光纤通信2 光纤PPT学习课件

1、纤芯 包层 涂覆层 芯线 m125 m250 1、光纤的结构 2.1光纤的结构及分类光纤的结构及分类 典型结构是多层同轴圆柱体 自内向外为纤芯、 包层和 涂覆层 牛牛文库文档分享 纤芯、包层-裸光纤 纤芯、包层+涂覆层-芯线 纤芯、包层-光学区 涂覆层-保护区 材料：SiO2 纤芯n1 包层n2 纤芯:SiO2 +GeO2(P2O5) 包层:SiO2 +B2O5(F) 涂覆层包括一次涂覆、缓冲层和二次涂覆， 起保护光纤不受水汽的侵蚀相机械的擦伤， 同时又增加光纤的柔韧性， 起着延长光纤寿命的作用。 涂覆层的主要作用是为光纤提供保护 牛牛文库文档分享 2、光纤的分类 1）按制造光纤所使用的材料分

2、 2）按工作波长来分 3）根据光纤中传输模式分 4）根据折射率分布分 有石英系列、 塑料包层石英纤芯、 多组分玻璃纤维、 全塑光纤等四种。 短波长光纤 长波长光纤 单模光纤和 多模光纤 有阶跃型光纤 Step Index SI 渐变型 (梯度型) 光纤 Graged Index GI W型光纤等 牛牛文库文档分享 n nn 1 n 1 n 1 n 2 n 2 n 2 n 阶跃型光纤 SI Step Index 渐变型 (梯度型) 光纤GI Graged Index W型光纤 a a 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 3、光缆制造 1、原材料提纯去掉光纤原料中的杂质，以降低

3、杂质吸收。 2、制棒 将提纯后的材料合成一定折射率 分布的预制棒。 将预制棒拉制成原折射率分布的 光纤。 3、拉丝 4、套塑 为保证光纤的机械性能将光纤涂覆 层外加一层热塑材料。 5、成缆 牛牛文库文档分享 目的：目的：去掉光纤原料中的杂质，以降低 杂质吸收。 方法方法：精馏吸附精馏 精 馏 塔 活 性 吸 附 物 质 二 级 精 馏 活 性 吸 附 物 质 精 料 槽 SiCl4 HO- Cu2+_ 氧化铝或活性硅胶 SiCl4 材料提纯 牛牛文库文档分享 熔炼制棒 方法方法：MCVD法（改进的化学汽相沉积法） BELL PCVD法（等离子激活化学汽相沉积法）PHILIPS VAD法（汽相轴

4、向沉积法）NTT OVD法（管外汽相沉积法） CORNING APVD法（等离子化学汽相沉积法） ALCATEL 目的：目的：将提纯后的材料通过物理与化学的方法 合成一定折射率分布光纤预制棒。 折射率分布通过控制掺杂浓度实现。 牛牛文库文档分享 化学反应方程 2224 2ClSiOOSiCl 23223 6234ClOBOBCl 2224 2ClOGOGeCl e 25223 6234ClOPOPOCl MCVD法（改进的化学汽相沉积法） 纤芯:SiO2 +GeO2(P2O5) 包层:SiO2 +B2O5 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 拉丝 目的： 将具有一定的折射率分布的预制棒 拉制成

5、折射率分布不变的光纤。 1 2 3 4 6 7 8 9 1-光纤预制棒 2-高温炉 3-测温仪 4-炉温控制 5-激光测径仪 6-调速系统 7-涂覆器 8-固化炉 9-收丝轮 5 牛牛文库文档分享 光纤经过涂覆后虽然已具有了一定的抗张强度，但还是经不起施工中的弯折、扭曲和侧压等外力 作用，为了使光纤能在各种环境中使用，必须把光纤与其他元件组合起来构成光缆，使其具有良好的 传输性能以及抗拉、抗冲击、抗弯、抗扭曲等机械性能。 成缆 一、对光缆的要求 1、机械性能好：保证光纤经得起拉伸、冲击、弯曲等影响。 2、防护性能好：使光纤防水，防潮，防雷，防腐。 3、传输性能好：避免工程中带来的附加损耗或色散

