【正文】 t wavelengths of a light pulse to travel at different speeds in fiber, resulting in pulse spreading 光脈沖展寬 p51(1) ? 光脈沖展寬 ： 由于光脈沖包含許多頻率分量，因而群速度的頻率相關(guān)性導(dǎo)致了脈沖傳輸過程中展寬，不再同時(shí)到達(dá)光纖輸出端。 p55 EDFA 頻帶 衰減 (dB/km) 1600 1700 1400 1300 1200 1500 1100 波長 (nm) 20 10 0 10 20 色散(ps/nm) 17ps/ NZDSF DFF DSF 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 ?光纖通信系統(tǒng)中，信息是通過編碼脈沖序列在光纖中傳輸?shù)?，光脈沖的寬度由系統(tǒng)的比特率 B決定，因而不希望色散展寬而產(chǎn)生誤碼。導(dǎo)致新的學(xué)科分支 —非線性光纖光學(xué)。這些非線性過程對(duì)某些信道提供增益而對(duì)另一些信道則產(chǎn)生功率損耗，從而使各個(gè)波長間產(chǎn)生串?dāng)_。 ?非線性效應(yīng)與傳輸距離和纖芯內(nèi)場強(qiáng)有著密切的關(guān)系 ，為此引入兩個(gè)基本參量： 有效長度和有效面積。 L Leff P(0) 實(shí)際傳輸距離 2. 有效面積 Aeff: 模場分布為高斯分布時(shí) ,Aeff=?W2 普通單模光纖的 Aeff?80?m2 色散位移光纖的 Aeff?55?m2 色散補(bǔ)償光纖的 Aeff?20?m2 Aeff 非線性效應(yīng)隨光纖中光強(qiáng)的增大而增大。 ?一個(gè)高能量光子（通常稱為泵浦）被散射成一個(gè)低能量的光子（斯托克斯光），同時(shí)產(chǎn)生能量為兩光子能量差的另一個(gè)能量子 ?SBS參與的能量子為聲學(xué)聲子，只有后向散射 ?SRS參與的能量子為光學(xué)聲子，以前向散射為主，但也有后向散射 ?在高功率傳輸時(shí)，光纖中的受激喇曼散射和受激布里淵散射能導(dǎo)致相當(dāng)大的損耗，一旦入射光功率超過閾值，散射光強(qiáng)將指數(shù)增長。 閾值功率 Pth與光纖的衰減系數(shù) ?、光纖有效長度 Leff、布里淵增益系數(shù) gB和光纖的有效面積 Aeff有關(guān)，可近似寫為： L足夠長時(shí)， Leff ? 1/?，而 Aeff可用 ?w2代替， w為模場半徑 峰值增益 gB?5?1011m/W，這樣 Pth可低至 1mW，特別是在 1550nm最低損耗處，將極大地限制光波系統(tǒng)的注入功率。 ?功率閾值與光源線寬有關(guān)，光源線寬越窄，功率閾值越低 減小 SBS對(duì)系統(tǒng)影響的主要措施 ?減低入纖功率（減小中繼間隔） ?增加光源線寬（色散限制） 一般情況下， SBS在光纖通信系統(tǒng)中是一種有害的因素，應(yīng)注意減小。 SRS是非線性光纖光學(xué)中一個(gè)很重要的非線性過程，它可使光纖成為 寬帶喇曼放大器和可調(diào)諧喇曼激光器 ，也可使某信道中的能量轉(zhuǎn)移到相鄰信道中，從而嚴(yán)重影響多信道光通信系統(tǒng)的性能。 一、自相位調(diào)制 SPM ? 折射率非線性分量的出現(xiàn)將引起導(dǎo)模傳播常數(shù)的變化，使傳播常數(shù)增加了一附加項(xiàng)： 光纖有效截面積 由模場自己產(chǎn)生的非線性效應(yīng)而引起的非線性相移稱為 自相位調(diào)制 ，信號(hào)光強(qiáng)的瞬間變化引起其自身的相位調(diào)制。脈沖頻譜的展寬程度還與脈沖形狀有關(guān)。 ? 說明： ?