1、光纖

2月18~25日《光纖通信系統(tǒng)》1.1引言；1.2光纖p2~26；3.3光纖的物理限制p109~121《光纖通信(第三版)》第2章光纖：結(jié)構(gòu)、波導(dǎo)原理和結(jié)構(gòu)p18~62第3章光纖中的信號劣化p71~105《非線性光纖光學(xué)原理及應(yīng)用》上篇第2章脈沖在光纖中的傳輸p21~36第3章群速度色散p41~622023/7/411、光纖

《光纖通信（第三版）》p18主要問題1、光纖具有哪些結(jié)構(gòu)2、光在光纖中的傳播方式3、構(gòu)成光纖的材料4、光纖的制造工藝5、光纜的基本構(gòu)成6、光信號在光纖中的損耗機理7、光信號在光纖中的失真機理和度量2023/7/421、光纖

概況1、光纖是一種橫截面為圓形的電磁波介質(zhì)導(dǎo)波系統(tǒng)，可以采用射線光學(xué)法或經(jīng)典電磁場理論求解。2、目前，在商業(yè)通信線路中廣泛使用的光纖是石英系光纖，它的主要成分是純度高達99.99999％的SiO2。目前光纖的傳輸損耗大約為0.2~0.4dB/km，是人類已知的導(dǎo)波傳輸系統(tǒng)中傳輸損耗最小的一種。3、按工作模式分類：多模，單模4、按折射率分布特征分類：漸變折射率分布，階躍折射率分布5、其他：色散補償光纖，光子晶體光纖，空心光纖，摻餌、鐠、氟光纖。2023/7/432023/7/441、光纖

