為。本征吸收損耗的結(jié)論為，本征吸收損耗在光纖通信系統(tǒng)工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的影響并不明顯但是這種衰耗限制了光纖通信系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)向紫外和更長(zhǎng)的波段延伸。

8、圖2Fig.21.1.2 雜質(zhì)吸收損耗光纖中的氫氧根離子和過(guò)渡金屬離子造成的損耗，過(guò)渡金屬離子比較容易去除，過(guò)渡金屬離子包括：鐵(Fe)、銅(Cu)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)和鉻(Cr)，在光通信使用的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有強(qiáng)烈的吸收作用。當(dāng)要求損耗低于時(shí)，過(guò)渡金屬離子濃度不能超過(guò)幾個(gè)ppb(十億分之一)。目前在高純度的石英光纖中可達(dá)到此純度，因此過(guò)渡金屬離子的影響很小。氫氧根離子含量低，但吸收影響較大，不過(guò)，隨著科技的發(fā)展和工藝的不斷提高，的含量將不斷降低。當(dāng)降到時(shí),在微米波譜范圍內(nèi)，其吸收峰基本消失，得到如下圖所示虛線所示的曲線，波長(zhǎng)窗口和波長(zhǎng)窗口不再被吸收峰隔開(kāi)，因此，可以得到

9、一個(gè)很寬的低損耗波長(zhǎng)窗口，有利于波分復(fù)用。圖3Fig.31.1.3 原子缺陷吸收損耗通常在光纖的制造過(guò)程中，光纖材料受到某種熱激勵(lì)或光輻射時(shí)將會(huì)發(fā)生某個(gè)共價(jià)鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時(shí)晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長(zhǎng)約為左右。原子缺陷吸收，可以通過(guò)選用合適的制造工藝、不同的摻雜材料及含量使之減小到可以忽略不計(jì)的程度。1.2 散射損耗光線通過(guò)均勻透明介質(zhì)時(shí)，從側(cè)面是難以看到光線的。如果介質(zhì)不均勻，如空氣中漂浮的大量灰塵，我們便可以從側(cè)面清晰地看到光束的軌跡。這是由于介質(zhì)中的不均勻性使光線朝四面八方散開(kāi)的結(jié)果，這種現(xiàn)象稱之為散射。散射損耗是以光能的形式把能量輻

10、射出光纖之外的一種損耗。散射損耗可分為線性散射損耗和非線性散射損耗。1.2.1 線性散射損耗 任何光纖波導(dǎo)都不可能是完美無(wú)缺的，無(wú)論是材料、尺寸、形狀和折射率分布等，均可能有缺陷或不均勻，這將引起光纖傳播模式散射性的損耗，由于這類損耗所引起的損耗率與傳播模式的功率成線性關(guān)系，所以稱為線性散射損耗。線性散射損耗包括瑞利散射和光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗(波導(dǎo)散射損耗)。瑞利散射瑞利散射是一種最基本的散射過(guò)程，屬于固有散射。從圖3-1中可以看到這種損耗隨著波長(zhǎng)的增加而急劇減小。從圖4還可以看出，對(duì)于短波長(zhǎng)光纖損耗主要取決于瑞利散射損耗。值得強(qiáng)調(diào)的是：瑞利散射損耗也是一種本征損耗，它和本征吸收損耗一

11、起構(gòu)成光纖損耗的理論極限值。在光纖的拉制過(guò)程中，玻璃處在熔融狀態(tài)，其分子處在無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。加熱過(guò)程提供了熱運(yùn)動(dòng)能量。當(dāng)熔融石英冷卻時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度也隨之降低。達(dá)到固態(tài)時(shí)，隨機(jī)分布的分子定位在玻璃中。這種隨機(jī)分布導(dǎo)致了玻璃密度的漲落，從而產(chǎn)生折射率的漲落。這種密度漲落就像是在某種均勻物質(zhì)中隨機(jī)摻入了某種小顆粒。這種顆粒的尺寸遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)。當(dāng)光線通過(guò)這種結(jié)構(gòu)的材料傳播時(shí)，有一部分光能量會(huì)由于顆粒的影響而發(fā)生散射，這種損耗為瑞利散射。這種散射完全由光纖的材料決定，對(duì)于給定的玻璃材料，要制造出比這個(gè)損耗值更低的光纖是不可能的。圖4Fig.4光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗(波導(dǎo)散射損耗)在光纖制造過(guò)程

