3.光纤的损耗与色散
课题：光纤损耗与色散
本次授课的目的与要求：
1、光纤的损耗。
2、光纤的色散。
新课难点、重点与解决措施：
难点：光纤的色散。
重点：光纤的损耗。
措施：
课堂类型：讲授。
教具与挂图：
复习旧课要点：
新课内容及方法（填写附加页）
巩固新课要点：
1、光纤的损耗。
2、光纤的色散。
课外作业（或复习题）：
1、什么是光纤色散？
2、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？
3、为什么光纤工作波长选择1.55μm、1.31μm 、0.85μm
三个窗口？
任课教师：审阅：
2003年5月12 日年月日本课小结与改进措施：
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光纤通信系统中的色散补偿问题综述
光纤通信系统中的色散补偿问题综述 1.Introduction 光纤通信具有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。但损耗和色散是长期阻碍光纤通信向前发展的主要因素。伴随着损耗问题的解决，色散成为决定光纤通信系统性能优劣的主要因素。如何控制色散以便提高光纤通信系统的性能，成为光纤通信研究的热门课题之一。 目前对于光纤的色散已经提出了很多补偿方法，主要有色散补偿光纤（DCF），啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转），全通滤波器、预啁啾等。随着以上各方法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散补偿技术，又相继提出了色散管理孤子，密集色散管理孤子等技术。色散管理成为近年来光纤通信前沿研究的重要热点。 2.Concept of Dispersion 由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传播速率，从而引起色散。也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传播期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。 3.Dispersion Causes 通常把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。 a)模式色散 模式色散是多模光纤才有的。多模光纤中，即使是同一波长，模式不同传播速度也不同，它所引起的色散称为模式色散。不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光波之间产生了群时延差，假设光纤可以传输多个模式，其中高次模到达输出端所需的时间较长，结果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式到达的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽。 b)模内色散 模内色散亦称颜色色散或多色色散。主要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量具有不同的群速度，结果导致光脉冲的展宽。模内色散包括材料色散和波导色散。 c)偏振色散 通常的轴对称单模光纤是违背“单模”名称的。实际上有可能传播着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向(设为x方向与y方向)上偏振的(即在这些方向上具有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着一些轴不对称，那么，光纤会存在双折射，模传输常数β对于x，y方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引起的色散叫偏振色散。 4.Impact on transmitted sigal due to Dispersion a)色散限制光信号一次传输的距离 在信号的传输过程中，信号靠波形的有无来判断。由于色散使脉冲变形，为了准确地判断波形的有无，需要减少单位时间内传输的脉冲数(也就是减少比特率)，或在波形未过度展宽时，就进行波形的恢复和放大，故色散的存在限制了光信号一次传输的距离。另外，在传输距离相同的情况下，色散越大，单位时间内传输的信息量越小。 b)色散引起脉冲信号失真，产生码间干扰 光纤通信都是采用脉冲编码形式，即传输一系列的“1”、“0”光脉冲，一个非零线宽
光纤与光缆的截止波长