概況1、通信容量極大從理論上講，石英系光纖在1.3m和1.5m的兩個低損耗窗口都可以用于通信，其總帶寬資源約為1.21014Hz，通信容量十分巨大。目前人們已經(jīng)利用的光纖帶寬資源還不到其全部資源的1%，盡管這樣，人們已經(jīng)可以在一對光纖上傳輸上百萬甚至上千萬路雙向數(shù)字電話。因此可以肯定，光纖的通信容量是其它任何傳輸媒質(zhì)都無法比擬的。在近20年來，商用光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率從45Mb/s增加到N10Gb/s(N為8，16，32)，提高了數(shù)千倍，比同期微電子技術(shù)集成度的發(fā)展速度還快。1.2m~1.6m1.21014Hz1.21014Hz/64kHz~19億路電話1、光纖 概況2、損耗小，中繼距離長在所有已知的導(dǎo)行電磁波傳輸媒質(zhì)中，光纖的傳輸損耗最小。其中常規(guī)單模光纖（G.652）的傳輸損耗約為0.2dB/km，即光信號每傳輸15km功率才下降1/2。目前商用光纖通信系統(tǒng)的中繼距離為50~100km，如果采用光纖放大器和孤子技術(shù)可以使光纖通信的無再生中繼距離達到幾百甚至幾千km。3、光纖通信的抗干擾性和保密性極好光纖是一種特殊的導(dǎo)波傳輸媒質(zhì)，其所傳輸?shù)男盘柺菄栏裣拗圃诠饫w內(nèi)部傳輸?shù)模饨珉姶判盘柡凸庑盘枎缀醪荒軐饫w內(nèi)部的信號造成干擾。這就使光纖傳輸系統(tǒng)具有良好的抗干擾性和保密性。4、光纖中幾乎沒有背景噪聲光纖是一種背景噪聲極低的傳輸媒質(zhì)，因此，光信號經(jīng)光纖中傳輸后，信噪比基本保持不變。2023/7/451、光纖 概況5、重量輕、成本低、資源豐富除去保護層外，光纖的直徑僅有125m，因而重量極輕，便于儲存、運輸和架設(shè)。光纖的主要成分是高純度的SiO2，SiO2是地球上的資源最豐富的化合物。它占地殼物質(zhì)的59%，占已知巖石主要成分的95%以上，是人類取之不盡，用之不竭的資源。2023/7/461、光纖 概況圓波導(dǎo)的模式理論光纖的光學(xué)特性可以用幾何光學(xué)法來分析。由于光是電磁波，因此，光在光纖中的傳輸特性也可以用電磁場理論的方法來分析。兩種方法各有其優(yōu)點和局限性，幾何光學(xué)法簡明扼要，但只能給出光纖的光學(xué)特性(適用于分析多模光纖)；電磁場理論的方法比較繁瑣，但可以給出光纖的傳輸特性和工作模式。一、光的反射、折射、全反射定性地講，光信號在光纖中的傳輸依賴于纖芯與包層界面上的全反射現(xiàn)象。當入射光波的入射角大于臨界角時，光波將會在介質(zhì)分界面上發(fā)生全反射。如果光波在光纖纖芯和包層的分界面上發(fā)生全反射，就在光纖中形成了導(dǎo)行光波。因此，光波的全反射條件就是光纖中光波的傳輸條件。2023/7/471、光纖 概況當一束光在光纖中滿足全反射定律時，就能在光纖中有效地傳播。在幾何光學(xué)中光波被視為光線，而能在光纖中傳輸?shù)墓饩€可分為兩大類：子午光線和斜射線。子午光線的入射平面與光纖的軸線相重合。子午光纖每反射一次都將與光纖軸線相交一次。由此可以看出，子午光線在光纖中傳播時始終保持在一個平面上。光纖中傳輸?shù)钠渌渚€都是斜射線。斜射線的特點是其在光纖中的傳輸路線呈螺旋型。由于斜射線的情況比較復(fù)雜，用幾何光學(xué)的方法研究光纖的光學(xué)特性時，我們通常只考慮子午光線。因此，采用幾何光學(xué)的方法分析、研究光纖傳輸特性就存在一定的局限性。2023/7/481、光纖 基本結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)光纖是一種介質(zhì)波導(dǎo)，它的傳輸特性和分析方法與金屬圓波導(dǎo)有相似之處。光纖的主要技術(shù)特性包括：光學(xué)特性：幾何結(jié)構(gòu)特性，剖面折射率分布(剖面指數(shù))，數(shù)值孔徑；傳輸特性：模式，截止頻率，色散，歸一化頻率等等。光纖的傳輸特性可以用幾何光學(xué)法來分析，也可以用電磁場理論的方法來分析。兩種方法各有其優(yōu)點和局限性，幾何光學(xué)法簡明扼要，但只能給出光纖的光學(xué)傳輸特性(適用于分析多模光纖)；電磁場理論的方法比較繁瑣，但可以給出光纖的傳輸特性和工作模式。2023/7/491、光纖 基本結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)光纖由纖芯、包層、涂敷層及套塑四部分組成。纖芯位于光纖的中心，主要成份是SiO2，純度高達99.99999％，其余成份為摻雜劑。光纖纖芯的直徑一般為5~50m，其折射率略大于包層的折射率，通常是在纖芯中摻入五氧化二磷(P2O5)或二氧化鍺(GeO2)以提高纖芯的折射率。包層在纖芯外圍，其主要成份也是二氧化硅，直徑一般為125m，可以在包層中摻入氟或硼以降低包層的折射率。在光纖中摻雜可以改變光纖的傳輸特性。例如，在光纖中摻雜可以調(diào)整光纖的色散特性；在光纖中摻入鉺或氟可以制成光纖放大器等等。包層的外面是一層很薄的涂敷層，作用是提高光纖的機械強度。涂敷材料可用環(huán)氧樹脂、硅橡膠等。涂敷層外還可以加玻璃纖維和套塑，以便增加光纖的機械強度。2023/7/4101、光纖 制造工藝光纖的制造工藝：首先制造光纖預(yù)制棒，其主要工藝需分三步：1、制造一個化學(xué)純度很高的石英玻璃管。2、采用化學(xué)氣相沉積法或其它方法，在石英玻璃管內(nèi)形成高純度并有特定摻雜的SiO2沉積層。3、將光纖預(yù)制棒加熱拉伸就可以制成光纖，根據(jù)設(shè)備和工藝的條件，一般光纖的長度為1~100km。2023/7/4112023/7/4122023/7/413按照光纖纖芯和包層內(nèi)的折射率分布情況，光纖可分為階躍型光纖(SI—StepIndexFiber)和漸變型光纖(GI—GradedIndexFiber)兩大類。1、光纖