12、中，由于工藝、技術(shù)問(wèn)題以及一些隨機(jī)因素，可能造成光纖結(jié)構(gòu)上的缺陷，如光纖的纖芯和包層的界面不完整、芯徑變化，圓度不均勻、光纖中殘留氣泡和裂痕等。這些結(jié)構(gòu)上不完善處的尺寸遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)，引起與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的散射損耗。隨著工藝的改進(jìn)，損耗可以降低到的范圍之內(nèi)。1.2.2 非線性散射損耗光纖中存在兩種非線性散射，它們都與石英光纖的振動(dòng)激發(fā)態(tài)有關(guān)，分別稱為受激喇曼散射和受激布里淵散射。在高功率傳輸時(shí)，光纖中的受激喇曼散射和受激布里淵散射能導(dǎo)致相當(dāng)大的損耗，一旦入射光功率超過(guò)閾值，散射光強(qiáng)將呈指數(shù)增長(zhǎng)。1.3 彎曲損耗光纖的彎曲有兩種形式，分別是宏彎和微彎。宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲；微彎：光纖

13、軸線產(chǎn)生微米級(jí)的彎曲。光纖彎曲會(huì)造成模式轉(zhuǎn)換，低階模轉(zhuǎn)成高階模，從而造成損耗增大，若導(dǎo)模轉(zhuǎn)換為輻射模，則造成輻射損耗。另一種解釋是彎曲處不滿足全反射條件。宏彎是指大尺度的彎曲，例如將光纖卷繞在軸上或者沿拐角鋪設(shè)時(shí)產(chǎn)生的彎曲。 玻璃光纖很好的柔韌性可以滿足光纜鋪設(shè)時(shí)不同場(chǎng)合對(duì)各種彎曲程度的要求。彎曲不僅會(huì)帶來(lái)衰耗，還會(huì)降低光纖的抗張強(qiáng)度。光纖在涂覆保護(hù)層以及成纜時(shí)容易產(chǎn)生微彎。 圖5Fig.51.4 光纖損耗系數(shù) 為了衡量一根光纖損耗特性的好壞，在此引入損耗系數(shù)(衰減系數(shù))的概念，即傳輸單位長(zhǎng)度(1km)光纖所引起的光功率減小的分貝數(shù)，一般用表示損耗系數(shù)，單位是dB/km。表達(dá)式為為：式中：L為

14、光纖長(zhǎng)度，以km為單位；和分別為光纖的輸入和輸出光功率，以或?yàn)閱挝?。如果光纖的輸入和輸出光功率以dB為單位，則損耗系數(shù)為：。2 光纖的色散特性2.1 色散的概念在光纖中，光信號(hào)是由很多不同的成分(如不同模式、不同頻率)組成的，由于信號(hào)的各頻率成份或各模式成份的傳播速度不同，經(jīng)過(guò)光纖傳輸一段距離后，不同成份之間出現(xiàn)時(shí)延差，從而引起信號(hào)畸變，這種現(xiàn)象稱為色散。色散的危害：在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，會(huì)引起光脈沖展寬，嚴(yán)重時(shí)前后脈沖將相互重疊，形成碼間干擾，誤碼率增大，影響了光纖的傳輸帶寬從而限制了光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。色散分類：按色散產(chǎn)生的原因，分為模式(模間)色散、材料色散、波導(dǎo)色散和極化

15、色散。 多模光纖中模式色散占主導(dǎo)地位；單模光纖中包含材料色散、波導(dǎo)色散和極化色散；嚴(yán)格地說(shuō)，極化色散屬于模式色散。2.2 模式色散由于射線理論解釋：由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不同所造成的時(shí)延差。常用時(shí)延差表示色散程度。2.2.1 階躍型光纖中的模式色散圖6Fig.6從射線理論角度，計(jì)算模式色散公式為：在弱導(dǎo)光纖中：2.2.2 漸變型光纖中的模式色散纖芯中折射率服從拋物線分布的光纖的模式色散 。纖芯折射率分布公式： ； 最大模式時(shí)延：；最小模式時(shí)延：；模式色散為：；折射率為其他指數(shù)分布的漸變型光纖的模式色散：。其中， 為光纖的折射率分布指數(shù)。2.2.3 色散在電磁場(chǎng)的相關(guān)概念無(wú)損媒質(zhì)中

