第2章-光纖和光纜

1、Optical Fiber Communication technology光纖通信技術(shù)光纖通信技術(shù)主講人：主講人：何興道：何興道： X萬生鵬：萬生鵬： sp_ 2.1 光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型 2.1.1 光纖光纖結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2.1.2 光纖類型光纖類型2.2 光纖傳輸光纖傳輸原理原理 2.2.1 幾何光學(xué)方法幾何光學(xué)方法 2.2.2 光纖傳輸?shù)牟▌永碚摴饫w傳輸?shù)牟▌永碚?.3 光纜光纜 2.3.1 光纜基本要求光纜基本要求 2.3.2 光纜結(jié)構(gòu)和類型光纜結(jié)構(gòu)和類型 2.3.3 光纜特性光纜特性2.4 光纖特性測量方法光纖特性測量方法 2.4.1 損耗測量損耗測量 2.4.2 帶寬測量帶寬

2、測量 2.4.3 色散測量色散測量 2.4.4 截止波長測量截止波長測量第第 2 章章 光纖和光纜光纖和光纜2.1 光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型 2.1.1 光纖結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu) 光纖光纖（Optical Fiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲組成的圓柱形細(xì)絲。 纖芯纖芯的折射率折射率比包層包層稍高，損耗損耗比包層包層更低，光能量主要在纖芯纖芯內(nèi)傳輸。 包層包層為光的傳輸提供反射面反射面和光隔離光隔離，并起一定的機(jī)械機(jī)械保護(hù)作用。 設(shè)纖芯纖芯和包層包層的折射率折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1n2。光纖結(jié)構(gòu)示光纖結(jié)構(gòu)示意圖意

3、圖纖芯纖芯位于光纖的中心部位。它的主要成分是高純度的二氧化硅。其純度要達(dá)到99.99999%。光纖材料純度為何要這么高？主要的原因就是為了降低光的衰減。其余成分為摻入的極少量摻雜劑，如五氧化二磷(P2O5)和二氧化鍺(GeO2)。摻雜劑的作用是提高纖芯的折射率。纖芯的直徑2a一般為5-50m，單模光纖纖芯直徑小于10m，多模光纖纖芯直徑50/62.5m。包層包層也是含有少量摻雜劑的高純度二氧化硅。摻雜劑有氟或硼，這些摻雜劑的作用是降低包層的折射率。對于普通光纖，包層直徑2b為125m。 纖芯纖芯包層包層預(yù)涂覆預(yù)涂覆緩沖層（硅橡膠）緩沖層（硅橡膠）二次涂覆（尼龍）二次涂覆（尼龍）涂敷層：涂敷層：

4、一般為高分子材料，如環(huán)氧樹脂或硅橡膠 。作用是保護(hù)光纖不受水氣侵蝕和機(jī)械擦傷，同時增加光纖的柔韌性。 分為一次涂敷層（硅橡膠、丙烯酸酯、有機(jī)硅）、緩沖層（填充油膏）及二次涂敷層（聚丙烯或尼龍等）。套塑：套塑：一般為尼龍或聚乙稀材料。其作用是保護(hù)光纖，增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。普通單模光纖 純硅低損耗光纖纖芯:摻GeO2包層:SiO2纖芯:SiO2包層:摻氟折射率SiO2 為了保持纖芯和包層直接的折射率差，需要降低包層的折射率，這可以通過在包層中摻雜氟等元素來實(shí)現(xiàn)。通過純硅纖芯的技術(shù)，石英光纖的衰減可以進(jìn)一步降低到理論的最低值0.15 dB/km。目前市場上應(yīng)用的海底光纖大部分都是采用純硅光纖，以確?？缪?/p>

5、的超長距離傳輸。 2.1.2 光纖的分類光纖的分類 光纖的分類方法很多，既可以按照光纖截面折射率分布來分類，又可以按照光纖中傳輸模式數(shù)的多少、光纖使用的材料或傳輸?shù)墓ぷ鞑ㄩL來分類。 實(shí)用光纖主要有三種基本類型， 突變型多模光纖突變型多模光纖（Step-Index Fiber, SIF） 漸變型多模光纖漸變型多模光纖（Graded-Index Fiber, GIF） 單模光纖單模光纖（Single-Mode Fiber, SMF） 相對于而言，和的纖芯直徑都很大，可以容納數(shù)百個模式，所以稱為多模光纖多模光纖折射率分布折射率分布n2n1n2n1n2n1nr ( )rrr光纖結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)輸入光脈沖輸

6、入光脈沖t光強(qiáng)光強(qiáng)光線在纖芯內(nèi)的路經(jīng)光線在纖芯內(nèi)的路經(jīng)輸出光脈沖輸出光脈沖ttt光強(qiáng)光強(qiáng)光強(qiáng)光強(qiáng)光強(qiáng)光強(qiáng)階階躍躍多多模模光光纖纖漸漸變變多多模模光光纖纖單單模模光光纖纖(c)(b)(a)2a2am mm=包層包層纖芯纖芯2a2am mm=1002am mm=2a62.58.3D DSMt tD Dt tGID Dt tSI1.00.51.00.51.00.5脈沖展寬脈沖展寬001231231402bm mm=2b1252bm mm=2b2b1252bm mm=nr ( )nr ( )oooooot光強(qiáng)光強(qiáng)t光強(qiáng)光強(qiáng)D DSMt tD Dt tGID Dt tSI為調(diào)整工作波長或色散特性，改變折

7、射率分布，可以設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光纖。已經(jīng)開發(fā)的有：多模光纖(G.651)普通單模光纖(G.652)色散移位光纖(G.653)非零色散移位光纖（G.655）截止波長位移單模光纖（G.654，在1.55mm衰減最小的光纖） 全波光纖(G.656)。 125mm包層G.654:Si2纖芯Si2纖芯+Ge2G.652:()0.4% (G.654)0.35%(G.652)(a)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(a)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖Si2OOOO125mmSi2包層Si2+Ge20.2%0.9%(b)色散位移光纖(b)色散位移光纖O纖芯OO125mm(c)非零色散光纖(c)非零色散光纖3% (0-0.8)%(d)色散補(bǔ)償光纖

8、(d)色散補(bǔ)償光纖色色 散散 位位 移移 光光 纖纖 單模光纖的工作波長在單模光纖的工作波長在1.3m時，模場直徑約時，模場直徑約9m，其傳，其傳輸損耗約輸損耗約0.3dBkm。此時，零色散波長恰好在。此時，零色散波長恰好在1.3m處。處。 石英光纖中，從原材料上看石英光纖中，從原材料上看1.55m段的傳輸損耗最小段的傳輸損耗最?。s（約0.2dBkm）。由于現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用的摻鉺光纖放大器）。由于現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用的摻鉺光纖放大器（EDFA）是工作在）是工作在1.55m波段的，如果在此波段也能實(shí)現(xiàn)零波段的，如果在此波段也能實(shí)現(xiàn)零色散，就更有利于色散，就更有利于1.55m波段的長距離傳輸。波段的長距離傳

