第三講光纖的損耗和色散主要內(nèi)容光纖的損耗色散及其引起的信號(hào)失真單模光纖的色散優(yōu)化3.1光纖的損耗即便是在理想的光纖中都存在損耗——本征損耗。

光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。這些損耗主要包括：1.吸收損耗2.散射損耗3.彎曲損耗損耗吸收損耗原子缺陷吸收：由于光纖材料的原子結(jié)構(gòu)的不完整造成非本征吸收：由過渡金屬離子和氫氧根離子(OH－)等雜 質(zhì)對(duì)光的吸收而產(chǎn)生的損耗本征吸收：由制造光纖材料本身

(如SiO2)的特性所決 定，即便波導(dǎo)結(jié)構(gòu)非常完美而且材料不含 任何雜質(zhì)也會(huì)存在本征吸收 本征吸收(1)紫外吸收光纖材料的電子吸收入射光能量躍遷到高的能級(jí)，同時(shí)引起入射光的能量損耗，一般發(fā)生在短波長(zhǎng)范圍z晶格光傳播方向kEx(2)紅外吸收光波與光纖晶格相互作用，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動(dòng)加劇，從而引起的損耗本征吸收曲線非本征吸收光纖制造過程引入的有害雜質(zhì)帶來較強(qiáng)的非本征吸收OH－吸收峰~2dB解決方法：(1)光纖材料化學(xué)提純，比如達(dá)到99.9999999%的純度OH－和過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等(2)制造工藝上改進(jìn)，如避免使用氫氧焰加熱(汽相軸向沉積法)原子缺陷吸收1rad(Si)=0.01J/kg800人死亡光纖晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)光纖制造->材料受到熱激勵(lì)

->結(jié)構(gòu)不完善強(qiáng)粒子輻射

->材料共價(jià)鍵斷裂->原子缺陷吸收光能，引起損耗散射損耗光纖的密度和折射率分布不均及結(jié)構(gòu)上的不完善導(dǎo)致散射現(xiàn)象1.瑞利散射2.波導(dǎo)散射瑞利散射波導(dǎo)在小于光波長(zhǎng)尺度上的不均勻：-分子密度分布不均勻-摻雜分子導(dǎo)致折射率不均勻?qū)е虏▽?dǎo)對(duì)入射光產(chǎn)生本征散射。瑞利散射一般發(fā)生在短波長(zhǎng)本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值波導(dǎo)散射導(dǎo)致的原因是波導(dǎo)缺陷-纖芯和包層的界面不完備-圓度不均勻-殘留氣泡和裂痕等

目前的制造工藝基本可以克服波導(dǎo)散射標(biāo)準(zhǔn)單模光纖損耗曲線摻GeO2的低損耗、低OHˉ含量石英光纖OH－0.154dB/kmAllWavefiberAllWave：逼近本征損耗單模：本征損耗+OHˉ吸收損耗常溫且未暴露在強(qiáng)輻射下商用的多模光纖與單模光纖的損耗譜比較多模光纖的損耗大于單模光纖：-多模光纖摻雜濃度高以獲得較大的數(shù)值孔徑(本征散射大)-由于纖芯-包層邊界的微擾，多模光纖容易產(chǎn)生高階模式損耗多模光纖單模光纖彎曲損耗宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲消逝場(chǎng)q￠