16、的平面波自由空間:自由空間是指不存在電荷、電流的空間，在此空間內(nèi)電磁場(chǎng)不被散射或吸收。一般情況下自由空間指的是真空。在真空中的平面波的相速度為：，各種頻率波的傳播速度相同，無(wú)色散。有損耗媒質(zhì)中的平面波造成媒質(zhì)損耗的原因：一是介質(zhì)中電荷的極化，為了使媒質(zhì)中的電荷的極化方向與外加時(shí)變電場(chǎng)方向相同，需要克服阻力做功消耗的能量。二是金屬中的自由電子、半導(dǎo)體中的電子空穴對(duì)、電解質(zhì)中的離子在外加電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生歐姆損耗。這兩方面的原因?qū)е铝嗣劫|(zhì)中的介電常數(shù)是復(fù)數(shù)： ，相應(yīng)的損耗角為：，相應(yīng)的傳播常數(shù)為：彌散或者色散一個(gè)時(shí)域的信號(hào)波形包含了很多頻率成分,當(dāng)這個(gè)信號(hào)波形在媒質(zhì)中傳輸時(shí),如果這些頻率成分的相速度

17、不同,則會(huì)引起信號(hào)波形的失真。把這種失真稱為dispersion，把這種媒質(zhì)稱為色散媒質(zhì)。有損的介質(zhì)是典型的色散媒質(zhì)，可理解為信道的彌散；在光纖中稱為色散。群速度，群時(shí)延在窄帶通信系統(tǒng)中，已調(diào)信號(hào)是由高頻的載波及分布在其附近的調(diào)制信號(hào)頻率成分組成，這些頻率成分形成了一個(gè)頻率群，或者說(shuō)一個(gè)波包(wavePacket)。群速度就是指波包的包絡(luò)的傳播速度，或者說(shuō)頻率群的傳播速度。色散媒質(zhì)的分類根據(jù)公式：，可以求出無(wú)限大媒質(zhì)空間中的相速度和群速度的一般關(guān)系為： a)無(wú)色散媒質(zhì)： 獨(dú)立于 ，是的線性函數(shù)：；b)正常色散媒質(zhì)：隨的增加，不斷減?。籧)反常色散媒質(zhì)：隨的增加，不斷增加；。2.3 材料色散光纖

18、材料的折射率隨光波長(zhǎng)的變化而變化，從而引起脈沖展寬的現(xiàn)象稱為材料色散。不同波長(zhǎng)的光脈沖將有不同的傳播速度，在到達(dá)出射端面時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延差，從而使脈沖展寬。2.3.1 色散系數(shù)一般情況下，材料色散往往是用色散系數(shù)這個(gè)物理量來(lái)衡量，色散系數(shù)定義為單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)各頻率成份通過(guò)單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn)生的時(shí)延差，用 表示，單位是。 色散的具體表達(dá)式可以根據(jù)群速度定義導(dǎo)出： 。經(jīng)過(guò)一系列的公式推導(dǎo)，得到：。其中， 為歸一化傳播常數(shù)，第一項(xiàng)為材料色散系數(shù)(由于纖芯材料的折射率隨波長(zhǎng)的變化而變化)，第二項(xiàng)為波導(dǎo)色散系數(shù)(因?yàn)槎际枪饫w折射率剖面結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，所以稱為波導(dǎo)色散系數(shù))。2.3.2 材料色散 材料色散的表達(dá)

