光纖光學(xué)第四章

第四章光纖的傳輸特性和新型光纖光纖的衰減機(jī)理及其決定因素光纖的色散機(jī)理及其決定因素光纖的非線性及其對(duì)傳輸?shù)挠绊懶滦褪⒐饫w的特性及其應(yīng)用場(chǎng)合主要問(wèn)題：4.3光纖的傳輸特性光纖中傳輸光信號(hào)時(shí)，光信號(hào)的強(qiáng)度、頻率、相位、偏振態(tài)等光參量會(huì)隨傳輸距離的增加而改變，這種特性稱為光纖的傳輸特性。光信號(hào)的強(qiáng)度變化——光纖的衰減光信號(hào)的相位變化——光纖的色散光信號(hào)的頻率、相位變化等——光纖的非線性4.3.1光纖的衰減特性光纖通信中，光纖的衰減限制了信號(hào)所能傳輸?shù)淖畲缶嚯x，光纖的衰減越小，光傳輸距離就會(huì)越長(zhǎng)。光能量的衰減（損耗）主要包括光纖耦合損耗、光纖的吸收和散射損耗以及光纖的彎曲輻射損耗。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)于光纖損耗有所偏重：短距離傳輸：端面耦合損耗；長(zhǎng)距離傳輸：光纖的吸收和散射損耗。一、光纖損耗的計(jì)算P(D)為輸入功率p0的光信號(hào)傳輸D后，剩余光功率。為單位距離上的吸收損耗；s為單位距離上的散射損耗；(1)以W為單位計(jì)算:(2)以dB為單位計(jì)算衰減光纖傳輸總衰減（損耗）定義為總損耗與光纖長(zhǎng)度L的比值定義為光纖的損耗系數(shù)

：二、光纖的損耗特性光纖的損耗大小與波長(zhǎng)有密切的關(guān)系。損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱為光纖的損耗譜，在譜線上，損耗值比較大的地方，稱為光纖的吸收峰，較低損耗的地方稱為光纖的工作波長(zhǎng)（工作窗口）外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(zhǎng)(nm)OH離子吸收峰三、光纖的損耗機(jī)理（1）光纖的吸收損耗紫外吸收損耗和紅外吸收損耗：在任一波長(zhǎng)處，任何材料的吸收與特定分子的電子振動(dòng)和共振有關(guān)。在石英系光纖中，電子共振發(fā)生在紫外區(qū)（<0.4μm），共振發(fā)生在（>9μm）處，由于石英玻璃的非結(jié)晶特性，使得共振吸收形成邊帶，吸收帶延伸到可見(jiàn)光。雜質(zhì)吸收損耗：光纖材料中含有OH-離子和金屬離子以及摻雜雜質(zhì)，也會(huì)引起損耗。OH-鍵的基本諧振波長(zhǎng)為2.73μm，與Si-O鍵的諧振波長(zhǎng)互相影響，形成一系列吸收峰，其中影響較大的波長(zhǎng)有1.39μm、1.24μm、0.95μm。由于制造工藝的改變，金屬離子和雜質(zhì)的吸收損耗，目前可忽略不計(jì)。（2）光纖的散射損耗瑞利散射損耗：光纖材料在加熱過(guò)程中，由于熱騷動(dòng)，使原子得到的壓縮性不均勻，使物質(zhì)的密度不均勻，進(jìn)而使折射率不均勻。這種不均勻在冷卻過(guò)程中被固定下來(lái)，它的尺寸比光波波長(zhǎng)要小。光在傳輸時(shí)遇到這些比光波波長(zhǎng)小，帶有隨機(jī)起伏的不均勻物質(zhì)時(shí)，改變了傳輸方向，產(chǎn)生散射，引起損耗。波導(dǎo)散射損耗：由表面畸變或粗糙所引起的模式轉(zhuǎn)換或模式耦合，而導(dǎo)致總功率額外的損耗。（一種模式會(huì)產(chǎn)生其他傳輸模式和輻射模式。由于在光纖中傳輸?shù)母鞣N模式衰減不同，在長(zhǎng)距離的模式變換過(guò)程中，衰減小的模式變成衰減大的模式，連續(xù)的變換和反變換后，總體產(chǎn)生額外的損耗），目前，該項(xiàng)損耗可忽略。瑞利散射損耗系數(shù)C~~0.7~0.9（dB/km）μm4在1.55μm處，為0.12~0.16dB/km。光纖在該波長(zhǎng)處的損耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射損耗與光波長(zhǎng)的四次方成反比。（3）光纖的彎曲輻射損耗彎曲輻射損耗：當(dāng)理想的圓柱形光纖受到某些力的作用下，會(huì)產(chǎn)生一定曲率半徑的彎曲，原在纖芯中以導(dǎo)模形式傳輸?shù)墓β蕦⒉糠洲D(zhuǎn)化為輻射模功率，并逃逸出纖芯，造成能量的損失。光線理論解釋彎曲損耗：在彎曲處不再滿足全反射定理。宏彎損耗：當(dāng)彎曲曲率半徑R>Rc，彎曲引起的損耗。一般由盤繞等引起的宏彎。微彎損耗：當(dāng)彎曲曲率半徑R<Rc，彎曲引起的損耗。由光纖制備過(guò)程中或在應(yīng)用過(guò)程中由于應(yīng)變等原因引起的形變。R<Rc；當(dāng)彎曲程度加大，曲率半徑減少，損耗將隨彎曲半徑成指數(shù)比例增大。多模光纖的彎曲損耗臨界曲率半徑Rc：實(shí)際多模光纖，彎曲半徑R>1cm時(shí)，附加損耗忽略不計(jì)。單模光纖的彎曲損耗臨界曲率半徑Rc：

