光纖與光纜電子通信專業(yè)

光纖與光纜電子通信專業(yè)第一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖結構和類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設計與制造2.5光纖特性測量方法

第二章光纖與光纜第二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日芯包層涂覆層結構:2.1光纖的結構和類型1.光纖的結構光纖（OpticalFiber）

:特點：芯(Core)＋包層(Cladding)＋涂覆層(Buffercoating)ncore>nclad

光在芯和包層之間的界面上反復進行全反射，并在光纖中傳遞下去。第三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖的結構和類型2.光纖的類型光纖的分類按材料分:按折射率分布分:石英光纖;塑料光纖;液芯光纖階躍型光纖;漸變型光纖；W型光纖石英光纖---般用于通信塑料光纖---價格低廉，用于短距離鏈路塑料包層石英芯光纖---用于終端第四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖的結構和類型按傳輸波長分:多模光纖;單模光纖短波長光纖(0.85μm);長波長光纖(1.31μm/1.55μm)按傳輸模式分:圓柱形；帶形；矩形按光纖的形狀分:第五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖的結構和類型實用光纖的基本類型階躍型多模光纖單模光纖漸變型多模光纖(Step-IndexFiber,SIF)(Graded-IndexFiber,GIF)(Single-ModeFiber,SMF)按照芯徑粗細、傳播方式、折射率分布等因素分三類：第六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日SIFGIFSMF基本類型光纖的特征2.1光纖的結構和類型第七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖結構和類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設計與制造2.5光纖特性測量方法

第二章光纖與光纜第八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2光纖傳輸原理光纖傳輸?shù)牟▽Ю碚摚汗饩€理論和波動理論光線理論—當光纖直徑2a>>l,可認為l→0，光波→光線，用幾何光學方法分析光線入射、傳播、時延（色散）和光強分布。波動理論—從光波的本質(電磁波)出發(fā)，通過求解電磁波遵從的Maxwell方程組，導出電磁場的場分布，分析光纖的傳輸特性。波動理論沒有近似，可適用于各種折射率分布的單模和多模光纖。第九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法2.2.2Maxwell波動理論*幾何光學波動理論使用條件λ<<2aλ～2a適用光纖多模光纖單模等各種光纖基本方程射線方程波動方程研究內容光線軌跡模式分布幾何光學與波動理論的比較第十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日子午光線(Meridionalrays),偏斜光線(Skewrays)子午光線：通過纖芯軸線的光線偏斜光線：與光軸軸線不相交僅考慮通過纖芯軸線的光線的全反射2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖第十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日1.相對折射率差2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖通常第十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日根據(jù)全反射原理，存在一個臨界角(criticalangle)斯奈爾(Snell)定律:2.數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖第十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日相對折射率差數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)代表光纖接收光的本領NA越大，纖芯對光能量的束縛越強;NA越大，產(chǎn)生的信號畸變越大，限制傳輸容量。

---選擇適當?shù)腘A2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖第十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日模間色散所有f大于臨界角fc的光線都被限制在纖芯內。High-orderMode(Longerpath)Low-orderMode(shorterpath)AxialMode(shortestpath)corecladding3.光線的傳播路徑---折線,多模傳輸以不同入射角進入光纖的光線將經(jīng)歷不同的途徑，雖然在輸入端同時入射并以相同的速度傳播，但到達光纖輸出端的時間卻不同，出現(xiàn)了時間上的分散，導致脈沖嚴重展寬。2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖第十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日經(jīng)歷最短和最長路徑的兩束光線間的時差fccn1n2n0cf4.