光纤与光缆的截止波长 一、概述 单模光纤,顾名思义,应当只能传输一种模式(基模LP01)的光,以便尽可能的为通信系统提供最大带宽。但这种行为取决于窗口的工作波长以及光纤的性能参数,如光纤的芯径以及芯、包层间的折射率的差值Δ。 截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。 理论分析表明,光纤中能够传播的模式数是有限的,只有满足全反射和相位一致条件的模式才能在光纤中传播,而其它模式则被截止。 实现单模传输条件是：归一化频率V小于其归一化截止频率Vc(V≤Vc)。 α- 折射率分布指数 对阶跃型多模光纤:α→∞,Vc =2.405 抛物型光纤:α=2,Vc =3.533 三角形折射率分布:α=1,Vc =4.379 对应的截止波长λc为： n1- 芯折射率指数 a - 芯径 Δ-相对折射率 理论截止波长对通信网络的设计,用途不大,因而国际标准化组织ITU、IEC和EIA都定义了实际截止波长的测定方法,给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的国际标准。 光纤截止波长一般由光纤制造商测定。光缆截止波长与光纤截止波长有很强的关联性,另外还与光纤及光缆的类型,长度以及附加环有关。光缆截止波长实质上要比光纤截止波长低,对系统设计者而言,光缆截止波长更为有用。为避免模式噪音问题,光缆截止波长应低1250nm,这也是多数系统的最小工作波长。 二、截止波长的国际标准 根据ITU的推荐G.650, 截止波长可定义为：
当光波长大于该波长时,高阶模全功率PLP11与基模全功率PLP01间的比率将降至0.1 dB以下。 在此定义中,第一高阶模LP11,在截止波长处将衰耗掉19.3dB。 依据此定义,还分别给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的测试样品的采集标准光纤截止波长λc 的测试样品： 一段2米长,未成缆光纤,中间绕一半径为140 mm的圆环。 光缆截止波长λcc的测试样品： A)取一段长22米的光缆,其中两端各包1米长的未成缆光纤,为了模拟接头盒的效果,两端各绕制一个半径为40 mm的圆环。 由于一般的光纤生产厂没有成缆的光纤,因而ITU,IEC和EIA提出另一种,可供光纤生产厂的测试样品的采集标准： B)一段长22米的未成缆光纤,将中间20米绕制成半径≥140 mm的若干个圆环,两端仍然各含一个半径为40mm的圆环。 Bellcore文件GR-20提出了一种简便的测试样品的采集标准: C)一段两米长的光纤,其中绕制两个半径40 mm的圆环。 但是,这种测试方法仅对MCSM单模光纤,才能给出等值的结果。 三、测试结果的比较 文献中对两种未成缆MCSM光纤的光缆截止波长的测试方法进行了比较[测试样品的采集标准(B)和(C)]。测试样品选择了一些截止波长超过标准的光纤,以便发现最佳的映射图形。图1,给出了两个测试标准所得到的光纤与光缆截止波长的对应结果。 由两种未成缆光纤测试标准给出的结果所拟合的曲线非常吻合(22米未成缆光纤及Bellcore 2米未成缆光纤)。这说明光纤样品的长度对光缆截止波长的测量结果,没有多大影响,至少对MCSM光纤是这样的。 即使光纤的截止λc达到1330nm,但光缆截止波长仍然低于1250nm。在这些测试标准中,截止波长大约漂移100nm；大多数漂移是由于两种测试方法所定义的不同的弯曲所引起的(光纤是一个半径140mm的圆环,光缆的是二个40mm的圆环)。 我们对市场上G.655光纤的进行取样测试,也可发现同样的的变化趋势,光纤在成缆前后其截止波长有较大幅度的降低,只是G.655光纤,在成缆前后其截止波长降低幅度要大于G.652光纤,一般其漂移量都达到150nm以上,这就是说对G.655光纤而言,其光纤的截止波长达到1600nm,其光缆截止波长
光纤弯曲损耗的测试方案
光纤弯曲损耗的测试方案 一．实验目的 近些年，光纤的弯曲损耗问题引起众多学者越来越广泛的关注。除去由于弯曲损耗在光纤通信中的不利影响之外，许多光纤光学传感器也利用了这一传感机理，如在某些传感器中．被测物理量产生一个小位移，该位移又使光纤弯曲半径发生变化，从而改变光衰减。传统的理论都假设光纤具有无限大的包层．因此得到弯曲损耗随弯曲半径或工作波长单调的关系。最近的研究发现单模光纤的弯曲损耗随工作波长及弯曲半径变化的振荡现象。国外的研究人员从上世纪80年代，就已经开始对光纤的弯曲损耗进行比较系统的研究”，但在国内这方面的研究丁作开展较少”，相关的文献报道也比较少。在本文中，我将分析弯曲损耗在850nm，1310nm和1550三种工作波长，强弯曲状态F的单模光纤弯曲损耗随弯曲半径的变化关系．讨论了弯曲半径、工作波长对单模光纤弯曲损耗的影响。 二．实验仪器 光源单模光纤功率计扰模器 三．实验原理 在早期的研究工作中，对于弯曲的单模光纤，设定其包层为无限大，即光在芯区中传输时，包层及覆层的厚度对光的传输无任何影响%光损耗完全是由纯弯曲引起的，光功率的变化表示为： 式中P i，P 分别为光纤弯曲前及弯曲后的光功率，2α是弯曲损耗系数，L是弯曲 的长度，其中： 将上述公式整理后可得：
通过以上的分析，可以看到光纤弯曲引起的损耗依赖于波长和弯曲半径。四．实验步骤 1.测试弯曲半径对弯曲损耗的影响： 试验所用光源波长为850nm半导体激光器，将长飞公司的单模光纤沿圆柱弯曲，测量在不同的弯曲半径下的弯曲损耗特性： （1）将光纤与光源连接，保持不要弯曲，测量光纤的输入功率和输出功率（2）将光纤弯曲，使弯曲半径为5mm,用功率计测出光纤的输入光功率和输出光功率，计算损耗： （3）同上，分别用8mm和10mm的弯曲半径测量，计算损耗。 （4）将康宁公司和长飞公司的单模光纤焊接在一起，重复上述步骤，测量损耗，与（3）实验结果比较。 2.测量光源波长对弯曲损耗的影响： 选取长飞公司的单模光纤，弯曲半径为8mm,选用不同波长的光源进行测量，算出弯曲损耗： （1）选取850nm波长的光源与光纤连接，使光纤保持不弯曲，测出输入功率和输出功率，再将光纤弯曲，将弯曲半径保持在8mm,测量光纤的输入功率和输出功率，计算损耗 （2）将波长变为1310nm,1550nm重复上述步骤，计算损耗。