光學(xué)特性2023/7/414其中：a為光纖的纖芯半徑、

=(n1n2)/n1為光纖的相對折射率差、為光纖的剖面指數(shù)。剖面指數(shù)是光纖的一個重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，當

時，光纖為階躍型光纖；當

=2時，光纖為拋物線型光纖；當?shù)娜≈导s等于2時，光纖即稱為梯度型或漸變型光纖。(n1，n2

1.50~1.52)階躍型光纖的生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低。目前商用光通信系統(tǒng)中采用的主要都是階躍型單模光纖。漸變型光纖的信號失真（色散）比階躍型光纖的信號失真小，因而其通信容量較大、中繼距離較長。（思考題：為什么？）1、光纖

光學(xué)特性光纖的折射率分布可表示為（實驗擬合）：2023/7/415按照光纖中傳輸模式的多少，光纖又可分為多模光纖(MM—MultiModeFiber)和單模光纖(SM—SingleModeFiber)。(1)多模光纖多模光纖剖面的折射率分布有階躍型和漸變型兩類，其中傳輸?shù)哪?shù)量為：式中：a為光纖的纖芯半徑(標準多模光纖2a

50m，標準單模光纖2a

5~8m)、為光纖的折射率差、為光纖的剖面指數(shù)，k=2/0為波數(shù)(傳播常數(shù))、n1

為光纖纖芯的折射率(1.51)。a、、、n1統(tǒng)稱為光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)。若N<2，01.55m，

，

0.2~0.5%，可得2a

5.52~10.4m當光源的工作頻率一定時，光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)越大，光纖中存在的模式數(shù)量就越多。(金屬波導(dǎo)：微波源波長一定，波導(dǎo)橫截面越大，波導(dǎo)中的模式越多。)1、光纖

工作模式2023/7/416(2)單模光纖單模光纖中只傳輸最低模式的光波。對于目前光通信系統(tǒng)中的光源而言，實現(xiàn)單模光波傳輸?shù)臈l件要求光纖的芯徑2a為5~10微米之間。由于單模光纖芯徑太細，目前的工藝水平還不能將其制成漸變型光纖，因此，單模光纖的折射率分布只有階躍型一種。光屬于電磁波，光纖也是一種波導(dǎo)。光纖中多模、單模的概念與微波波導(dǎo)理論中單模、多模的概念完全相同。根據(jù)微波波導(dǎo)理論中模式數(shù)目和模式截止的概念可以斷定，光纖芯徑越細，工作模式越少。1、光纖

工作模式2023/7/417在實際應(yīng)用中光纖必須與光源相耦合，光纖對光能量的接收能力是我們非常關(guān)心的問題。如圖所示，假設(shè)一束平行光束經(jīng)透鏡聚焦后注入光纖，由于各光線的入射角不同，并非所有的光線都能在光纖中滿足全反射條件，而只有那些滿足全反射條件的光線才能在光纖中有效傳輸。顯然，能夠滿足全反射條件的光線，在空間形成了一個立體角，光纖的數(shù)值孔徑(NA)直接反映了這個立體角的大小，從而描述了光纖接收光的能力。數(shù)值孔徑是光纖的兩個主要光學(xué)特性參數(shù)之一。1、光纖