A、B、C分別對(duì)應(yīng)于3種截止波長(zhǎng)（0.7μm、1.18μm、1.4μm）的光纖彎曲臨界半徑隨波長(zhǎng)的變化。（4）光纖的耦合損耗光纖與光源的耦合損耗為獲得最佳的耦合效率，主要考慮光纖與光源的特征參量的相互匹配。光纖：纖芯直徑數(shù)值孔徑角截止波長(zhǎng)偏振特性光源：發(fā)光面積發(fā)光的角分布光譜特性偏振特性半導(dǎo)體激光器和光纖的耦合損耗半導(dǎo)體發(fā)光二極管和光纖的耦合損耗光纖與光纖的耦合損耗LD發(fā)光的角分布特點(diǎn)：在x方向（平行于PN結(jié)方向）光束較集中，發(fā)散角2θ||約為5o~6o，在y方向上，光束發(fā)散角2θ約為40o~60o，LD的遠(yuǎn)場(chǎng)圖為細(xì)長(zhǎng)橢圓。LD尺寸及光斑特點(diǎn)：發(fā)光面為窄長(zhǎng)條，長(zhǎng)為幾十μm。寬約幾μm。當(dāng)激勵(lì)電流超過(guò)閾值不多，基橫模輸出，在垂直于光軸的平面內(nèi)呈高斯分布。半導(dǎo)體激光器和光纖的耦合損耗直接耦合的損耗Woy=0.05μm，λ=0.85μm的LD，NA=0.14的光纖直接耦合效率約為20%。透鏡耦合的損耗端面球透鏡耦合的光路簡(jiǎn)化圓錐透鏡耦合的光路簡(jiǎn)化凸透鏡耦合的光路簡(jiǎn)化LD與光纖耦合的典型光路示意圖半導(dǎo)體發(fā)光二極管和光纖的耦合損耗半導(dǎo)體發(fā)光管LED看成均勻的面發(fā)光體（朗伯型光源）LED和MMF直接耦合時(shí)的最大耦合效率為：常見(jiàn)多模光纖NA=0.14，其最大耦合效率僅為2%。光纖與光纖的耦合損耗多模光纖MMF和MMF的耦合損耗光纖的透過(guò)率：軸偏離對(duì)耦合損耗的影響兩光纖端面之間的間隙對(duì)耦合損耗的影響兩光纖軸之間的傾斜對(duì)耦合損耗的影響光纖端面的不完整（端面傾斜和端面彎曲）對(duì)耦合損耗的影響光纖種類（光纖芯徑和折射率）不同對(duì)耦合損耗的影響端面光功率均勻分布耦合損耗和軸偏離x的關(guān)系耦合損耗和間隙z的關(guān)系耦合損耗和軸傾斜θ的關(guān)系耦合損耗和端面傾斜的關(guān)系耦合損耗和端面彎曲的關(guān)系耦合損耗和芯徑差的關(guān)系單模光纖SMF和SMF的耦合損耗兩光纖的離軸和軸傾斜引起的耦合損耗兩光纖端面間的間隙引起的耦合損耗不同種類光纖引起的耦合損耗端面光功率高斯分布S1，s2為兩光纖模斑半徑4.3.2光纖的色散特性主要內(nèi)容：光纖色散的定義光纖色散的計(jì)算分析光纖色散的種類及其產(chǎn)生原因單模光纖的色散波譜特性