<qqq

>qcq￠RqqCladdingCore場(chǎng)分布彎曲曲率半徑減小宏彎損耗指數(shù)增加微彎：光纖軸線產(chǎn)生微米級(jí)的高頻彎曲彎曲損耗與模場(chǎng)直徑的關(guān)系P包層1<P包層2Loss模場(chǎng)直徑小<Loss模場(chǎng)直徑大Loss低階模<Loss高階模模式剝離器：將光纖纏繞成環(huán)微彎罪損耗微彎閘的原雜因：光纖咽的生撓產(chǎn)過珍程中您的帶興來的稻不均成纜梯時(shí)受候到壓邀力不退均螞使挎用過動(dòng)程中浪由于突光纖杏各個(gè)著部分刃熱脹牙冷縮料的不民同導(dǎo)致帝的后冬果：造成秘能量改輻射樓損耗高階姻模功想率損宋耗低階襯模功存率耦毯合到郊高階茂模與宏雕彎的途情況撥相同躍，模綿場(chǎng)直守徑大鍬的模領(lǐng)式容宮易發(fā)塑生宏布彎損鬧耗宏彎活和微雨彎對(duì)淡損耗們的附孟加影乏響宏彎壞損耗微彎痕損付耗基本屯損耗l增加，V減少，W0越大長(zhǎng)波妨長(zhǎng)處嘩附加毀損耗含顯著光纖解損耗蝴的度逆量總的購來說虛，光害信號(hào)蹄在光著纖中淋傳播抽的時(shí)匆候，溉其功榆率隨差距離L的增虜加呈鴉指數(shù)割衰減暈：那么弟，評(píng)殘價(jià)光蝕纖損含耗特賀性可川以通企過損耗批系數(shù)來衡夫量。食光纖括的損耗肯系數(shù)戀定義雞為：其中L為光絮纖長(zhǎng)刮度，Pin和Pou久t分別非為輸繡入和招輸出削光功敏率。墾一般乎標(biāo)準(zhǔn)香單模既光纖糊在15約50言n剃m的損故耗系洋數(shù)為0.鍋2擇dB視/k囑m。損耗尿的補(bǔ)點(diǎn)償辦絲式法電放鹽大光電光全光秧放大ED猜FA拉曼砍放大物器摻鉺光纖放大器主要壁內(nèi)容光纖捐的損小耗色散撥及其衫引起傻的信勿號(hào)失坐真單模尾光纖遼的色事散優(yōu)孤化3.倒2色散設(shè)引起饑的信互號(hào)失予真分類幻玉：1.模內(nèi)薯色散-材料番色散-波導(dǎo)貢色散2.模間咽色散3.偏振餅?zāi)Ｉ稚⑸⒚际剐抛R(shí)號(hào)不同代的成品分傳播榆速度漸不同舍，使奏信號(hào)呈在目培的端辣產(chǎn)生者碼間蒸干擾蘭，給毀信號(hào)映的最找后判論決造豈成困歷難不同服的頻影率、木模式儀、偏惠振分跳量fA光源盼輸出鼓都有局一定膨的譜清寬>凱0.除00森1蛾nml1l2l3l1l2l3模內(nèi)公色散撐：材建料色根散光纖棒材料哲對(duì)不儉同的令頻率拾成份尾折射裳率(傳播促速率)不同單模會(huì)光纖航中傳凝播模80搶%能量衛(wèi)在纖倆芯20械%能量舟在包靠層模內(nèi)積色散撥：波膀?qū)屔⑿盘?hào)佛光處煮于纖崇芯的剪部分竊和處心于包仇層的雁部分培具有妖不同小的傳貢播速呈度模內(nèi)見色散-群速唐率色虛散(G巨VD繼)信號(hào)董分量繼的群佛速率挎是頻匆率/波長(zhǎng)大的函小數(shù)：即不分同的嗽頻率葛分量然間存珍在群根時(shí)延次差。味信號(hào)蘭在傳位輸了墻距離L后，義頻率溫分量w經(jīng)歷乳的延檢時(shí)為模：對(duì)于攜一個(gè)弦譜寬恭為Dw的脈淚沖，而那么撈脈沖戴展寬抬的多退少可脫以由檔下式仰決定皂：GV托D參數(shù)w葵=氏2pc/l群時(shí)墳延色旦散通常此在波豎長(zhǎng)域炒習(xí)慣已用Dl來表為示譜女寬。溝根據(jù)w和l之間勸的關(guān)敵系：代入DT中，摩那么鑰可以笛得到襪：其中D(l)稱為母色散鏡系數(shù)橡：ps例/(湯km·nm)標(biāo)準(zhǔn)深單模棟光纖嘴在15尼50暗n粥m處色尿散系緩數(shù)為~1悔7ps夜/k扭m·nm正色柄散、欄負(fù)色倆散和烏零色嚼散1.色散橡系數(shù)D為正鵝：負(fù)開色散b2<漿0v高頻形光>v低頻裳光2.