光技术与光纤通信经典教材（优选材料）

光技术与光纤通信经典教材 优选材料 光技术与光纤通信经典教材 优选材料 光纤通信光技术与光纤通信第一章概述第二章光纤与光缆第三章通 信用光器件第四章光纤通信系统第五章光纤通信中的高新技术2优秀 课件光纤通信第二章光纤与光缆 2 1光纤的构造与分类 2 2 光纤传光原理 2 3光纤的特性 性能 2 4光缆 2 5光纤 特性的测量方法3优秀课件光纤通信 2 1光纤的构造与分类 一 光纤的构造 二 光纤的分类 三 常用光纤 四 光纤型号的命名方法 五 光纤制作方法简介 六 光纤的选用原则和推荐方案4优秀课件光纤通信 一 光纤的构造 1 纤芯 光信号的传输 2 包层 限制光信号溢出 3 一次涂敷层 预涂层 保护光纤增加韧性 4 缓冲层 减少对光纤的压力 5 二次涂敷层 套塑层 加强光纤的机械强度5优秀课件光纤通 信 1 纤芯位于光纤中心部位 主要成分是高纯度的SiO2 纯度可达99 99999 其余成份为掺入极少量掺杂剂 如P2O5和和GeO2 掺杂剂 的作用是提高纤芯的折射率 纤芯直径一般为2a 3 100 m 2 包层含有少量掺杂剂的高纯度SiO2 掺杂剂有氟或硼 其作用是 降低包层折射率 包层直径2b 125 140 m 3 一次涂层厚度5 40 m 材料一般为环氧树脂或硅橡胶 可承受 7kg拉力 4 缓冲层厚度100 m 5 二次涂敷层原料大都采用尼龙或聚乙烯1层 2层 光纤3 4 5 层 护层5层大约0 9mm左右6优秀课件光纤通信7优秀课件光纤通信 二 光纤的分类 11 从原材料分石英系光纤多组份玻璃光纤氟化物光纤塑料光纤液 芯光纤掺杂光纤 如掺铒光纤由于石英系光纤具有传输衰减小 通 信频带宽 机械强度较高等特点 在通信系统中得到广泛应用 8优秀课件光纤通信材料对性能的影响按原材料划分所用原材料举例 例可制成光纤按其它方法归类特点衰减减强度度可靠性性价格格石 英光纤SiO2和掺杂剂阶跃单模 SM 阶跃多模 SI 梯度多模 GI 低低 高高高高多成份玻璃光纤纳钙玻璃硼硅酸盐玻璃阶跃多模 SI 梯度 多模 GI 较低低较低低存在问题较低低塑包石英光纤纤芯SiO2包层 塑料阶跃多模 SI 较低低较高高存在问题较低低全塑光纤纤芯聚甲 基丙烯酸甲酯包层氟代丙烯酸树酯SI高高低有问题题低低9优秀课件 光纤通信光纤分类 22 按照光纤横截面上折射率分布特征n r 分阶跃型光纤 也称突 变型光纤 常用SI表示 Step Indexfibber 纤芯与包层的折射率均为一常数 其界面处呈阶跃式 变化 渐变型光纤 也称梯度光纤或自聚焦光纤 常用GI表示 Graded Indexfibber 纤芯折射率连续变化 包层的折射率则为一常数 W型光纤等10优秀课件光纤通信b a0a bb a0a b n r n r n1n1n2n2阶跃型光纤渐变型光纤n1r a n1 1 2 r a g 1 2r a n2a 33 按光纤内的导模数分多模光纤 MM Multi Modefiber 可传输多种模式 或允许多种场结构存在2a 50 75 m 2b 100 200 m 多模 单模光纤 SM Single Modefiber 只传输一种模式2a 4 10 m 2b 125 m 单模 14优秀课 件光纤通信光纤分类 44 按套塑的情况分松套紧套 5 按工作波长分短波长光纤0 8 0 9 m长波长光纤1 0 1 7 m超长 波长光纤 2 m短波长与长波长光纤为石英系光纤 而超长波长光纤 为非石英系光纤 如重金属氧化物 硫硒碲化合物和卤化物光纤等1 5优秀课件光纤通信 三 常用光纤 1 阶跃多模光纤 SIF 2 梯度多模光纤 GIF 3 单模光纤 SMF 目前常用单模光纤有G 652 G 653 G 654 G 65516优秀课件光纤通信按照零色散波长将单模光纤分为6种 非色散位移光纤G 652色散位移光纤G 653截止波长位移光纤G 654非 零色散位移光纤G 655色散平坦光纤色散补偿光纤17优秀课件光纤通 信G 651 多模渐变型 GIF 光纤 或称梯度光纤 它在光纤通 信发展的初期广泛应用于中小容量 中短距离的通信系统 G 652常 规单模光纤 或称非色散位移光纤 是第一代单模光纤 其特点是 在波长1310nm色散为零 系统的传输距离只受损耗的限制 但1310n m处损耗不是最小值 0 4dB km 光纤工作在1550nm窗口衰减小 且具有EDFA供选用 但其在1550nm 窗口色散大 不利于高速系统的长距离传输 18优秀课件光纤通信G 653色散移位光纤 是第二代单模光纤 其特 点是在波长1550nm色散为零 损耗又最小 适用于大容量长距离通信系统 但其在波分复用时会出现四波混频效应 故其被限用于单信道高速 传输 G 654截止波长位移光纤 1550nm损耗最小单模光纤 其特点是在 