9、輸。 巧妙地利用光纖材料中的石英材料色散與纖芯結(jié)構(gòu)色散巧妙地利用光纖材料中的石英材料色散與纖芯結(jié)構(gòu)色散的合成抵消特性，就可使原在的合成抵消特性，就可使原在1.3m段的零色散，移位到段的零色散，移位到1.55m段也構(gòu)成零色散。因此，被命名為色散位移光纖段也構(gòu)成零色散。因此，被命名為色散位移光纖（DSF：Dispersion Shifted Fiber）。）。色色 散散 平平 坦坦 光光 纖纖 色散移位光纖（色散移位光纖（DSF）是將單模光纖設(shè)計(jì)零色散位于）是將單模光纖設(shè)計(jì)零色散位于1.55m波段的光纖。而色散平坦光纖卻是將從波段的光纖。而色散平坦光纖卻是將從1.3m到到1.55m的較寬波段的色散

10、，都能作到很低，幾乎達(dá)到零色散的光纖稱的較寬波段的色散，都能作到很低，幾乎達(dá)到零色散的光纖稱作作DFF. 由于由于DFF要作到要作到1.3m1.55m范圍的色散都減少。就需范圍的色散都減少。就需要對光纖的折射率分布進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。要對光纖的折射率分布進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。 不過這種光纖對于波分復(fù)用（不過這種光纖對于波分復(fù)用（WDM）的線路卻是很適宜）的線路卻是很適宜的。由于的。由于DFF光纖的工藝比較復(fù)雜，費(fèi)用較貴。今后隨著產(chǎn)量光纖的工藝比較復(fù)雜，費(fèi)用較貴。今后隨著產(chǎn)量的增加，價格也會降低。的增加，價格也會降低。色色 散散 補(bǔ)補(bǔ) 償償 光光 纖纖 對于采用單模光纖的干線系統(tǒng)，多數(shù)是利用對于采用單模光

11、纖的干線系統(tǒng)，多數(shù)是利用1.3m波段色波段色散為零的光纖構(gòu)成的?？墒?，如果能在散為零的光纖構(gòu)成的。可是，如果能在1.3m零色散的光纖上零色散的光纖上也能令也能令1.55m波長工作，將是非常有益的。波長工作，將是非常有益的。 在在1.3m零色散的光纖中零色散的光纖中1.55m波段的色散約有波段的色散約有16pskmnm 之多。之多。 如果在此光纖線路中，插入一段與此色散符號相反的光纖，如果在此光纖線路中，插入一段與此色散符號相反的光纖，就可使整個光線路的色散為零。為此目的所用的是光纖則稱作就可使整個光線路的色散為零。為此目的所用的是光纖則稱作色散補(bǔ)償光纖（色散補(bǔ)償光纖（DCF：DisPersio

12、n Compe-nsation Fiber）。）。 DCF與標(biāo)準(zhǔn)的與標(biāo)準(zhǔn)的1.3m零色散光纖相比，纖芯直徑更細(xì)，而零色散光纖相比，纖芯直徑更細(xì)，而且折射率差也較大。且折射率差也較大。 DCF也是也是WDM光線路的重要組成部分。光線路的重要組成部分。 圖 典型特種單模光纖 (a) 雙包層； (b) 三角芯； (c) 橢圓芯 2a 2an1n2n3(a)(b)(b) 特種單模光纖特種單模光纖 最有用的若干典型特種單模光纖的橫截面結(jié)構(gòu)和折射率分布示于下圖，這些光纖的特征如下。 色散平坦光纖色散平坦光纖（Dispersion Flattened Fiber, DFF） 色散移位光纖色散移位光纖（Dis

13、persion Shifted Fiber, DSF） 是一種改進(jìn)的色散移位光纖，它有效面積較大，有利于提高輸入光纖的光功率，增加傳輸距離。 雙折射光纖雙折射光纖或偏振保持光纖偏振保持光纖。 主要用途：主要用途： 突變型多模光纖突變型多模光纖只能用于小容量短距離系統(tǒng)。 漸變型多模光纖漸變型多模光纖適用于中等容量中等距離系統(tǒng)。 單模光纖單模光纖用在大容量長距離的系統(tǒng)。 特種單模光纖大幅度提高光纖通信系統(tǒng)的水平 1.55m色散移位光纖色散移位光纖實(shí)現(xiàn)了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超長距離系統(tǒng)。 色散平坦光纖色散平坦光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。 三角

14、芯光纖三角芯光纖有效面積較大，有利于提高輸入光纖的光功率，增加傳輸距離。 橢圓芯保偏光纖橢圓芯保偏光纖用在外差接收方式的相干光系統(tǒng)， 這種系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是提高接收靈敏度，增加傳輸距離。 2.2 光纖傳輸原理分析光纖傳輸原理的常用方法：分析光纖傳輸原理的常用方法： 2.2.1 幾何光學(xué)方法幾何光學(xué)方法 幾何光學(xué)法分析問題的兩個出發(fā)點(diǎn)幾何光學(xué)法分析問題的兩個出發(fā)點(diǎn) 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 時間延遲時間延遲 通過分析光束在光纖中傳播的空間分布空間分布和時間分布時間分布 幾何光學(xué)法分析問題的兩個角度幾何光學(xué)法分析問題的兩個角度 突變型多模光纖突變型多模光纖 漸變型多模光纖漸變型多模光纖1. 突變型多模光纖突變

15、型多模光纖 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 為簡便起見，以突變型多模光纖突變型多模光纖的交軸(子午)光線為例，進(jìn)一步討論光纖的傳輸條件。 設(shè)纖芯纖芯和包層包層折射率分別為n1和n2，空氣的折射率n0=1， 纖芯中心軸線與z軸一致， 如圖2.4。 n1n2n0nn12全反射n2損失cAABmaxBc消逝波n1n2nn12受光范圍消逝波全反射n2c=max2maxmaxcOBaALl1t12ctcsinsinsinnn 達(dá)到90o時，入射光沿交界面向前傳播，此時的入射角稱為臨界角，并由下式給出當(dāng)入射角超過臨界角時，沒有透射光，只有反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射(TIR，Total Internal Reflecti