19、式可根據(jù)色散系數(shù)的定義導(dǎo)出，材料色散用表示： 其中，為光源的譜線寬度，即光功率下降到峰值光功率一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍；L是光纖的傳播長(zhǎng)度。材料色散要比模式色散小；光纖的色散系數(shù)可正可負(fù)；正色散表示波長(zhǎng)長(zhǎng)傳播慢；負(fù)色散表示波長(zhǎng)長(zhǎng)傳播快；正負(fù)色散光纖結(jié)合改善總色散；圖7Fig.7圖8Fig.82.3.3 波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散是由于傳播常數(shù)隨波長(zhǎng)變化引起的，是色散系數(shù)公式中第二項(xiàng)：，從這個(gè)表達(dá)式看出：它與歸一化頻率 和的乘積成正比，而和又都是光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)。波導(dǎo)色散系數(shù)和材料色散系數(shù)相比擬；感興趣波長(zhǎng)內(nèi)，波導(dǎo)色散均為負(fù)值；纖芯越小，相對(duì)折射率差越大，波導(dǎo)色散越??；一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，波導(dǎo)色散與材料色

20、散的代數(shù)和為零。圖9Fig.9圖10Fig.102.3.4 極化色散極化色散也稱為偏振模色散，用表示。從本質(zhì)上講屬于模式色散。光纖中存在的是線偏振LPM；單模光纖中, LP01按照?qǐng)鰪?qiáng)的偏振方向區(qū)分為L(zhǎng)P01x和LP01y兩種；單模光纖中，有可能同時(shí)存在兩種模式，也有可能只存在一種模式，還有可能存在兩種模式的交替；單模光纖中，理論上兩種模式是簡(jiǎn)并的，具有相同的傳播常數(shù)，但由于實(shí)際光纖的不完善性和外界的應(yīng)力擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致光纖內(nèi)部產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，也就是二者不再簡(jiǎn)并，沿光纖傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生差分群時(shí)延，從而引起光脈沖的展寬；單模光纖中，極化色散計(jì)算公式為： ；單模光纖中，通過(guò)減小光纖不完善性，減小其橢圓度

21、，減小內(nèi)部殘余應(yīng)力，減小光纖中的雙折射現(xiàn)象，從而減小極化色散。2.3.5 總色散光纖中存在著模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和極化色散，這幾種色散的大小有下列關(guān)系：模式色散>>材料色散>波導(dǎo)色散>極化色散。由于極化色散很小，一般可忽略不計(jì)。在多模光纖中，主要存在模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散；單模光纖中不存在模式色散，而只存在材料色散和波導(dǎo)色散。因此，光纖的總色散為：多模光纖 ，單模光纖：。單模光纖一般只給出色散系數(shù)D，其中包含了材料色散和波導(dǎo)色散的共同影響。2.3.6 光纖的色散和帶寬對(duì)通信容量的影響光纖的色散和帶寬描述的是光纖的同一特性。其中色散特性是在時(shí)域中的表現(xiàn)形式，

22、即光脈沖經(jīng)過(guò)光纖傳輸后脈沖在時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬了多少；而帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對(duì)于調(diào)制信號(hào)而言，光纖可以看作是一個(gè)低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號(hào)的高頻分量通過(guò)光纖時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重衰減，如圖所示：圖11Fig.113 成纜對(duì)光纖特性的影響3.1 光纜特性光纜的傳輸特性取決于被覆光纖。對(duì)光纜機(jī)械特性和環(huán)境特性的要求由使用條件確定。光纜生產(chǎn)出來(lái)后，對(duì)這些主要特性要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定做例行試驗(yàn)。成品光纜一般要求給出下述特性，這些特性的參數(shù)都可以用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行分析計(jì)算。3.1.1 拉力特性光纜能承受的最大拉力取決于加強(qiáng)構(gòu)件的材料和橫截面積，一般要求大于1km光纜的重量，多數(shù)光纜在100400kg范

23、圍。3.1.2 壓力特性光纜能承受的最大側(cè)壓力取決于護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)，多數(shù)光纜能承受的最大側(cè)壓力在100kg/10cm400kg/10cm。3.1.3 彎曲特性彎曲特性主要取決于纖芯與包層的相對(duì)折射率差以及光纜的材料和結(jié)構(gòu)。3.1.4 溫度特性光纖本身具有良好的溫度特性，但由于塑料的熱膨脹系數(shù)比石英大，所以在熱漲或冷縮過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致光纖受到應(yīng)力，從而導(dǎo)致光纖損耗增加。3.2 成纜對(duì)光纖特性的影響3.2.1 成纜的附加損耗不良的成纜工藝，把光纖制成光纜后，會(huì)帶來(lái)附加損耗，稱為成纜損耗。主要原因是由于承攬過(guò)程中光纖受到了應(yīng)力。骨架式結(jié)構(gòu)的光纜附加損耗幾乎為零，因?yàn)楣饫w在槽內(nèi)幾乎不受應(yīng)力。3.2.2