截止波长
一、概述 单模光纤,顾名思义,应当只能传输一种模式(基模LP01)的光,以便尽可能的为通信系统提供最大带宽。但这种行为取决于窗口的工作波长以及光纤的性能参数,如光纤的芯径以及芯、包层间的折射率的差值Δ。 截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。 理论分析表明,光纤中能够传播的模式数是有限的,只有满足全反射和相位一致条件的模式才能在光纤中传播,而其它模式则被截止。 实现单模传输条件是：归一化频率V小于其归一化截止频率Vc(V≤Vc)。 α- 折射率分布指数 对阶跃型多模光纤:α→∞,Vc =2.405 抛物型光纤:α=2,Vc =3.533 三角形折射率分布:α=1,Vc =4.379 对应的截止波长λc为： n1- 芯折射率指数 a - 芯径 Δ-相对折射率 理论截止波长对通信网络的设计,用途不大,因而国际标准化组织ITU、IEC 和EIA都定义了实际截止波长的测定方法,给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的国际标准。 光纤截止波长一般由光纤制造商测定。光缆截止波长与光纤截止波长有很强的关联性,另外还与光纤及光缆的类型,长度以及附加环有关。光缆截止波长实质上要比光纤截止波长低,对系统设计者而言,光缆截止波长更为有用。为避免模式噪音问题,光缆截止波长应低1250nm,这也是多数系统的最小工作波长。 二、截止波长的国际标准 根据ITU的推荐G.650, 截止波长可定义为：
当光波长大于该波长时,高阶模全功率PLP11与基模全功率PLP01间的比率将降至0.1 dB以下。 在此定义中,第一高阶模LP11,在截止波长处将衰耗掉19.3dB。 依据此定义,还分别给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的测试样品的采集标准光纤截止波长λc 的测试样品： 一段2米长,未成缆光纤,中间绕一半径为140 mm的圆环。 光缆截止波长λcc的测试样品： A)取一段长22米的光缆,其中两端各包1米长的未成缆光纤,为了模拟接头盒的效果,两端各绕制一个半径为40 mm的圆环。 由于一般的光纤生产厂没有成缆的光纤,因而ITU,IEC和EIA提出另一种,可供光纤生产厂的测试样品的采集标准： B)一段长22米的未成缆光纤,将中间20米绕制成半径≥140 mm的若干个圆环,两端仍然各含一个半径为40mm的圆环。 Bellcore文件GR-20提出了一种简便的测试样品的采集标准: C)一段两米长的光纤,其中绕制两个半径40 mm的圆环。 但是,这种测试方法仅对MCSM单模光纤,才能给出等值的结果。 三、测试结果的比较 文献中对两种未成缆MCSM光纤的光缆截止波长的测试方法进行了比较[测试样品的采集标准(B)和(C)]。测试样品选择了一些截止波长超过标准的光纤,以便发现最佳的映射图形。图1,给出了两个测试标准所得到的光纤与光缆截止波长的对应结果。 由两种未成缆光纤测试标准给出的结果所拟合的曲线非常吻合(22米未成缆光纤及Bellcore 2米未成缆光纤)。这说明光纤样品的长度对光缆截止波长的测量结果,没有多大影响,至少对MCSM光纤是这样的。 即使光纤的截止λc达到1330nm,但光缆截止波长仍然低于1250nm。在这些测试标准中,截止波长大约漂移100nm；大多数漂移是由于两种测试方法所定义的不同的弯曲所引起的(光纤是一个半径140mm的圆环,光缆的是二个40mm的圆环)。 我们对市场上G.655光纤的进行取样测试,也可发现同样的的变化趋势,光纤
多模光纤弯曲损耗
多模光纤的弯曲损耗实验研究 何国财 （吉首大学物理科学与信息工程学院，湖南吉首416000） 摘要：随着光通讯、光网络、光传感技术的发展，光纤已经被广泛应用于上述系统作为信息载体和敏感元件。多模光纤以其结构简单、芯径大、耦合效率高，损耗、色散较大而被广泛应用于小型局域网，局域网的铺设线路上往往弯曲较多。因此，研究弯曲对多模光纤所传输信号的衰减对于合理构建和铺设局域网是十分必要的。 为此，我们实验研究了62.5微米芯径多模石英光纤在相同圈数不同弯曲半径和相同弯曲半径不同圈数情况下的弯曲损耗，得到了如下结论：（1）多模光纤弯曲时有一个4.5厘米到5厘米的临界值。（2）当弯曲半径大于临界值时，弯曲不对损耗产生影响，当弯曲半径小于临界值时，弯曲半径越小则损耗越大；（3）当弯曲圈数到一定程度时，弯曲圈数不影响损耗。 