數(shù)值孔徑（NA）2023/7/418設(shè)入射光A滿足傳輸條件，應(yīng)有：sin

n2/n1

，

的最小值為：

sinc=n2/n1

c=arcsin(n2/n1)根據(jù)折射定律，在光纖的入射端面上：其中n0=1，則： sin0=n1

cos由圖可見，0的最大值反映了光纖對光能量的接收能力，1、光纖

數(shù)值孔徑（NA）2023/7/419a和0max反映了光纖接收光的能力的大小。從幾何光學(xué)的角度看，并不是所有入射到光纖斷面的光線都能在光纖中滿足全反射條件。只有那些與光纖軸線夾角小于a的入射光，才能在光纖中形成傳導(dǎo)模而長距離傳輸。sina就稱為光纖的數(shù)值孔徑NA。引入近似條件：n1+n2

2n1，以及相對折射率差=(n1

n2)/n1，則有：1、光纖

數(shù)值孔徑（NA）2023/7/420顯然，光纖的數(shù)值孔徑(NA)與其相對折射率差有關(guān)。越大，NA越大，光纖捕捉光線(聚光)的能力就越強。從光源與光纖耦合的角度看，越大越好，因為這有利于提高光源與光纖的耦合效率。一根沒有外包層的玻璃纖維，不但聚光能力較強，也確實可以傳輸光波，但是，由于它的色散特性極差，我們不能用它來傳輸高速率的光信號。因此作為傳輸高速率光信號的光纖，不能無限制地增大值。上圖定性地說明了，在光纖中傳輸?shù)墓饩€由于經(jīng)過路徑不同，它們沿光纖軸向的群速度也不同。1、光纖

數(shù)值孔徑（NA）2023/7/421所以光纖的相對折射率差越大，則各光線的群速度差就越大。根據(jù)色散的物理意義我們知道，vg1與vg2的差值越大則色散越嚴重。也就是說，增大會使光纖的色散指標和帶寬指標惡化。實用光纖的相對折射率差

<1%，通常稱為弱導(dǎo)光纖。實用的常規(guī)石英系光纖的

0.3%。國際電信聯(lián)盟(ITU-T)規(guī)定：光纖的數(shù)值孔徑NA的取值范圍是0.15~0.24，允許誤差為的0.02。vg1=c

vg2=csinc=cn2/n1

=c(1

)

1、光纖

數(shù)值孔徑（NA）圖1.5所示的條形波導(dǎo)厚度為d，寬度遠大于d。更適合于討論半導(dǎo)體激光器的諧振腔。公式(1.69)為條形波導(dǎo)的單模工作條件。若：=1.5m，n=1.5，=0.1%，d=22.5m即V=5，根據(jù)表1.1和1.2可知條形波導(dǎo)單模工作條件為： 1.31<kd<2.60 k為方程(1.24)的本征值公式(1.72a)為弱導(dǎo)光纖的單模工作條件：???<V2.405若：=1.3~1.5m，n=1.51，=0.2~0.5%，根據(jù)公式(1.60)，可得光纖的纖芯直徑2a=6.6~12.4m。實際單模光纖的纖芯直徑2a=5~8m。 2023/7/4221、光纖

《光纖通信系統(tǒng)》1.2光纖p2~262023/7/423光纖的色散也是光纖傳輸特性的主要特性指標。色散是高速率信號長距離傳輸?shù)闹饕系K之一。研究光纖色散的原因，減小色散的影響，對于提高通信容量、增加中繼距離具有重要意義。因為在光纖中傳輸?shù)墓獠ㄒ蕾囉诠饫w纖芯和光纖包層間界面的全反射現(xiàn)象，按不同的全反射角傳輸?shù)墓饩€具有不同的軸向群速度，這說明在光纖中傳輸?shù)墓獠ǘ际巧⒉?。色散波的一個特點是其群速度與工作頻率有關(guān)，也就是說不同頻率的光波具有不同的群速度。當我們要利用光波傳輸信號時，必然要對光波進行調(diào)制，調(diào)制后的光波具有一定的頻譜寬度。按照調(diào)制信號的富里葉展開式可知，信號中包含一系列頻率分量。由于不同頻率的分量具有不同的群速度，那么，從發(fā)射端出發(fā)的信號到達接收端時將產(chǎn)生波形失真。當傳輸?shù)男盘柎a率較高時，相鄰的碼可能由于波形失真而發(fā)生重疊，這樣就會形成誤碼。1、光纖

