第3章光纖的傳輸特性234165

1、1光纖的光學(xué)光纖的光學(xué)特性特性2 光纖的光學(xué)特性有折射率分布、最大理論數(shù)值孔徑、光纖的光學(xué)特性有折射率分布、最大理論數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑及截止波長(zhǎng)等。模場(chǎng)直徑及截止波長(zhǎng)等。 1. 折射率分布折射率分布 漸變光纖折射率分布，可用下式表示：漸變光纖折射率分布，可用下式表示：其中，其中， 為折射率分布指數(shù)，為折射率分布指數(shù)，n1為纖芯中心折射率，為纖芯中心折射率，n2為包層折射率，為包層折射率，a為芯半徑，為芯半徑，r為離開纖芯中心的徑向距為離開纖芯中心的徑向距離，離，為相對(duì)折射率差為相對(duì)折射率差(n12 n22)/(2n12) (n1 n2)/n1。 多模多模光纖的折射率分布決定光纖光纖的折射率分布

2、決定光纖帶寬帶寬和和連接損耗連接損耗，單模單模光纖的折射率分布決定光纖的折射率分布決定工作波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)的選擇。的選擇。 ）（ 2 . 2 )/(21 22/11arnararnrn3折射率分布指數(shù)折射率分布指數(shù) : = 1 ：三角分布：三角分布 = 2 ：平方率分布：平方率分布 = ：階躍分布：階躍分布 = 1234n1n2nar04 光源與光纖端面間存在空氣隙，入射到光纖端面的光只光源與光纖端面間存在空氣隙，入射到光纖端面的光只有一部分能進(jìn)入光纖，而進(jìn)入光纖端面內(nèi)的光也只有有一部分能進(jìn)入光纖，而進(jìn)入光纖端面內(nèi)的光也只有部分符部分符合特定條件的光才能在光纖中發(fā)生全內(nèi)反射而傳播合特定條件的光才能

3、在光纖中發(fā)生全內(nèi)反射而傳播。由圖可。由圖可知，只有從空氣隙到光纖端面以入射角小于知，只有從空氣隙到光纖端面以入射角小于 0入射的光線才入射的光線才能傳播。能傳播。 0 實(shí)際上是實(shí)際上是個(gè)空間角，也就是說個(gè)空間角，也就是說如果光從一個(gè)限制在如果光從一個(gè)限制在 2 0 的錐形區(qū)域中入的錐形區(qū)域中入射到光纖端面上，則射到光纖端面上，則光可被光纖捕捉。光可被光纖捕捉。光源與光纖的耦合光源與光纖的耦合c包層n2纖芯n1包層n20c光 源空氣n01光纖端面 數(shù)值孔徑是光纖的非常重要參數(shù)之一，它體現(xiàn)了光纖與數(shù)值孔徑是光纖的非常重要參數(shù)之一，它體現(xiàn)了光纖與光源之間的光源之間的耦合效率耦合效率，下圖為光源發(fā)出光

4、進(jìn)入光纖情況。，下圖為光源發(fā)出光進(jìn)入光纖情況。5ccnnnncossinsin01010 2/1212012/1201)(1)sin1 (nnnnnnc6 最大理論數(shù)最大理論數(shù)值孔徑值孔徑可定義為：可定義為：其中，其中，n1為階躍光纖均勻纖芯的折射率為階躍光纖均勻纖芯的折射率(漸變折射率光纖為漸變折射率光纖為纖芯軸線處的折射率纖芯軸線處的折射率)，n2為均勻包層的折射率。為均勻包層的折射率。 光纖的光纖的 NA 對(duì)光源對(duì)光源耦合效率耦合效率、光纖損耗光纖損耗、彎曲的敏感彎曲的敏感性性以及以及帶寬帶寬有著密切的關(guān)系，數(shù)值孔徑大，容易耦合，微有著密切的關(guān)系，數(shù)值孔徑大，容易耦合，微彎敏感小，但帶寬

5、較窄。彎敏感小，但帶寬較窄。72/12221)(nnNA2/1212/122212/121)2()()2(nnnn21n2)/2(1022210nannakV8漸變折射率光纖中光線的傳播方式漸變折射率光纖中光線的傳播方式纖芯包層 n2nnnn11-2(r/a)1/29子午光線在光纖中的傳播子午光線在光纖中的傳播cos1cznvLtpprLpzpQPn1n20zcos1cnztp1021121cos1cos1cncos1cnztp11cncncnc111maxcos22121maxcncn12 模場(chǎng)直徑模場(chǎng)直徑13 5. 截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng) 確確定截止波長(zhǎng)目的是為了確實(shí)保證光纖中的單模傳輸。定截止

6、波長(zhǎng)目的是為了確實(shí)保證光纖中的單模傳輸。理論截止波長(zhǎng)理論截止波長(zhǎng) ct 為：為：maxmax122cctVan式中式中Vc = 2.405。14若工作波長(zhǎng)高于截止波長(zhǎng)，則高次模若工作波長(zhǎng)高于截止波長(zhǎng)，則高次模截截止止)，僅僅傳導(dǎo)基模，僅僅傳導(dǎo)基模，此時(shí)光纖稱為此時(shí)光纖稱為單模單模光纖；若工作波長(zhǎng)低于截止波長(zhǎng)，則高次模傳導(dǎo)，此光纖；若工作波長(zhǎng)低于截止波長(zhǎng)，則高次模傳導(dǎo)，此時(shí)光纖稱為時(shí)光纖稱為多模多模光纖。光纖。即：光纖即：光纖單模工作條件單模工作條件為為 ct ； 光纖光纖多模工作條件多模工作條件為為 c場(chǎng)分布場(chǎng)分布CoreCladdingBedding loss(dB/km) Effectiv

7、e bend radius(mm) 21高階模功率損耗高階模功率損耗低階模功率耦合到高階模低階模功率耦合到高階模減小微彎的一種辦法是在光纖外面加一層彈性保護(hù)套。減小微彎的一種辦法是在光纖外面加一層彈性保護(hù)套。微彎：微彎： 是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，光纖的纖芯、包層和套塑的熱膨脹系數(shù)不一致而時(shí)，光纖的纖芯、包層和套塑的熱膨脹系數(shù)不一致而引起的，其損耗機(jī)理和彎曲一致，也是由引起的，其損耗機(jī)理和彎曲一致，也是由模式變換模式變換引引起的。微彎導(dǎo)致了導(dǎo)播模與泄漏?；蚍菍?dǎo)波模之間的起的。微彎導(dǎo)致了導(dǎo)播模與泄漏?；蚍菍?dǎo)波模之間的重復(fù)性能量耦合。重