关键词：多模光纤；弯曲损耗；弯曲半径 Experimental study about loss of Multi- molds optical fiber inducing by bending He Guocai (College of Physics Science and Information Engineering, Jishou University, Jishou, Hunan 416000) Abstract：Along with development of the optical communication, the optical network, the optical sensor technology, the optical fiber widely is already applied to the above system as the information carrier and the sensitive unit. Multi-molds optical fiber has been applied widely in the LAN for its simple structure, big core diameter, high coupling efficiency, highly waste and big dispersion. The line of LAN always has many bending, therefore, it is necessary to research the bending waste of the multi- molds optical fiber for constructing reasonably and laying down the LAN. For this，it has been experimental study that the bending loss of 62.5-microns- cores-diameters multi-molds silica fiber has the same number of loop with different radius and has the same radius with different number of loop, obtained the following conclusion: (1) The multi- molds optical fiber have a marginal when has curving 4.5 centimeters to 5 centimeters. (2) The winding radius is bigger than marginal, it is not influence lost. The winding radius is more small the lost more big when the winding radius smaller then
光纤通信系统中色散补偿技术
光纤通信系统中色散补偿技术 蒋玉兰 (浙江华达集团富阳，31 1400) 【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数—色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。 1概述 光纤通信的发展方向是高速率、大容量。它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s 发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C 类。光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。 色散就是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。这些色散都会导致光 脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。 对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。G655光纤在1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.1~10.0pb/nm·km）。其色散值可以是正，也可以是负。若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。 自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的 光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。 2光纤色散述语 色散: 光源光谱组成中的不同波长的不同群速度在一根光纤中传输所引起的光脉冲展宽。 材料色散: 因折射率随光的波长不同呈非线性，所以产生材料色散。由单模光纤的纤芯和包层材料所引起的色散，考虑到光纤的弱导条件(△< 光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 第二章 光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G .655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 21 ???≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121?????≥ 光纤通信中的色散补偿实验仿真 摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。 