教學(xué)重點(diǎn)：理解光纖色散的概念及形成機(jī)制。什么是色散？

不同頻率的電磁波以不同的相速度和群速度在介質(zhì)中傳播。

不同模式之間具有不同的傳輸常數(shù)，所以具有不同的相速度和群速度。

波長(zhǎng)色散模式色散色散與媒質(zhì)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)都有關(guān)系，一般把有媒質(zhì)貢獻(xiàn)的項(xiàng)稱為材料色散，而把波導(dǎo)結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的項(xiàng)稱為波導(dǎo)色散。色散導(dǎo)致光脈沖在傳播過(guò)程中展寬，致使前后脈沖相互重疊，引起數(shù)字信號(hào)的碼間串?dāng)_。光纖的色散越小，越有利于高速傳輸。研究色散的意義？一、波長(zhǎng)色散（色度色散）

光信號(hào)在光纖中以群速度傳播，群速度的定義為光信號(hào)在光纖中傳播單位距離的時(shí)間稱為群時(shí)延，用τ

表示。時(shí)延差：二、模式色散（模間色散、多徑色散）

幾何理論的時(shí)延定義：沿傳輸方向走單位距離所用的時(shí)間。波動(dòng)理論的群時(shí)延定義：某一模式光信號(hào)在光纖中傳播單位距離的時(shí)間，即群速度的倒數(shù)。時(shí)延差時(shí)延差在多模光纖中，光信號(hào)耦合進(jìn)光纖以后，會(huì)激勵(lì)起多個(gè)模式。這些模式有不同的相位常數(shù)和不同的傳播速度，從而導(dǎo)致光脈沖的展寬。與光信號(hào)譜寬無(wú)關(guān)，僅由傳播模式間相位常數(shù)的差異導(dǎo)致的色散效應(yīng)，稱為模式色散或模間色散。最低模式：最高模式：相對(duì)折射率脈沖展寬漸變型多模光纖模式色散較小！階躍MMF的模式色散的計(jì)算群時(shí)延：光信號(hào)在光纖中傳播單位距離的時(shí)間，即群速度的倒數(shù)群折射率：模式色散時(shí)延差：波長(zhǎng)色散時(shí)延差：結(jié)論：傳輸常數(shù)隨頻率或者模式的變化關(guān)系決定了色散的性質(zhì)1、色散系數(shù)定義：意義：?jiǎn)挝徊ㄩL(zhǎng)間隔（1nm）的兩個(gè)頻率成分在光纖中傳播1km時(shí)所產(chǎn)生的群時(shí)延差。描述光波導(dǎo)色散特性的兩個(gè)重要參數(shù)單模光纖的色散系數(shù)D（λ）由光纖中光波傳播的相位常數(shù)β對(duì)k0

的二階導(dǎo)數(shù)決定。材料色散波導(dǎo)色散分別是纖芯和包層的群折射率

波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散項(xiàng)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，它與歸一化工作頻率V和的乘積成比例。而V和b又都是光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)。由于，近紅外波段內(nèi)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，總有，所以必有波導(dǎo)色散項(xiàng)。

構(gòu)成介質(zhì)材料的分子、原子可以看成一個(gè)個(gè)諧振子，他們有一系列固有的諧振頻率或諧振波長(zhǎng)。在外加高頻電磁場(chǎng)作用下，這些諧振子作受迫振動(dòng)。由于折射率隨外加電磁場(chǎng)的頻率變化，所以介質(zhì)呈色散特性，這就是材料色散。在ω<ωo時(shí)，n隨ω的升高而上升，波的相速度隨ω的升高而下降，這種色散現(xiàn)象稱為相速度的正常色散。當(dāng)外加電磁場(chǎng)頻率ω接近其固有諧振頻率ωo時(shí)，n隨ω的升高反而下降，即相速度呈反常色散。材料色散材料色散：是光纖材料的折射率隨頻率（波長(zhǎng)）而變，可使信號(hào)的各頻率（波長(zhǎng)）群速度不同引起色散。波導(dǎo)色散：指光纖中某一種導(dǎo)波模式在不同的頻率下，相位常數(shù)不同，群速度不同而引起的色散。小結(jié)：材料色散與波導(dǎo)色散的形成原因常規(guī)石英光纖的色度色散的數(shù)值圖形表示群速度色散與色散系數(shù)之間的關(guān)系:意義：具有單位頻率間隔的兩個(gè)光波在光纖中傳輸單位距離時(shí)產(chǎn)生的傳播時(shí)間差。