最大時間延遲2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖第十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖當n1，n2相差不大時應用相對折射率差第十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日B--信號比特率,TB=1/B5.傳輸容量限制2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(1)--階躍型光纖第十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日---g為折射率分布指數(shù)---n1為中心軸線的折射率g=∞，階躍型光纖

g=2，拋物線型漸變光纖1.折射率分布—“a分布”2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖2.2光纖傳輸原理第十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日---局部數(shù)值孔徑NA(r)---最大數(shù)值孔徑NAmax

2.數(shù)值孔徑(NA)2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖第二十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日光線以正弦振蕩形式向前傳播，具有自聚焦效應。入射角大的光線：路徑長，折射率小，速度快中心軸線的光線：路徑短，折射率大，速度慢3.光線的傳播路徑—振蕩曲線,多模傳輸2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖結論：合理設計折射率分布,可降低模間色散第二十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日采用柱坐標r,f,z4.射線方程及其解*(x,y,z),(r,f,z)xyzrf徑向軸向2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖第二十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日邊界條件：入射光線--出射光線--光線的軌跡：2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖rprqzO第二十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日由入射光線-------正弦曲線5.自聚焦效應幅值周期--與入射角qi無關自聚焦(Self-Focusing)2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖第二十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日經(jīng)歷最短和最長路徑的兩束光線間的時差n2n06.最大時間延遲2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖第二十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日B--信號比特率,TB=1/B7.傳輸容量限制2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學方法(2)—漸變型光纖第二十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理Maxwell方程組波動方程組亥姆霍茲方程組射線方程光線軌跡傳輸特性波導場方程本征解(模式)電磁分量分離時、空分離光線理論波動理論邊界條件邊界條件縱、橫分離第二十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理采用柱坐標(r,f,z)橫向(r,f)縱向(z)徑向(r)角向(f)軸向(z)第二十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理----橫向傳播常數(shù)其中----波導場方程-------------------------縱向傳播常數(shù)波導場方程為一本征方程，其給定邊界條件下的本征解定義為“模式”！光纖波導中，電磁波在縱向以行波形式存在，在橫向以駐波形式存在第二十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日軸向傳播常數(shù)要求滿足:2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理導波存在的條件為k0n2＜β＜k0n1

導波截止的臨界條件為β=k0n2第三十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日電場:磁場:其中A,B,C,D待定.2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理m階變形Bessel函數(shù)m階Bessel函數(shù)第三十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理得出其他分量為：第三十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日1.各種電磁場模式表示方位角模數(shù)徑向模數(shù)2.2.2Maxwell波動理論*模式：能夠獨立存在的電磁場的場結構形式，簡稱“模”m:在纖芯沿方位角φ繞一圈電場變化的周期數(shù)n:從纖芯中心到纖芯與包層交界面電場變化的半周期數(shù)第三十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*TransverseElectric(TE)Mode，TransverseMagnetic(TM)Mode矢量模:根據(jù)縱向分量Ez，Hz是否存在，將矢量模分為橫磁模

橫電模橫電磁?；祀s模第三十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日四個最低階模的橫向電磁場分布圖電場磁場Lowest-ordermodeFirstsetofhigher-ordermodes第三十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.歸一化頻率V(NormalizedFrequency)：也叫模式值，V參數(shù)，V數(shù):2.2.2Maxwell波動理論*第三十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日若干低階模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線導波存在的條件為V＞Vc導波截止的臨界條件為V=Vc第三十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*3.標量模

弱導波光纖中光線與軸線幾乎平行，光纖中只有橫向分量，即僅有線極化波，場的偏振狀態(tài)可用標量描述，故稱標量?；蚓€偏振模LPjn線性偏振模（Linearlypolarizedmode):第三十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日若干低階LPjn模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線第三十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波動理論*標量模與矢量模的關系:

弱導波光纖軸向傳播常數(shù)相同的模可以認為是簡并模，矢量模場型結構通過疊加關系導出相應的標量模的場型結構。如LP01

矢量模

標量模

光斑

LP11

LP21

HE11

HE21TE01TM01

EH11HE31第四十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日HE21HE21HM01TE01LP11LP11第四十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日4.模式截止如果一個模式不再約束于纖芯內,則稱這個模式被截止.截止條件:與截止條件相聯(lián)系的參數(shù)是歸一化頻率V2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理第四十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日若干低階模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理當某個模式曲線對應的b/k0=n2時,該模式截止!LP01模不會截止,除非纖芯直徑為0;為使光纖單模傳輸,V<2.405第四十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日LP01HE11LP11HE21TM01TE01

