【正文】 OHˉ 的吸收作用， ~ m和 ~ m范圍內都有損耗高峰，這兩個范圍未能充分利用。 塑料光纖是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）制成的。這就滿足了全反射的一個條件。所以它們的橫向特性就決定了它的光學性質。 s ) f: Frequency l: Wavelength n: Refractive index (vacuum: 。 全反射定理：光從光密媒質（ n1 ）進入光疏媒質（ n2 ），當入射角增大到一定的角度時，折射光就會全部消失。 預備知識 光的反射服從反射定理： θ in =θ r，即反射角等于入射角 當光以一定的角度從某種介質進入另一種介質時，它的傳播方向也會改變，在兩種介質的分界面上并不沿直線傳播，而是發(fā)生了偏折，光的這種偏折現象叫做折射。（ total internal reflection ） 2023/2/10 6 Chapter 2 光纖和光纜 要產生全反射，必須有兩個條件：第一，光必須從折射率大的介質射入折射率小的介質；其次，入射角必須大于臨界角。 光纖為 光導纖維 的簡稱，由直徑大約為 。 2023/2/10 15 Chapter 2 光纖和光纜 現在所說的通信光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的，如前圖所示。 2023/2/10 16 Chapter 2 光纖和光纜 2023/2/10 17 Chapter 2 光纖和光纜 當光纖彎曲時，光線是否還能沿光纖傳播呢？因為任何通信線路都不可能完全筆直。目前通信中普遍使用的是石英系光纖。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。 m常規(guī)單模光纖的主要參數是由國際電信聯(lián)盟 ITU－ T在 G652建議中確定的，因此這種光纖又稱 G652光纖。 2023/2/10 23 Chapter 2 光纖和光纜 光纖的分類： 傳輸窗口 為了使光纖較好地工作在 m處，人們設計出一種新的光纖，叫做色散位移光纖（ DSF）。這種非零色散位移光纖不僅可用于現在的單信道、超高速傳輸，而且還可適應于將來用波分復用來擴容，是一種既滿足當前需要，又兼顧將來發(fā)展的理想傳輸媒介。這種光纖的傳輸模式很多，各種模式的傳輸路徑不一樣，經傳輸后到達終點的時間也不相同，因而產生時延差，使光脈沖受到展寬。由于高次模和低次模的光線分別在不同的折射率層界面上按折射定律產生折射，進入低折射率層中去，因此，光的行進方向與光纖軸方向所形成的角度將逐漸變小。 傳輸特性：衰減系數、多模光纖的帶寬、色散特性、非線性特性等。 因此，在描述光的傳輸特性時相應的也有兩種理論，即 波動理論 和 射線理論（幾何光學方法） 。 )()( rndzrdndzd ????2023/2/10 52 Chapter 2 光纖和光纜 ? 子午光線： ?限制在子午平面內傳播的光線 ?與光軸相交 ? 傾斜光線： ?軌跡曲線不限制在一個平面內 ?不過光軸 光線分類 2023/2/10 53 Chapter 2 光纖和光纜 ?z子午平面 2023/2/10 54 Chapter 2 光纖和光纜 突變型多模光纖：均勻折射率分布 （ STEP INDEX） 2023/2/10 55 Chapter 2 光纖和光纜 Types of fibers: MMF Multi Mode Fibers (MMF) ? Operates in multiple modes. ? Large Core Sizes. 2023/2/10 56 Chapter 2 光纖和光纜 ?折射率分布 : ?光線軌跡 : 限制在子午平面內傳播的鋸齒形折線。從增加進入光纖的光功率的觀點來看， NA越大越好，因為光纖的數值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。(2) 未作任何前提近似 ,因此適用于各種折射率分布的單模光和多模光波導。 模式的基本特征 2023/2/10 65 Chapter 2 光纖和光纜 ： ???? 22 1022210anknnaVl? 波動理論分析時引出的一個重要參量： 光纖的歸一化頻率 歸一化頻率 V包含了光纖的結構及光波的工作波長，它是一個直接與光的頻率成正比的無量綱的量。當光纖的芯直徑較大時，則在光纖的受光角內，可允許光波以多個特定的角度射入光纖端面，并在光纖中傳播，此時，就稱光纖中有多個模式。 ① 并不是任何形式的光波都能在光纖中傳輸。沿光纖軸前進的光走的路徑最短，而與軸線交角大的光所走的路徑則較長。具體細分如下： 光纖損耗可分為固有損耗和附加損耗 。 2023/2/10 79 Chapter 2 光纖和光纜 光纖的 損耗 固有損耗中， 散射損耗 和 吸收損耗 是由光纖材料本身的特性決定的，在不同的工作波長下引起的固有損耗也不同。當電子從低能級向高能級躍遷時，就要吸收相應級別的能級差的能量。 人們發(fā)現氫氧根在光纖工作波段上有三個吸收峰，它們分別是 m、 m和 m， 其中 m波長的吸收損耗最為嚴重，對光纖的影響也最大。這種振動頻率稱做粒子的固有振動頻率。 2023/2/10 86 Chapter 2 光纖和光纜 光纖結構不完善，如由光纖中有氣泡、雜質，或者粗細不均勻，特別是芯 包層交界面不平滑等，光線傳到這些地方時，就會有一部分光散射到各個方向，造成損耗。 z=0 z=L Dispersion 2023/2/10 88 Chapter 2 光纖和光纜 隨著脈沖在光纖中傳輸 ， 脈沖的寬度被展寬 色散系數 D（ ps/）是光纖的一個重要的傳輸參數。光纖的時延差與纖芯－包層相對折射率差成正比。 其次，單模傳輸要求歸一化頻率 V盡可能小，所以在減小 V而同時又保持適當的纖芯尺寸的選擇中，就在于減小折射率差。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。為減小總的波長色散，要盡量選用窄譜線激光器作光源。 