项目二31a光纤损耗特性

光网络技术主讲人：林琪电话echnologyofopticalnetworkQQ：95252777目录CONTENTS光纤损耗特性光纤传输特性3A-光纤损耗特性光纤损耗直接关系到光纤通信系统无中继传输距离的长短。B-光纤色散特性光纤色散对光纤通信系统的通信容量和传输距离的大小至关重要。光纤损耗特性光纤损耗的概念5光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（衰减）。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗3种损耗。损耗光纤损耗机理6本征吸收：紫外、红外吸收吸收损耗损耗机理杂质吸收：过渡金属离子吸收、OH-离子吸收散射损耗线性散射：①瑞利散射：材料不均匀；②制作缺陷：气泡、分界面不理想等。损耗功率与传输模式的功率成线性关系非线性散射：受激拉曼和受激布里渊散射弯曲损耗光纤的弯曲引起辐射损耗光纤中传输的光波与晶格相互作用时，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起损耗。>2µm时特强烈。光纤中传输的光子流将光纤材料中的电子从低能级激发到高能级时，光子流中的能量将被电子吸收，从而引起损耗。<0.4µm

时特强烈。受激拉曼和受激布里渊散射使输入光信号的部分能量转移到其他频率分量上。光纤损耗机理---红外吸收和紫外吸收7紫外吸收

光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围晶格

红外吸收

光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起的损耗光纤损耗机理---红外吸收和紫外吸收8紫外和红外吸收损耗示意图光纤通信可用范围光纤损耗机理---杂质非本征吸收9光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收OH－吸收峰~2dB解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的纯度OH－和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等(2)制造工艺上改进，如避免使用氢氧焰加热(汽相轴向沉积法)光纤损耗机理---原子缺陷吸收101rad(Si)=0.01J/kg800人死亡光纤晶格很容易在光场的作用下产生振动光纤制造

->材料受到热激励

->结构不完善强粒子辐射

->材料共价键断裂

->原子缺陷吸收光能，引起损耗光纤损耗机理---散射损耗11瑞利散射波导散射散射损耗光纤损耗机理---瑞利散射12波导在小于光波长尺度上的不均匀：-分子密度分布不均匀-掺杂分子导致折射率不均匀导致波导对入射光产生本征散射瑞利散射一般发生在短波长本征散射和本征吸收一起构成了损耗的理论最小值光纤损耗机理---波导散射13导致的原因是波导缺陷-纤芯和包层的界面不完备-圆度不均匀-残留气泡和裂痕等目前的制造工艺基本可以克服波导散射光纤损耗机理---标准单模光纤损耗曲线14掺GeO2的低损耗、低OH¯含量石英光纤OH－0.154dB/kmAllWavefiberAllWave：逼近本征损耗单模：本征损耗+OH¯吸收损耗常温且未暴露在强辐射下光纤损耗机理---损耗谱线15商用的多模光纤与单模光纤的损耗谱比较多模光纤的损耗大于单模光纤：-多模光纤掺杂浓度高以获得较大的数值孔径(本征散射大)-由于纤芯-包层边界的微扰，多模光纤容易产生高阶模式损耗多模光纤单模光纤光纤损耗机理---弯曲损耗16宏弯损耗微弯损耗弯曲损耗光纤损耗机理---弯曲损耗17宏弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲消逝场q¢

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>qcq¢RqqCladdingCore场分布弯曲曲率半径减小宏弯损耗指数增加光纤损耗机理---弯曲损耗18弯曲损耗与模场直径的关系P包层1<P包层2Loss模场直径小

<Loss模场直径大Loss低阶模

<Loss高阶模光纤损耗机理---弯曲损耗19微弯：微米级的高频弯曲微弯的原因：

光纤的生产过程中的带来的不均成缆时受到压力不均

使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同导致的后果：造成能量辐射损耗高阶模功率损耗低阶模功率耦合到高阶模与宏弯的情况相同，模场直径大的模式容易发生宏弯损耗光纤损耗机理---弯曲损耗20宏弯和微弯对损耗的附加影响l增加，V减少，Wg越大宏弯损耗微弯

损耗基本损耗长波长处附加损耗显著光纤损耗机理---损耗的补偿方法21损耗的补偿办法：放大电放大光电光2.5×0.6×0.6m3全光放大

EDFA拉曼放大器0.05×0.3×0.2m3掺铒光纤放大器光纤损耗机理---损耗的量度-损耗系数22为了衡量一根光纤损耗特性的好坏，在此引入损耗系数(或称为衰减系数)的概念，即传输单位长度(1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数，一般用α表示损耗系数，单位是dB/km。用数学表达式表示为L为光纤长度，以km为单位；P1和P2分别为光纤的输入和输出光功率，以mW或μW为单位。LPoutPin光纤损耗机理---损耗曲线2323在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在1310nm和1550nm附近，即通常说的第二窗口和第三窗口；1550nm窗口又可以分为C-band（1525nm～1565nm）和L-band（1565nm～1610nm）。光纤损耗机理---全波段损耗曲线24160017001400130012001500Attenuation(dB/km)Wavelength(nm)

20

10

0-10-20Dispersion(ps/nmkm)0.10.20.30.40.50.6ConventionalFiber

（1440－1625nm）230ch360chAllWaveFiber（1335－1625nm）5thAllWaveeliminatesthe1385nmwaterpeakAdditionalchannelsareinOptimumDispersionrangefor10Gb/sDWDMAllWaveoffers>50%moreDWDMchannels!3rd4th5thAllWavevs.ConventionalFiberMoreUsableOpticalSpectrum光纤损耗机理---损耗系数单位25光纤损耗特性中使用的单位dB(分贝)：描述功率相对比值的单位。

dB=10log10(Pout/Pin)，其中Pout：输出功率；Pin：输入功率。dBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位。

dBm=10log10(P/1mw)。1mw=0dBm；20mw=13dBm；40mw=16dBm。为什么要用分贝单位呢？

用分贝表示的损耗具有可加性。例