关键词：光纤通信色散补偿Optisystem仿真 The Dispersion Compensation In Optical Fiber Communication Yanlong Yuan (Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics, Electronic Science and Technology) Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation 1.概述 光纤通信期中考试试题（简答） （开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分） 1、 光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。 2、 光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、 光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM波？ 0.85μm、1.31μm、1.55μm。 光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM波） 4、 什么是归一化频率V，V取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a、折射率相对差△）和工作波长0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0 光纤的色散分类 不同的光分量(不同的模式或不同的频率等)通常以不同的速度在光纤中传输，这种现象称为色散。色散是光纤的一种重要的光学特性，色散引起光脉冲的展宽、严重限制了光纤的传输容量及带宽。对于多模光纤，起主要作用的色散机理是模式色散或称模间色散(即不同的模以不同的速度传输引起的色散)。对于单模光纤，起主要作用的色散机理是色度色散或称模内色散(即不同的光频率在不同的速度下传输引起的色散〕。由于多模光纤受模间色散的限制，传输速率不能超过100Mb/s，单模光纤则比多模光纤更优越，在长途干线实际应用中用的也都是单模光纤，此处也仅考虑单模光纤的色散。 单模光纤的模内色散主要是材料色散和波导色散。材料色散是指由于频率的变化导致介质折射率变化而造成的传输常数或群速变化的现象;波导色散是指由于频率的变化导致波导参数变化而造成的传输常徽或群速变化的现象。模内色散主要是实际光源都是复色光源的结果。另外在单模光纤中，实际上传输着两个相互正交的线性偏振模式，但由于光纤的非圆对称、边应力、光纤扭曲、弯曲等造成轻微的传输速度差，从而形成偏振模色散。 高速光纤通信系统需要色散补偿 目前，全世界范围内，已经教设的1.3 μ m零色散光纤总长度超过5000万公里，而我们知道现在光纤通信系统的工作波长为1.5μm，这样光纤就存在D≈16ps/km?nm的色散、该色散限制光通信系统的传输速度在2Gb/s以下。即使是新教设的光纤、为了限制四波混频现象也仍需使用非零色散位移光纤。故为了克服色散对通信距离及通信速率的限制，必须对光纤进行色散补偿。另外，随着光纤通信和色散补偿方案的迅速发展，一些高速传输系统的传输速率已达到几十甚至几百Gb/s以上。这时，偏振模色散的影响亦不可忽视 光纤色散补偿方案 目前，已有多种群速度色散补偿方案被提出，如后置色散补偿技术、前置色散补偿技术、色散补偿滤波器、高色散补偿光纤(DCF)技术和凋啾光纤光栅色散补偿技术，以及光孤子通信技术等。后置色散补偿技术是通过电子技术在光信号接收端补偿光纤色散引起的脉冲展宽，多用于相干光纤通信系统，适应于低码速的通信系统，传输距离仅有几个色散长度。前置色散补偿技术主要包括预啁啾技术、完全频率调制技术、双二进制编码技术、放大器诱导啁啾技术和光纤诱导啁啾技术，无论哪种前置色散补偿技术都要在光脉冲进人光纤之前产生一个正的凋啾( C>0)、以实现脉冲压缩。色散补偿滤波器技术是采用Fanry一Perat 干涉和Mach一Zehnder干涉技术进行色散补偿。然而相对高的损耗和较窄的带宽限制了Fabry -Perot干涉技术的应用，对输入光偏振比较灵敏和带宽比较窄是Mach--zehnder干涉技术的缺点。下面将主要对色散补偿光纤(DCF).啁啾光纤光栅色散补偿(DCG)技术和光孤子通信技术做一简单的介绍、讨论。 浅谈光纤通信传输损耗 摘要：本文主要对光纤传输损耗产生的原因进行分析，并提出了相应的解决对策。 关键词：光纤通信传输耗损 中图分类号：tn818 文献标识码：a 文章编号： 1007-9416(2012)02-0054-01 光纤通信由于其自身的一些优点，因此得到了广泛的使用，因此，在光纤通信中产生的问题，也值得我们去认真思考并加以解决。光纤接续工作，技术复杂、工艺要求高，是对质量标准严格要求的精细工作，也是关系到光纤通信传输质量的重要工作，因此，在施工中，技术人员要充分重视光纤接续时产生的损耗，按照严格标准做好光纤的接续工作，从而降低光缆的附加损耗，提高光纤的传输质量。同时相关的技术人员也要不断的学习相关的专业知识，不断的提升自身的专业技能，在日常的施工工作中注意总结经验教训，不断的提高施工的质量，这也是提高光纤传输效果的一条有效的途径。 