波长1310nm处色散为零 在1550nm处色散为17 20ps nm km 和常规单模光纤相同 但损耗更低 可达0 2dB km以下 它主要是一种用于1550nm改进的常规单模光纤 目的是增加传输距离19优秀课件光纤通信G 655非零色散位移光纤 是一种改进的色散移位光纤 在密集波分复用 WDM 系统中 当 使用波长1550nm色散为零的色散移位光纤时 由于复用信道多 信 道间隔小 出现了一种称为四波混频的非线性效应 这种效应是由两个或三个波长的传输光混合而产生的有害分量 它 使信道间相互干扰 如果色散为零 四波混频的干扰十分严重 如果有微量色散 四波 混频反而减小 为此 科学家研究了非零色散光纤 20优秀课件光纤通信G 655光纤的特点是有效面积大 零色散波长不 在在1550nm 而在1525nm或1585nm 在1550nm有微量色散 其值大到足以抑制密集波分复用系统的四波 混频效应 小到允许信道传输速率达到10Gb s以上 它具有常规单模光纤和色散移位光纤的优点 是最新一代的单模光 纤 光纤工作在1550nm窗口衰减小 色散低 大大减小四波混频效应 故其可用于远距离 波分复用 孤子传输高速系统中 实现超大容 量超长距离的通信 康宁 Corning 公司开发的这种新型光纤称为长距离系统光纤 Long HaulSystem Fiber AT如果信号 是数字脉冲 色散产生脉冲展宽 Pulse broadening 所以 色散通常用3dB光带宽f3dB或脉冲展宽 表示 用脉冲展宽表示时 光纤色散可写成 n2 m2 w2 n m w分别为模式色散 材料色散 波导色散所引起 的脉冲展宽的均方根值 色散 带宽和脉冲展宽宽131优秀课件光纤通信一般 频率响应 H f 随频率的增加而下下降 在表明输入信号的高频成份被光纤衰减 了 起到了低通滤波器的作用 将归一化频率响应下降一半或减小3dB的频率定义为光纤3dB光带宽f 3dB H f3dB H 0 1 2当系统光源的频谱宽度比信号的频谱宽度大得多 光纤可 近似为线性系统 此时 输出光脉冲一般为高斯波形 设P0 t h t exp t2 2 2 式中 为均方根 rms 脉冲展宽 进行傅立叶变换 带入定 义有 187122ln23MHz fdB 132优秀课件光纤通信用高斯脉冲半极大全宽 FWHM 4413 55 22ln223MHz fdB 则脉冲宽度 和 是信号通过光纤产生的脉冲展宽 单位为ns 133优秀课件光纤通信设频率为 的一光谱分量经过长为L的单模光 纤时 其时延为T L v g 为群速色散 式中式决定则脉冲展宽的程度由下设光脉冲 的谱宽为为群速度为群折射率 GVDddc vddDDLL Tvnnvgg ggg222222 2 1 1 134优秀课件光纤通 信e 2 718281828 1 e1 2 0 606530659 1 e 0 367879441 13 5优秀课件光纤通信色散产生的原因及分类 1模式色散 由传输模式引起的色散 只存在于多模光纤中 每一种传输模式到达光纤终端的时间先后不同 造成脉冲展宽 从 而出现色散现象 对阶跃多模光纤 以不同的入射角 i进入光纤的光线 虽然在入射 端同时入射 并以相同的速度传播 但到达光纤输出端的时间却不 相同 出现了时间上的分散 导致脉冲展宽严重 即发生了多径色 散 路径最短的光线 即 i 0o的光线 正好等于光纤长度L 路 径最长的为L Sin c 由于纤芯中光速为v c n1 则这两条光线到达输出端的时差 为136 优秀课件光纤通信 2211 nncLLSinLTc 为使这种展宽不产生码 间干扰 T应小于信息传输容量决定的比特间隔 即 T 一般 0 001 当 0 002BL 100 Mb s km 它能以10Mb s的速 率将数据传送10km 适用于局域网 137优秀课件光纤通信对渐变光纤 其最大路径时差 即模间色散 T L将随g而变 对n1 1 5 0 01的渐变光纤 最小色散发生在g 2 1 处 它与 的关系为 T L n1 2 8c利用准则B T 1 比特率 距离的极限为BL 8c n1 2 Mb s km它能使100Mb s的数据传输100km 其其BL积达约10 Gb s km 比阶跃光纤提高了3个数量级 138优秀课件光纤通信139优秀课件光纤通信三种不同光源的均方根 脉冲展宽与折射率分布指数的关系系140优秀课件光纤通信色散产生 的原因及分类 2材料色散 由光纤材料引起的色散光在光纤中传播速度v c n1 n1 是 光波波长的函数 即同一材料对不同波长的折射率不一样 当含有不同波长的光脉冲 非单色光 通过光纤传输时 其传输速 度不一致 这时 光脉冲被展宽出现色散 141优秀课件光纤通信色散产生的原因及分类 3波导色散 又称结构色散 是由光纤的几何结构决定的色散 光纤的横截面尺 寸起主要