16、on)，這就是光纖波導(dǎo)傳輸光的原理。 最大的角應(yīng)該是使 。在纖芯和包層的交界面，根據(jù)斯奈爾(Snell)定律得到 cn1n2n0nn12全反射n2損失cAABmaxBc0，w為實(shí)數(shù)，對應(yīng)導(dǎo)波，當(dāng)w20 ，w為虛數(shù)，電磁將在包層振蕩，導(dǎo)波模式轉(zhuǎn)換為輻射模式，使能量從包層包層輻射出去。因此，w=0(=n2k)介于傳輸模式和輻射模式的臨界狀態(tài)， 這個狀態(tài)稱為模式截止模式截止。此時， ， 稱為截止時的歸一化頻率。由貝塞爾函數(shù)可得，當(dāng)m=0時，有 ,wu2222ccccuwuVccuV wwKw2ln000m當(dāng) 然時，有 mmwwmwKwwK2!121,101 將上兩式代入各類矢量模的色散方程（特征方程

17、），可得到它們的截止特性。 LP01 HE11LP11 HE21 TM01 TE01 LP02 HE12LP12 HE22 TM02 TE02LP03 HE13LP13 HE23 TM03 TE0302.4052.4053.8323.8325.5205.5207.0167.0168.6548.65410.173低階模式V值范圍低階（低階（v=0和和v=1）模式和相應(yīng)的模式和相應(yīng)的V值范圍值范圍四個低階模式的電磁場矢量結(jié)構(gòu)圖 HE11HE21TE01TM01電場磁場2.3 光纜光纜光纖的制造：光纖的制造：n光纖的制造要經(jīng)歷光纖的制造要經(jīng)歷原料提純、光纖預(yù)制棒制備、光纖原料提純、光纖預(yù)制棒制備、光

18、纖拉絲拉絲等具體的工藝步驟。等具體的工藝步驟。n制備光纖預(yù)制棒兩步法工藝：制備光纖預(yù)制棒兩步法工藝：q第一步采用氣相沉積工藝生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的芯棒；第一步采用氣相沉積工藝生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的芯棒；q第二步是在氣相沉積獲得的芯棒上施加外包層制成第二步是在氣相沉積獲得的芯棒上施加外包層制成大光纖預(yù)制棒。大光纖預(yù)制棒。 42氣相沉積技術(shù)氣相沉積技術(shù)氣相沉積技術(shù)氣相沉積技術(shù)芯棒芯棒外包層外包層外部化學(xué)氣相沉積法（外部化學(xué)氣相沉積法（OVDOVD）軸向氣相沉積法（軸向氣相沉積法（VADVAD）改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法（改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法（MCVDMCVD）等離子化學(xué)氣相沉積法（等離子化學(xué)氣相沉積法（PCVDPC

19、VD）套管法套管法粉末法粉末法等離子噴涂法等離子噴涂法溶膠凝膠溶膠凝膠MCVDMCVD法。它的特點(diǎn)是在石英反應(yīng)管內(nèi)沉積內(nèi)包層和芯層的玻璃，法。它的特點(diǎn)是在石英反應(yīng)管內(nèi)沉積內(nèi)包層和芯層的玻璃，整個系統(tǒng)是處在封閉的超提純狀態(tài)下，所以用這種方法制得的整個系統(tǒng)是處在封閉的超提純狀態(tài)下，所以用這種方法制得的預(yù)制棒可以生產(chǎn)高質(zhì)量的單模和多模光纖。預(yù)制棒可以生產(chǎn)高質(zhì)量的單模和多模光纖。MCVDMCVD法制造光纖預(yù)制棒的示意圖如下圖所示。法制造光纖預(yù)制棒的示意圖如下圖所示。管棒法拉制工藝示意圖管棒法拉制工藝示意圖 n 光纖成纜的原因光纖成纜的原因1. 1. 增加增加抗沖擊、抗彎曲抗沖擊、抗彎曲等性能；等性能；

20、2. 2. 根據(jù)不同使用情況可以制成根據(jù)不同使用情況可以制成不同結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)形式的光纜形式的光纜n 對光纜的基本要求對光纜的基本要求1. 1. 不能因成纜而使光纖的傳輸特性下降不能因成纜而使光纖的傳輸特性下降2. 2. 在成纜過程中光纖不能斷裂在成纜過程中光纖不能斷裂3. 3. 纜徑細(xì)、重量輕纜徑細(xì)、重量輕4. 4. 便于施工和維護(hù)便于施工和維護(hù)光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu) 光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。 纜芯：由單根或多根光纖芯線組成，有緊套和松套兩纜芯：由單根或多根光纖芯線組成，有緊套和松套兩 種結(jié)構(gòu)。緊套光纖有二層和三層結(jié)構(gòu)。種結(jié)構(gòu)。

21、緊套光纖有二層和三層結(jié)構(gòu)。 加強(qiáng)元件：用于增強(qiáng)光纜敷設(shè)時可承受的負(fù)荷。一般加強(qiáng)元件：用于增強(qiáng)光纜敷設(shè)時可承受的負(fù)荷。一般 是金屬絲或非金屬纖維。是金屬絲或非金屬纖維。 護(hù)層：具有阻燃、防潮、耐壓、耐腐蝕等特性，主要護(hù)層：具有阻燃、防潮、耐壓、耐腐蝕等特性，主要 是對已成纜的光纖芯線進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)敷設(shè)條是對已成纜的光纖芯線進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)敷設(shè)條 件可由鋁帶件可由鋁帶/ /聚乙烯綜合縱包帶粘界外護(hù)層、聚乙烯綜合縱包帶粘界外護(hù)層、 鋼帶（或鋼絲）鎧裝和聚乙烯護(hù)層等組成。鋼帶（或鋼絲）鎧裝和聚乙烯護(hù)層等組成。光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu)n1.1.按敷設(shè)方式分有按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧

22、裝地：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。埋光纜和海底光纜。n2.2.按光纜結(jié)構(gòu)分有按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。n3.3.按用途分有按用途分有：長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光：長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。纜和建筑物內(nèi)用光纜。光纜型號光纜型號 光纜型號由它的光纜型號由它的型式代號型式代號和和規(guī)格代號規(guī)格代號構(gòu)成，中間用一短橫構(gòu)成，中間用一短橫線分開。線分開。1、光纜型式代號、光纜型式代號 由五個部分組成，如下圖所示。由五