6、。 牛牛文库文档分享 2、光缆护套 一般由塑料材料制造，保护光缆芯受到机械外力和 环境的影响。 PVC（聚氯乙烯） 3、防潮层 光纤非常怕水，一般用密封铝制金属或阻水纱防潮。 4、 填料 防止水气进入。 要求：抗水性好，温度性能好，无毒 ，不易燃。 5、铠装 增加机械强度， 防鼠，防虫，防人为损伤。 1、加强件 加强件一般由钢丝或增强塑料嵌在光纤中，用以 承受拉伸负荷。 （集中式加强件，分散式加强件） 二、光缆的基本结构 牛牛文库文档分享 按成缆光纤类型 多模光纤光缆和单模光纤光缆 按缆芯结构 中心束管、层绞、骨架和带状 按加强件和护层 金属加强件、非金属加强、铠装 按使用场合 长途/室外、室

7、内、水下/海底等 按敷设方式 架空、管道、直埋和水下 3、光缆的分类、光缆的分类 牛牛文库文档分享 4、光缆的结构（成缆方式） 层绞式 骨架式 中心束管式 带状式 牛牛文库文档分享 光纤 油膏 加强件 护套 松套管 中心管式光缆中心管式光缆-套管式光缆是将数根一次涂覆的光纤放入同一根 塑料管中，管中填冲油膏，光纤浮在油膏中。套管式 光缆的结构合理、重量轻、体积小、价格便宜。 牛牛文库文档分享 层绞式结构光缆层绞式结构光缆 加强芯 纤芯 套塑 填充料 防潮层 内护套 铠装 外护套 -层绞式光缆是将若干根光纤芯线以加 强元件为中心绞合在一起的一种结构， 这种结构适用于芯线数较少的的光缆。 牛牛文库

8、文档分享 骨骨 架架 式式 结结 构构 光光 缆缆 -沟槽式光缆是将单根或多根光纤放入沟 槽中，骨架中心是加强元件。这种结构的 光缆的抗侧压性能好，单制造工艺复杂。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 2.2 光纤导光原理 光纤导光原理的分析方法： 射线理论，几何光学法 波动理论、模式理论 1、内全反射 折射定律 一、SI光纤射线分析 1 2 sin sin n n t i 1 n 2 n i r t 21 nn c n2 n1 入 射 光 纤 出 射 牛牛文库文档分享 非子午面光线 牛牛文库文档分享 1 3 2 1 2 3 c 1 c 2 c 3 12 23 牛牛文库文档分享 Snell定律

9、 临界角 临界角对应的捕光角 sinsin 10 nn 2 1 cos1 n c n 2 1 sin1 2 1 2 1 )(1 n n n 1 2 sin sin n n t i 1 2 sin n n c 捕光角 1 n 2 n c 内全反射 导光原理 内全反射的条件 c 牛牛文库文档分享 2 1 2 1 )(1sin n n n 2 1 2 1max )(1sin n n n 1 21 n nn 相对折射率差 2 1 2 2 2 1 1 n nn n 2 1 2121 1 )( n nnnn n 1 21 1 )(2 n nn n 2 1 n 2sin 1max n 121 2nnn 牛牛

10、文库文档分享 3、模式及时延差 传导模 辐射模 2、数值孔径NA(Numerical Aperture ) max sinNA 2 1 nNA max NA 光源与光纤的耦合效率高 光纤里有很多条光线 和轴线夹角相同的一簇光线 称作一个模式 模式有两类： 2sin 1max n 牛牛文库文档分享 最大时延差 模式时延 1 2 sin n n c L c L L sin 两条路径 d pp v L v L tt 12 1 n c v p L c L L sin c n LL n n 1 2 1 )(L c n 1 L c n 1 L n n 2 1 牛牛文库文档分享 脉冲展宽： 不引起码间干扰的