LP02HE12LP12HE22TM02TE02LP03HE13LP13HE23TM03TE030~2.4052.405~3.8323.832~5.5205.520~7.0167.016~8.6548.654~10.173低階模式V值范圍光纖中的低階模式和相應的V值范圍2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理第四十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日5.光纖中傳播的模式數(shù)目歸一化頻率V越大,光纖中傳播的模式數(shù)目越多.突變多模光纖漸變多模光纖單模光纖2.2.2Maxwell波動理論*V值較高的光纖可以支持較多的模式，稱為多模光纖。模式數(shù)目隨V的減小快速減少。V=5，7個模式。當V小于某個值，除HE11模式外，所有模式被截止。只支持一個模式（基模）的光纖被稱作單模光纖。2.2光纖傳輸原理第四十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日6.單模光纖的截止波長單模光纖的工作原理:則除HE11模外,將截止所有其它的模式.適當選取a,n1,n2,使得給定a,n1,n2,則單模光纖中的波長應滿足:-單模光纖的截止波長2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理第四十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日7.單模光纖的光強分布和模場直徑光強分布:

---Gaussian分布模場直徑(2w):由于衍射效應，模場強度有相當一部分處于包層中，常用模場直徑2w表示2.2.2Maxwell波動理論*2.2光纖傳輸原理單模光纖的光斑尺寸經(jīng)驗公式MFD:ModeFieldDiameter第四十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖結構和類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設計與制造2.5光纖特性測量方法

第二章光纖與光纜第四十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3光纖傳輸特性結構參數(shù)傳輸特性參數(shù)幾何參數(shù)(2a,2b)折射率分布n(r)數(shù)值孔徑NA模場直徑2w截止波長lc損耗帶寬色散光纖參數(shù)非線性特性參數(shù)(與光纖截面結構相關)(與光纖長度與傳輸狀態(tài)相關)(與光強度等因素相關)第四十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3光纖傳輸特性2.3.1結構參數(shù)2.3.2光纖的損耗2.3.3光纖的色散2.3.4光纖的帶寬2.3.5光纖的非線性特性2.3.6光纖標準及應用

損耗導致脈沖幅度減小，限制系統(tǒng)的傳輸距離

色散導致脈沖展寬、畸變，限制系統(tǒng)的傳輸容量第五十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.1結構參數(shù)2.3光纖傳輸特性NA越大，集光本領越強，但給制造工藝和損耗帶來不利1.數(shù)值孔徑(NA)(主要針對多模光纖）ITU-T建議：G.651光纖N.A.=0.18~0.24,即0.2左右ITU-T:InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardization國際電信聯(lián)盟-電信標準部第五十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.1結構參數(shù)2.3光纖傳輸特性2.模場直徑MFD(2w))(主要針對單模光纖）ITU-T建議：光強分布:

模場直徑反映基模場強空間分布集中的程度，即基模光斑的大小fiberMFD(mm)G.652G.653G.654G.6558.6~9.57~8.3(in1310nmwindow)10.5(in1550nmwindow)8~11(in1310nmwindow)第五十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.1結構參數(shù)2.3光纖傳輸特性3.截止波長lc

(主要針對SIF單模光纖）理論截止波長迄今尚未找到一種實驗方法可以準確地確定理論截止波長！第五十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.1結構參數(shù)2.3光纖傳輸特性ITU-T定義：長度不大于2m(或2~20m，22m）的跳線光纜中的一次涂覆光纖的截止波長lc。有效截止波長G.652G.653G.654G.655不大于2m跳線≤1250≤14702m~20m跳線≤1260≤1270≤148022m成纜光纖≤1260≤1270≤1530≤1480第五十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗光纖損耗(attenuation)是通信距離的固有限制，在很大程度上決定著傳輸系統(tǒng)的中繼距離，損耗的降低依賴于工藝的提高和對石英材料的研究。2.3光纖傳輸特性第五十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗若Pin是入射光纖的功率，則傳輸功率Pout為：1.損耗定義2.3光纖傳輸特性PinPoutL功率損耗：對數(shù)表示：第五十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗習慣上損耗用dB/km表示：損耗系數(shù)2.3光纖傳輸特性PinPoutL第五十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日材料吸收、瑞利散射和輻射損耗2.光纖的損耗譜機理及特性曲線2.3.2光纖的損耗材料吸收(absorption)本征吸收損耗:

石英材料本身的吸收紫外吸收(原子吸收,峰值在0.16μm)紅外吸收(Si-O鍵因振動吸收,峰值在9.1μm、12.5μm及21μm)2.3光纖傳輸特性第五十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗雜質吸收損耗：光纖中的有害雜質的吸收OH離子:過渡金屬離子:如V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co等，O-H鍵振動在2.73μm，與Si-O鍵振動相互影響，產(chǎn)生在1.39μm、1.24μm及0.95μm吸收2.3光纖傳輸特性第五十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗瑞利散射(Rayleighscattering)石英材料密度的隨機變化引起折射率的起伏，導致散射散射大小與4成反比，即()R＝C/4（dB/km）,因而主要作用在短波長區(qū)在1.55m波段，瑞利散射引起的損耗仍達0.12~0.16dB/km

，是該段損耗的主要原因。2.3光纖傳輸特性第六十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗輻射損耗(Radiativelosses)又稱彎曲損耗(Bendinglosses)光纖的彎曲會引起輻射損耗有兩種情況的彎曲：一種是曲率半徑比光纖直徑大得多的彎曲；一種是微彎曲。2.3光纖傳輸特性第六十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗2.3光纖傳輸特性α=+B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ)A為瑞利散射系數(shù)

B為結構缺陷散射產(chǎn)生的損耗CW(λ)為雜質吸收產(chǎn)生的損耗IR(λ)為紅外吸收產(chǎn)生的損耗UV(λ)為紫外吸收產(chǎn)生的損耗光纖總損耗α與波長λ的關系：第六十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.2光纖的損耗2.3光纖傳輸特性第六十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

色散是由于不同光信號分量在光纖中傳輸時,由不同的頻率成分和不同的模式成分傳輸速度不同而產(chǎn)生時延差不同，造成光信號脈沖展寬的一種物理效應。色散程度常用時延差來表示。2.3.3光纖的色散1.光纖色散(Dispersion)2.3光纖傳輸特性多模光纖:模間色散+模內色散單模光纖:模內色散第六十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性模間色散:模內色散:模內色散最終可歸因于材料色散、波導色散、偏振模色散等。不同模式的光波經(jīng)歷路徑不同,傳導時間存在延遲差,導致輸入脈沖經(jīng)光纖傳輸后輸出脈沖展寬，適用多模光纖.也叫群速度色散(GVD:GroupVelocityDispersion)

色度色散(CD:ChromaticDispersion)單個模式中的不同頻率分量具有不同的群速度,光纖輸出時導致脈沖展寬。第六十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性模內色散參數(shù)(or系數(shù))D:常用單位:ps/(nm.km)or

單位光源譜寬和單位長度光纖的色度色散，即波長間隔為1nm的光波傳輸1km距離后的時延第六十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性零色散波長l0:當材料色散Dm、波導色散Dw和折射率剖面色散在某個波長互相抵消，使總色散為零時，該波長稱為零色散波長，單位nm。MaterialdispersionWaveguidedispersion第六十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.3光纖的色散2.3光纖傳輸特性色散對光纖傳輸系統(tǒng)的影響模擬信號:色散限制帶寬(Bandwith),色散通常用3dB光帶寬f3dB數(shù)字信號:色散產(chǎn)生脈沖展寬,脈沖展寬Δτ表示----模式色散引起脈沖展寬的均方根值----材料色散引起脈沖展寬的均方根值----波導色散引起脈沖展寬的均方根值第六十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.4光纖的帶寬2.3光纖傳輸特性光纖的帶寬模內帶寬多模光纖---?；儙?模內帶寬單模光纖---模內帶寬?；儙捀鱾€模式間的傳播路徑和速度不同產(chǎn)生的不同模式間的時延差造成脈沖展寬機理與單模光纖類似，由于光源譜寬和光纖色散特性結合引起的時延差第六十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.4光纖的帶寬2.3光纖傳輸特性模內帶寬?；儙捰嬎愎紻t：單個光脈沖為高斯型時輸入/輸出脈沖的半幅值寬度，單位nsDl：光源的半幅值寬度，單位nm總帶寬第七十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.4光纖的帶寬2.3光纖傳輸特性模內帶寬用色散系數(shù)表示?；儙挿治鍌€等級ITU-T規(guī)定：G.651多模光纖（1310nm）1310nm，D(l)≤6ps/(nm.km)850nm,D(l)≤120ps/(nm.km)≥200MHz；≥500MHz；≥800MHz；