23、個部分組成，如下圖所示。GYGZL03-12T50/125 ：分類代號及其意義為：分類代號及其意義為（應(yīng)用環(huán)境（應(yīng)用環(huán)境) GY通信用室（野）外光纜；通信用室（野）外光纜； GR通信用軟光纜；通信用軟光纜； GJ通信用室（局）內(nèi)光纜；通信用室（局）內(nèi)光纜； GS通信用設(shè)備內(nèi)光纜；通信用設(shè)備內(nèi)光纜； GH通信用海底光纜；通信用海底光纜； GT通信用特殊光纜。通信用特殊光纜。 ：加強(qiáng)構(gòu)件代號及其意義為：加強(qiáng)構(gòu)件代號及其意義為： 無符號無符號金屬加強(qiáng)構(gòu)件；金屬加強(qiáng)構(gòu)件； F非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；非金屬加強(qiáng)構(gòu)件； G金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件； H非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。 ：派生特征

24、代號及其意義為：派生特征代號及其意義為： D光纖帶狀結(jié)構(gòu)；光纖帶狀結(jié)構(gòu)； G骨架槽結(jié)構(gòu)；骨架槽結(jié)構(gòu)； B扁平式結(jié)構(gòu)；扁平式結(jié)構(gòu)； Z自承式結(jié)構(gòu)。自承式結(jié)構(gòu)。 T填充式結(jié)構(gòu)。填充式結(jié)構(gòu)。 ： 護(hù)層代號及其意義為；（護(hù)層使用材料）護(hù)層代號及其意義為；（護(hù)層使用材料） Y聚乙烯護(hù)層；聚乙烯護(hù)層； V聚氯乙烯護(hù)層；聚氯乙烯護(hù)層； U聚氨酯護(hù)層；聚氨酯護(hù)層； A鋁鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)層；聚乙烯粘結(jié)護(hù)層； L鋁護(hù)套；鋁護(hù)套； G鋼護(hù)套；鋼護(hù)套； Q鉛護(hù)套；鉛護(hù)套； S鋼鋼-鋁鋁-聚乙烯綜合護(hù)套。聚乙烯綜合護(hù)套。 ：外護(hù)層的代號及其意義為：外護(hù)層的代號及其意義為： 外護(hù)層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護(hù)層，外護(hù)層的

25、代號外護(hù)層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護(hù)層，外護(hù)層的代號及其意義如下。及其意義如下。 代代 號號鎧裝層（方式）鎧裝層（方式）代代 號號外護(hù)層（材料）外護(hù)層（材料）0無無0無無11纖維層纖維層2雙鋼帶雙鋼帶2聚氯乙烯套聚氯乙烯套3細(xì)圓鋼絲細(xì)圓鋼絲3聚乙烯套聚乙烯套4粗圓鋼絲粗圓鋼絲5單鋼帶皺紋縱包單鋼帶皺紋縱包2、光纜規(guī)格、光纜規(guī)格 由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如下圖所示。由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如下圖所示。光纜的規(guī)格組成部分光纜的規(guī)格組成部分 ： 光纖數(shù)目光纖數(shù)目用用1、2、，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。 ： 光纖類別的代號及其意義光纖類別的代號及其意義 J二氧化硅系多模漸變型

26、光纖；二氧化硅系多模漸變型光纖； T二氧化硅系多模突變型光纖；二氧化硅系多模突變型光纖； Z二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖；二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖； D二氧化硅系單模光纖；二氧化硅系單模光纖； X二氧化硅纖芯塑料包層光纖；二氧化硅纖芯塑料包層光纖； S塑料光纖。塑料光纖。 ： 光纖主要尺寸參數(shù)光纖主要尺寸參數(shù) 用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以m為單位表示多模光纖的芯為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。 ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由由a、bb及及

27、cc三三組數(shù)字代號構(gòu)成。組數(shù)字代號構(gòu)成。 a表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下：表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下： 1波長在波長在0.85m區(qū)域；區(qū)域； 2波長在波長在1.31m區(qū)域；區(qū)域； 3波長在波長在1.55m區(qū)域。區(qū)域。 注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時，注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時，應(yīng)同時列出各波長上的規(guī)格代號，并用應(yīng)同時列出各波長上的規(guī)格代號，并用“/”劃開。劃開。 bb表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（常數(shù)值（dB/km）的個位和十位數(shù)字。）的個位和

28、十位數(shù)字。 cc表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（寬分類數(shù)值（MHzkm）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項(xiàng)。）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項(xiàng)。 ：適用溫度代號及其意義。適用溫度代號及其意義。 A適用于適用于40+40 B適用于適用于30+50 C適用于適用于20+60 D適用于適用于5+60 光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如下圖所示。其符光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如下圖所示。其符合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。 例如，例如，2 2個線徑為個線徑為0.5

29、mm0.5mm的銅導(dǎo)線單線可寫成的銅導(dǎo)線單線可寫成2 21 10.50.5；4 4個線徑為個線徑為0.9mm0.9mm的鋁導(dǎo)線四線組可寫成的鋁導(dǎo)線四線組可寫成4 44 40.9L0.9L；4 4個內(nèi)導(dǎo)體直個內(nèi)導(dǎo)體直徑為徑為2.6mm2.6mm，外徑為，外徑為9.5mm9.5mm的同軸對，可寫成的同軸對，可寫成4 42.6/9.52.6/9.5。（3）光纜型號例題）光纜型號例題設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜，包括信用室外光纜，包括12根芯徑根芯徑/包層直徑為包層直徑為50/125m的二氧化的二氧化硅系列多模突變

30、型光纖和硅系列多模突變型光纖和5根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測的銅線徑為根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測的銅線徑為0.9mm的四線組，且在的四線組，且在1.31m波長上，光纖的損耗常數(shù)不大波長上，光纖的損耗常數(shù)不大于于1.0dB/km，模式帶寬不小于，模式帶寬不小于800MHzkm；光纜的適用溫；光纜的適用溫度范圍為度范圍為20+60。 該光纜的型號應(yīng)表示為：該光纜的型號應(yīng)表示為： GYGZL03-12T50/125（21008）C+540.9。2.4 光纖傳輸特性光纖傳輸特性損耗和色散損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性：是光纖最重要的傳輸特性： 損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離 色散使色散使信號產(chǎn)生畸變，進(jìn)而信

31、號產(chǎn)生畸變，進(jìn)而則限制系統(tǒng)的傳輸容量則限制系統(tǒng)的傳輸容量 2.4.1 光纖損耗光纖損耗 損耗損耗的存在的存在 光信號光信號幅度幅度減小減小 限制系統(tǒng)的限制系統(tǒng)的傳輸距傳輸距離離 。 在最一般的條件下，在光纖內(nèi)傳輸?shù)脑谧钜话愕臈l件下，在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β使夤β蔖隨隨距離距離z的的變化，可以用下式表示變化，可以用下式表示式中，式中，是損耗系數(shù)。是損耗系數(shù)。習(xí)慣上習(xí)慣上的單位用的單位用dB/kmPdzdP )/(0lg10kmdBPlPl0.010.050.10.51510501000.81.01.21.41.6實(shí) 驗(yàn)波 導(dǎo) 缺 陷紫 外 吸 收瑞 利 散 射紅 外吸 收波 長 / mm損 耗 /