色散2023/7/424右圖定性地描述了色散使得信號脈沖被展寬的現(xiàn)象，以及脈沖展寬后可能造成誤碼的原因。為了防止色散效應(yīng)造成系統(tǒng)誤碼，1)可以加大相鄰脈沖的間隔，但這將降低光纖通信系統(tǒng)的傳輸碼率，也就降低了光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量；2)也可以減小中繼距離，也就是在信號脈沖還未被展寬到可能造成誤碼之前，將信號重新整形后再發(fā)送出去。1、光纖

色散2023/7/425光纖的色散是目前制約光纖通信系統(tǒng)中繼距離和通信容量的主要因素之一，對光纖通信系統(tǒng)總體指標的提高十分有害！光纖色散的機理主要有四類：模式色散，材料色散，波導(dǎo)色散和頻率色散(色度色散)。另外，當光纖通信系統(tǒng)的單通道傳輸碼率超過10Gbit/s后，偏振模色散的影響也必須加以考慮。光波是電磁波，因此，光纖中模式色散的概念與波導(dǎo)中模式色散的概念完全相同。減小模式色散的方法就是在光纖中實現(xiàn)單模傳輸。要實現(xiàn)光纖的單模傳輸，必須知道光纖中各模式的截止頻率，必須求出單模傳輸條件。這個問題只有采用場解法才能解決。材料色散是由于纖芯材料對不同的光波波長具有不同的折射率。光在光纖中的傳播速度為v=c/n1()，所以不同波長的光波具有不同的群速度。1、光纖

色散2023/7/426波導(dǎo)色散的形成與色散波的傳播常數(shù)有關(guān)。因為色散波的傳播常數(shù)與工作波長和波導(dǎo)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，所以光纖中不同頻率分量的光信號的群速度差（即色散）就與光纖的幾何結(jié)構(gòu)以及相對折射率差有關(guān)。就當前多模光纖的制造工藝而言，波導(dǎo)色散相對于材料色散已經(jīng)很小，因此對于多模光纖可以忽略波導(dǎo)色散。1、光纖

色散2023/7/427模式色散在原則上可以通過實現(xiàn)單模傳輸來避免，而頻率色散和材料色散對于調(diào)制信號是無法避免的。由于單模光纖的總色散為波導(dǎo)色散、頻率色散和材料色散的綜合效果，而且合理設(shè)計單模光纖的幾何結(jié)構(gòu)以及相對折射率差可以調(diào)整單模光纖的波導(dǎo)色散，所以有可能使波導(dǎo)色散與頻率色散和材料色散相互抵消形成總色散符合各種特殊要求光纖。如零色散位移光纖，非零色散位移光纖和色散補償光纖（DCF），等等。色散補償光纖與常規(guī)單模光纖的色散系數(shù)符號相反，可以用于調(diào)整光纖傳輸系統(tǒng)的總體色散。減小光纖通信系統(tǒng)色散的主要措施有：采用單模傳輸光纖，提高光源的頻譜純度，改善光纖的拉制工藝，采用色散補償技術(shù)等等。1、光纖

色散2023/7/428色散所產(chǎn)生的光脈沖展寬（3-p41~62）模型采用高斯光脈沖，優(yōu)點是可得解析解，缺點是比較適合于分析RZ碼，不能用于分析目前廣泛使用的NRZ碼。特種光纖色散補償光纖（DCF）預(yù)啁啾調(diào)制自相位調(diào)制啁啾光纖光柵（3-p308）空心光纖（3-p310）光子晶體光纖（3-p310）1、光纖