8、復(fù)性能量耦合。22彎曲損耗隨模場(chǎng)直徑增加顯著增加彎曲損耗隨模場(chǎng)直徑增加顯著增加光纖彎曲帶來額外損耗光纖彎曲帶來額外損耗宏彎損耗宏彎損耗微彎微彎損耗損耗基本損耗基本損耗NAannaV2)(22/12221 增加，增加，V 減少，高階模受到抑制。減少，高階模受到抑制。23 用用損耗系數(shù)損耗系數(shù)(衰減系數(shù)衰減系數(shù))的概念來描述光纖的損耗的概念來描述光纖的損耗特性，即傳輸特性，即傳輸單位長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度(1km)時(shí)光纖中光功率時(shí)光纖中光功率減小減小的的分貝數(shù)。分貝數(shù)。它是描述光纖損耗的主要參數(shù)，它是描述光纖損耗的主要參數(shù)，一般用一般用 表表示，單位示，單位dB/km，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為

9、：式中：式中：L為光纖長(zhǎng)度，以為光纖長(zhǎng)度，以km為單位；為單位；P1和和P2分別為光分別為光纖的輸入和輸出光功率，以纖的輸入和輸出光功率，以 mW 或或 W 為單位。為單位。21lg10PPL lg1012PPLor dB/km24 如前所述，光纖在通訊波長(zhǎng)范圍內(nèi)共有三個(gè)低損耗區(qū)如前所述，光纖在通訊波長(zhǎng)范圍內(nèi)共有三個(gè)低損耗區(qū)域，即通常所說的域，即通常所說的850nm窗口窗口、1310nm窗口窗口、1550nm窗口窗口. Attenuation spectrum of optical fiberOriginal / Operating band (12601360nm，2nd)Extended

10、band (13601460 nm，5th)Short wavelength band (14601530nm)Conventional band (15301565nm，3rd)Ultralength wavelength band(1625 1675nm)Longer wavelength band(15651625nm,4th)ITU-T 又將光纖通訊波段劃分為：又將光纖通訊波段劃分為：25 dB是個(gè)是個(gè)單位，單位， dB decibel deci (十分之一十分之一) + bel (貝爾貝爾) 通常用來是量度兩個(gè)通常用來是量度兩個(gè)相同單位相同單位之之?dāng)?shù)量比例數(shù)量比例。 起初主要用于度量

11、聲音強(qiáng)度，之后主要用于起初主要用于度量聲音強(qiáng)度，之后主要用于 數(shù)量之比相差比較大的情況。數(shù)量之比相差比較大的情況。分貝分貝 dB)( )lg(1021dBBBA 例如：例如： B1=1，B2=100000 A = 10 lg(1/100000) = 50 (dB)A = 1/100000 = 0.00001 26例例3.2 設(shè)想一根設(shè)想一根30km長(zhǎng)的光纖，在波長(zhǎng)長(zhǎng)的光纖，在波長(zhǎng)1300nm處的衰處的衰減為減為0.8dB/km，如果我們從一端注入功率為，如果我們從一端注入功率為200 W的的光信號(hào)，求其輸出功率光信號(hào)，求其輸出功率Pout。 解：解：)(796. 0102001010308 .

12、 010WPPLinout)/(lg10KmdBPPLoutin根據(jù)公式：根據(jù)公式：得：得：27因此，此題還可以用如下方法解：因此，此題還可以用如下方法解： 光功率還可以用功率電平光功率還可以用功率電平(分貝毫瓦分貝毫瓦 dBm)來表示：來表示：1/ )(lg10)(mWmWPdBmP對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) W 表示的表示的功率為：功率為： )(794. 0)(10794. 0)1 (10310/31WmWmWPoutmWmWPdBmPoutout1)(lg10)()(0 . 7110200lg101)(lg10)(3dBmmWmWPdBmPininLdBmPin)()(0 .311)(lg10dBmLmW

13、mWPin28色散引起的脈沖展寬色散引起的脈沖展寬Fiber coreFiber claddingFiber cladding123123PulsePulse29 不同模式不同模式光束有光束有不同群速度不同群速度，在傳輸過程中，因，在傳輸過程中，因不不同模式同模式光束的光束的時(shí)延時(shí)延不同而產(chǎn)生的色散稱不同而產(chǎn)生的色散稱模式色散模式色散。所謂所謂模式色散用光的射線理論來說，就是由于模式色散用光的射線理論來說，就是由于軌跡不同的各軌跡不同的各光線沿光線沿軸向軸向的平均速度不同所造成的時(shí)延差的平均速度不同所造成的時(shí)延差。 30 在階躍型光纖中，傳播最快的和最慢的兩條光線分在階躍型光纖中，傳播最快的和

14、最慢的兩條光線分別是沿軸線方向傳播的光線別是沿軸線方向傳播的光線和以臨界角和以臨界角 c入射的光線入射的光線，如圖，如圖3.6所示。因此，在階躍型光纖中最大色散是所示。因此，在階躍型光纖中最大色散是光線光線和光線和光線到達(dá)終端的時(shí)延差。到達(dá)終端的時(shí)延差。圖圖3.6 階躍型光纖的模式色散階躍型光纖的模式色散 在漸變型光纖中合理地設(shè)計(jì)光纖折射率分布，使光在漸變型光纖中合理地設(shè)計(jì)光纖折射率分布，使光線在光纖中傳播時(shí)線在光纖中傳播時(shí)速度得到補(bǔ)償速度得到補(bǔ)償，從而模式色散引起的，從而模式色散引起的光脈沖展寬將很小。光脈沖展寬將很小。31多模光纖多模光纖單模光纖單模光纖32 由于材料由于材料折射率折射率n

15、( )隨隨光信號(hào)波長(zhǎng)光信號(hào)波長(zhǎng)/頻率頻率的變化而的變化而不同，光信號(hào)中不同波長(zhǎng)不同，光信號(hào)中不同波長(zhǎng)/頻率成分所對(duì)應(yīng)的頻率成分所對(duì)應(yīng)的群速度不群速度不同同，由此引起的色散稱為，由此引起的色散稱為材料色散材料色散。一般情況下，材一般情況下，材料色散用色散系數(shù)這個(gè)物理量來衡量。料色散用色散系數(shù)這個(gè)物理量來衡量。色散系數(shù)色散系數(shù)定義定義為為單位波長(zhǎng)間隔單位波長(zhǎng)間隔的各頻率成份通過的各頻率成份通過單位長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn)光纖所產(chǎn)生的色散生的色散，用，用Dm( ) ps/(nmkm)表示。表示。 在已知材料色散系數(shù)的前提下，材料色散的表達(dá)在已知材料色散系數(shù)的前提下，材料色散的表達(dá)式可根據(jù)色散系數(shù)的定義導(dǎo)

