1、08.10.2020,二、光纖的色散,08.10.2020,3、階躍型弱導(dǎo)光纖的色散（單模）,08.10.2020,在上式中： 材料色散引起的群延時(shí)第一項(xiàng)； 波導(dǎo)色散引起的群延時(shí)第二項(xiàng)；,（一）材料色散,材料色散是折射率對(duì)波長(zhǎng)的二階導(dǎo)數(shù)，屬折射率隨波長(zhǎng)的非線(xiàn)性變化，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為折射率隨波長(zhǎng)而變所引起的。,08.10.2020,對(duì)石英光纖：,材料色散小于0，正常色散區(qū);長(zhǎng)波長(zhǎng)光傳播快， 短波長(zhǎng)光傳播慢!（負(fù)色散值）。,材料色散大于0，反常色散區(qū);短波長(zhǎng)光傳播快， 長(zhǎng)波長(zhǎng)光傳播慢!（正色散值）。,08.10.2020,（二）波導(dǎo)色散,波導(dǎo)色散引起的群延時(shí)：,由色散的計(jì)算式可得：,08.10.20

2、20,08.10.2020,08.10.2020,- 材料色散的影響一般大于波導(dǎo)色散： |Dm| |Dw| - 波導(dǎo)色散系數(shù)通常為負(fù)值,總色散系數(shù) D Dm + Dw,(單模光纖),08.10.2020,標(biāo)準(zhǔn)單模光纖是指零色散波長(zhǎng)在1.3m窗口的單模光纖， 國(guó)際電信聯(lián)盟（ITUT）把這種光纖規(guī)范為G.652光纖。 其特點(diǎn)是當(dāng)工作波長(zhǎng)在1.3m時(shí)，光纖色散很小，系統(tǒng)的 傳輸距離只受光纖衰減所限制。但這種光纖在1.3m波段 的損耗較大，約為0.3dB/km0.4dB/km；在1.55m波段 的損耗較小，約為0.2dB/km0.25dB/km。色散在1.3m 波段為3.5ps/nmkm，在1.55m

3、波段的損耗較大，約為 20ps/nmkm。這種光纖可支持用于在1.55m波段的 2.5Gb/s的干線(xiàn)系統(tǒng)，但由于在該波段的色散較大，若傳 輸10Gb/s的信號(hào)，傳輸距離超過(guò)50公里時(shí)，就要求使用價(jià) 格昂貴的色散補(bǔ)償模塊。,08.10.2020,大多數(shù)已安裝的光纖 低損耗 大色散分布 大有效面積 色散受限距離短 2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km 10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34km G.652+DCF方案升級(jí)擴(kuò)容成本高 結(jié)論: 不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應(yīng)用于 2.5Gb/s 以下速率的DWDM。,08.10.2020,（三）色散位移光纖,原理： 在1.3mm1.

4、7mm范圍內(nèi)任何波長(zhǎng)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整光纖波導(dǎo)的 結(jié)構(gòu)參量（a, 和g），總可以獲得零色散，這就是色散位 移光纖所依據(jù)的原理，將零色散波長(zhǎng)從1.3mm移至1.55mm， 可以使其與最低損耗波長(zhǎng)一致。,08.10.2020,1550 nm,G.653 色散位移光纖：讓損耗和色散最低點(diǎn)都在1550 nm,辦法：材料色散不變，通過(guò)改變 折射率剖面形狀來(lái)增大波 導(dǎo)色散，使零色散點(diǎn)往長(zhǎng) 波長(zhǎng)方向移動(dòng),普通商用光纖,色散位移光纖,08.10.2020,標(biāo)準(zhǔn)單模光纖 (SMF) 0 1310 nm Dcrom 20 ps/nm-km 1550 nm 色散位移光纖 (DSF) 0 1550 nm 非零色散位移光纖

5、 (NZDSF) 在 1550 nm存在小正或負(fù)色散，減少光纖中非線(xiàn)性效應(yīng)的影響。,08.10.2020,針對(duì)色散位移光纖在1.55m色散為零，會(huì)產(chǎn)生四波混頻，導(dǎo) 致信道間發(fā)生串?dāng)_，不利于多信道的WDM系統(tǒng)的問(wèn)題，如果 有微量色散，F(xiàn)WM干擾反而還會(huì)減小。針對(duì)這一特點(diǎn)，人們 研制了非零色散光纖（NZDSF）。非零色散光纖實(shí)質(zhì)上是 一種改進(jìn)的色散位移光纖，其零色散波長(zhǎng)不在1.55m，而是 在1.525m或1.585m處。非零色散光削減了色散效應(yīng)和四 波混頻效應(yīng)，而標(biāo)準(zhǔn)光纖和色散移位光纖都只能克服這兩種缺 陷中的一種，所以非零色散光纖 綜合了標(biāo)準(zhǔn)光纖和色散位移 光纖最好的傳輸特性，它特別適合于高密