11、脉冲间隔： 码元速率 （带宽）： L c n T 1 1 1 Ln c T B L c n 1 不同模式的时延差使光脉冲展宽 0 0 T 牛牛文库文档分享 提高带宽的方法： 1 1 Ln c T B B 例： 487.1,275.0 1 nNA 求光脉冲传1公里的扩展和最大比特率。 解： c Ln d 1 ns76.84 SI Ln c B 1 1 maxsMb /8.11 1 n c BL 1）减少模式的最大时延差-采用GI光纤 2）只允许一个模式传输-单模光纤 2 1 nNA0171.0)( 2 1 2 1 n NA 牛牛文库文档分享 二、 GI光纤射线分析 g=2 抛物线型 arn ar

12、 a r n rn g ; ;)(1 )( 2 0 n 1 n 2 n a 牛牛文库文档分享 n3 n2 n1 n1 n4 n2 n4 n3 n5 n5 a 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 光线在介质中的传输轨迹应该用射线方程表示 式中： r是轨迹上某一点的位置矢量；s为射线的传输轨迹；ds是沿轨迹的距离单元， n表示折射率的梯度。 将射线方程应用到光纤的圆柱坐标中，讨论平方律分布的光纤中的近轴子午光线，即和光纤轴线夹角很小， 可近似认为平行于光纤轴线(z轴)的子午光线。由于光纤中的折射率仅以径向变化，沿圆周方向和z轴方向是不 变的。因此，对于近轴子午光线，射线方程可简 化为： 式中，r是

13、射线离开轴线的径向距离。 r z r ds 牛牛文库文档分享 对平方律分布，有 对近轴光线， ， ) 2 cos(z a ) 2 sin(z a 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 2 1 2 c Ln GI L c n SI 1 2 SIGI 牛牛文库文档分享 2.3 光纤的模式理论 )( 0 ),(),( ztj erEtzrE )( 0 ),(),( ztj erHtzrH ),(),(),(),( 0000 rEzrErErrE zr ),(),(),(),( 0000 rHzrHrHrrH zr EjH HjE 牛牛文库文档分享 1 () () () ( 22 6 ) 1 () ()

14、 1 () () z r z r r z z r z r E j rEjHa r E jEjHb r E r EjHc rr H j rHjEa r H jHjE r () ( 22 7 ) 1 () () r z b H r HjEc rr 牛牛文库文档分享 0 22 EkE 0 22 HkH 22 k n c k 0 22 zz EkE 0 22 zz HkH nk 0 牛牛文库文档分享 0 22 zz EkE zj z erRE )()( 0 1 1 22 0 2 2 zj eRnkRR r R r R 0 1 1 22 0 2 2 RnkRR r R r R zj e / R/ 0 1

15、 1 2 222 0 r nk R R rR R 2 r 0 222 0 22 nkr R R r R R r 0)()(grf 0 22 mm 牛牛文库文档分享 )( 0 ),(),( ztj erEtzrE 0 22 zz EkE zj z erREE )()( 0 z r 1 n 2 n a 牛牛文库文档分享 2222 0 22 mnkr R R r R R r 2 m 0 2 m 0 1 2 2 222 0 R r m nkR r R 谐方程Bessel方程 )sin( )cos( )( m m 当0 222 0 nk 令 2222 0 )( a u nk )()()(r a u BN

16、r a u AJrR mm 当0 222 0 nk 令 2222 0 )( a w nk )()()(r a u DIr a u CKrR mm 0)( 1 2 2 2 R r m a u R r R 0)( 1 2 2 2 R r m a w R r R )(r a u J m )(r a u N m )(r a w K m )(r a w I m )(lim 0 xN m x )( xI m 指数增加 Bessel函数 虚宗量Bessel函数 牛牛文库文档分享 )( xJ n )( xI n mn m m n x mnm xJ 2 0 ) 2 ( )1(! )1( )( ) 4 12 co

17、s( 2 )( n x x xJ x n )()(jxJjxI n n n x x n e x xK 2 )( x x n e x xI 2 1 )( 牛牛文库文档分享 当0 222 0 nk )()()(r a u BNr a u AJrR mm 2222 0 )( a u nk 当 2222 0 )( a w nk )()()(r a u DIr a u CKrR mm 0 222 0 nk ar 1 nn 0 22 1 2 0 nk ar 2 nn 222 2 2 0 )( a w nk 牛牛文库文档分享 0 22 1 2 0 nk 0 22 2 2 0 nk 1020 nknk zj