1、光纤通信的相关理论 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分 类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。 光纤通信的应用在当前主要集中于各种信息的传输与控制上。以互联网的发展为例，传统互联网以电缆为传输工具，速度比较慢，随着90年代美国信息高速公路的建设，现代互联网传输的主体为光纤。去年，我国的有线电视实现了由模拟信号向数字信号的完全转变，有线电视信号的传输也是以光纤的应用为前提的。另外，随着信息化的普及，光纤通信基本已经深入到每个人的生活。除此之外，由于光纤通信具有保密性高、受干扰性能高的优点，其在军事与科技中的应用也十分广泛。当然光纤在实际应用中也有一些缺陷，比如玻璃的质地比较脆，比较容易折断，因此加工难度高，价格也较昂贵，要求的加工工艺与电缆相比也复杂很多。而且由于光纤通信自身存在着传输过程中的光能损耗等问题，因此，对于光纤通信要有全面的认识。 2、光纤传输损耗的种类及原因 光纤在传输中的损耗一般可分为接续损耗和非接续损耗。接续损耗包括由于光纤自身特性引起的固有损耗以及非自身因素(一般为工业加工下艺以及机械的设置)引起的的熔接损耗和活动接头的损耗。非接续损耗包括光纤自身的弯曲损耗和由于施工等因素造成的 光纤截止波长测试及影响因素 涂昌伟 Tu changwei 成都中住光纤有限公司 Chendu SEI Optical Fiber Co.,Ltd 摘要： 现代光纤通信中单模光纤已经作为的光传输主要媒介，由光纤的传输理论可知，把包层和芯层边界代入波动方程求解，可得LP11模截止时光纤只有单模即LP01模传输，对应的波长叫作截止波长。在通信链路中系统波长必须大于截止波长。国际电信联盟技术委员会ITU-T 根据不同的测试条件和环境规定了截止波长测试方法和替代方法及相应标准，本文主要针对用光谱传输功率法进行截止波长测试及影响测试截止波长的原因进行阐述。 关键词：单模光纤、截止波长、光谱传输功率法 Abstract: A Singlemode fiber is a primary optic transmission medium in modern Fiber-optic communication. With the fiber transmission theory ，we solve wave equations according to fiber ’s core-cladding boundary and know that fiber transmits only by Singlemode(LP01 mode) if the higher mode(LP11 mode) is cut-off. That wavelength is defined as cut-off wavelength. The system ‘s operating wavelength must be greater than the fiber cut-off wavelength in transmission-lank. The International Telecommunication Union Standardization Sector(ITU-T) rule the cut-off wavelength measuring method ,the substitution method and the corresponding standard by the deferent measuring factor and condition. This article describe the optic spectral transmitted power technique which measure the cut-off wavelength and the influent factor. Key words: a Singlemode fiber, cut-off wavelength, an optic spectral transmitted power technique 一． 截止波长的物理概念和定义 根据光纤中光传输的标量波动方程求解可知，单模光纤LP11模的截止波长为： ?= 221n V a c c πλ 1-1 对于阶跃型光纤，Vc=2.40483。由上式得到的截止波长，其与光纤芯层直径和折射率n 1有关,另外还和光纤的指数相对折射率有关系，大多数文献上称之为理论截止波长，记作λct 。在工程应用中λ ct 意义不大。一般中只在理论研究中有一定价值。 人们通常所说的截止波长是指测试截止波长，通过实践表明测试截止波长与所测光纤的长度和所处的状态有关(如弯曲和受到应力作用等)。为了使测试截止波长在工程应用中有实际意义，如在光纤生产中控制光纤拉丝张力，制造光缆和敷设光缆时控制其在工作波长有效单模传输等。国际电信联盟标准化部门在ITU-T G.650(2000/10)中将实际测量的截止波长分为三类并制定相应标准，根据测试条件和测试式样不同分为：光缆截止波长、光纤截止波长和跳 光纤传输损耗及其解决方法 光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳定性和可靠性的最重要因素之一。