2、群速度色散（Group-VelocityDispersions）定義：描述光波導(dǎo)色散特性的兩個(gè)重要參數(shù)3、偏振（模）色散：?jiǎn)文９饫w實(shí)際上傳輸?shù)氖莾蓚€(gè)正交的基模，它們的電場(chǎng)各沿x,y方向偏振。理想的光纖中，這兩模式有著相同的相位常數(shù)，它們是互相簡(jiǎn)并的。PMD是指光纖中相互正交的兩個(gè)偏振模的傳輸速度不同所引起的色散.但實(shí)際上光纖總有某種程度的不完善，如光纖纖芯的橢圓變形、光纖內(nèi)部的殘余應(yīng)力等，將使得兩個(gè)模式之間的簡(jiǎn)并被破壞，兩個(gè)模式的相位常數(shù)不相等。

理論經(jīng)驗(yàn)偏振模色散具有隨機(jī)性，這與具有確定性的波長(zhǎng)色散不同，其值與光纖制作工藝、材料、傳輸線路長(zhǎng)度和應(yīng)用環(huán)境等因素密切相關(guān)。PMD的值與光纖長(zhǎng)度的平方根成反比例的變化

對(duì)于10Gb/s系統(tǒng)，只要傳輸距離小于3600km就可以不考慮PMD。對(duì)于超高速長(zhǎng)遠(yuǎn)距離光纖系統(tǒng)，PMD影響較大。4.3.3光纖的非線性特性一、非線性效應(yīng)線性介質(zhì)：非線性介質(zhì)（強(qiáng)場(chǎng)）：

d：二階非線性系數(shù)，對(duì)半導(dǎo)體、介質(zhì)晶體等中的典型值為

三階非線性系數(shù)，對(duì)半導(dǎo)體、介質(zhì)晶體等中的典型值為A.非線性折射：折射率佼核與光強(qiáng)（彈性效應(yīng)）總折射率：彈性：自相位調(diào)制（SPM:selfphasemodulation）

交叉相位調(diào)制（XPM:CrossphaseModulation）B、受激非彈性散射：非線性介質(zhì)有能量交換

受激拉曼散射SRS:StimulatedRamanScattering

受激布里淵散射SBS:Stimulated

BrillouinScatteringC、參量過(guò)程：

四波混頻FWM：FourWaveMixing二、光纖非線性的類型SBS、SRS及FWM過(guò)程所引起的波長(zhǎng)信道的增益或損耗與光信號(hào)的強(qiáng)度有關(guān)。這些非線性過(guò)程對(duì)某些信道提供增益而對(duì)另一些信道則產(chǎn)生功率損耗，從而使各個(gè)波長(zhǎng)間產(chǎn)生串?dāng)_。SPM和XPM都只影響信號(hào)的相位，從而使脈沖產(chǎn)生啁啾，這將會(huì)加快色散引起的脈沖展寬，尤其在高速系統(tǒng)中。三、光纖非線性效應(yīng)的影響盡管用于光纖的玻璃材料的非線性很弱，但由于纖芯小，纖芯內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)非常高，且作用距離長(zhǎng)，使得光纖中的非線性效應(yīng)會(huì)積累到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致對(duì)信號(hào)的嚴(yán)重干擾和對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的限制。非線性效應(yīng)與傳輸距離和纖芯內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)有著密切的關(guān)系，為此引入兩個(gè)基本參量：有效長(zhǎng)度和有效面積。4.3.3光纖的非線性特性1)有效長(zhǎng)度Leff：當(dāng)L很大時(shí)，Leff

1/

對(duì)于損耗為0.2dB/km的光纖,Leff約20km非線性對(duì)信號(hào)的影響完全隨距離增加而增加。實(shí)際上，可以采用一個(gè)簡(jiǎn)單而足夠精確的模型來(lái)假定功率在一段光纖長(zhǎng)度內(nèi)為常數(shù)。