18、m zj m z e m m r a w KA e m m r a u AJ E )sin( )cos( )( )sin( )cos( )( ar ar ar ar 222 1 2 0 )( a u nk 222 2 2 0 )( a w nk 在纤芯中 在包层中 zj m zj m z e m m r a w KB e m m r a u BJ H )sin( )cos( )( )sin( )cos( )( znjk e 10 znjk e 20 zj e )(r a u J n )(r a u K n 牛牛文库文档分享 zj m zj m z e m m r a w KA e m m r

19、a u AJ E )sin( )cos( )( )sin( )cos( )( ar ar ar ar zj m zj m z e m m r a w KB e m m r a u BJ H )sin( )cos( )( )sin( )cos( )( AA BB 牛牛文库文档分享 )()(, 21 arEarEEEar zztt )()(, 21 arHarHHHar zztt zj m m zj m m z e m m wK r a w K A e m m uJ r a u J A E )sin( )cos( )( )( )sin( )cos( )( )( ar ar zj m m zj m

20、m z e m m wK r a w K B e m m uJ r a u J B H )sin( )cos( )( )( )sin( )cos( )( )( ar ar t n )(uJ A A m )( wK A A m 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 zj m m m m zj m m m m e m m wK r a w K a w B m m wK r a w K r m A a w j e m m uJ r a u J a u B m m uJ r a u J r m A a u j E )sin( )cos( )( )( )cos( )sin( )( )( )( )sin(

21、)cos( )( )( )cos( )sin( )( )( )( 2 2 ar ar zj m m m m zj m m m m e m m wK r a w K r m B m m wK r a w K a w A a w j e m m uJ r a u J r m B m m uJ r a u J a u A a u j H )cos( )sin( )( )( )sin( )cos( )( )( )( )cos( )sin( )( )( )sin( )cos( )( )( )( 2 2 ar ar 牛牛文库文档分享 zj m m zj m m z e m m wK r a w K A e

22、 m m uJ r a u J A E )sin( )cos( )( )( )sin( )cos( )( )( 求u、w、的值 牛牛文库文档分享 先推导u、w、满足的方程 222 1 2 0 )( a u nk 22 2 2 0 2 )( a w nk 222 1 2 0 2 1 2 0 )()( a w a u nknk )( 2 2 2 1 2 0 222 nnkawu 2 1 2 0 222 2nkawu 2 10 nakV 2 2 2 2 11 an c f an 归一化频率V 222 Vwu 下面由边界条件得到u和w的另一关系 )()(, 21 arEarEEEar tt )()(,

23、 21 arHarHHHar tt )sin( )cos( )( )( )cos( )sin( )( )( )( 1 )sin( )cos( )( )( )cos( )sin( )( )( )( 1 22 m m wK r a w K a w B m m wK r a w K a m A a w m m uJ r a u J a u B m m uJ r a u J a m A a u m m m m m m m m ar ar 2 V 牛牛文库文档分享 0 B A 0det 11 11 )( )( )( )( )( )( )( )( 222 2 2 1 22 2 2 2 2 1 wun n

24、wu m wwK wK n n uuJ uJ wwK wK uuJ uJ m m m m m m m m 222 Vwu 21 nn弱导近似 11 )( )( )( )( 22 wu m wwK wK uuJ uJ m m m m 给定V值，代入求u、w 分3种情况求解联立的超越方程： 1）0m 2） 0m 3）0m 0 n u 0 n w ,3,2, 1n m n u m n w ,3,2,1n m n u m n w ,3,2, 1n 222 1 2 0 )( a u nk m n ,3,2, 1 ,0m 光纤中的模式：0m n TE 0n TM 0 0m 0m nm HE , mn EH

25、 混合模 zz EH 牛牛文库文档分享 zj m m zj m m z e m m wK r a w K A e m m uJ r a u J A E )sin( )cos( )( )( )sin( )cos( )( )( 0)( 22 2 2 0 2 a w nk ar ar 0)( 222 1 2 0 a u nk 传导模和辐射模 满足以上条件的模式是传导模 当不满足 0)( 22 2 2 0 2 a w nk 即 0)( 22 2 2 0 2 a w nk包层中的波和纤芯中的类似就是辐射波 0 2 w 0 2 w 传导模 辐射摸 牛牛文库文档分享 c V 222 Vwu 11 )( )(