32、(dBkm 1) 1. 損耗的機(jī)理損耗的機(jī)理 上圖是上圖是單模光纖單模光纖的損耗譜，圖中示出各種機(jī)理產(chǎn)生的的損耗譜，圖中示出各種機(jī)理產(chǎn)生的損耗與損耗與波長波長的關(guān)系，這些機(jī)理包括的關(guān)系，這些機(jī)理包括吸收損耗吸收損耗和和散射損耗散射損耗兩部分。兩部分。 吸收損耗吸收損耗 吸收損耗是由制造光纖材料本身以及其中的過渡金吸收損耗是由制造光纖材料本身以及其中的過渡金屬離子和氫氧根離子屬離子和氫氧根離子(OH)等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生的損耗，前等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生的損耗，前者是由光纖材料本身的特性所決定的，稱為本征吸收損耗。者是由光纖材料本身的特性所決定的，稱為本征吸收損耗。 （1）本征吸收損耗在光學(xué)波長

33、及其附近有兩種基本的吸收方式。）本征吸收損耗在光學(xué)波長及其附近有兩種基本的吸收方式。紫外吸收損耗：紫外吸收損耗：紫外吸收損耗是由光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材紫外吸收損耗是由光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材料中的電子從低能級激發(fā)到高能級時，光子流中的能量將被電子料中的電子從低能級激發(fā)到高能級時，光子流中的能量將被電子吸收，從而引起的損耗。吸收，從而引起的損耗。紅外吸收損耗：紅外吸收損耗：紅外吸收損耗是由于光纖中傳播的光波與晶格相紅外吸收損耗是由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動加劇，從而引互作用時，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動加劇，從而引起的損耗。起的損耗。 （

34、2）雜質(zhì)吸收損耗）雜質(zhì)吸收損耗 光纖中的有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、光纖中的有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和銅、錳、鉻等和OH。OH離子吸收峰在相當(dāng)長的時間內(nèi)困離子吸收峰在相當(dāng)長的時間內(nèi)困擾著研究人員，這是因?yàn)楣饫w預(yù)制棒制作工藝中用氫氧焰加熱擾著研究人員，這是因?yàn)楣饫w預(yù)制棒制作工藝中用氫氧焰加熱必然帶進(jìn)水分。近來采用必然帶進(jìn)水分。近來采用He脫水使吸收峰大大降低，制成了所脫水使吸收峰大大降低，制成了所謂的全波光纖。謂的全波光纖。（3）原子缺陷吸收損耗）原子缺陷吸收損耗 通常在光纖的制造過程中，光纖材料受到某種熱激勵或光通常在光纖的制造過程中，光纖材料受到某

35、種熱激勵或光輻射時將會發(fā)生某個共價鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時晶格很輻射時將會發(fā)生某個共價鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生振動，從而吸收光能，引起損耗，其容易在光場的作用下產(chǎn)生振動，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長約為峰值吸收波長約為630nm左右。左右。 散射損耗散射損耗 （1 1）線性散射損耗）線性散射損耗 任何光纖波導(dǎo)都不可能是完美無缺的，無論是材料、尺寸、任何光纖波導(dǎo)都不可能是完美無缺的，無論是材料、尺寸、形狀和折射率分布等等，均可能有缺陷或不均勻，這將引起光纖形狀和折射率分布等等，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

36、耗功率與傳播傳播模式散射性的損耗，由于這類損耗所引起的損耗功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。模式的功率成線性關(guān)系，所以稱為線性散射損耗。 瑞利散射損耗瑞利散射損耗是光纖的是光纖的固有損耗固有損耗，它決定著光纖損耗的最低，它決定著光纖損耗的最低理論極限。理論極限。 （2 2）非線性散射損耗）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激發(fā)光纖中存在兩種非線性散射，它們都與石英光纖的振動激發(fā)態(tài)有關(guān)，分別為受激喇曼散射和受激布里淵散射。態(tài)有關(guān)，分別為受激喇曼散射和受激布里淵散射。 輻射損耗輻射損耗 2. 實(shí)用光纖的損耗譜實(shí)用光纖的損耗譜 根據(jù)以上分析和經(jīng)驗(yàn)，根

37、據(jù)以上分析和經(jīng)驗(yàn)， 光纖總損耗光纖總損耗與與波長波長的關(guān)系可以的關(guān)系可以表示為表示為= +B+CW()+IR()+UV() 4A式中，式中，A為為， B為為產(chǎn)生的損耗，產(chǎn)生的損耗，CW()、 IR()和和UV()分別為分別為、和和產(chǎn)生的損耗。產(chǎn)生的損耗。 波 長 / mm損耗 /( dBkm 1)0.802468100.61.01.21.4 1.6800損耗 / (dBkm 1)波 長 / nm0.0SIFGIFSMF0.51.02.02.53.03.54.01.51000120014001600ab cdeabcde85013001310138015501.810.350.340.400.1

38、9nmdB / km(a)(b)1.8 光纖損耗譜光纖損耗譜(a) (a) 三種實(shí)用光纖；三種實(shí)用光纖； (b) (b) 優(yōu)質(zhì)單模光纖優(yōu)質(zhì)單模光纖 2.4.2 光纖色散光纖色散 1. 色散、色散、 帶寬和脈沖展寬帶寬和脈沖展寬 色散色散(Dispersion)是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，由于不同成分的光的時間延遲時間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。 色散的種類：色散的種類： 模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散 后面兩種色散又稱為色度色散：指電磁波在介質(zhì)中傳輸后面兩種色散又稱為色度色散：指電磁波在介質(zhì)中傳輸時，波長不同的光傳輸速率不同的現(xiàn)象。時，波長不同的光傳輸速率不同的現(xiàn)象。

39、模式色散：是指不同模式的光的縱向傳輸速率不同（橫模式色散：是指不同模式的光的縱向傳輸速率不同（橫向傳輸速率相同）而引起的信號展寬。向傳輸速率相同）而引起的信號展寬。 色散會導(dǎo)致脈沖展寬，從而引起碼間干擾。色散限制系統(tǒng)色散會導(dǎo)致脈沖展寬，從而引起碼間干擾。色散限制系統(tǒng)傳輸容量。傳輸容量。 輸入光脈沖t光強(qiáng)o包層包層纖芯輸入光譜光強(qiáng)D12oVg( )1Vg( )2光發(fā)射輸出光脈沖光強(qiáng)tDt光輸出光接收t1.21.31.41.51.6mm()DmDwDmDw+ops/(km nm).-30-20-1001020301.1色散系數(shù)材料色散自由空間波長色度色散波導(dǎo)色散4.2mma=01.00.501.0