16、出，材料色散用式可根據(jù)色散系數(shù)的定義導(dǎo)出，材料色散用 m( )表示表示: m( ) = Dm( ) L上式中，上式中， 為光源為光源譜線寬度譜線寬度，即光功率下降到峰值光，即光功率下降到峰值光功率功率一半一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍；時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍；L為光纖的傳播長(zhǎng)度。為光纖的傳播長(zhǎng)度。33 由于光纖由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的色散稱為引起的色散稱為波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散。其大。其大小可以和材料色散小可以和材料色散相比擬相比擬，普通，普通單模單模光纖在光纖在1310nm處處這兩個(gè)值基本這兩個(gè)值基本相互抵消相互抵消。 教材中式教材中式(3-23)的第二項(xiàng)與波導(dǎo)的歸一化傳播常數(shù)的第二項(xiàng)與波導(dǎo)的歸一化傳播

17、常數(shù) b 和波導(dǎo)的歸一化頻率和波導(dǎo)的歸一化頻率 V 有關(guān)，而有關(guān)，而 b 和和 V 又都是光纖又都是光纖折射率剖面結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，所以式折射率剖面結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，所以式(3-23)中的第二項(xiàng)中的第二項(xiàng)稱之為稱之為波導(dǎo)色散系數(shù)波導(dǎo)色散系數(shù)，用，用Dw( )表示。表示。(3.26) )(221dVVbdVcnDw34 極化色散極化色散也稱為也稱為偏振模色散偏振模色散(Polarization Mode Dispersion, PMD)，是因，是因用用 p表示。從本質(zhì)上講表示。從本質(zhì)上講屬于屬于模式色散模式色散。偏振模色散偏振模色散35 單模光纖中可能同時(shí)存在單模光纖中可能同時(shí)存在LP01x和和LP

18、01y兩種基模，兩種基模，也可能只存在其中一種模式，并且可能由于激勵(lì)和邊界也可能只存在其中一種模式，并且可能由于激勵(lì)和邊界條件的隨機(jī)變化而出現(xiàn)這兩種模式的交替。條件的隨機(jī)變化而出現(xiàn)這兩種模式的交替。 當(dāng)光纖中存在著雙折射現(xiàn)象時(shí)，兩個(gè)極化正交的當(dāng)光纖中存在著雙折射現(xiàn)象時(shí)，兩個(gè)極化正交的LP01x和和LP01y模傳播常數(shù)模傳播常數(shù)x和和y不相等。對(duì)于弱導(dǎo)光纖，不相等。對(duì)于弱導(dǎo)光纖，y和和x之差可以近似地表示為：之差可以近似地表示為：式中：式中：nx 和和 ny 分別為分別為 x 方向和方向和 y 方向的折射率。方向的折射率。）（ 27. 3 xyxynnc36 光纖中可能存在的各種色散關(guān)系為光纖中

19、可能存在的各種色散關(guān)系為: 模式色散模式色散 材料色散材料色散 波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散 極化色散極化色散 光纖的總色散為：光纖的總色散為：多模光纖多模光纖單模光纖單模光纖 值得說明的是，單模光纖一般只給出色散系數(shù)值得說明的是，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。其中包含了材料色散和波導(dǎo)色散的共同影響。22)(wmMwm37光纖衰減和色散特性光纖衰減和色散特性S_bandC_band L_band13101550 (nm)G.655G.653G.652OH 吸收峰吸收峰衰衰 減減 (dB)色色 散散 系系 數(shù)數(shù) (ps /mm.km)38 光纖的光纖的色散色散和和帶寬

20、帶寬描述的是描述的是光纖的同一特性光纖的同一特性。其中。其中色散特性色散特性是在是在時(shí)域中時(shí)域中的表現(xiàn)形式的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在輸后脈沖在時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬時(shí)間坐標(biāo)軸上展寬了多少；而了多少；而帶寬特性帶寬特性是在是在頻域中頻域中的表現(xiàn)形式的表現(xiàn)形式，在頻域中對(duì)于調(diào)制信號(hào)而言，光纖，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)可以看作是一個(gè)低通濾波器低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號(hào)的高頻分量通，當(dāng)調(diào)制信號(hào)的高頻分量通過光纖時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重衰減，如圖過光纖時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重衰減，如圖3.12所示。所示。圖圖3.12 光纖的帶寬光纖的帶寬( f 為調(diào)制信號(hào)頻率為調(diào)制信號(hào)頻率)

21、輸入信號(hào)輸入信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)度f輸出信號(hào)輸出信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)度f0.51fc39 通常把調(diào)制信號(hào)經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半通常把調(diào)制信號(hào)經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半(即即3dB)時(shí)的時(shí)的頻率頻率 fc 的大小定義為光纖的的大小定義為光纖的帶寬帶寬(B)。由于由于它是光功率下降它是光功率下降3dB對(duì)應(yīng)的頻率，故也稱為對(duì)應(yīng)的頻率，故也稱為3dB光帶寬光帶寬，可用下式表示：可用下式表示： 30lg01dBPfPc光光輸入信號(hào)輸入信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)度f輸出信號(hào)輸出信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)度f0.51fc40 光功率總是要用光電子器件來檢測(cè)，而光檢測(cè)器輸光功率總是要用光電子器件來檢測(cè)，而光檢測(cè)器輸出的出的光電流光電流正比于正比于被

22、檢測(cè)的被檢測(cè)的光功率光功率，故對(duì)應(yīng)的，故對(duì)應(yīng)的電功率電功率下下降為：降為： 20lg100lg10電電電電IfIPfPcc 從上式可以看出，從上式可以看出，3dB光帶寬光帶寬對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于6dB電帶寬電帶寬。 20lg10光光PfPc dBPfPc6 0lg102光光41 既然既然色散色散、脈沖展寬脈沖展寬和和帶寬帶寬描述著光纖的描述著光纖的同一個(gè)特性同一個(gè)特性，那么它們之間必然存在著一定的聯(lián)系。，那么它們之間必然存在著一定的聯(lián)系。 色散將導(dǎo)致碼間干擾色散將導(dǎo)致碼間干擾(ISI)，由于各波長(zhǎng)成分到達(dá)的時(shí)，由于各波長(zhǎng)成分到達(dá)的時(shí)間先后不一致，因而使得光脈沖加長(zhǎng)了間先后不一致，因而使得光脈沖加長(zhǎng)了