6、度WDM系統(tǒng)的傳輸，所以非零色散光纖是新一代光纖通信系統(tǒng)的最佳傳輸介質(zhì),08.10.2020,在15301565nm窗口有較低的損耗; 工作窗口較低的色散，一定的色散抑制了非線(xiàn)性效應(yīng) （四波混頻）的發(fā)生; 可以有正的或負(fù)的色散海底傳輸系統(tǒng); 為DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的.,結(jié)論: 適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來(lái)大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。,08.10.2020,G.656 色散平坦光纖,在較大的范圍內(nèi)保持相近的色散值，適用于波分復(fù)用系統(tǒng),普通商用光纖,色散平坦光纖,08.10.2020,08.10.2020,色散補(bǔ)償光纖 (DCF),色散補(bǔ)償光纖,傳輸光纖,0,1

7、00,50,100,150,200,傳播長(zhǎng)度,總色散 (ps/nm),TX,RX,正負(fù)色散率搭配使系統(tǒng)累積色散為零,存在的問(wèn)題：(1) 高損耗；(2) 短波長(zhǎng)過(guò)補(bǔ)償、長(zhǎng)波長(zhǎng)欠補(bǔ)償,08.10.2020,中途譜反轉(zhuǎn)技術(shù),非線(xiàn)性 器件,等長(zhǎng)、色散性質(zhì)相同的光纖,08.10.2020,利用光纖光柵(FBG)進(jìn)行色散補(bǔ)償,注：FBG是一種可以反射特定波長(zhǎng)的光柵器件,08.10.2020,（四）偏振模色散,光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的偏振態(tài)是隨機(jī)變化的； 光纖中由于殘余機(jī)械應(yīng)力的存在，光纖不是嚴(yán)格的各向同性介質(zhì)； 維持光傳輸?shù)钠駪B(tài)，需用保偏光纖（PMF）。,08.10.2020,偏振模色散起因：,光纖制備中的

8、應(yīng)力、溫度、彎曲使光纖不具備圓柱的對(duì)稱(chēng)性，從而引入了雙折射效應(yīng); 光纖中傳輸?shù)墓饷}沖激勵(lì)了多個(gè)偏振模式； 各個(gè)偏振模式在光纖中傳輸?shù)乃俣炔幌嗤?對(duì)高速率（10Gbit/s）的傳輸系統(tǒng)，偏振模色散越嚴(yán)重； 由于偏振模色散的隨機(jī)性，一般僅能對(duì)偏振模色散的平均效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。,08.10.2020,08.10.2020,08.10.2020,偏振模色散與傳輸速率的對(duì)應(yīng)關(guān)系,08.10.2020,光纖的演變,G.651光纖：工作波長(zhǎng)850nm；多模；損耗：3dB/km G.652光纖：常規(guī)單模光纖，零色散波長(zhǎng)1310nm ；最低損耗窗口1550 nm G.653光纖：DSF，零色散波長(zhǎng)1550nm ；

9、最低損耗窗口1550 nm G.655光纖：NDSF，Lucent：零色散波長(zhǎng)1530nm；Corning：1570nm 大有效面積光纖：LEAF 降低非線(xiàn)性效應(yīng)的影響。 色散補(bǔ)償光纖： 全波光纖： 消除OH的吸收損耗,通信窗口：由0.85、1.31、1.55到S波(1.491.53)、C波(1.531.57)、 L波(1.571.61),08.10.2020,三、光纖中的脈沖展寬,光脈沖：,由麥克斯韋方程得到：,光纖的色散：,08.10.2020,時(shí)域的非線(xiàn)性薛定諤方程：,參照系變換：,忽略光纖的高階色散：,假設(shè)初始注入為高斯脈沖：,應(yīng)用傅里葉變換的方法對(duì)微分方程求解：,脈沖展寬,脈沖形狀不變； 產(chǎn)生附加相位。,08.10.2020,假設(shè)初始注入為啁