色散雪系數(shù)D為負(fù)帽：正遣色散b2>漆0v高頻鼠光<v低頻腳光3.色散職系數(shù)D為零趙：零好色散材料卻色散光纖最的折痰射率生是波伐長(zhǎng)的掩函數(shù)n(l)，則房誠不同盞的波揪長(zhǎng)的驚傳播辟函數(shù)b不同這：可以骨得到描傳播粉了L后由Dl所帶押來的因群延唯時(shí)差哪為：Dm為材杰料色婚散系詠數(shù)。減小處材料孕色散污：選鼓擇譜墨寬窄矩的光門源波導(dǎo)鑰色散假設(shè)頸纖芯匆和包拉層的燦折射怨率與戚波長(zhǎng)哭無關(guān)準(zhǔn)，而草且折洋射率猛差D=則(n1-n2)/n1非常暮小，隨傳播警函數(shù)b近似灘等于拔：可以冰得到禾傳播球了L后波遲長(zhǎng)l所經(jīng)虧歷的爹群延鴨時(shí)為副：其中V為歸坐一化孩頻率格。進(jìn)倉一步系可以犧得到匪波導(dǎo)委色散漲導(dǎo)致駝的脈轎沖展仔寬：其中標(biāo)準(zhǔn)篇單模騙光纖趕總的母模內(nèi)銷色散1320-材料謝色散叉的影以響一興般大磁于波盼導(dǎo)色銜散：|Dm|角>廚|Dw|-波導(dǎo)告色散哄系數(shù)寸通常統(tǒng)為負(fù)疫值總色表散系瞇數(shù)D≈Dm+Dw模間邊色散多模翠光纖剖中不消同導(dǎo)毅波模所具有椒不同院的傳撥播路鼠徑和穗速度技導(dǎo)致且了模間騾色散僅。對(duì)于牛子午驕光線洲，經(jīng)煌過長(zhǎng)哭度L后模慣間色艘散可準(zhǔn)能產(chǎn)誼生的農(nóng)最大片脈沖展提寬為油：DL為兩瘡種模滾式的助光程臺(tái)差。偏振值模色播散(P依MD蚊)雙折雁射效脆應(yīng)導(dǎo)差致了役偏振禮模色席散光纖聽對(duì)傳雖播模芽式的帽兩個(gè)將偏振分量狼的傳習(xí)播速命度不聲同(偏振滿模色利散)P迷MD的外薄部因隸素及竿其特屑點(diǎn)外部私因素寺：環(huán)亞境變?yōu)榛琰S振動(dòng)使、溫鳳度、找應(yīng)力呢等特點(diǎn)滑：具高有很憐強(qiáng)的候不穩(wěn)艦定性嶼和突野發(fā)性因此廚，PM驢D補(bǔ)償雙的難嗎度比惹較大擊，補(bǔ)主償方韻法目鮮前尚菌無定介論。PM練D對(duì)傳窄輸?shù)陌逃绊慞M擺D對(duì)>4膽0-巴Gb鬼/s傳輸感系統(tǒng)自的影同響將羊更加絹顯著模內(nèi)疲色散夸影響遭下的干光纖鍋帶寬街：寬貿(mào)譜光且源Dl比較摘大的虎時(shí)候響，單他模光點(diǎn)纖帶秒寬：例：餓考慮半一個(gè)雅工作盒在15聞50篇n策m的系棗統(tǒng)，杯光源仆譜寬遲為15牧n虜m，使目用標(biāo)準(zhǔn)慚單模貪光纖D=怨17ps剛/k溪m·禿nm，那收么系逮統(tǒng)帶寬甜和距權(quán)離乘底積：BL<固1寨(Gb誕/s洞)·鐮km帶寬汽和距速離乘梳積：模內(nèi)扭色散壺對(duì)傳默輸帶辦寬的右影響不同須線寬聯(lián)下的惡系統(tǒng)舒色散侄所允許的勒帶寬滋與傳逮輸距浴離的洋關(guān)系0哭nm：光揭源線汗寬非猛常小結(jié)論研：1)光源肆線寬堅(jiān)越寬絕色散緩越嚴(yán)則重2)零色拌散光取纖對(duì)培提高鼻系統(tǒng)況性能作溫用明筐顯對(duì)于別高速隸光鏈叛路(>久4迫0Gb因/s)，色懇散成粥為首狼要考書慮的猴因素未之一主要足內(nèi)容光纖逼的損陸耗色散字及其瞎引起透的信跡號(hào)失榆真單?？偣饫w比的色些散優(yōu)科化3.旱5單模翠光纖誓的色橋散優(yōu)園化設(shè)兄計(jì)1550nm132015咱50河n搬mG.晝65主3色散務(wù)位移晨光纖殃：讓扔損耗具和色疼散最漢低點(diǎn)糖都在15害50歡n獎(jiǎng)m辦法際：材顫料色矮散不若變，含通過耍改變折射鞋率剖殺面形