23、T，這叫作，這叫作脈沖脈沖展寬，展寬，如下圖。脈沖展寬將使前后光脈沖發(fā)生重疊，形成如下圖。脈沖展寬將使前后光脈沖發(fā)生重疊，形成碼間干擾，從而引起誤碼，限制了傳輸?shù)拇a速率和傳輸距碼間干擾，從而引起誤碼，限制了傳輸?shù)拇a速率和傳輸距離離.碼間干擾碼間干擾T3131TT33111 0 11 1 142 由于總色散包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散，所由于總色散包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散，所以光纖的以光纖的總帶寬總帶寬也可表示為：也可表示為：式中：式中：BM是由模式色散引起的是由模式色散引起的模式畸變帶寬模式畸變帶寬；Bc是由材料是由材料色散和波導(dǎo)色散引起的色散和波導(dǎo)色散引起的色度色度(波長(zhǎng)波長(zhǎng))色

24、散帶寬色散帶寬。 波長(zhǎng)色散帶寬定義為：波長(zhǎng)色散帶寬定義為：式中：式中： 是光源的譜線寬度，是光源的譜線寬度，L是光纖的長(zhǎng)度，是光纖的長(zhǎng)度，D( )是材料是材料色散和波導(dǎo)色散的色散系數(shù)色散和波導(dǎo)色散的色散系數(shù)(即波長(zhǎng)色散系數(shù)即波長(zhǎng)色散系數(shù))，其中材料色，其中材料色散占主導(dǎo)地位。散占主導(dǎo)地位。）（ 47. 3 21 22cMTBBB ）（ 48. 3 441GHzLDBc43 光纖鏈路總帶寬與光纖長(zhǎng)度之間的關(guān)系要分光纖鏈路總帶寬與光纖長(zhǎng)度之間的關(guān)系要分光纖鏈路中間有無接頭。對(duì)于無接頭的一個(gè)制造光纖鏈路中間有無接頭。對(duì)于無接頭的一個(gè)制造長(zhǎng)度的光纖總帶寬長(zhǎng)度的光纖總帶寬 BT 與其單位公里帶寬與其單位

25、公里帶寬B的關(guān)系的關(guān)系如下：如下： BT = BL 式中：式中：L是光纖的制造長(zhǎng)度是光纖的制造長(zhǎng)度(km)， 為帶寬距離指為帶寬距離指數(shù)，它的取值與光纖的剖面分布及模耦合狀態(tài)有數(shù)，它的取值與光纖的剖面分布及模耦合狀態(tài)有關(guān)，一般在關(guān)，一般在0.51.0之間之間(多模光纖取多模光纖取0.50.9，單，單模光纖模光纖 = 1)。44405. 2221an261. 2405. 22211ananct45例例 3.3.1：已知某階躍光纖參數(shù)如為已知某階躍光纖參數(shù)如為 = 0.003，n1 = 1.46，光波長(zhǎng)，光波長(zhǎng) = 1.31 m，求單模傳輸時(shí)光，求單模傳輸時(shí)光 纖應(yīng)具有的纖芯半徑。纖應(yīng)具有的纖芯半

26、徑。解：由公式解：由公式可得：可得：mna44. 4003. 0246. 121031. 1405. 222405. 261221anV405. 2221anV464722expwrAEy220expwrAAnEx21221/4lg10wwwwIL48模場(chǎng)直徑模場(chǎng)直徑rE2wE0e1E0492. 單模光纖的衰減單模光纖的衰減 前面已介紹衰減的原因，包括前面已介紹衰減的原因，包括吸收吸收、散射散射和和彎曲彎曲?？傮w而言，單模光纖的衰減要比多模光纖小很多，但因總體而言，單模光纖的衰減要比多模光纖小很多，但因?yàn)閱文９饫w被用作長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸鏈路，希望其衰為單模光纖被用作長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸鏈路，希望

27、其衰減被降低到最低限度。減被降低到最低限度。 單模光纖和多模光纖衰減的單模光纖和多模光纖衰減的主要區(qū)別主要區(qū)別是是彎曲損耗彎曲損耗，顯然，如果模場(chǎng)在纖芯中被限制得越緊，也就是顯然，如果模場(chǎng)在纖芯中被限制得越緊，也就是模場(chǎng)半模場(chǎng)半徑徑 w 越小，彎曲損耗就越小越小，彎曲損耗就越小。以高斯分布為例，要模場(chǎng)。以高斯分布為例，要模場(chǎng)半徑半徑 w 值小，則需值小，則需增加增加歸一化頻率歸一化頻率 V 的值，但為了保證的值，但為了保證單模傳輸，單模傳輸，V 值往往已經(jīng)做了限制，解決該矛盾可以采值往往已經(jīng)做了限制，解決該矛盾可以采用凹陷包層的結(jié)構(gòu)。用凹陷包層的結(jié)構(gòu)。50 下圖示出了凹陷包層光纖的折射率分布，

28、纖芯的半下圖示出了凹陷包層光纖的折射率分布，纖芯的半徑為徑為a，折射率為，折射率為 n1，纖芯外面是內(nèi)包層，半徑為，纖芯外面是內(nèi)包層，半徑為 a1，折射率為折射率為 n3 ，外包層的折射率為，外包層的折射率為 n2 ，n1n2n3，相對(duì)，相對(duì)折射率差為：折射率差為：r2a2a10纖芯內(nèi)包層外包層n1n2n3n = 12+ 23式中，式中， 12 和和 23 分別是分別是纖芯與外包層、內(nèi)包層纖芯與外包層、內(nèi)包層與外包層的相對(duì)折射率與外包層的相對(duì)折射率差。相對(duì)折射率差的增差。相對(duì)折射率差的增加使光纖對(duì)模場(chǎng)的約束加使光纖對(duì)模場(chǎng)的約束能力大大提高。能力大大提高。513. 單模光纖的色散與帶寬單模光纖的