光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网络的建设和维护中，最值得关注的是光纤使用中引起传输损耗的原因以及如何减少这些损耗。光纤使用中引起的传输损耗主要有接续损耗（光纤的固有损耗、熔接损耗和活动接头损耗）和非接续损耗（弯曲损耗和其它施工因素和应用环境所造成的损耗）两类。 1、接续损耗及其解决方案 1.1接续损耗 光纤的接续损耗主要包括：光纤本征因素造成的固有损耗和非本征因素造成的熔接损耗及活动接头损耗三种。 （1）光纤固有损耗： 主要源于光纤模场直径不一致；光纤芯径失配；纤芯截面不圆；纤芯与包层同心度不佳四点；其中影响最大的是模场直径不一致。 （2）熔接损耗： 非本征因素的熔接损耗主要由轴向错位；轴心（折角）倾斜；端面分离（间隙）；光纤端面不完整；折射率差；光纤端面不清洁以及接续人员操作水平、操作步骤、熔接机电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等其他因素造成。 （3）活动接头损耗： 非本征因素的活动接头损耗主要由活动连接器质量差、接触不良、不清洁以及与熔接损耗相同的一些因素（如轴向错位、端面间隙、折角、折射率差等）造成。 1.2 解决接续损耗的方案 （1）工程设计、施工和维护工作中应选用特性一致的优质光纤。一条线路上尽量采用同一批次的优质名牌裸纤，以求光纤的特性尽量匹配，使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。 （2）光缆施工时应严格按规程和要求进行： 配盘时尽量做到整盘配置（单盘≥500米），以尽量减少接头数量。敷设时严格按缆盘编号和端别顺序布放，使损耗值达到最小。（3）挑选经验丰富训练有素的接续人员进行接续和测试： 接续人员的水平直接影响接续损耗的大小，接续人员应严格按照光纤熔接工艺流程进行接续，严格控制接头损耗，熔接过程中时刻使用光域反射仪（OTDR）进行监测（接续损耗≤0.08dB/个），不符合要求的应重新熔接。使用光时域反射仪（OTDR）时，应从两个方向测量接头的损耗，并求出这两个结果的平均值，消除单向OTDR测量的人为因素误差。 （4）保证接续环境符合要求： 严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作，光缆接续部位及工具、材料应保持清洁，不得让光纤接头受潮，准备切割的光纤必须清洁，不得有污物。切割后光纤不得在空气中暴露时间过长尤其是在多尘潮湿的环境中。接续环境温度过低时，应采取必要的升温措施。 （5）制备完善的光纤端面： 光纤端面的制备是光纤接续最为关键的工序。光纤端面的完善与否是决定光纤接续损耗的重要原因之一。优质的端面应平整，无毛刺、无缺损，且与轴线垂直，光纤端面的轴线倾角应小于0.3度，呈现一个光滑平整的镜面，且保持清洁，避免灰尘污染。应选用优质的切割刀，并正确使用切割刀切割光纤。裸纤的清洁、切割和熔接应紧密衔接，不可间隔过长。移动光纤时要轻拿轻放，防止与其他物件擦碰而损伤光纤端面。 （6）正确使用熔接机： 正确使用熔接机是降低光纤接续损耗的重要保证和关键环节。 ①应严格按照熔接机的操作说明和操作流程，正确操作熔接机。 ②合理放置光纤，将光纤放置到熔接机的V型槽中时，动作要轻巧。这是因为对纤芯直径为10 nm的单模光纤而言，若要熔接损耗小于0.1dB，则光纤轴线的径向偏移要小于0.8nm。 ③根据光纤类型正确合理地设置熔接参数（预放电电流、时间及主放电电流、主放电时间等）。 ④在使用中和使用后应及时去除熔接机中的灰尘（特别是夹具、各镜面和ｖ型槽内的粉尘和光纤碎末）。 江苏中天科技股份有限公司二ＯＯ五年一月 光 纤 光 缆 基 础 知 识 目录 第一节光纤 (1) 分类 (1) 几何特性 (2) 传输特性 (3) 第二节光缆 (6) 着色工序 (6) 套塑工序 (7) 成缆绞合工序 (7) 护套工序 (9) 检验与试验 (10) 常见代号 (12) 附件：光缆型号命名方法 (13) 光缆型号命名一览表 (14) 二ＯＯ五年新工培训资料 企业精神：一丝不苟，一尘不染。 企业方针：以质立足，以严治厂。 质量方针：用户满意，精益求精。 产品质量目标：通过强化管理评审，建筑质量大堤，实现原材料检测率100%，出厂合格率100%，用户满意率100%。 企业发展目标：创中天品牌，跻身中国同行前列；定位21世纪,走出国门,为国争光。服务宗旨：了解用户，满足用户。 光通信：利用光频（光波）传输信息，分有线通信和无线通信。 系统包括光发送设备、传输媒质、光接受设备。 优点：a、传输衰减低，中继距离长； b、传输带宽宽，通信容量大； c、光缆尺寸小，重量轻； d、不受电磁感应，不受强电、雷电干扰； e、节省有色金属； f、适用于需防暴、高压和雷电的场合。 缺点：a、需要光端机和光中继器进行光—电转换和电—光转换； b、光纤材料较脆，应对光纤小心保护且光缆弯曲半径不宜过小； c、光纤接续较难； d、连接和测试需要专门的工具和高精度仪器。 第一节光纤 定义——传输光能的介质波导，由纤芯和包层组成。 §分类： 按折射率分布：分为突变型光纤、渐变型光纤(是光纤芯至包层的折射率随半径的变化)。 按传输模式：单模光纤（只能传输一种模式的光纤）、多模光纤（能传输多种模式的光纤）。 