40、0.5色散引起單模光纖輸出脈沖展寬色散引起單模光纖輸出脈沖展寬D Dt t 典型單模光纖的色散系數(shù)典型單模光纖的色散系數(shù) 材料色散：材料色散：波導(dǎo)色散：波導(dǎo)色散： 模式色散：模式色散：偏振模色散：由于光纖雙折射使偏振模色散：由于光纖雙折射使LP01模的兩個正交偏振模傳輸模的兩個正交偏振模傳輸速率不一樣引起的信號分散。速率不一樣引起的信號分散。 LDmmtDD LDWWtDD LDMMtDD光纖中的總色散：光纖中的總色散： 多模光纖：多模光纖：單模光纖：單模光纖： )(22wmMttttDDDD wm2. 光纖色散的定量描述光纖色散的定量描述-時延差時延差 光纖的色散引起光脈沖的展寬。光纖的色散

41、引起光脈沖的展寬。一個波長為一個波長為的光信號傳輸單位長度后引起的時延為：的光信號傳輸單位長度后引起的時延為：設(shè)信號帶寬為設(shè)信號帶寬為，則由于光纖的色度色散引起的時延差為：，則由于光纖的色度色散引起的時延差為： tddcddvg212DD22222tddddc3.光纖的色散和帶寬對通信容量的影響光纖的色散和帶寬對通信容量的影響 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域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時間坐在時域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時間坐標(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

42、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，在頻域中對于調(diào)制信號而言，光纖可以看作是一個低通濾波器，當(dāng)域中對于調(diào)制信號而言，光纖可以看作是一個低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號的高頻分量通過光纖時，就會受到嚴(yán)重衰減，如下圖調(diào)制信號的高頻分量通過光纖時，就會受到嚴(yán)重衰減，如下圖所示。所示。 將歸一化頻率響應(yīng)將歸一化頻率響應(yīng)|H(f) / H(0)|下降一半或減小下降一半或減小3dB的頻率定義為的頻率定義為光纖光纖3dB光帶寬光帶寬f3dB，由此得到，由此得到 |H(f3dB)/H(0)|= 1/2 光纖實(shí)際測試表明，輸出光脈沖一般為高斯波形，設(shè)光纖實(shí)際測試表明，輸出光脈沖一般為高斯波形，設(shè) 一般，一般

43、， 光纖不能按線性系統(tǒng)處理，光纖不能按線性系統(tǒng)處理， 但如果系統(tǒng)但如果系統(tǒng)光源的頻譜寬度光源的頻譜寬度比信號的頻譜寬度比信號的頻譜寬度s大得多大得多，光纖就可以近似為線性系統(tǒng)。，光纖就可以近似為線性系統(tǒng)。光纖傳輸系統(tǒng)通常滿足這個條件。光纖傳輸系統(tǒng)通常滿足這個條件。 所以，可以對上式進(jìn)行傅里葉變換求頻率響應(yīng)。所以，可以對上式進(jìn)行傅里葉變換求頻率響應(yīng)。)2exp()()(220tthtP2/12exp2322dBf1/21/ e輸入脈沖光 纖1tPi(t)(t)H1(f)1ff3dB0310lgH( f )/dBPo(t) h(t)H2( f ) H( f )t2Dt輸出脈沖)(187122ln2

44、3MHZfdB可得到可得到3dB帶寬為：帶寬為：其中，其中，的單位是的單位是ns。 高斯脈沖半極大全寬度高斯脈沖半極大全寬度(FWHM)：代入上式可得代入上式可得和經(jīng)驗(yàn)公式基本一致。和經(jīng)驗(yàn)公式基本一致。 或或 t355. 22ln2D)(4403MHzfdBtDbT41DttD41bR4. 單模光纖的色散單模光纖的色散 引入色散系數(shù)（也即是引入色散系數(shù)（也即是GVDGVD系數(shù)）系數(shù)）D D。D D定義為：定義為： tLD1ttLLD1122ct LLLg22 22 cD正常色散：正常色散： 反常色散：反常色散：脈沖展寬與脈沖展寬與D的關(guān)系為：的關(guān)系為： 0, 0, 0Dddg 0, 0, 0D

45、ddg LDDDt1300 標(biāo)準(zhǔn)光纖色散0.0000.2500.5000.1250.3751400150016001700波長 衰減色散移位光纖色散 非零色散移位光纖色散色散0102030103.5ps/(nm km標(biāo)準(zhǔn)光纖衰減90色散補(bǔ)償光纖色散 色散平坦光纖.)(dB/km)(nm)標(biāo)準(zhǔn)光纖標(biāo)準(zhǔn)光纖（G.652）色散移位光纖（色散移位光纖（DSF）（G.653）非零色散移位光纖非零色散移位光纖（NZ-DSF）（G.655）色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖零色散波長零色散波長1.3m mm附近附近1.55 m mm附近附近在在1.525 m mm或或1.585 m mm附近附近在在1.7 m mm以

46、上以上1.55 m mm色散值色散值D色散值較大色散值較大（1720） ps/（nm km）色散值很小色散值很小 3.5 ps/（nm km）色散值小色散值小 （23） ps/（nm km）負(fù)色散值大負(fù)色散值大-（70200） ps/（nm km）色散斜率色散斜率S0.09 ps/（nm2 km）0.075 ps/（nm2 km）0.1 ps/（nm2 km） 0.15 ps/（nm2 km）模場直徑（模場直徑（m mm）91078.38.4 0.65衰減衰減衰減大衰減大0.35 dB/km衰減較大衰減較大0.215 dB/km（敷設(shè)后）敷設(shè)后）衰減中等衰減中等0.21 dB/km衰減大衰減大

47、0.30.5 dB/km2.5 光纖特性測量方法光纖特性測量方法 光纖的特性參數(shù)很多，基本上可分為光纖的特性參數(shù)很多，基本上可分為、和和三類。三類。 包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度； 主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑和截主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑和截止波長；止波長； 主要有損耗、帶寬和色散。主要有損耗、帶寬和色散。 光纖損耗測量光纖損耗測量衰減是光纖傳輸特性的重要參量，它的測量是光纖傳輸特性測衰減是光纖傳輸特性的重要參量，它的測量是光纖傳輸特性測量的重要內(nèi)容之一，衰減直接影響光纖的傳輸效率。量的重要內(nèi)容之一，衰減直接影響光纖的傳輸效率。