29、色散與帶寬)()(WmDDLt)1273(1023. 1)(10mD(1) 色度色散色度色散 色散造成光脈沖沿傳輸路徑的不斷展寬，對(duì)色散造成光脈沖沿傳輸路徑的不斷展寬，對(duì)單模光纖單模光纖而言，而言，由于只有一種模式傳輸，由于只有一種模式傳輸，故不存在故不存在模式色散模式色散，只有，只有材料色散材料色散和和波波導(dǎo)色散導(dǎo)色散( (其和為其和為色度色散色度色散) )，所引起的，所引起的單位長(zhǎng)度的脈沖展寬單位長(zhǎng)度的脈沖展寬為為: :式中式中 Dm( ) 、DW( )分別是分別是材料色散系數(shù)材料色散系數(shù)和和波導(dǎo)色散系數(shù)波導(dǎo)色散系數(shù)， 為為光源的線寬光源的線寬，對(duì)于石英材料，可用近似關(guān)系表示，對(duì)于石英材料

30、，可用近似關(guān)系表示:上式中當(dāng)上式中當(dāng) 的取值在的取值在12601700時(shí)，其相對(duì)誤差小于時(shí)，其相對(duì)誤差小于1%，顯然，顯然，當(dāng)當(dāng) =1273時(shí)，時(shí)，Dm( ) = 0。52 材料色散材料色散是由于纖芯材料對(duì)不同波長(zhǎng)的波呈現(xiàn)出不是由于纖芯材料對(duì)不同波長(zhǎng)的波呈現(xiàn)出不同的折射率而引起。單模光纖中，由于光源不可能是單同的折射率而引起。單模光纖中，由于光源不可能是單一頻率的，總是存在一頻率的，總是存在線寬線寬，所以光脈沖中，所以光脈沖中不同頻率成分不同頻率成分以以不同的相速度不同的相速度傳播，因而傳播，因而時(shí)延時(shí)延也不同，由群速度公式也不同，由群速度公式: :vg = c / (n dn/d)該式反映了

31、群速度與波長(zhǎng)的關(guān)系，故材料色散引起的脈該式反映了群速度與波長(zhǎng)的關(guān)系，故材料色散引起的脈沖展寬也稱為沖展寬也稱為群延遲群延遲: : g = 1 / vg = (n dn/d) / c 上式反映了上式反映了單位距離單位距離上信號(hào)的傳輸延遲，從中可知上信號(hào)的傳輸延遲，從中可知，長(zhǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng)的波延時(shí)較波長(zhǎng)的波延時(shí)較短短，短短波長(zhǎng)的波延時(shí)較波長(zhǎng)的波延時(shí)較長(zhǎng)長(zhǎng)，它們到，它們到達(dá)光纖末端的時(shí)間不同，導(dǎo)致脈沖展寬。達(dá)光纖末端的時(shí)間不同，導(dǎo)致脈沖展寬。53 波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散是由于導(dǎo)波模的相位常數(shù)隨工作波長(zhǎng)的是由于導(dǎo)波模的相位常數(shù)隨工作波長(zhǎng)的變化而引起的，它可以表示為：變化而引起的，它可以表示為：221)()(dVb

32、VdVcnDW22212222222)/(1nnnkVUVWb222)834. 2(549. 0080. 0)(VdVbVdV式中式中 V 為歸一化頻率，為歸一化頻率，c為光速，為光速，b為歸一化傳輸常數(shù)：為歸一化傳輸常數(shù)：波導(dǎo)色散式中因子可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為波導(dǎo)色散式中因子可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為:當(dāng)當(dāng)V 的范圍在的范圍在 1.3-2.6 之間時(shí)，上式的相對(duì)誤差之間時(shí)，上式的相對(duì)誤差 5%。54 4. 色散補(bǔ)償方案色散補(bǔ)償方案 光纖的光纖的損耗損耗和和色散色散是制約光纖通信系統(tǒng)無中繼傳輸是制約光纖通信系統(tǒng)無中繼傳輸距離的距離的兩個(gè)主要因素兩個(gè)主要因素，隨著光放大器實(shí)用化，光功率的，隨著光放大器實(shí)用化

33、，光功率的損耗得到了有效的補(bǔ)償，但并沒有解決色散問題，這就損耗得到了有效的補(bǔ)償，但并沒有解決色散問題，這就使得使得色散色散成為高速光纖通信系統(tǒng)成為高速光纖通信系統(tǒng)最主要最主要的的制約制約因素因素。 目前已大量鋪設(shè)的常規(guī)單模光纖目前已大量鋪設(shè)的常規(guī)單模光纖(G.652)，其零色散，其零色散波長(zhǎng)在波長(zhǎng)在1310nm 附近，在它最低損耗窗口附近，在它最低損耗窗口1550nm 處的色處的色散系數(shù)達(dá)到散系數(shù)達(dá)到1020。即使用了線寬極窄的光源，當(dāng)數(shù)據(jù)。即使用了線寬極窄的光源，當(dāng)數(shù)據(jù)比特率增加到比特率增加到10Gb/s時(shí)，傳輸距離也不超過時(shí)，傳輸距離也不超過50km ，由，由此可見，用常規(guī)光纖在此可見，用

34、常規(guī)光纖在1550nm窗口傳輸高速數(shù)據(jù)流，窗口傳輸高速數(shù)據(jù)流，光纖的色散成為最終的制約因素光纖的色散成為最終的制約因素。55 (1) 色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖 色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖DCF (Dispersion Compensation Fiber)是目前較為成熟且使用廣泛的技術(shù)。色散補(bǔ)償光纖是具是目前較為成熟且使用廣泛的技術(shù)。色散補(bǔ)償光纖是具有有負(fù)負(fù)色散特性色散特性的光的光纖，其補(bǔ)償?shù)幕纠w，其補(bǔ)償?shù)幕舅悸肥窃诰哂兴悸肥窃诰哂姓⑻匦缘臉?biāo)準(zhǔn)單模散特性的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖之后接入一段光纖之后接入一段色散補(bǔ)償光纖，如色散補(bǔ)償光纖，如圖所示。圖所示。色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖(負(fù)色散負(fù)色散)的

35、補(bǔ)償原理圖的補(bǔ)償原理圖光發(fā)射機(jī)L11傳輸光纖(a) L1= L11+L12 ， L2= L21+L22光接收機(jī)傳輸光纖色散補(bǔ)償光纖模塊色散補(bǔ)償光纖模塊L21L12L22色散累積傳輸距離（km）(ps/km)L11L21L12L22(b) 為減少色散對(duì)系統(tǒng)的影響，出現(xiàn)了各種補(bǔ)償技術(shù)，為減少色散對(duì)系統(tǒng)的影響，出現(xiàn)了各種補(bǔ)償技術(shù)，有些在光發(fā)送端或接收端實(shí)現(xiàn)，有些則在光纖鏈路中實(shí)有些在光發(fā)送端或接收端實(shí)現(xiàn)，有些則在光纖鏈路中實(shí)現(xiàn)。這里僅討論在光纖鏈路中實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。現(xiàn)。這里僅討論在光纖鏈路中實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。56 設(shè)設(shè)D1、D2分別為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖和色散補(bǔ)償光纖的分別為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖和色散補(bǔ)償光纖