：光纖衰減系數(shù)；L：實(shí)際傳輸距離LLeffP(0)P(z)兩個(gè)基本參量2)有效面積Aeff:模場(chǎng)分布為高斯分布時(shí),Aeff=W2普通單模光纖的Aeff80m2色散位移光纖的Aeff55m2色散補(bǔ)償光纖的Aeff20m2Aeff非線性效應(yīng)隨光纖中光強(qiáng)的增大而增大。對(duì)于一個(gè)給定的光纖，光強(qiáng)反比于光纖纖芯的橫截面積。由于光功率在光纖纖芯內(nèi)不是均勻分布的，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，采用有效面積Aeff表示。受激光散射概述受激光散射：一個(gè)高能量光子（泵浦）被散射成一個(gè)低能量的光子（斯托克斯光），同時(shí)產(chǎn)生能量為兩光子能量差的另一個(gè)能量子(聲子)。散射光頻率降低，光場(chǎng)把部分能量傳遞給介質(zhì)。受激布里淵散射（SBS）：參與的能量子為聲學(xué)聲子，只有后向散射；受激拉曼散射（SRS）：參與的能量子為光學(xué)聲子，以前向散射為主，但也有后向散射。受激光散射機(jī)理拉曼散射中頻率減少的稱為斯托克斯散射，頻率增加的散射稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)得多。SBS：泵浦光、斯托克斯波和聲波之間的參量互作用?？煽醋魇且粋€(gè)泵浦光子的湮滅，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)斯托克斯光子和一個(gè)聲學(xué)聲子。SRS：入射光波的一個(gè)光子被一個(gè)分子散射成為另一個(gè)低頻光子，同時(shí)分子完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。SRS和SBS的區(qū)別SRS是和介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)有關(guān)，頻率較高的“光學(xué)支”聲子參與散射，頻移有幾十THz；而SBS是和介質(zhì)宏觀彈性性質(zhì)有關(guān)，頻率較低的“聲學(xué)支”聲子參與散射，頻移只有十幾GHz；SBS只發(fā)生在反向，而SRS在兩種方向均能發(fā)生，主要是正向；增益系數(shù)不同，在單模光纖中SBS的峰值增益系數(shù)比SRS的峰值增益系數(shù)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并且近似與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)；SRS的閾值功率大于SBS的閾值功率。受激光散射機(jī)理受激光散射對(duì)兩通信信道的影響（串?dāng)_）受激散射光一方面將引起信道間的串?dāng)_；另一方面它又可以把泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的能量，實(shí)現(xiàn)光放大作用.FRA可以提供整個(gè)波長(zhǎng)波段的放大。通過(guò)適當(dāng)改變泵浦激光波長(zhǎng)，就可以達(dá)到在任意波段進(jìn)行寬帶光放大。受激光散射機(jī)理

非線性折射率在較高入射光功率下，纖芯折射率應(yīng)表示為：(光場(chǎng)線偏振，光脈沖寬度>1ps)光場(chǎng)幅度的有效值或均方根線性折射率非線性折射率或Kerr系數(shù)折射率的非線性影響一般很小。但光纖中大部分非線性效應(yīng)都起源于非線性折射率。1）自相位調(diào)制SPM折射率非線性分量的出現(xiàn)將引起導(dǎo)模傳播常數(shù)的變化，使傳播常數(shù)增加了一附加項(xiàng)：光纖有效截面積由模場(chǎng)自己產(chǎn)生的非線性效應(yīng)而引起的非線性相移稱為自相位調(diào)制，信號(hào)光強(qiáng)的瞬間變化引起其自身的相位調(diào)制。線性傳輸時(shí)的傳播常數(shù)非線性系數(shù)光纖中傳輸?shù)墓β蔛elf-PhaseModulationA、單色平面波：B、新的頻率成份似忽略

reason：其頻率在感興趣的頻段以外；其強(qiáng)度弱。C、基波另外的分量會(huì)引起頻率的啁啾，并且改變其色散。D、忽略3次諧波A、相位B、折射率：

非線性相移非線性相移與信號(hào)功率成比例增大，輸入信號(hào)功率越大，非線性效應(yīng)越強(qiáng)。SPM不僅隨光強(qiáng)而變，而且隨時(shí)間變化，這種瞬時(shí)變化相移導(dǎo)致在光脈沖的中心兩側(cè)出現(xiàn)不同的瞬時(shí)光頻率，即出現(xiàn)頻率啁啾，引起光脈沖的頻譜展寬

