光纤的分类及比较(包括各种单模光纤的色散及衰减特性).ppt

G654 G654光纤特性（色散、衰减）光纤特性（色散、衰减）问题讲述流程问题讲述流程1光光纤的分的分类及及应用用场合合2光光纤的色散特性的色散特性3光光纤的衰减特性的衰减特性4对各种各种单模光模光纤特性的比特性的比较（给出出G654光光纤的特性）的特性）1 1 光光纤的分的分类及及应用用场合合单模光纤的分类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：多模光纤的分类：从性能上讲从性能上讲A1A1类光纤比类光纤比A2A2，A3A3，A4A4光纤特性好的多。多模光纤主要用于光纤特性好的多。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。短距离的局域网、数据链路及传感等方面。多模光纤的分类多模光纤的分类光纤纤芯包层模型Fibre coreFibre coreSiOSiO2 2+GeO+GeO2 2 10 10 mn1 n1 1.443 1.443SiOSiO2 2 Cladding Cladding 125 125 m2 2 m m n2 n2 1.44 1.44n1n2单模：8 10mm多模：50mm125mm纤芯包层涂覆层护套层传感器光纤传感器光纤 保偏光纤保偏光纤 熊猫熊猫 领结领结 椭圆椭圆光敏光敏光纤光纤PhotosensitiveFiberforFiberGratings1光光纤的分的分类及及应用用场合合中继光缆中继光缆低损耗，宽带宽；市内，城市间，长途海底光缆海底光缆低损耗，宽带宽，高机械性能，高可靠性；海底用户光缆用户光缆高密度，宽带宽，中低损耗；计算机网，光纤到户局内光缆局内光缆体积小，重量轻，柔软；局域网无金属光缆无金属光缆低损耗，抗电磁干扰；电力，石化，交通复合光缆复合光缆低损耗；电力.应用用场合合2光光纤的的损耗（耗（衰减）衰减）特性特性 光纤的损耗光纤的损耗（衰减）衰减）特性特性光波在光光波在光纤中中传输时随着随着传输距离的增加而光功距离的增加而光功率逐率逐渐下降，下降，这就是光就是光纤的的传输损耗（也可叫耗（也可叫传输衰减）。衰减）。形成光形成光纤损耗的原因有很多，有来自耗的原因有很多，有来自光光纤本身的本身的损耗耗（吸收（吸收损耗、散射耗、散射损耗），也有光耗），也有光纤与光源与光源的的耦合耦合损耗耗以及光以及光纤之之间的的连接接损耗耗，还有光有光纤弯曲弯曲损耗耗以及以及纤芯与包芯与包层中的中的损耗耗。光纤本身损耗的分类光纤本身损耗的分类吸收吸收损耗耗散射散射损耗耗本征吸收本征吸收损耗：光波通耗：光波通过光光纤材料材料时的的损耗耗杂质吸收吸收损耗：材料的不耗：材料的不纯净以及工以及工艺的不完善造成的附加吸收的不完善造成的附加吸收损耗（耗（过渡金属离子吸收以及水的渡金属离子吸收以及水的氢氧根离子的吸收）氧根离子的吸收）线性散射性散射损耗耗非非线性散射性散射损耗（与石英光耗（与石英光纤的振的振动激激发态有关）有关）瑞利散射：光瑞利散射：光纤材料折射率随机性材料折射率随机性变化引起化引起材料不均匀引起的散射材料不均匀引起的散射光纤损耗光纤损耗（衰减）衰减）的定义的定义光光纤衰减是衰减是对光信号在光光信号在光纤中中传输时能量能量损失的失的一种度量，一种度量，单位位为dB，在工作波，在工作波长为时的衰减的衰减A定定义为：p1、p2分分别为光光纤注入端和注入端和输出端的光功率。出端的光功率。（dB与与dBm）)(lg10)(21dBppA=l l 若若光光纤纤是是均均匀匀的的，则则还还可可以以用用单单位位长长度的衰减即衰减系数度的衰减即衰减系数 来表示：来表示：)/(lg101)(1)(21kmdBppLAL=l ll la a 光光纤损耗耗（衰减）衰减）的定的定义 3 3 光纤的色散光纤的色散特性特性光纤中的色散光纤中的色散光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽冲的宽度被展宽度被展宽光纤的色散严重影响了系统的误码性能，并限制了通信系统的容量和通信距离光纤的色散严重影响了系统的误码性能，并限制了通信系统的容量和通信距离z模间色散模间色散(Mode Dispersion)(Mode Dispersion)(Mode Dispersion)(Mode Dispersion)z材料色散材料色散(Chromatic Dispersion)(Chromatic Dispersion)(Chromatic Dispersion)(Chromatic Dispersion)z波导色散波导色散(waveguide dispersion)(waveguide dispersion)z偏振模色散偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)(Polarization Mode Dispersion)(Polarization Mode Dispersion)(Polarization Mode Dispersion)光纤色散的分类光纤色散的分类:模间模间色散色散在多多模模光纤中，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。这种由由于于传输模模式式引引起起的的色色散散叫叫做做模模间色色散散。（即使谱线很窄，模间色散也很大。）模间色模间色散图散图单模光纤单模光纤中的色散中的色散 在单模光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，这是由于光脉冲由于光脉冲信号有一定的信号有一定的频谱宽度（光脉冲有不同的度（光脉冲有不同的频率成率成分），不同工作波分），不同工作波长的光信号在光的光信号在光纤中将有不同中将有不同的的传播群速度，造成光脉冲的展播群速度，造成光脉冲的展宽。这种种现象叫群速度色散群速度色散，它一般小于模间色散。