≥1000MHz；≥1200MHz；第七十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性常規(guī)光纖系統(tǒng)中，光纖呈線性傳輸特性。當光功率增加到一定值，光纖開始出現(xiàn)非線性特性。非線性特性影響非線性特性的因素光波光強、介質的非線性系數(shù)、光波與非線性介質的有效作用長度。光纖的非線性分類受激散射(StimulatedScattering)克爾效應(Kerreffect)第七十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性受激散射(StimulatedScattering)受激拉曼散射(SRS：StimulatedRamanScattering)光信號與光纖材料的分子振動相互作用，進而調制入射光強，產(chǎn)生了恰好是分子振動頻率的邊帶信號，即Stokes線(低頻邊帶)和anti-Stokes線(高頻邊帶)。受激布里淵拉曼散射(SBS：StimulatedBrillouinScattering)光信號與聲波(由材料晶格振動產(chǎn)生)相互作用所引起的與SRS類似的非線性現(xiàn)象，但峰值SBS增益比SRS大2個數(shù)量級，SBS頻移遠小于SRS，SBS只出現(xiàn)在后向散射方向。第七十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性克爾效應(Kerreffect)光纖的折射率隨光信號強度而變化的非線性現(xiàn)象，也稱折射率擾動效應Aeff:光纖的有效面積(mm2)n2:光纖的非線性折射率(mm2/mW)n0:光纖的線性折射率(mm2/mW)P:入射到光纖中的平均光功率(mW)第七十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性克爾效應(Kerreffect)Kerr效應可引起以下5種非線性效應：自相位調制(SPM:Self-phasemodulation)折射率依賴強度，光信號強度隨時間變化將對本身相位產(chǎn)生調制，相位的導數(shù)為頻率，因而SPM導致光譜展寬。光脈沖的前后沿代表了時變的強度。交叉相位調制(XPM:Cross-phasemodulation)多波長系統(tǒng)中任一波長信號的相位受到其它波長信號強度起伏的調制作用，使脈沖光譜展寬。第七十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.5光纖的非線性特性2.3光纖傳輸特性四波混合(FWM:Four-wavemixing)兩個或兩個以上具有一定強度的不同波長的光波在光纖中同時存在時，入射光會改變光纖的折射率，從而在不同的波長處發(fā)生相位調制，導致產(chǎn)生其它新的波長的非線性效應。調制不穩(wěn)定性(MI:Modulationinstability)光孤子形成(Solitonformation)第七十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.3.6光纖的標準及應用多模單模ITU-T編號特點應用G.651G.653G.652G.654漸變型多模光纖(GIF)常規(guī)單模光纖色散移位光纖(DSF)G.655截止位移光纖(CSF)非零色散光纖(NRDSF)中小容量、中短距離第一代單模光纖，可用于1.31μm和1.55μm第二代單模光纖，在1.55μm色散為零，適用大容量長距離在1.55μm損耗僅0.15dB/km,在1.31μm色散為零改進的色散移位光纖2.3光纖傳輸特性第七十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日G.652標準(常規(guī))單模光纖EDFA頻帶0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652