在 WDM系統(tǒng)中，某信道的 XPM是其它信道共同作用的結(jié)果。 ? 減小影響的主要方法： ?增大信道間隔 ?減低信號(hào)功率 ?相鄰信道正交偏振 三、 四波混頻 FWM ? FWM： 光纖中不同波長的光波相互作用而導(dǎo)致在其它波長上產(chǎn)生所謂混頻產(chǎn)物或邊帶的新光波的現(xiàn)象。 色散的積累、非線性光纖效應(yīng)的影響等新問題不斷出現(xiàn) 。 ? 產(chǎn)品相關(guān)網(wǎng)站： 。一類是受激光散射 (SRS和 SBS)，另一類是非線性折射率調(diào)制 (SPM,XPM和 FWM)。 ?1 ?2 ?3 ? 特點(diǎn)： 小的色散光纖，相位匹配易于滿足， FWM越加嚴(yán)重，故應(yīng)在 色散與 FWM之間取折衷。 ?XPM與信道間隔以及信道數(shù)有關(guān)，大的信道間隔，加快了信道間的走離，有助于減小 XPM。 XPM是不同波長的光脈沖在光纖中共同傳輸時(shí)引起的一種光場的非線性相移。 SPM不僅隨光強(qiáng)而變，而且隨時(shí)間變化，這種瞬時(shí)變化相移將引起光脈沖的頻譜展寬，導(dǎo)致在光脈沖的中心兩側(cè)出現(xiàn)不同的瞬時(shí)光頻率，即出現(xiàn) 頻率啁啾 。 三、受激喇曼散射（ SRS）（ 3） 非線性折射率 在較高入射光功率下，纖芯折射率應(yīng)表示為： (光場線偏振，光脈沖寬度 1ps) 光場幅度的有效值或均方根 線性折射率 非線性折射率 或 Kerr系數(shù) 折射率的非線性影響一般很小。但由于其增益譜寬窄，放大器的帶寬也很窄。不過還應(yīng)注意消除。 ?閾值功率 ：在光纖輸出端有一半功率被損失到斯托克斯光時(shí)的入射功率 受激非彈性散射 二、受激布里淵散射（ SBS）（ 1） 功率閾值 機(jī)理 SBS可描述為泵浦光、斯托克斯波和聲波之間的參量互作用。由于光功率在光纖纖芯內(nèi)不是均勻分布的，為簡單起見，采用有效面積 Aeff表示。但是，由于光纖損耗而帶來信號(hào)功率連續(xù)下降，需要對(duì)上述說法進(jìn)行修正。 ? 所有這些非線性中的任意一種效應(yīng)引起信號(hào)損傷時(shí)，需要獲得一些 附加功率，以維持 BER與原先無非線性效應(yīng)時(shí)一樣 。包括： 受激布里淵散射 (SBS)和受激喇曼散射 (SRS) 二、非線性折射率： 光纖折射率與光強(qiáng)的相關(guān)性產(chǎn)生的效應(yīng)。 對(duì)于 D=17 (ps/),?=1550nm的系統(tǒng) ,通常采用經(jīng)驗(yàn)公式 : B2L6000 (Gb/s) 當(dāng) B=,L960km 當(dāng) B=10Gb/s時(shí) ,L60km 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng) p56 概述 受激非彈性散射 ?受激布里淵散射 (SBS) ?受激喇曼散射 (SRS) 非線性折射率 ?自相位調(diào)制 (SPM) ?互相位調(diào)制 (XPM) ?四波混頻 (FWM) 概述 ?盡管用于光纖的玻璃材料的非線性很弱，但由于纖芯小，纖芯內(nèi)場強(qiáng)非常高，且作用距離長，使得光纖中的非線性效應(yīng)會(huì)積累到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致對(duì)信號(hào)的嚴(yán)重干擾和對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的限制。 ? 波導(dǎo)色散 DW ， 由于單模光纖中只有約 80％的光功率在纖芯中傳播， 20％在包層中傳播的光功率其速率要更大一些，這樣就出現(xiàn)了色散。 ? 色散類型 ?