其主要由材材料色散和波料色散和波导色散色散所决定。单模光纤色散对单模光纤色散对信号的影响信号的影响材料色材料色散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。波导色波导色散散 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。波导色散波导色散d虚反射面反射面穿透深度Z侧向位移n2n1n2n1偏振模色散偏振模色散PMDPMD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0.5 ps/km1/2色散色散补偿技技术当前，当前，发展比展比较成熟的、主流的色散成熟的、主流的色散补偿技技术主要是采用主要是采用色散色散补偿光光纤（DCF）来来进行行色散色散补偿。其主要技。其主要技术是在每个（或几个）光是在每个（或几个）光纤段的段的输入或入或输出端通出端通过放置放置DCF色散色散补偿模模块（DCM），周期性地使光），周期性地使光纤链路上累路上累积的色散接近零，从而可以使的色散接近零，从而可以使单信道信道1550nm外外调制光制光纤干干线的色散得到的色散得到较好的好的补偿。因此，因此，对于超于超长距离的光距离的光纤传输，现有的色散有的色散补偿技技术可以相可以相对较好的解决色散好的解决色散问题，对于超于超远距离的距离的传输，其首要考，其首要考虑的因素是光的因素是光纤的衰减特性。的衰减特性。4 4 对各种各种单模光模光纤特性的比特性的比较四种单模光纤四种单模光纤 G652G652 G653G653 G654G654 G655G655G6521）G652光光纤又被称又被称为标准准单模光模光纤，这种光种光纤是目前是目前应用在用在1310nm窗口的最广泛的零色散波窗口的最广泛的零色散波长的的单模光模光纤。2）其特点是当）其特点是当工作波工作波长在在1310nm时，光，光纤的的色散很小色散很小，约为3.5ps/nm*km,系系统的的传输距离基本上只受光距离基本上只受光纤衰减所限制；但在衰减所限制；但在1550nm波段色散波段色散较大，大，约为20ps/nm*km。3）这种光种光纤在在1310nm波段的波段的损耗耗较大大，约为0.3-0.4db/km；在；在1550nm波段的波段的损耗耗较小，小，约为：0.2-0.25db/km。基于以上特点，基于以上特点，这种光种光纤应用在用在1550nm波段的波段的2.5Gbps的干的干线系系统中，主要用于城域网。中，主要用于城域网。10Gbps系系统色散受限距离色散受限距离为34Km。且且G652+DCF方案升方案升级扩容成本高。容成本高。G652波长色散系数D 1310nm1550nm180色散系数D的单位：ps/nm.kmG652色散曲色散曲线图：G6531）针对标准准单模光模光纤衰减和零色散在不同工作波衰减和零色散在不同工作波长的特点，后来开的特点，后来开发了一种了一种将零色散波将零色散波长从从1310nm移到移到1550nm的的色散位移光色散位移光纤，ITU将将这种光种光纤定定义为G653。进行色散位移行色散位移后，后，这种光种光纤在在1550nm波段的色散波段的色散为0,此此时零色散与低零色散与低损耗工作在同一波耗工作在同一波长上上。2）但是零色散不利于多信道）但是零色散不利于多信道WDM传输，因，因为当复用的信道数当复用的信道数较多多时，信道，信道间距距较小，小，这时就会就会产生一种称生一种称为四波混四波混频（FWM）的非）的非线性光学效性光学效应，这种效种效应使两个或三个使两个或三个传输波波长混合，混合，产生新的、有害的生新的、有害的频率分量，率分量，导致信道致信道间发生串生串扰。如果光。如果光纤线路的色散路的色散为零，零，FWM的干的干扰就会十分就会十分严重。重。3）这种光种光纤适用适用10Gbps以上的以上的单信道信道传输，但在波分复用后会，但在波分复用后会发生生严重的重的4波混波混频现象，象，现已基本被淘汰。已基本被淘汰。G6541）G654光光纤又称又称为衰减最小光衰减最小光纤，这是一种是一种应用于用于1550nm波段的波段的纯石英芯石英芯单模光模光纤（普通的光纤纤芯要掺锗），这种光种光纤在在1550nm波段衰减最小波段衰减最小，仅为0.185dB/km。2）G654光光纤在在1310nm波段的色散波段的色散为0，但在，但在1550nm处波段色散波段色散较大，大，约为17-20ps/nm*km.3)因因G654光光纤在在1550nm波段的衰减最小特性波段的衰减最小特性，结合合较成熟的色散成熟的色散补偿技技术，该光光纤原主要用于超原主要用于超长距离的的海底光距离的的海底光缆。但在。但在G655、G656成熟后，成熟后，G654光光纤现也基本不用，属于淘汰也基本不用，属于淘汰产品。品。G6551）G654光光纤又称又称为非零色散光非零色散光纤，这是一种改是一种改进的色散位移光的色散位移光纤，其，其零色散波零色散波长不在不在1550nm处，而在，而在1525nm或或1585nm处。2）零色散光）零色散光纤同同时削减了色散效削减了色散效应和四波混和四波混频效效应，所以非零色散光，所以非零色散光纤综合了合了标准准单模光模光纤和色散位移光和色散位移光纤，有比，有比较好的好的传输特性，特特性，特别适合于高密度的波分复用系适合于高密度的波分复用系统的的传输。1550nm1310nm波长波长 l l非零色散位移光纤非零色散位移光纤（NZDSFNZDSF,G.655,G.655）180DWDMDWDM波波长范范围色色散散 p ps s/n nm mk km mG655G655四种光纤色散情况比较四种光纤色散情况比较1550nm1310nmG.654G.654波长波长 l lG.653G.653G.655G.655180DWDMDWDM波波长范范围色色散散 p ps s/n nm mk km mDCFDCF谢谢！谢谢！