第一次作业 1.公式推导：单位长度光纤中斜光线的光路长度和反射次数分别为 (1)S 斜=1/cos θ=S 斜 (2)斜η =r cos a 2tan θ =sr co 子η。 解：（1）如图1.2.2所示，设沿光纤的径向方向总长度为L ，则根据图中所示三角函数关系，得S=L/cos θ其中L=l 1 +l 2+…+l n (将光纤分割，在一小段上光路近似为直线) S 1= l 1/cos θ,S 2 =l 2 /cos θ,…，S n = l n /cos θ 从而得S 总= S 1 + S 2+…+ S n =L /cos θ 于是，单位长度中光线路程为S 斜=1/cos θ=S 斜。 （2）在沿横向方向上，光线传播的平面与光轴平面有一角r ，则光线在 横向上传播的总距离为r L cos tan θ ，从而总反射次数总η=r a L cos 2tan θ， 于是，单位长度中的光线总的全反射次数 斜η=r cos a 2tan θ = sr co 子η 2.推导光线方程： ()() d d r n r n r d s d s ?? =????? 解： 由在各向同性媒质中程函方程()()r n r =??,取光线的某一点的单位方向 矢量s l ()()r n l r s =?? ()[]()()r n ds r d r ds d ?=???????=??? ()[]()??? ???=ds dr r n ds d r n l ds d s 从而 ()()d d r n r n r d s d s ?? =????? 第二次作业 见课本公式 P22-P26 第三次作业 1.什么是光纤，其传输的基本原理？ 答：光纤是光导纤维的简称。它是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形。它把以光的形式出现的电磁能量利用全反射的原理约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。 2.光纤的分类？ 答：光纤有三种分类方式：按光纤的传输模式、折射率分布、材料进行分类。 按传输模式分为单模光纤和多模光纤； 按折射率分布分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤； 按材料分为石英光纤、多组分玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤和晶体光纤。 3.已知SI 光纤，n1=1.46，△=0.005， （1）当波长分别为0.85um 、1.3um 和1.55um 时，要保证单模传输a 范围是多少？ 解：由单模条件得V=a k 0)(2 221n n -?2.4048可得: 单模光纤尺寸为a =1.202λ0/[ π （ )(2 221n n -）] 因为?=1-n n 1 2=0.005而n 1=1.46，所以n 2=1.4527 单模光纤中的色散及色散 补偿技术 This manuscript was revised on November 28, 2020 光通信光纤中的色散补偿技术(原理、优点、缺点) 姓名:__彭坚大_ 学号:_ 专业班级:_电04 摘要：本文叙述了光通信系统中一个重要的参数——色散，详细介绍了各种色散补偿技术的原理,以及色散补偿光纤和啁啾光纤光栅色散补偿等多种解决方案的特点。Abstract: This paper describes an important parameter dispersion in optical communication systems. The principles of various dispersion compensation techniques and the characteristics of dispersion compensation fiber and chirped fiber grating dispersion compensation are introduced in detail. 关键词：色散效应，色散补偿 1.引言 色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起传输信号畸变的一种 物理现象。在光纤中,脉冲色散越小,它所携带的信息容量就越大。其链路的色散累积直接影响系统的传输性能,自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题，研究宽带多波长色散补偿具有重要意义。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。2.色散补偿原理 光纤色散述语 一、色散及其表示： 由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。当一束电磁波与电介质的束缚电子相互作用的时候，介质的响应通常与光波的频率ω有关，这种特性称为色散，它表明折射率 n(ω)对频率的依附关系。 光纤的色散效应可以用波矢k或传播常数β与频率的关系来表示，即β(ω)。在中心频率ωo处将β(ω)展光纤通信课后习题参考答案
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