2023/2/10 104 Chapter 2 光纖和光纜 1 5 5 0 nm1 3 1 0 nm色散ps/ nm ? km普通光纖 (SMF)非色散位移光纖 （ NDSF ， ）已有光纖的 95%波長 l色散位移光纖 （ DSF , ）非零色散位移光纖 （ NZDSF , ）180DWDM波長范圍三種光纖色散情況比較 正常色散區(qū) 反常色散區(qū) 2023/2/10 105 Chapter 2 光纖和光纜 Polarization Mode Dispersion (PMD) ? Singlemode fiber actually transmits two modes ?Modes have opposite states of polarization ?Severe limitation at 10 Gb/s over distances 50 km ? Power is randomly coupled between the two modes ?PMD of a link fluctuates significantly over time ? Components can exhibit PMD as well ?mostly constant PMD ?manufacturers trying to minimize it by design 2023/2/10 106 Chapter 2 光纖和光纜 Polarization mode dispersion Important in WDM systems, long spans 2023/2/10 107 Chapter 2 光纖和光纜 at the transmitter 1. Various chirping schemes. Arrange current pulse, use external modulator or optical amplifier so slower light leaves first 2. FM modularion (FSK). Dispersion in system converts to AM signal which can be demodulated. 3. Multilevel coding. ., 4 levels vs, 2 means bit T twice as long, bandwidth half. Strategies for reducing dispersion 2023/2/10 108 Chapter 2 光纖和光纜 along the fibre 1. Highdispersion fibres. (DCF “dispersion pensation fibre) at the receiver 1. Electronic: standard pulseshaping transversal filters 2. Optical (a) Integrated MachZehnder interferometer with unbalanced arms. (b) Chirped fibre Bragg gratings. 2023/2/10 109 Chapter 2 光纖和光纜 光纖的最新發(fā)展 2023/2/10 110 Chapter 2 光纖和光纜 新材料光纖 氟化物玻璃光纖 新結構光纖 琉化物玻璃光纖 重金屬氧化物玻璃光纖 聚合物光纖 色散平坦光纖（ DFF） 無水峰光纖 保偏光纖特種 2023/2/10 111 Chapter 2 光纖和光纜 光纖制造 光纖的材料是高純度的玻璃，按玻璃內所含化學元素組成的不同，可分為 石英玻璃光纖 和 多組分玻璃光纖 。 要求其具有良好的抗側壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的功能 。 α = 10/L * lg (Pi/Po) (dB/Km) 在使用的時候，要特別注意兩點： 假設光纖沿軸向是均勻的，即 α與軸向位置無關。 測試裝置見如所示下所示。多模光纖中可以激勵成百上千個模，由于耦合條件不同，個模攜帶的初始能量不同。 包層模剝除器：促使包層模轉化為輻射模，以便消除光纖中的包層模。 顯然， L=c*t/(2*n1) 其中 c為光速， n1為光纖的纖芯折射率， t為光脈沖發(fā)出到返回的時間。 為了表示單模光纖的這種特性，引入了總色散系統(tǒng)參數，它表示了單位長度光纖、單位光源頻譜寬度時的脈沖展寬。 2023/2/10 138 Chapter 2 光纖和光纜 帶寬測量： 掃頻法 驅動器 光探測器 光衰減器 激勵器 光源 掃頻儀 選頻表 數據處理 XY記錄儀 待測光纖 2023/2/10 139 Chapter 2 光纖和光纜 帶寬測量： 掃頻法 測量步驟分兩步： 測出被測長光纖的輸出特性； 測光纖的輸入特性 除去光纖損耗外，隨著調制頻率的提高，光纖輸出信號降低，長光纖與短光纖相比幅度下降 6dB所對應的頻率就是被測光纖的 6dB電帶寬 。 單模光纖的衰減系數很小，所以對測試系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求比多模光纖要求高。 注入技術采取的措施包括 擾模器（ scrambler） 濾模器（ mode filter） 和 包層模剝除器（ cladding stripper） 等。 光檢測器 要能收集所有的輻射光，頻響應與光源的譜特性匹配，靈敏度應線性。 2023/2/10 126 Chapter 2 光纖和光纜 損耗測量： 截斷法 截斷法是一種直接利用衰減系數定義的測試方法。 測量系統(tǒng)一般包括：發(fā)射光源、注入裝置和接收與數據處理部分。 為了保護光纖。 （ NDSF） 2023/2/10 102 Chapter 2 光纖和光纜 低損耗 零色散 小有效面積 長距離、單信道超高速 EDFA系統(tǒng) 四波混頻（ FWM） 是主要的問題， 不利于 DWDM技術 結論 : 適用于 10Gb/s以上速率單信道傳輸 ， 但不適用于 DWDM應用 ， 處于被市場淘汰的現狀 。這種色散是由光纖中的光波導引起的，由此產生的脈沖展寬現象叫做波導色散。當光在折射率 n的為介質中傳播時，其速度 v與空氣中的光速 C之間的關系為： v=C/n 光的波長不同，折射率 n就不同，光傳輸的速度也就不同。通信用光纖都是弱導光纖。對模式色散進行的嚴密分析比較復雜，