色散1、光纖 光纖傳感器雖然光纖的主要用途是作為光通信系統(tǒng)的傳輸媒質(zhì)，它在其它技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)也具有十分廣泛的用途。其中最重要的是具有測量精度高、可靠性好的光纖傳感器。光纖傳感器自20世紀70年代問世以來發(fā)展十分迅速，目前已經(jīng)可以用于測量位移、振動、轉(zhuǎn)動、壓力、彎曲、速度、加速度、電流、電場、電壓、溫度、濃度、pH值等70多種物理量和化學(xué)量。光纖陀螺是一種特別重要光纖傳感器，目前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航天、航空、航海以及汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中。2023/7/4291、光纖 光纖陀螺光纖陀螺的工作原理是薩格納克(G.Sagnac)于1913年發(fā)現(xiàn)的所謂薩格納克效應(yīng)，這種效應(yīng)使無運動部件的光學(xué)系統(tǒng)可以檢測相對于慣性空間的旋轉(zhuǎn)運動。圖7.4是光纖陀螺的原理結(jié)構(gòu)圖。激光器發(fā)出的光經(jīng)過兩個3dB耦合器分成強度相等的兩束相干光a1合a2，將這兩束相干光分別從一個多圈單模光纖環(huán)的兩個端口注入，此多圈單模光纖環(huán)兩個端口的兩束輸出光經(jīng)兩個3dB耦合器相干合束后送到光探測器。2023/7/4302023/7/431在光纖的傳輸特性指標中損耗是其最主要的特性參數(shù)之一。光纖的損耗通常由光功率的衰減量來衡量，單位是：分貝/每公里(dB/km)。光纖損耗的大小標志了光纖制造工藝水平的高低，也直接影響光纖通信系統(tǒng)的中繼距離。引起光纖損耗的因素較多，主要可以歸結(jié)為兩大類：材料的吸收損耗和散射損耗。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/432(1)材料的本征吸收Si-O鍵的紅外吸收損耗光纖的基礎(chǔ)材料是石英(SiO2)，它的SiO鍵在波長為9.1m，12.5m和21m處有振動吸收現(xiàn)象，峰值可達1010dB/km。由于振動吸收了能量，從而造成光功率的損耗。由于目前光通信系統(tǒng)的工作波長為0.85m，1.3m和1.5m，遠離SiO鍵的紅外吸收波長，因此SiO鍵的紅外吸收對光纖通信的影響不大。在光波長為1.5m處，紅外吸收損耗小于0.01dB/km。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/433電子躍遷的紫外吸收損耗在組成光纖材料的原子系統(tǒng)中，一些低能態(tài)的電子會吸收光能量而躍遷到高能態(tài)。這個過程也將造成光功率的損耗，損耗的中心波長在0.16m的紫外光區(qū)。當光波長為0.6m時，紫外吸收損耗約為1dB/km；當光波長為1.3~1.5m時，紫外吸收損耗約為0.05dB/km。因此，紫外吸收損耗對波長為0.85m的短波長光纖通信系統(tǒng)有一定的影響。光纖中材料本征吸收是SiO2的固有特性，我們無法減小它，只能盡量避開其峰值。例如，在1.5m波長附近，石英系光纖的材料本征吸收有最小值，該值約為0.06dB/km。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/434(2)雜質(zhì)吸收損耗金屬離子的吸收光纖中的主要金屬離子有：鐵Fe、銅Cu、釩V、鉻Cr、錳Mn、鎳Ni、鈷Co等。由于現(xiàn)代光纖制造工藝已經(jīng)可以將金屬雜質(zhì)的相對濃度降到109以下，因此，金屬離子的吸收損耗對光纖損耗的影響已經(jīng)不大顯著。OH－根離子的吸收損耗光纖材料中氫氧根離子的振動吸收損耗是造成光纖在其通信波長范圍內(nèi)損耗的主要根源，這是由高琨博士首先發(fā)現(xiàn)的。正是由于這個發(fā)現(xiàn)，才使得光纖通信成為現(xiàn)實。OH