48、波長為波長為的光沿光纖傳輸一定距離的衰減的光沿光纖傳輸一定距離的衰減 為為對于均勻的光纖，單位長度的衰減可以定義對于均勻的光纖，單位長度的衰減可以定義 為衰減系數(shù)為衰減系數(shù)大多數(shù)傳輸線的光功率與其傳輸距離大多數(shù)傳輸線的光功率與其傳輸距離z之間的關(guān)系是之間的關(guān)系是 ( )A( )( )10lg()( )inoutPAP( ) ( )10lg()( )( )( )inoutPPALL ( )( )(0)zP zPe 進(jìn)行衰減測量，要獲得精確、可重復(fù)的測量結(jié)果，進(jìn)行衰減測量，要獲得精確、可重復(fù)的測量結(jié)果，測量時測量時要保證光纖中功率分布是穩(wěn)定的，既滿足穩(wěn)態(tài)功率分布的條件。要保證光纖中功率分布是穩(wěn)定的

49、，既滿足穩(wěn)態(tài)功率分布的條件。但實(shí)際的光纖由于各種不均勻性等原因，引起模耦合，而不同但實(shí)際的光纖由于各種不均勻性等原因，引起模耦合，而不同的模的衰減和群速度都不同。因此在多模傳輸?shù)那闆r下，精確的模的衰減和群速度都不同。因此在多模傳輸?shù)那闆r下，精確測量的主要問題是測量結(jié)果與注入條件、環(huán)境條件（應(yīng)力、彎測量的主要問題是測量結(jié)果與注入條件、環(huán)境條件（應(yīng)力、彎曲、微彎）有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：主要讓光通過光纖一定長度（耦曲、微彎）有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：主要讓光通過光纖一定長度（耦合長度）后，可以達(dá)到合長度）后，可以達(dá)到“穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)”或者或者“穩(wěn)態(tài)模功率分布穩(wěn)態(tài)模功率分布”，這，這時模式功率分布就再不隨注入條件和光纖長度

50、而變化了。但是時模式功率分布就再不隨注入條件和光纖長度而變化了。但是在一般情況下對于質(zhì)量較好且處于平直狀態(tài)的光纖，起耦合長在一般情況下對于質(zhì)量較好且處于平直狀態(tài)的光纖，起耦合長度也需要幾公里。所以在實(shí)際測量中，對于短光纖一般用穩(wěn)態(tài)度也需要幾公里。所以在實(shí)際測量中，對于短光纖一般用穩(wěn)態(tài)模功率分布裝置，或適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，或有足夠長的注入光纖，模功率分布裝置，或適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，或有足夠長的注入光纖，以獲得穩(wěn)態(tài)功率分布條件。以獲得穩(wěn)態(tài)功率分布條件。 ITU-T G.650和和ITU-T G.651都規(guī)定都規(guī)定截?cái)喾ń財(cái)喾榛鶞?zhǔn)測量方法，為基準(zhǔn)測量方法，插入法插入法和和背向散射法（背向散射法（OTDR法

51、）法）為替代測量方法。為替代測量方法。切斷法：切斷法： 直接嚴(yán)格按照定義建立起來的測試方法，要求滿足穩(wěn)態(tài)注直接嚴(yán)格按照定義建立起來的測試方法，要求滿足穩(wěn)態(tài)注入條件。首先測量整條光纖的輸出光功率入條件。首先測量整條光纖的輸出光功率 ；然后保持注；然后保持注入條件不變，在離注入處約入條件不變，在離注入處約2 2米（或小于米（或小于2m2m）處切斷光纖，測）處切斷光纖，測量出此時的光纖輸出功率量出此時的光纖輸出功率 。由于測量是在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行。由于測量是在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行的，約的，約2 2米長的光纖損耗可以忽略，故米長的光纖損耗可以忽略，故 可以看成是被測光可以看成是被測光纖的始端輸入功率。纖的始端

52、輸入功率。 2( )P1( )P12( )( )10lg()( )PAP1( )P12( )10lg()( )( )( )PPALL 帶寬測量帶寬測量 光纖的帶寬特性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，是衡量光纖質(zhì)光纖的帶寬特性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，是衡量光纖質(zhì)量的一個重要的參數(shù)。量的一個重要的參數(shù)。 光纖帶寬特性的測量有時域法和頻域法兩種。光纖帶寬特性的測量有時域法和頻域法兩種。時域法（脈沖法）時域法（脈沖法）：測量光纖的光脈沖的響應(yīng)：測量光纖的光脈沖的響應(yīng)頻域法（掃頻法）：頻域法（掃頻法）：測量光纖的頻率響應(yīng)測量光纖的頻率響應(yīng)掃頻法：掃頻法： 以連續(xù)可調(diào)的正弦波調(diào)制光源，采用滿注入方式激勵光以連續(xù)可調(diào)的

53、正弦波調(diào)制光源，采用滿注入方式激勵光纖，在待測光纖輸出端測得輸出光頻函數(shù)纖，在待測光纖輸出端測得輸出光頻函數(shù)P2(w），然后在），然后在距注入端約距注入端約2m處剪斷光纖，測得輸入光頻函數(shù)處剪斷光纖，測得輸入光頻函數(shù)P1（w），），于是求得基帶頻響為：于是求得基帶頻響為： H（w）P2（w）/P1（w） 根據(jù)根據(jù)H（w）函數(shù)曲線可以確定）函數(shù)曲線可以確定BT3dB的值的值帶寬測量：掃頻法帶寬測量：掃頻法驅(qū)動器驅(qū)動器光探測器光探測器光衰減器光衰減器激勵器激勵器光源光源掃頻儀掃頻儀選頻表選頻表數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理X-YX-Y記錄儀記錄儀待測光纖待測光纖測量步驟分兩步：測量步驟分兩步：1 1、測出被測長

54、光纖的輸出特性；、測出被測長光纖的輸出特性；2 2、測光纖的輸入特性、測光纖的輸入特性除去光纖損耗外，隨著調(diào)制頻率的提高，光纖輸出信號降低，除去光纖損耗外，隨著調(diào)制頻率的提高，光纖輸出信號降低，長光纖與短光纖相比幅度下降長光纖與短光纖相比幅度下降6dB6dB所對應(yīng)的頻率就是被測光所對應(yīng)的頻率就是被測光纖的纖的6dB6dB電帶寬。電帶寬。 時域法時域法 以窄脈沖調(diào)制光源，采用滿注入方式激勵待測光纖，以窄脈沖調(diào)制光源，采用滿注入方式激勵待測光纖，在待測光纖輸出端測得輸出脈沖在待測光纖輸出端測得輸出脈沖P2（t），），然后在輸入然后在輸入端端2m處剪斷光纖測得輸入脈沖處剪斷光纖測得輸入脈沖P1（t）