36、的色散系數(shù)，色散系數(shù)，L1、L2分別為它們各自的長(zhǎng)度，當(dāng)滿足分別為它們各自的長(zhǎng)度，當(dāng)滿足: D1L1+D2L2 = 0 時(shí)，整條光纖線路的總色散為零。時(shí)，整條光纖線路的總色散為零。 為了減少鏈路的衰減，通常為了減少鏈路的衰減，通常L2應(yīng)盡可能小，所以色應(yīng)盡可能小，所以色散補(bǔ)償光纖的散補(bǔ)償光纖的色散系數(shù)應(yīng)盡色散系數(shù)應(yīng)盡可能大些。可能大些。 色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖(負(fù)色散負(fù)色散)的補(bǔ)償原理圖的補(bǔ)償原理圖光發(fā)射機(jī)L11傳輸光纖(a) L1= L11+L12 ， L2= L21+L22光接收機(jī)傳輸光纖色散補(bǔ)償光纖模塊色散補(bǔ)償光纖模塊L21L12L22色散累積傳輸距離（km）(ps/km)L11L21

37、L12L22(b)57 (2) 色散補(bǔ)償光纖光柵色散補(bǔ)償光纖光柵光纖光柵的制作過程光纖光柵的制作過程紫外光干涉圖案包層纖芯光敏光纖光柵 光纖光柵是光纖通信系統(tǒng)中一種十分重要的無源光纖光柵是光纖通信系統(tǒng)中一種十分重要的無源器件，是基于光纖材料的光敏性制成。下圖所示光纖器件，是基于光纖材料的光敏性制成。下圖所示光纖光柵制作中所用光纖為摻雜的光敏光纖，用很強(qiáng)的紫光柵制作中所用光纖為摻雜的光敏光纖，用很強(qiáng)的紫外光干涉圖案曝光該光纖，所采用的圖案事先經(jīng)過設(shè)外光干涉圖案曝光該光纖，所采用的圖案事先經(jīng)過設(shè)計(jì)，它與將要形成的光柵周期相同，這樣光纖的計(jì)，它與將要形成的光柵周期相同，這樣光纖的折射折射率將按照該周

38、期變化率將按照該周期變化，并永久地固定下來。，并永久地固定下來。58)(2cos1)()(zzznnzngcore式中式中, ncore 為纖芯折射率；為纖芯折射率； 為光柵周期的長(zhǎng)度；為光柵周期的長(zhǎng)度； ng(z) 稱為包絡(luò)函數(shù)，如果是常數(shù)，則是均勻周期性光纖光稱為包絡(luò)函數(shù)，如果是常數(shù)，則是均勻周期性光纖光柵，否則是非周期性光纖光柵，稱為柵，否則是非周期性光纖光柵，稱為光纖啁啾光纖啁啾。 該光纖光柵折射率沿軸向的分布為：該光纖光柵折射率沿軸向的分布為：光纖光柵的種類很多，有均勻周期性光纖光柵、光纖光柵的種類很多，有均勻周期性光纖光柵、線性啁啾光柵、線性啁啾光柵、Taper型光柵、型光柵、Mo

39、ire光纖光柵、光纖光柵、Blazed型光柵和取樣光柵等。它們的應(yīng)用也各不相同，如濾型光柵和取樣光柵等。它們的應(yīng)用也各不相同，如濾波器、信道選擇器、反射鏡、波長(zhǎng)變換器、波長(zhǎng)復(fù)用波器、信道選擇器、反射鏡、波長(zhǎng)變換器、波長(zhǎng)復(fù)用器器/解復(fù)用器、傳感器等。而用作色散補(bǔ)償常選線性啁解復(fù)用器、傳感器等。而用作色散補(bǔ)償常選線性啁啾光柵。其光柵節(jié)距不是常數(shù)，而是作線性變化，這啾光柵。其光柵節(jié)距不是常數(shù)，而是作線性變化，這樣可以控制光不同頻率成分的時(shí)延。樣可以控制光不同頻率成分的時(shí)延。59線性啁啾光柵的工作原理線性啁啾光柵的工作原理光纖鏈路光柵環(huán)形器輸入光脈沖輸出光脈沖(a) 下圖所示為線性啁啾光柵補(bǔ)償色散的工

40、作原理圖，下圖所示為線性啁啾光柵補(bǔ)償色散的工作原理圖，圖中所示是采用了環(huán)形器將光脈沖導(dǎo)入光柵處理后再圖中所示是采用了環(huán)形器將光脈沖導(dǎo)入光柵處理后再輸出。輸出。60線性啁啾光柵的工作原理線性啁啾光柵的工作原理延遲波長(zhǎng)(c)光脈沖輸入長(zhǎng)波長(zhǎng)光柵短波長(zhǎng)光脈沖輸出(b) 下圖下圖(b)中，脈沖成分中的中，脈沖成分中的短波長(zhǎng)短波長(zhǎng)分量分量(高頻分量高頻分量)一進(jìn)入光柵就被反射，而一進(jìn)入光柵就被反射，而長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng)分量分量(低頻分量低頻分量)則在光則在光柵的末端才被反射，即柵的末端才被反射，即光柵對(duì)短波長(zhǎng)產(chǎn)生較短的延遲光柵對(duì)短波長(zhǎng)產(chǎn)生較短的延遲，對(duì)，對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)產(chǎn)生較長(zhǎng)的延遲長(zhǎng)波長(zhǎng)產(chǎn)生較長(zhǎng)的延遲，它剛好與單模