模間色散 ：不同模式對(duì)應(yīng)有不同的模折射率，導(dǎo)致群速度不同和脈沖展寬 （僅多模光纖有） ?波導(dǎo)色散 ?(?)：傳播常數(shù)隨頻率變化 ?材料色散 n(?)：折射率隨頻率變化 ?偏振模色散 PMD 波長色散 群速色散 (GVD) ? 由光源發(fā)射進(jìn)入光纖的光脈沖能量包含許多不同的頻率分量，脈沖的不同頻率分量將以不同的群速度傳播，因而在傳輸過程中必將出現(xiàn)脈沖展寬，這種現(xiàn)象稱為 群速色散（ GVD）、模內(nèi)色散或簡言之光纖色散。當(dāng)發(fā)生彎曲時(shí)，離中心較遠(yuǎn)的消失場尾部須以較大的速度行進(jìn)，以便與纖芯中的場一同前進(jìn)。 ? 瑞利散射損耗對(duì)光纖來說是其本身固有的，因而它確定了光纖損耗的最終極限。 光纖 范崇澄 FS89 光纖的損耗機(jī)理 p48(1) ? 材料吸收 ? 紫外、紅外、 OH離子、金屬離子吸收等，是材料本身所固有的 本征吸收損耗 ? OH離子吸收： OH鍵的基本諧振波長為 ?m，與 SiO鍵的諧振波長相互影響，在光纖通信波段內(nèi)產(chǎn)生一系列的吸收峰，影響較大的是在 、 、 ?m，峰之間的低損耗區(qū)構(gòu)成了光纖通信的三個(gè)窗口。 若 Pin是入射光纖的功率，則傳輸功率 Pout為： 這里 ?代表光纖損耗， L是光纖長度，習(xí)慣上光纖的損耗通過下式用 dB/km來表示： 示例 ? 對(duì)于理想的光纖，不會(huì)有任何的損耗，對(duì)應(yīng)的損耗系數(shù)為 0dB/km，但在實(shí)際中這是不可能的。 ? 材料色散：不同波長的光行進(jìn)速度不同 。 表 2 公用通信用的光纜 光纜種類 結(jié) 構(gòu) 光纖芯數(shù) 需 要 條 件 中繼光纜 層絞式 骨架式 大束管式 單元式 帶式 10 100 100 10～ 200 200 低損耗、寬頻帶、長盤長 海底光纜 層絞式、骨架式、大束管式、單元式 4～ 100 低損耗、耐水壓、耐張力 用戶光纜 單元式 帶式 200 200 高密度、多芯、低（中）損耗 局內(nèi)光纜 軟線、帶式、單元式 2～ 20 質(zhì)量輕、芯徑細(xì)、柔軟 ? 光纖性能是有限制的，隨著信道數(shù)據(jù)率和傳輸距離的增加， 光纖不再是一個(gè)透明管道 . ? 傳輸特性 ?損耗 (dB/km)， 直接影響中繼距離； ?色散 (ps/)， 將引起光脈沖展寬和碼間串?dāng)_ ，最終影響通信距離和容量； ?非線性效應(yīng) 光纖的傳輸性能 為維持誤碼率不變，需提高接收功率，所需增加相應(yīng)的功率稱為功率代價(jià)。 光纜型號(hào)例題 ? 設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜，包括 12根芯徑 /包層直徑為 50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖和 5根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測的銅線徑為 ，且在 ，光纖的損耗常數(shù)不大于 ，模式帶寬不小于 800MHz Ⅴ ：適用溫度代號(hào)及其意義。 ? cc——表示模式帶寬的代號(hào)。 ? a——表示使用波長的代號(hào)，其數(shù)字代號(hào)規(guī)定如下： ? 1——波長在 ； 2——波長在 域； ? 3——波長在 。 Ⅱ ： 光纖類別的代號(hào)及其意義。 項(xiàng)目 12 光纜識(shí)別 Ⅳ ： 護(hù)層代號(hào)及其意義為； Y——聚乙烯護(hù)層； V——聚氯乙烯護(hù)層； U——聚氨酯護(hù)層； A——鋁 聚乙烯粘結(jié)護(hù)層； L——鋁護(hù)套； G——鋼護(hù)套； Q——鉛護(hù)套；