。2）交叉相位調(diào)制XPM在多波長(zhǎng)系統(tǒng)中（WDM），光強(qiáng)的變化引起相位的變化，由于相鄰信道間的相互作用，引起交叉相位調(diào)制。XPM是不同波長(zhǎng)的光脈沖在光纖中共同傳輸時(shí)引起的一種光場(chǎng)的非線性相移。特點(diǎn)：信道光信號(hào)產(chǎn)生的非線性相移不僅取決于其自身的強(qiáng)度或功率，也取決于其他信道信號(hào)功率，因而第j信道的相移可寫為：M：信道總數(shù)；Pj：信道功率（j＝1～M）；因子2表明在同樣功率下XPM的影響是SPM的兩倍，這樣總相移就與所有信道功率和有關(guān)，并根據(jù)相鄰信道比特圖形而變化。交叉相位調(diào)制在多信道系統(tǒng)中是主要的功率限制因素3）四波混頻FWMFWM：

光纖中不同波長(zhǎng)的光波相互作用而導(dǎo)致在其它波長(zhǎng)上產(chǎn)生所謂混頻產(chǎn)物或邊帶的新光波的現(xiàn)象。對(duì)于等間隔的WDM系統(tǒng)，這些頻率分量將與信號(hào)頻率重疊，形成信道之間的串?dāng)_，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。4.1不同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的石英光纖研究?jī)?nèi)容：光纖是如何滿足不同時(shí)期的不同應(yīng)用需求的。不同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖特性不一樣研究思路：不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)光纖性能的要求幾何特性光學(xué)特性傳輸特性環(huán)境特性距離（遠(yuǎn)、近）容量（大、小）易操作性（方便、不方便）光纖的幾何特性纖芯直徑、包層直徑、纖芯/包層同心度、不圓度和光纖翹曲度等。光纖的光學(xué)特性折射率分布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑及截止波長(zhǎng)等。光纖的傳輸特性光纖的損耗特性和色散特性損耗導(dǎo)致脈沖幅度減小，限制系統(tǒng)的傳輸距離；色散導(dǎo)致脈沖展寬、畸變，限制系統(tǒng)的傳輸容量。回顧：光纖特性光纖的機(jī)械特性和溫度特性回顧：光纖應(yīng)用光纖在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用（重要應(yīng)用場(chǎng)合） 光纖在干線網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)（含本地網(wǎng)）不同場(chǎng)合已有很多的應(yīng)用，并應(yīng)用前景巨大。光纖在傳感中的應(yīng)用 光纖在傳感中不僅起到“傳”的作用，同時(shí)可起到“感”的作用。光纖在照明、成像等場(chǎng)合中的應(yīng)用 光纖在照明、成像場(chǎng)合主要起到（可見(jiàn)）光的傳輸和散射等作用。G.651漸變式多模光纖的提出及特性SI-MMF模式色散大，限制大容量傳輸，一般工作在850nm，損耗大。但數(shù)值孔徑較大，耦合效率較高，彎曲產(chǎn)生的損耗相對(duì)較小。GI-MMF改善模式色散，適合光局域網(wǎng)等場(chǎng)合應(yīng)用。單模光纖的提出光纖的色散進(jìn)一步降低，同時(shí)工作波長(zhǎng)從短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移，光纖的損耗降低，適合大容量長(zhǎng)距離傳輸。