根離子的振動吸收峰波長為：2.73m、1.39m、1.24m和0.95m。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/435(3)原子缺陷吸收損耗光纖材料由于熱輻射或光輻射的作用可以產(chǎn)生原子缺陷吸收，其吸收損耗幅度可達102~104dB/km。由于石英系光纖材料對熱輻射或光輻射不敏感，所以石英系光纖的原子缺陷吸收損耗非常小。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/4362、散射損耗瑞利散射損耗是一種本征散射損耗。它是由于光纖材料(石英玻璃)的微觀密度不均勻以及微觀折射率不均勻造成的。瑞利散射是一種彈性散射，散射光中沒有新的頻率分量。瑞利散射損耗的大小與光波波長的四次方成反比，對于波長為0.85m的短波長光波影響較大，當光波波長大于1.3m時瑞利散射損耗的影響較小。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/4372、散射損耗結(jié)構(gòu)缺陷散射(波導(dǎo)散射)損耗是由于光纖幾何尺寸或結(jié)構(gòu)不均勻造成的。比如，當光纖纖芯和包層分界面上不平整時，將會激勵起高階傳輸模式和泄漏模式。這些模式都不符合傳輸條件，因此必然進入光纖的包層從而造成散射損耗。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/4382、散射損耗非線性效應(yīng)散射損耗主要是由于受激喇曼散射和受激布里淵散射引起的。受激喇曼散射和受激布里淵散射都是非彈性散射，散射光中有新的頻率分量。其中受激喇曼散射的散射機制是與介質(zhì)光學(xué)特性有關(guān)的、頻率較高的“光學(xué)聲子”；而布里淵散射的散射機制是與介質(zhì)宏觀彈性特性有關(guān)的、頻率較低的“聲學(xué)聲子”。這類損耗只有在入射光較強(數(shù)百毫瓦以上)時才能表現(xiàn)出來。一般情況下光纖通信線路中的光功率為毫瓦量級，因此這類散射損耗的影響極小。1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/439fifo為受激拉曼散射光光學(xué)聲子ffi=fo+f；

f~13.2THz在光波頻段閾值較大（按式8.1.13討論條件~600mW）fifo為受激布里淵散射光聲學(xué)聲子ffi=fo+f；f~10GHz在聲波頻段閾值較?。ò词?.2.6討論條件~1mW）1、光纖 傳輸損耗機理2023/7/4401、光纖 光纖的損耗及工作窗口從光纖的損耗頻譜特性看，在波長0.8m至1.6m的波段內(nèi)，光纖的傳輸損耗都很小，可以用于光纖通信。但是由于光電子器件等方面的原因，目前的光通信系統(tǒng)大都工作在0.8m至0.9m；1.2m至1.3m和1.5m附近的波段內(nèi)。這些常用的波段被稱為光纖的工作窗口。2023/7/441減小光纖損耗的方法光纖損耗特性是傳輸特性的主要指標，它直接影響光通信系統(tǒng)無中繼通信距離的長短。因此，光纖通信技術(shù)就是從研究如何減少光纖的傳輸損耗而開始的。根據(jù)對光纖損耗原因的研究，減小光纖損耗的主要途徑和方法可以歸結(jié)為：提高化學(xué)純度，減少金屬雜質(zhì)。減少OH－離子的濃度。改進光纖的拉制工藝，提高光纖材料以及幾何尺度的均勻性。目前，商用石英系通信光纜的損耗指標為：1.3m波段，0.5dB/km；1.5m波段，0.18~0.20dB/km。其中石英系光纖在1.5m波段的損耗值已經(jīng)接近其理論值0.10dB/km。氟化物光纖是人們普遍關(guān)注的一種新型光纖，理論分析表明，此類光纖在2.5m波段的理論損耗值為0.001dB/km。如果此類光纖以及相應(yīng)的激光源、光檢測器件研制成功，則光通信系統(tǒng)的中繼距離可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再增加100倍！1、光纖 損耗1、光纖 傳輸模式光纖的本征值方程和單模工作條件（詳見參考資料，F(xiàn)TP）一般情況下，電磁波傳輸系統(tǒng)應(yīng)當工作