55、, 則則 即輸出脈沖應(yīng)等于輸入脈沖與脈沖響應(yīng)即輸出脈沖應(yīng)等于輸入脈沖與脈沖響應(yīng)h（t）的卷）的卷積，響應(yīng)的傅氏變換關(guān)系式為積，響應(yīng)的傅氏變換關(guān)系式為 P2（w）H（w）P1（w） 測得測得和和的的-3dB脈寬（半高全寬度脈脈寬（半高全寬度脈寬）寬）211( )( )* ( )() ( )P tP th tP th t dtt脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器激光器激光器注入系統(tǒng)注入系統(tǒng)光探測器光探測器取樣示波器取樣示波器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)被測光纖被測光纖時域法基帶展寬測量系統(tǒng)時域法基帶展寬測量系統(tǒng)l色散測量色散測量光纖色散使傳播的光脈沖隨傳輸距離的增加而展寬。脈沖展寬光纖色散使傳播的光脈沖隨傳輸距離的增加而展寬。

56、脈沖展寬將限制傳輸容量或最大中繼距離。因此，光纖色散是表征光纖將限制傳輸容量或最大中繼距離。因此，光纖色散是表征光纖傳輸特性的又一重要參數(shù)，色散測量是光纖傳輸特性測量的又傳輸特性的又一重要參數(shù)，色散測量是光纖傳輸特性測量的又一重要內(nèi)容。一重要內(nèi)容。色散的測量方法可分為兩類：色散的測量方法可分為兩類：1 1時域法時域法。這種方法是以確定沿光纖長度方向傳輸?shù)?。這種方法是以確定沿光纖長度方向傳輸?shù)墓饷}沖光脈沖展寬量展寬量為基礎(chǔ)的。通常用窄脈沖調(diào)制光源做為光纖的測試信號為基礎(chǔ)的。通常用窄脈沖調(diào)制光源做為光纖的測試信號源，故又稱為源，故又稱為脈沖法脈沖法。2 2頻域法頻域法。這種方法是根據(jù)被測光纖基帶頻

57、響的。這種方法是根據(jù)被測光纖基帶頻響的幅頻特性幅頻特性確確定其帶寬，然后確定色散系數(shù)。此方法采用頻率連續(xù)可調(diào)的正定其帶寬，然后確定色散系數(shù)。此方法采用頻率連續(xù)可調(diào)的正弦被調(diào)制光源做為測試信號源，故也稱為弦被調(diào)制光源做為測試信號源，故也稱為正弦波法或相移法正弦波法或相移法l頻域法頻域法n頻域法是用正弦波調(diào)制光波來測量光纖色散的方法。頻域法是用正弦波調(diào)制光波來測量光纖色散的方法。3.1 3.1 模內(nèi)色散測量模內(nèi)色散測量 模內(nèi)色散測量常采用相移法。相移法是通過測量不同波模內(nèi)色散測量常采用相移法。相移法是通過測量不同波長下同一正弦調(diào)制信號的相移得出群延時與波長的關(guān)長下同一正弦調(diào)制信號的相移得出群延時與

58、波長的關(guān)系，進(jìn)而算出色散系數(shù)的一種方法。系，進(jìn)而算出色散系數(shù)的一種方法。由于它要求的測試設(shè)備較簡單，且正弦信號可采用窄帶由于它要求的測試設(shè)備較簡單，且正弦信號可采用窄帶濾波放大有利于提高信嗓比，測量準(zhǔn)確度高，因此濾波放大有利于提高信嗓比，測量準(zhǔn)確度高，因此已被廣泛應(yīng)用。已被廣泛應(yīng)用。光源光源波長波長選擇器選擇器光光檢測器檢測器鑒鑒相相器器信號信號發(fā)生器發(fā)生器計(jì)算機(jī)信號處理計(jì)算機(jī)信號處理信號通道信號通道時延時延發(fā)生器發(fā)生器待測光纖待測光纖包層模包層模濾出器濾出器 系統(tǒng)由光源、波長選擇器、信號發(fā)生器、包層模濾出器、系統(tǒng)由光源、波長選擇器、信號發(fā)生器、包層模濾出器、光探測器、時延發(fā)生器、鑒相器以及計(jì)

59、算機(jī)處理部分等組成，光探測器、時延發(fā)生器、鑒相器以及計(jì)算機(jī)處理部分等組成，測量時波長選擇器選擇波長測量時波長選擇器選擇波長1，2N，并且選擇信號發(fā)生，并且選擇信號發(fā)生器調(diào)制合適的調(diào)制頻率，使得所有波長的相位延時器調(diào)制合適的調(diào)制頻率，使得所有波長的相位延時i滿足滿足2Ni(2N+2)。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，可以得到群時延隨波長。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，可以得到群時延隨波長變化的曲線圖經(jīng)線性擬合可變化的曲線圖經(jīng)線性擬合可得到得到與與的函數(shù)關(guān)系，的函數(shù)關(guān)系，mf 222)(2/12/12/12/1iiiiiDdd2.6.1 2.6.1 概述概述 在高強(qiáng)電磁場中任何介質(zhì)對光的效應(yīng)都會變成非線性，光在高強(qiáng)電磁場中任何

60、介質(zhì)對光的效應(yīng)都會變成非線性，光纖也不例外。纖也不例外。 盡管用于光纖的玻璃材料的非線性很弱，但由于盡管用于光纖的玻璃材料的非線性很弱，但由于纖芯小，纖芯小，纖芯內(nèi)場強(qiáng)非常高纖芯內(nèi)場強(qiáng)非常高，且作用距離長，使得光纖中的非線性，且作用距離長，使得光纖中的非線性效應(yīng)會積累到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致對信號的嚴(yán)重干擾和對系效應(yīng)會積累到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致對信號的嚴(yán)重干擾和對系統(tǒng)傳輸性能的限制。統(tǒng)傳輸性能的限制。 反之，可以利用非線性現(xiàn)象產(chǎn)生有用的效應(yīng)。比如開發(fā)放反之，可以利用非線性現(xiàn)象產(chǎn)生有用的效應(yīng)。比如開發(fā)放大器、調(diào)制器等新型器件。大器、調(diào)制器等新型器件。 導(dǎo)致新的學(xué)科分支導(dǎo)致新的學(xué)科分支非線性光纖光學(xué)。非線性