41、光纖色散，它剛好與單模光纖色散引入的延遲相反，從而引入的延遲相反，從而壓縮了脈沖壓縮了脈沖，使脈沖變窄使脈沖變窄，也，也即對(duì)光纖的色散起到了補(bǔ)償作用即對(duì)光纖的色散起到了補(bǔ)償作用. 光纖光柵補(bǔ)償色散的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，因光纖光柵補(bǔ)償色散的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠潴w積較小，長(zhǎng)度一般在為其體積較小，長(zhǎng)度一般在1020cm，可以很方便地對(duì)，可以很方便地對(duì)已經(jīng)敷設(shè)的光纖鏈路擴(kuò)容和升級(jí)。已經(jīng)敷設(shè)的光纖鏈路擴(kuò)容和升級(jí)。61 5 單模光纖的非線性效應(yīng)單模光纖的非線性效應(yīng)EP0rn 光纖中的非線性效應(yīng)是指光和物質(zhì)相互作用時(shí)發(fā)生光纖中的非線性效應(yīng)是指光和物質(zhì)相互作用時(shí)發(fā)生的一些現(xiàn)象，即的一些現(xiàn)象，即光場(chǎng)光

42、場(chǎng)使傳輸使傳輸介質(zhì)特性介質(zhì)特性發(fā)生變化發(fā)生變化，而，而該變?cè)撟兓址催^來化又反過來影響光場(chǎng)影響光場(chǎng)。這一過程可由。這一過程可由極化強(qiáng)度矢量極化強(qiáng)度矢量與與電電場(chǎng)強(qiáng)度矢量場(chǎng)強(qiáng)度矢量的的關(guān)系關(guān)系來描述。若這一關(guān)系是線性，就稱該來描述。若這一關(guān)系是線性，就稱該媒質(zhì)是線性，線性介質(zhì)由下式描述媒質(zhì)是線性，線性介質(zhì)由下式描述:式中式中 0 為真空中介電常數(shù)，為真空中介電常數(shù)， 為媒質(zhì)為媒質(zhì)電極化率電極化率，它與折，它與折射率關(guān)系為射率關(guān)系為:(高斯關(guān)系式高斯關(guān)系式) 1623)3(00EEP2)3(20)()(),(EnnEn 在在強(qiáng)強(qiáng)電場(chǎng)作用下，光纖介質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)電場(chǎng)作用下，光纖介質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)非非線性，此時(shí)在線

43、性，此時(shí)在光纖中極化強(qiáng)度矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的關(guān)系可近似表示光纖中極化強(qiáng)度矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的關(guān)系可近似表示為：為：式中式中(3)為為三階電極化率三階電極化率，是一張量。此時(shí)介質(zhì)的折射，是一張量。此時(shí)介質(zhì)的折射率就變?yōu)椋郝示妥優(yōu)椋菏街械谝豁?xiàng)是線性折射率，它實(shí)際上反應(yīng)了介質(zhì)的的式中第一項(xiàng)是線性折射率，它實(shí)際上反應(yīng)了介質(zhì)的的材材料色散料色散，第二項(xiàng)表示，第二項(xiàng)表示非線性效應(yīng)非線性效應(yīng)，與光強(qiáng)成正比，與光強(qiáng)成正比，非線非線性折射率系數(shù)性折射率系數(shù) n2 是一個(gè)與三階電極化率有關(guān)的量。是一個(gè)與三階電極化率有關(guān)的量。63 折射率的另一種表達(dá)方法為折射率的另一種表達(dá)方法為:)/()(20effAPnnn式中

44、，式中，p 為光功率，為光功率，Aeff 為光纖的等效面積，為光纖的等效面積，Aeff = w2, w 為模場(chǎng)半徑。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)石英光纖，為模場(chǎng)半徑。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)石英光纖，n2典型值大約典型值大約為為3.2 10 20m2/W ，Aeff = 55 m2。設(shè)。設(shè) P1mW，則可算，則可算得得n2(P/Aeff ) 的值為的值為 5.8 10 13，石英的折射率，石英的折射率 n0 約為約為1.45，可見，小功率輸入時(shí)，非線性現(xiàn)象?？珊雎浴?，可見，小功率輸入時(shí)，非線性現(xiàn)象?？珊雎?。64 非線性效應(yīng)不僅與光強(qiáng)有關(guān)，還依賴于它作用的光非線性效應(yīng)不僅與光強(qiáng)有關(guān)，還依賴于它作用的光纖長(zhǎng)度，纖長(zhǎng)度，光纖越

45、長(zhǎng)，光與介質(zhì)的相互影響就越多，非線光纖越長(zhǎng)，光與介質(zhì)的相互影響就越多，非線性效應(yīng)也就越大性效應(yīng)也就越大；另一方面，隨著光沿光纖的傳輸，光；另一方面，隨著光沿光纖的傳輸，光功率會(huì)減小，非線性效應(yīng)又會(huì)減弱，我們引入功率會(huì)減小，非線性效應(yīng)又會(huì)減弱，我們引入光纖等效光纖等效長(zhǎng)度長(zhǎng)度來描述光纖長(zhǎng)度的影響。設(shè)輸入功率為來描述光纖長(zhǎng)度的影響。設(shè)輸入功率為pi，因?yàn)?，因?yàn)長(zhǎng)effidzzPLP0)(LiePzP)(/ )1 (LeffeL式中，式中，L 為光纖長(zhǎng)度，為光纖長(zhǎng)度， 為光纖衰減系數(shù)為光纖衰減系數(shù)(單位單位1/km)。 折射率對(duì)光強(qiáng)度的依賴特性引起多種非線性效應(yīng)，折射率對(duì)光強(qiáng)度的依賴特性引起多種非線

46、性效應(yīng)，以后再分別討論。以后再分別討論。故有：故有：65666768 散射和吸收損耗散射和吸收損耗多模光纖和單模光纖的衰減對(duì)比多模光纖和單模光纖的衰減對(duì)比SI 多模光纖多模光纖GI 多模光纖多模光纖單模光纖單模光纖波長(zhǎng)波長(zhǎng)(nm)衰衰減減(dB)80010001200140016001.02.05.010.0 由于多模光纖的摻雜濃度較高，因此由于多模光纖的摻雜濃度較高，因此散射和吸收損散射和吸收損耗比單模光纖大耗比單模光纖大。在多模光纖中，高階模式比低階模式。在多模光纖中，高階模式比低階模式消逝得快。高階模式在光纖中實(shí)際傳輸?shù)木嚯x（路徑）消逝得快。高階模式在光纖中實(shí)際傳輸?shù)木?/p>