標準單模光纖是第一代單模光纖,其零色散波長在1.3m窗口，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)把這種光纖規(guī)范為G.652光纖。2.3光纖傳輸特性第七十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日G.653色散位移光纖(DSF)EDFA頻帶0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652G.653屬于第二代單模光纖,相對G.652光纖,其零色散波長從1.3m移到1.55m,ITU規(guī)范其為色散移位光纖(DSF,Dispersion-ShiftedFiber)2.3光纖傳輸特性第七十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日G.654截止位移光纖(CSF)G.654光纖是一種應用于1.55m波長的純石英芯單模光纖,其在1.55m衰減最小，僅為0.151dB/km,但在1.55m色散較大，約為17~20ps/(nmkm),該光纖用于海底光纜長距離通信.ITU規(guī)范其為截止位移光纖(CSF:Cut-offShiftedFiber)2.3光纖傳輸特性第八十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日G.655非零色散位移光纖(NRDSF)17ps/nm.kmEDFA頻帶0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.653G.652G.655非零色散光纖是一種改進的色散移位光纖,其零色散波長不在1.55m,而是在1.525m或1.585m處,其綜合了標準光纖和色散移位光纖最好的傳輸特性,消除了色散效應和四波混頻效應,適合于高密度WDM系統(tǒng)的傳輸.2.3光纖傳輸特性第八十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日G.656寬帶全波光纖全波光纖,顧名思義,就是在光纖的整個波段，從1280nm開始到1675nm終止，都可以用來通信，與常規(guī)光纖相比，全波光纖應用于DWDM，可使信道數(shù)增加50%，這就為DWDM系統(tǒng)應用于城域網(wǎng)創(chuàng)造了條件2.3光纖傳輸特性第八十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日G.657接入網(wǎng)用光纖2.3光纖傳輸特性

在光纖到戶(FTTH:FiberToTheHome,指將光網(wǎng)絡單元安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處)建設中，由于光纜被安放在擁擠的管道中或者經(jīng)過多次彎曲后被固定在接線盒和插座的等狹小空間的線路終端設備中，所以FTTH用的光纜應該是結構簡單、敷設方便和價格便宜的光纜。為了規(guī)范抗彎曲單模光纖產(chǎn)品的性能，ITU-T于2006年通過了ITU-TG.657《接入網(wǎng)用彎曲不敏感單模光纖和光纜特性》建議.第八十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖結構和類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設計與制造2.5光纖特性測量方法

第二章光纖與光纜第八十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4光纖光纜的設計與制造2.4.1光纖的設計與制造2.4.2光纜的設計與制造2.4.3光纖光纜的連接第八十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日光纖是由折射率稍低于纖芯的包層包裹圓柱型纖芯組成的。1.光纖的結構2.4.1光纖的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造芯包層涂覆層第八十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.1光纖的設計與制造2.光纖設計主要考慮因素折射率分布;摻雜成分;摻雜量2.4光纖光纜的設計與制造纖芯:用石英作為基本材料,在包層中摻入B2O3降低折射率。包層:用石英作為基本材料,在其中摻入GeO2和P2O5適當提高折射率纖芯摻入Ge和P折射率包層摻入B折射率芯包層涂覆層第八十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.1光纖的設計與制造3.幾種典型的折射率分布普通光纖:

纖芯摻入GeO2相對折射率差:D=0.003工作波長:l=1.3um雙包層光纖(W型光纖):纖芯摻入GeO2后，再在纖芯旁邊摻入B2O3工作波長：l=1.3um~1.6um可制作色散平坦光纖或色散位移光纖2.4光纖光纜的設計與制造第八十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.1光纖的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造三角芯光纖:改進的色散位移光纖,適合密集波分復用和孤子通信.橢圓芯光纖:雙折射光纖或偏振保持光纖,能使傳輸光保持其偏振狀態(tài).第八十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.1光纖的設計與制造4.