24、 成纜可以改善光纖的溫度特性選用優(yōu)質(zhì)的套塑和涂層材料并采用優(yōu)良的工藝，可以減小溫度對(duì)光纖衰耗的影響；把光纖制成光纜，溫度特性得到相當(dāng)大的改善，是由于光纜中的金屬加強(qiáng)構(gòu)件的支撐作用阻止了光纖套管在溫度變低時(shí)的收縮。3.2.3 機(jī)械強(qiáng)度增加成纜后，斷點(diǎn)強(qiáng)度大大增加，抗側(cè)壓、抗沖擊和抗扭曲性能明顯提高。4 典型光纖參數(shù)目前，ITU-T(國(guó)際電信聯(lián)盟-電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu))分別對(duì)G.651光纖、G.652光纖、G.653光纖、G.654光纖、G.655光纖的主要參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。G.651光纖稱為漸變型多模光纖，這種光纖在光纖通信發(fā)展初期廣泛應(yīng)用于中小容量、中短距離的通信系統(tǒng)中。G.652光纖稱為常規(guī)單模光

25、纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.31um處色散為零，系統(tǒng)的傳輸距離一般只受損耗的限制。G.653光纖稱為零色散位移光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.55um處色散為零損耗又最小。G.654光纖稱為截止波長(zhǎng)光纖。其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.31um處色散為零，在1.55um處色散為，和G.652光纖相同。G.655光纖稱為非零色散位移光纖，是一種改進(jìn)的色散位移光纖。非零色散位移光纖具有常規(guī)單模光纖和色散位移光纖的優(yōu)點(diǎn)，是最新一代的光纖。這種光纖在密集波分復(fù)用系統(tǒng)和孤子傳輸系統(tǒng)中使用，實(shí)現(xiàn)了超大容量、超長(zhǎng)距離的通信。5 光纖的非線性傳輸特性 5.1 簡(jiǎn)介為了得到低損耗的光纖，人們通過(guò)知道光纖中引導(dǎo)光傳播的基本原理是全內(nèi)反射，于

26、是制成了無(wú)包層的玻璃纖維。在20 世紀(jì)50 年代，知道包層的使用能夠改善光纖的特性，從而誕生了光纖光學(xué)這個(gè)領(lǐng)域。 早期的光纖按現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)看具有很高的損耗，用當(dāng)時(shí)最好的光學(xué)玻璃做成的光學(xué)纖維損耗也達(dá)到1000dB/km。1966 年高錕解決了石英光纖損耗的理論問(wèn)題，提出了研制低損耗光纖的可能性。隨著光纖制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有了低損耗的光纖產(chǎn)生。低損耗光纖的獲得，使得光纖中光傳輸時(shí)的非線性效應(yīng)相對(duì)而言變得不可忽略。在1972 年，有科學(xué)家對(duì)單模光纖中的受激拉曼敞射和受激布里淵散射進(jìn)行了研究，從而促進(jìn)了非線性現(xiàn)象的研究。 5.2 光纖的非線性特性的提出1973 年，有人提出了“通過(guò)色散和非線性效應(yīng)的互作用將會(huì)導(dǎo)致光纖產(chǎn)生類孤子脈沖”這樣一個(gè)重要結(jié)論。1980 年，在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光孤子，并在20 世紀(jì)80 年代導(dǎo)致了超短光脈沖的 產(chǎn)生和控制方面的一些成就。另一個(gè)同樣重要的進(jìn)展是將光纖用于光脈沖壓縮和光開(kāi)關(guān)。1987 年，利用光纖 非線性效應(yīng)的壓縮技術(shù)已產(chǎn)生了短到6fs 的脈沖。 非線性光纖光學(xué)領(lǐng)域在20