光纤的分类及比较(包括各种单模光纤的色散及衰减特性)

,G654光纤特性（色散、衰减）,问题讲述流程,1光纤的分类及应用场合2光纤的色散特性3光纤的衰减特性4对各种单模光纤特性的比较（给出G654光纤的特性）,1光纤的分类及应用场合,单模光纤的分类,目前，光纤主要分为两大类，单模光纤和多模光纤。按照ITU的规范，单模光纤的分类如下：,多模光纤的分类：从性能上讲A1类光纤比A2，A3，A4光纤特性好的多。多模光纤主要用于短距离的局域网、数据链路及传感等方面。,多模光纤的分类,光纤纤芯包层模型,FibrecoreSiO2+GeO210mn11.443,SiO2Cladding125m2mn21.44,n1n2,传感器光纤,保偏光纤熊猫领结椭圆光敏光纤,PhotosensitiveFiberforFiberGratings,应用场合,2光纤的损耗（衰减）特性,光纤的损耗（衰减）特性,光波在光纤中传输时随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗（也可叫传输衰减）。形成光纤损耗的原因有很多，有来自光纤本身的损耗（吸收损耗、散射损耗），也有光纤与光源的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗，还有光纤弯曲损耗以及纤芯与包层中的损耗。,光纤本身损耗的分类,吸收损耗,散射损耗,本征吸收损耗：光波通过光纤材料时的损耗,杂质吸收损耗：材料的不纯净以及工艺的不完善造成的附加吸收损耗（过渡金属离子吸收以及水的氢氧根离子的吸收）,线性散射损耗,非线性散射损耗（与石英光纤的振动激发态有关）,瑞利散射：光纤材料折射率随机性变化引起,材料不均匀引起的散射,光纤损耗（衰减）的定义,光纤衰减是对光信号在光纤中传输时能量损失的一种度量，单位为dB，在工作波长为时的衰减A定义为：p1、p2分别为光纤注入端和输出端的光功率。（dB与dBm）,若光纤是均匀的，则还可以用单位长度的衰减即衰减系数来表示：,光纤损耗（衰减）的定义,3光纤的色散特性,光纤中的色散,光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽度被展宽,模间色散(ModeDispersion)材料色散(ChromaticDispersion)波导色散(waveguidedispersion)偏振模色散(PolarizationModeDispersion),光纤色散的分类:,模间色散,在多模光纤中，各个模式走不同的路径，高阶模走的路程长，低阶模走的路程短，因此到达光纤终端的时间先后不同，造成脉冲展宽，如下图所示。这种由于传输模式引起的色散叫做模间色散。（即使谱线很窄，模间色散也很大。）,模间色散图,单模光纤中的色散,在单模光纤中不存在多种模式，也就没有模间色散，但脉冲展宽现象依然存在，这是由于光脉冲信号有一定的频谱宽度（光脉冲有不同的频率成分），不同工作波长的光信号在光纤中将有不同的传播群速度，造成光脉冲的展宽。这种现象叫群速度色散，它一般小于模间色散。其主要由材料色散和波导色散所决定。,单模光纤色散对信号的影响,材料色散,材料色散由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。而光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速C之间的关系为：v=C/n光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。,波导色散,由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内传输，另一部分在纤芯中传输。进入包层内的光在传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。由于纤芯和包层的折射率不同造成脉冲展宽的现象称为波导色散。光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。,波导色散,d,虚反射面,反射面,穿透深度Z,侧向位移,n2,n1n2,n1,偏振模色散PMD,单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。通常小于0.5ps/km1/2,色散补偿技术,当前，发展比较成熟的、主流的色散补偿技术主要是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要技术是在每个（或几个）光纤段的输入或输出端通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，从而可以使单信道1550nm外调制光纤干线的色散得到较好的补偿。因此，对于超长距离的光纤传输，现有的色散补偿技术可以相对较好的解决色散问题，对于超远距离的传输，其首要考虑的因素是光纤的衰减特性。,4对各种单模光纤特性的比较,四种单模光纤,G652G653G654G655,G652,1）G652光纤又被称为标准单模光纤，这种光纤是目前应用在1310nm窗口的最广泛的零色散波长的单模光纤。2）其特点是当工作波长在1310nm时，光纤的色散很小，约为3.5ps/nm*km,系统的传输距离基本上只受光纤衰减所限制；但在1550nm波段色散较大，约为20ps/nm*km。3）这种光纤在1310nm波段的损耗较大，约为0.3-0.4db/km；在1550nm波段的损耗较小，约为：0.2-0.25db/km。基于以上特点，这种光纤应用在1550nm波段的2.5Gbps的干线系统中，主要用于城域网。10Gbps系统色散受限距离为34Km。且G652+DCF方案升级扩容成本高。,G652,色散系数D的单位：ps/nm.km,G652色散曲线图：,G653,1）针对标准单模光纤衰减和零色散在不同工作波长的特点，后来开发了一种将零色散波长从1310nm移到1550nm的色散位移光纤，ITU将这种光纤定义为G653。进行色散位移后，这种光纤在1550nm波段的色散为0,此时零色散与低损耗工作在同一波长上。2）但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重。3）这种光纤适用10Gbps以上的单信道传输，但在波分复用后会发生严重的4波混频现象，现已基本被淘汰。,G654,1）G654光纤又称为衰减最小光纤，这是一种应用于1550nm波段的纯石英芯单模光纤（普通的光纤纤芯要掺锗），这种光纤在1550nm波段衰减最小，仅为0.185dB/km。2）G654光纤在1310nm波段的色散为0，但在1550nm处波段色散较大，约为17-20ps/nm*km.3)因G654光纤在1550nm波段的衰减最小特性，结合较成熟的色散补偿技术，该光纤原主要用于超长距离的的海底光缆。但在G655、G656成熟后，G654光纤现也基本不用，属于淘汰产品。,G655,1）G654光纤又称为非零色散光纤，这是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1550nm处，而在1525nm或1585nm处。