SiO2+GeO2SiO2+GeO2SiO2SiO2

SiO2+F簡(jiǎn)單階躍匹配包層型簡(jiǎn)單階躍下凹內(nèi)包層型標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（G.652光纖）的光學(xué)特性高的△能大大改變光纖的抗彎性相對(duì)折射率差△偏低光纖抗彎性稍差在1310nm波段的損耗較大（約0.35dB/km）；在1550nm波段的損耗較?。s0.25dB/km）。在1310nm波段的色散較?。s為3.5ps/nm·km），系統(tǒng)傳輸距離只受光纖衰減所限制。在1550nm波段的色散較大（約為20ps/nm·km），若傳輸10Gb/s的信號(hào)，不加處理，不能實(shí)用。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（G.652光纖）的傳輸特性存在的問(wèn)題：損耗與色散最小值不在同一個(gè)波段（在1310nm區(qū)色散值小，但損耗大；在1550nm區(qū)損耗小，但色散大），不利于長(zhǎng)距離大容量傳輸。色散位移單模光纖（G.653光纖）的提出是否可以將兩者最小值在同一波段實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一？改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)光纖的色度色散為材料色散和波導(dǎo)色散的代數(shù)和。回顧：改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可有效實(shí)現(xiàn)零色散點(diǎn)的位移。為何不改變材料色散，使色度色散為零呢？問(wèn)題：通過(guò)改變光纖的材料（摻雜），無(wú)形中會(huì)增加光纖的損耗，此解決辦法不理想。色散位移單模光纖（G.653光纖）的特性DSF的損耗和色散在1550nm同時(shí)達(dá)到最小值。因此，G.653光纖（DSF）是單波長(zhǎng)信號(hào)傳輸?shù)淖罴堰x擇。非零色散位移單模光纖（G.655光纖）的提出存在的問(wèn)題：多信道傳輸時(shí)，容易產(chǎn)生四波混頻FWM現(xiàn)象，不利于多信道的WDM傳輸，F(xiàn)WM導(dǎo)致信道間發(fā)生串?dāng)_。是否可以降低FWM對(duì)多信道傳輸?shù)挠绊懀窟m量的微量色散，F(xiàn)WM的影響會(huì)減小。非零色散位移單模光纖（G.655光纖）的特性NZ-DSF的損耗小，色散適量，有效克服FWM對(duì)多信道傳輸?shù)挠绊?，適合應(yīng)用于WDM系統(tǒng)。G.655光纖特別適合于高密度WDM系統(tǒng)的傳輸，是新一代光纖通信系統(tǒng)的最佳傳輸介質(zhì)。低色散斜率光纖（色散平坦光纖）的提出WDM傳輸系統(tǒng)由于色散的積累及色散斜率的作用，各通路的色散積累量是不同的，其中位于兩側(cè)的邊緣通路間的色散積累量差別最大。當(dāng)傳輸距離超過(guò)一定值后，具有較大色散積累量通路的色散值超標(biāo)，從而限制了整個(gè)WDM系統(tǒng)的傳輸距離。低色散斜率光纖（色散平坦光纖）的特點(diǎn)低色散斜率光纖可使工作波長(zhǎng)區(qū)順利地從C波段（1530~1565nm）擴(kuò)展至L波段（1565~1625nm），而不至引起過(guò)大的色散補(bǔ)償負(fù)擔(dān)，只需一個(gè)色散補(bǔ)償模塊即可補(bǔ)償整個(gè)C波段和L波段。色散補(bǔ)償光纖DCF的提出我國(guó)在建設(shè)期（2002年前后）鋪設(shè)的光纖99%為G.652光纖，色散問(wèn)題嚴(yán)重阻礙1310nm單模光纖到1550nm得升級(jí)擴(kuò)容。如何解決呢？G.652光纖的色散值在1550nm波長(zhǎng)是正的（17~20）ps/（nm·km），且具有正的色散斜率，可加接具有負(fù)色散的色散補(bǔ)償光纖，進(jìn)行色散補(bǔ)償，以保證整條光纖線路的總色散近似為零，從而實(shí)現(xiàn)高速度、大容量、長(zhǎng)距離的通信。DCF是具有大的負(fù)色散光纖。色散補(bǔ)償光纖DCF的特性全波光纖的提出常規(guī)光纖無(wú)法避免在1385nm處很強(qiáng)的OH-離子的吸收損耗。就會(huì)限制E波段的利用，很難工作在全波段。措施：降低OH-離子的濃度。全波光纖的特性All-waveFiber消除了常規(guī)光纖在1385nm附近的損耗峰，損耗從原來(lái)的2dB/km降到0.3dB/km，使光纖損耗在1310nm~1600nm都趨于平坦。全波光纖可使用1310nm、1400nm和1550nm三個(gè)窗口，所以全波光纖將有可能實(shí)現(xiàn)在單根光纖上傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖象信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一。大有效面積光纖的提出線性色散可用色散補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除，而非線性的影響卻不能用簡(jiǎn)單的線性補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除，一旦產(chǎn)生很難處理，所以采用大有效面積光纖可解決非線性問(wèn)題。NZ-DSF光纖模場(chǎng)直徑變小，其有效面積也減小，更容易產(chǎn)生較大的插入損耗和非線性效應(yīng)。理論研究表明，增加光纖有效面積，減低所有的非線性。有效面積變大后導(dǎo)致色散斜率偏大（約為0.1ps/(nm2·km)），在L波段的高端色