26、 )( )( 22 wu m wwK wK uuJ uJ m m m m 0w 22 Vu cc uV 11 )( )( )( )( lim 22 0wu m wwK wK uuJ uJ m m m m w 求 cc uV 0 2 w 归一化截止频率 0 2 w 0 2 w 传导模 辐射摸 c V 归一化截止频率 计算 c V 牛牛文库文档分享 11 )( )( )( )( lim 22 0wu m wwK wK uuJ uJ m m m m w 求 cc uV 0m 0 )( )( )( )( lim 0 0 0 0 0 wwK wK uuJ uJ w 0)( 0 uJ 2.4048, 5.

27、5201, 8.6537, c u )( 0101 TETM4048.2 c V )( 0202 TETM5201.5 c V 4048.2V)( 0101 TETM 传导模 牛牛文库文档分享 （1） 模和 模 令 ，可得到 模和 模有相同特征方程,为 当模式截止时， ， ， 由第二类变型的贝塞尔函数的递推关系及渐进公式，可以得到 所以截止状态下的特征方程为 的根有 2.4048, 5.5201, 8.6537, ,它们分别对应着 ， ， ， 模的截止频率。就是说，若归一化频率 2.4048, 则 模就能在光纤中存在；反之，若归一化频率 2.4048， 模 就不是导模。对其他模式可以次类推。

28、牛牛文库文档分享 （2） 模 令 ，可得到 模特征方程,为 由贝塞尔函数的递推公式 当模式截止时， ，可得到 所以截止状态下 的特征方程为 当 1时，得到一族 模，其 = =3.8317,7.0156,10.1745, 牛牛文库文档分享 （3） 模 令 ，可得到 模特征方程,为 由贝塞尔函数的递推公式 当 时，截止状态下 的特征方程为 所以 的根有 0,3.8317 ,7.0160 ,10.1735, ,它们分别对应着 , , , 模式的截止频率。在所有的导模中，只有 模式截止频率为零，亦 即截止波长为无穷大。 模式是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，成为主模或基 模，是单模光纤的工作模。

29、牛牛文库文档分享 当 时，截止状态下 的特征方程整理后为 当 2时， 的根有 2.4048, 5.5201, 8.6537, ,它们分别对应着, , ， 模， 模在截止 时与 、 简并。 牛牛文库文档分享 模式模式Vc HE110 TE01、 、TM01、HE21 2.4048 HE12、 、HE31、EH11 3.832 HE41、 、EH21 5.1356 HE135.520 牛牛文库文档分享 图图2.12 最低阶模式的传播常数作为最低阶模式的传播常数作为V的函数的曲线的函数的曲线 HE11 TE01 HE21 TM01 HE31 HE12 EH21 HE41 TE02 TM02 1234

30、56 归一化频率归一化频率V 0 / k 1 n 2 n 牛牛文库文档分享 光纤中的场和模式 zj m m zj m m z e m m wK r a w K A e m m uJ r a u J A E )sin( )cos( )( )( )sin( )cos( )( )( n TE 0n TM 0 nm HE , mn EH 归一化截止频率Vc c VV 牛牛文库文档分享 最低阶模式最低阶模式 HE11 TE01TM01HE21 第一高阶模式组第一高阶模式组 几个模式的场图 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 线偏振模 HE21TE01HE21 TM01 LP11 LP11 Linearl

31、y Polarized(LP)modes r LP 01 LP 11 LP 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 通过变换得到直角坐标系中的横向场分量为 牛牛文库文档分享 在多模阶跃光纤中，多个导模同时传输，光纤的归一化频率V愈大，导模数愈多，导模数M可按下式计算 在多模渐变光纤中, 导模总数为 例：已知 mamn602,1,01.0,5.1 1 求导模数 解： 2 2 1 anV 40 SI 800 牛牛文库文档分享 模功率分布 导模在光纤中传输时，功率集中在纤芯和包层中。对于不同模式，光功率在纤芯和包层的分配比例不同，包层中 的光功率易受各种因素的影响而失掉。在弱导近似下，LP模的横向场只有