光纖的制造過程制造預制棒就是尺寸大一些的預想光纖制造預制棒的常用方法：改進的化學氣相沉積法

(MCVD:ModifiedChemicalVaporDeposition)

棒外氣相沉積法(OVD:OutsideVaporDeposition)

活化等離子體化學氣相沉積法

(PCVD:PlasmaChemicalVaporDeposition)2.4光纖光纜的設計與制造第九十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.1光纖的設計與制造PlasmaChemicalVaporDeposition2.4光纖光纜的設計與制造主反應摻雜第九十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.1光纖的設計與制造拉纖成絲把預制棒放進拉伸爐，加熱至加熱至2000，使底端受熱熔化；直徑測試儀通過改變拉伸速率控制光纖直徑涂敷設備在包層外面加上外套，同時用同心監(jiān)控設備加以控制2.4光纖光纜的設計與制造第九十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造光纜實物圖第九十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造1.光纜基本要求保護光纖的機械強度和傳輸特性，防止施工過程和使用期間光纖斷裂，保持傳輸特性穩(wěn)定保護光纖固有機械強度的方法塑料被覆應力篩選2.4光纖光纜的設計與制造第九十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造光纖緩沖管加強芯外套2.光纜的基本結構此外，還包括防潮層、油膏、開索等。第九十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造各部分的作用：緩沖管：是保護光纖免受環(huán)境損害的第一層結構,緩沖管中可以放入多根光纖，也可以只有一根光纖加強芯：安裝光纖時，釋放光纖承受的機械壓力外套：保護整個機構，以適應惡劣的環(huán)境。2.4光纖光纜的設計與制造第九十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造3.幾種典型結構的光纜6芯層絞式光纜PE:PolyEthylene,聚乙烯第九十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造12芯骨架式光纜第九十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造12芯束管式光纜第九十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造帶狀光纜第一百頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造2.4光纖光纜的設計與制造深海光纜第一百零一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.2光纜的設計與制造4.光纜特性拉力特性：取決于加強件的材料和橫截面積。壓力特性：最大側壓力取決于護套的材料和結構。彎曲特性：取決于纖芯與包層的相對折射率差以及光纜的材料和結構。溫度特性：溫度變化時，由于熱脹冷縮過程中光纖受到應力作用，使損耗增加。2.4光纖光纜的設計與制造第一百零二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.3光纖光纜的連接1.光纖的連接固定連接：永久性，用于光纖線的連接，損耗小，小于0.1dB。常用電弧熔接2.4光纖光纜的設計與制造第一百零三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.3光纖光纜的連接活動連接：可拆卸，用于收發(fā)端機與光纖的連接及實驗室中，損耗較大，0.2dB。套管結構2.4光纖光纜的設計與制造第一百零四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.4.3光纖光纜的連接2.光纜的連接光纖熔接好后，放入光纜接頭盒中加以保護外護套和密封部分護套支撐部分盒內連接部分2.4光纖光纜的設計與制造第一百零五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.1光纖結構和類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纖光纜的設計與制造2.5光纖特性測量方法

第二章光纖與光纜第一百零六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.5光纖特性測量方法光纖特性參數(shù)幾何特性參數(shù)：纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度等。光學特性參數(shù)折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑和截止波長等。傳輸特性參數(shù)：損耗、色散和帶寬等。第一百零七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.5.1損耗測量2.5.2帶寬測量2.5.3色散測量2.5光纖特性測量方法第一百零八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.5.1損耗測量1.剪斷法測量光纖損耗系數(shù)測量長度L2的輸出光功率Pout,在注入條件不變的情況下，在離光源附近剪斷光纖，測量長度L1

的輸出光功率Pin,計算出光纖的衰減系數(shù)2.5光纖特性測量方法第一百零九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.5.1損耗測量2.后向散射法測量光纖損耗系數(shù)瑞利(Rayleigh)散射光功率與傳輸光功率成正比利用與傳輸光方向相反的瑞利散射光功率來確定光纖損耗2.5光纖特性測量方法被測光纖脈沖發(fā)生器時鐘光源光探測器放大器數(shù)據(jù)輸出示波器光方向耦合器信號處理系統(tǒng)后向散射光菲涅爾反射瑞利散射第一百一十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28