47、離（路徑）更長(zhǎng)，所以他們經(jīng)歷了更多的散射和吸收，下圖中，更長(zhǎng)，所以他們經(jīng)歷了更多的散射和吸收，下圖中，GI為漸變多模光纖，為漸變多模光纖，SI為階躍多模光纖。為階躍多模光纖。692 多模光纖的色散多模光纖的色散 在多模光纖中，傳播的導(dǎo)波模數(shù)量很多，不同模式在多模光纖中，傳播的導(dǎo)波模數(shù)量很多，不同模式的相位常數(shù)不同，因而有不同的相速度和群速度，的相位常數(shù)不同，因而有不同的相速度和群速度，模式模式色散成為主要的色散因素色散成為主要的色散因素。前面已提到過計(jì)算階躍多模。前面已提到過計(jì)算階躍多模光纖模式色散的關(guān)系式。對(duì)于折射率為光纖模式色散的關(guān)系式。對(duì)于折射率為拋物線分布拋物線分布的漸的漸變型光纖的色

48、散計(jì)算關(guān)系式：變型光纖的色散計(jì)算關(guān)系式： max = (nm/2c) 2 當(dāng)當(dāng) 0.01 時(shí)，拋物線折射率漸變光纖的模式色散僅為時(shí)，拋物線折射率漸變光纖的模式色散僅為階躍型光纖的階躍型光纖的1/ 200，可見，可見，漸變型光纖對(duì)于模式色散漸變型光纖對(duì)于模式色散有明顯的抑制作用有明顯的抑制作用。70 對(duì)于折射率指數(shù)為其它分布的漸變型光纖，模式色對(duì)于折射率指數(shù)為其它分布的漸變型光纖，模式色散可用下式近似計(jì)算：散可用下式近似計(jì)算：218cnLt)(4)(3400SDm多模光纖中的材料色散經(jīng)常使用經(jīng)驗(yàn)公式：多模光纖中的材料色散經(jīng)常使用經(jīng)驗(yàn)公式：71 如下圖所示，標(biāo)準(zhǔn)非色散位移光纖的零色散斜率如下圖所示

49、，標(biāo)準(zhǔn)非色散位移光纖的零色散斜率S0典型值為典型值為0.092ps/(nm2km)(1300 nm 1324 nm ，對(duì)于，對(duì)于色散位移光纖為色散位移光纖為0.06 0.082 ps/(nm2km)(1525 nm 1575 nm 。漸變折射率多模光纖中，材料色散的影響與。漸變折射率多模光纖中，材料色散的影響與模式色散相當(dāng)。波導(dǎo)色散是因傳播常數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)引起模式色散相當(dāng)。波導(dǎo)色散是因傳播常數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)引起的，在多模光纖中，它只占總色散的很小一部分，所以的，在多模光纖中，它只占總色散的很小一部分，所以常將多模光纖中的色度色散稱為材料色散。常將多模光纖中的色度色散稱為材料色散。色散系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系

50、色散系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系D()ps/(nm km) (nm)零色散斜率S00-40-80072 3 多模光纖的帶寬多模光纖的帶寬 多模光纖的帶寬計(jì)算公式與單模光纖相似：多模光纖的帶寬計(jì)算公式與單模光纖相似：B = 1 / (4 t ) 對(duì)于階躍折射率光纖，計(jì)算模式色散限制的帶寬，對(duì)于階躍折射率光纖，計(jì)算模式色散限制的帶寬，可用可用 t/L = n1 /c 代入，而對(duì)于漸變折射率光纖，則用代入，而對(duì)于漸變折射率光纖，則用t/L= n1 2/(2c) 或或 t/L = n12/(8c) 代入，計(jì)算材料色代入，計(jì)算材料色散限制的帶寬，可用式散限制的帶寬，可用式 t = |Dm()|L 代入。代入。73

51、實(shí)際上漸變折射率多模光纖帶寬是一個(gè)與波長(zhǎng)有關(guān)實(shí)際上漸變折射率多模光纖帶寬是一個(gè)與波長(zhǎng)有關(guān)的量，下圖給出了的量，下圖給出了模式色散限制帶寬模式色散限制帶寬與與波長(zhǎng)波長(zhǎng)關(guān)系的理論關(guān)系的理論曲線。曲線。模式色散限制帶寬與波長(zhǎng)的關(guān)系模式色散限制帶寬與波長(zhǎng)的關(guān)系0帶寬（MHzkm) (nm)13421200060001341134050/125光纖62.5/125光纖74 材料色散限制帶寬材料色散限制帶寬同樣也與同樣也與波長(zhǎng)波長(zhǎng)有關(guān)，見下圖。從有關(guān)，見下圖。從圖中我們可以觀察到最佳帶寬在圖中我們可以觀察到最佳帶寬在1340nm窗口，這就是窗口，這就是多模光纖往往選擇多模光纖往往選擇1340nm作為工作波

52、長(zhǎng)的原因。作為工作波長(zhǎng)的原因。材料色散限制帶寬與波長(zhǎng)的關(guān)系材料色散限制帶寬與波長(zhǎng)的關(guān)系1065帶寬（MHzkm) (nm)1350151013401330 =1nm =2nm75 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，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，一般要求大于一般要求大于1km光纜的重量，多數(shù)光纜在光纜的重量，多數(shù)光纜在100400kg。 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)壓力在光纜能承受的最大側(cè)壓力在100400kg/10cm。 彎曲特性主要取決于纖芯與包層的相對(duì)折射率差彎

53、曲特性主要取決于纖芯與包層的相對(duì)折射率差以及光纜以及光纜的材料和結(jié)構(gòu)。的材料和結(jié)構(gòu)。 光纖本身具有良好的溫度特性。光纖本身具有良好的溫度特性。76 不良的成纜工藝，把光纖制成光纜后，會(huì)帶來附加損耗，不良的成纜工藝，把光纖制成光纜后，會(huì)帶來附加損耗，稱之為成纜損耗。稱之為成纜損耗。 套塑光纖或帶有套塑光纖或帶有表面涂層的光纖，溫表面涂層的光纖，溫度特性會(huì)得到相當(dāng)大度特性會(huì)得到相當(dāng)大的改善，如圖中的實(shí)的改善，如圖中的實(shí)線所示，損耗隨溫度線所示，損耗隨溫度變化如圖中虛線所示。變化如圖中虛線所示。圖圖3.14 光纖和光纜的溫度特征光纖和光纜的溫度特征77這一點(diǎn)是很顯然的。一般光纖的斷點(diǎn)強(qiáng)這一點(diǎn)是很顯然的。一般光纖的斷點(diǎn)強(qiáng)度約為度約為15kg，而由于光纜結(jié)構(gòu)中加入了加強(qiáng)而由于光纜結(jié)構(gòu)中加入了加強(qiáng)構(gòu)件、