32、Ey和Hz分量，所以导模携带的光功率 在纤芯和包层中分别为 将LPmn模的场分布代入，可得 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 单模光纤单模光纤 单模光纤应满足单模条件单模光纤应满足单模条件 截止波长 405.22 2 1 anV 2 405.2 2 1 an c c 单模光纤应满足单模条件单模光纤应满足单模条件 工程上截止波长由测量得到。 光纤只传播基模光纤只传播基模HE11模模 HE11 TE01 HE21 TM01 HE31 HE12 EH21 HE41 TE02 TM02 123456 归一化频率归一化频率V 01 LP 单模光纤的单模光纤的截止波长 牛牛文库文档分享 单模光纤工作模式

33、单模光纤工作模式HE11的电场分布为零阶的电场分布为零阶Bassel函数，函数， 可近似为指数分布，可近似为指数分布， 主模主模LP01(HE11)的模场分布的模场分布 22 00 ()e x p (/)ErErW 单模光纤中工作波长超过截止波长时的光功率单模光纤中工作波长超过截止波长时的光功率 分布分布 1 / 2 32 0 0 22 0 2( ) 22 ( ) r Er dr W r Er dr 模场直径（模场直径（Mode-field diameter MFD） 单模光纤的模场直径单模光纤的模场直径(MFD)定义为电场下降为定义为电场下降为1/e时的半径的时的半径的2 倍倍;模场直径还有

34、其它定义模场直径还有其它定义.多模光纤的模场直径与纤芯几乎相多模光纤的模场直径与纤芯几乎相 等，但单模光纤的模场直径一般不等于模场直径。等，但单模光纤的模场直径一般不等于模场直径。 zj zj y e wK a w K e uJ r a u J EE )( )( )( )( 110 11 0 110 11 0 0 0 2W 牛牛文库文档分享 62/3 879.21619.169.0 VV a w 4.22.1 V误差小于1% 2 )(2 1 w a tatal core e P P 75.0,2 tatal core P P V 20.0, 1 tatal core P P V 一般取 4.2

35、2 V 牛牛文库文档分享 2.4光纤的损耗特性 (衰减特性Attenuation） 引起光的损耗的机理是光纤对光的损耗 吸收损耗 1.本征吸收 2.杂质吸收 3.原子缺陷吸收 散射损耗 1、线性散射瑞利散射 2、非线性散射 瑞利散射 布里渊散射 弯曲损耗 1.光纤弯曲 2.光纤微弯 牛牛文库文档分享 一、光纤损耗的系数 1 ( )(0) 1(0) ln) ( ) pz p p zpe P km zP z 其 中 ：（ 当光信号在光纤中传播时，其功率随着距离的增加以指数形式衰减。 如果在起始处（z0）的信号功率为P(0)，则在光纤中经过距离z的传播后， 其功率值为： p 为衰减指数。 损耗系数损

36、耗系数定义为：定义为： 1 10(0) (/)log4.343() ( ) p P dBkmkm zP z 单位单位 dB/km, 牛牛文库文档分享 二、 吸收损耗： 吸收损耗是由于光纤本身和光纤中的杂 质对光的吸收损耗。 1、 本征吸收： 光纤材料本身对光的吸收（sio2）。 ( 1)红外吸收带（2）紫外吸收带 当光在物质中传播时，物质内部吸收了一部分光的能量，从而造成光功率的损失。吸收损耗有三个原因，一 是本征吸收， 二是杂质吸收， 三是原子缺陷吸收。 光纤材料的固有吸收叫做本征吸收，它与电子及分子的谐振有关。 对于石英(SiO2)材料，固有吸收区在红外区域和紫外区域，其中， 牛牛文库文档

37、分享 （1） 红外吸收 机理：由于材料本身的原子之间的化学键形成形成晶格， 当光纤中的光的波长与晶 格 相键长相当时，光的能量向晶格传递， 引起损耗。 吸收带：1.5um， 向红外延伸 波长 um 损耗 dB/km 0.81.01. 21.41. 61.8 影响： 对长波光通信影响较大 红外区的中心波长在 8m12m 范围内， 对光纤通信波段影响不大。对于短波长不引起损耗，对于长波长 光纤引起的损耗小于1dB/km。 牛牛文库文档分享 （2）紫外吸收 机理：光纤中的光子流将光纤材料中的电子激发到 高能级， 从而使得光子的能量发生转移。 吸收带： 9 95 5% % 波波 长长 色色 散散 位位

38、 移移 光光 纤纤 （ D DS SF F, ,G G. .6 65 53 3） 非非 零零 色色 散散 位位 移移 光光 纤纤 （ N NZ ZD DS SF F, ,G G. .6 65 55 5） 18 0 D DW WD DM M 波波 长长 范范 围围 正常色散区正常色散区 反常色散区反常色散区 牛牛文库文档分享 in a typical single-mode fibre using a laser with a spectral width of 6 nm over a distance of 10 km : Dispersion = 17ps/nm/km 6 nm 10 km

39、= 1020 ps At 1 Gbps a pulse is 1 ns long. So the system would not work. (20% is a good guideline for the acceptable limit.) But it would probably work quite well at a data rate of 155 Mbps (a pulse length of 6.5 ns). A narrow spectral width laser might produce only one line with a linewidth of 300 M

40、Hz. Modulating it at 1 Gbps will add 2 GHz. 2,300 MHz is just less than .02 nm (at 1500 nm). So now: Dispersion = 17ps/nm/km .02 nm 10 km = 3.4 ps In this case, dispersion just ceased to be a problem. 牛牛文库文档分享 控制光源线宽 色散位移光纤 色散补偿光纤 中途谱反转 啁啾光纤光栅 牛牛文库文档分享 Simple FP laser: over 5 nm; External cavity DBR

41、 laser: .01 nm Modulation adds to the bandwidth of the signal, by twice the highest frequency present in the modulating signal (1 Gbps, .04 nm)! Using more complex signal coding rather than simple OOK. Using WDM(a 2.5 Gbps signal has 1/4 of the problem with dispersion as a 10 Gbps signal). 牛牛文库文档分享

42、dispersion shifted fibre is designed with a dispersion zero point at around 1550 nm. However, it is not always possible or indeed desirable： In many cases we cant have DSF because the fibre we must use is already installed. four-wave mixing effectively prohibit the use of DSF. 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库

43、文档分享 DCF存在的问题 高损耗(0.5dB/km) 小截面积(DCF: 20m2 G-652: 80m2 ), 比标准光 纤的非线性系数高 2-4个数量级 非线性阈值低3-6dB 较大的色散斜率(DCF:-15 -20 ps/nm2/km;G- 652: 0.09ps/ nm2/km). 短波长过补偿，长波长欠补偿。 牛牛文库文档分享 The concept here is to use a device in the middle of the link to invert the spectrum. This process changes the short wavelengths

44、to long ones and the long wavelengths to short ones. When the pulse arrives it has been re-built exactly - compensated for by the second half of the fibre. 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 DCF存在的问题 高损耗(0.5dB/km) 小截面积(DCF: 20m2 G-652: 80m2 ), 比标准光 纤的非线性系数高 2-4个数量级 非线性阈值低3-6dB 较大的色散斜率(DCF:-15 -20 ps/nm2/km;G- 652: 0

45、.09ps/ nm2/km). 短波长过补偿，长波长欠补偿。 牛牛文库文档分享 The concept here is to use a device in the middle of the link to invert the spectrum. This process changes the short wavelengths to long ones and the long wavelengths to short ones. When the pulse arrives it has been re-built exactly - compensated for by the s

46、econd half of the fibre. 牛牛文库文档分享 Principle This spectral inversion is performed by a process called “optical phase conjugation”. Devices that change the wavelength using either 4-Wave Mixing or Difference requency Generation invert the spectrum as a biproduct of their wavelength conversion function. These can be used as spectral inverters if we can tolerate the wavelength shift involved. 牛牛文库文档分享 Chirped Bragg grating