【正文】 1. 光纖損耗系數(shù)由式 ()確定 ， 即 )/(lg1021 KmdBppLa ? 式中 ， L為被測光纖長度 (km)， P1和 P。 測量的詳細技術規(guī)范由國際標準 (例如 ITU T， 即原 CCITT G650)或國家標準確定 。 測量系統(tǒng)一般包括發(fā)射光源 、 注入裝置和接收與數(shù)據(jù)處理設備 。 本節(jié)介紹光纖損耗 、 帶寬 (色散 )和截止波長的測量原理和測量方法 。 在光纖通信系統(tǒng)的應用中 ， 當使用條件變化時 ， 幾何特性和大多數(shù)光學特性基本上是穩(wěn)定的 ， 一般可以采用生產廠家的測量數(shù)據(jù) 。 幾何特性包括纖芯與包層的直徑 、 偏心度和不圓度；光學特性主要有折射率分布 、 數(shù)值孔徑 、 模場直徑和截止波長；傳輸特性主要有損耗 、 帶寬和色散 。 在我國 ， 對光纜使用溫度的要求 ， 一般在低溫地區(qū)為 40 ℃ ~+40 ℃ ， 在高溫地區(qū)為 5 ℃ ~+60 ℃ 。 光纜溫度特性主要取決于光纜材料的選擇及結構的設計采用松套管二次被覆光纖的光纜溫度特性較好 。 在以上條件下 ， 光輻射引起的光纖附加損耗可以忽略 ， 若小于最小彎曲半徑 ， 附加損耗則急劇增加 。 3. 彎曲特性 彎曲特性主要取決于纖芯與包層的相對折射率差 Δ以及光纜的材料和結構 。 1. 光纜能承受的最大拉力取決于加強件的材料和橫截面積 ， 一般要求大于 1 km光纜的重量 ， 多數(shù)光纜在 100~400 kg范圍 。 光纜生產出來后 ， 對這些特性的主要項目 ， 例如拉力 、 壓力 、 扭轉 、 彎曲 、 沖擊 、 振動和溫度等 ， 要根據(jù)國家標準的規(guī)定做例行試驗 。 光纜的傳輸特性取決于被覆光纖 。 一般光纜有室內光纜 、 架空光纜 、 埋地光纜和管道光纜等 。 不同使用環(huán)境和敷設方式對護套的材料和結構有不同的要求 。 2. 護套 護套起著對纜芯的機械保護和環(huán)境保護作用 ， 要求具有良好的抗側壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力 。 帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內 ， 形成中心束管式結構 ， 也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內或松套管內 ， 形成骨架式或層絞式結構 。 中心束管式 把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中 ， 加強件配置在套管周圍而構成 。 骨架式 把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內而構成 。 這種結構的纜芯制造設備簡單 ， 工藝相當成熟 ， 得到廣泛應用 。 根據(jù)纜芯結構的特點 ， 光纜可分為四種基本型式 。 加強件通常用楊氏模量大的鋼絲或非金屬材料例如芳綸纖維 (Kevlar)做成 。 被覆光纖是光纜的核心 ， 決定著光纜的傳輸特性 。 k m－ 1)105－ 0 . 5－ 1 . 0 0 . 51 . 0低溫收縮拉力伸長低溫收縮拉力伸長光纜應變 /% 光纜應變 /%( a ) ( b )0來自 .... 中國最大的資料庫下載 光纜一般由纜芯和護套兩部分組成 ， 有時在護套外面加有鎧裝 。 圖 “ 窗口 ” 。 在工程應用中 ， 光纜不可避免要遭受一定的拉力而伸長 ， 或者遭遇低溫而收縮 。 二次被覆光纖有緊套 、 松套 、 大套管和帶狀線光纖四種 ， 見圖。 即使進行應力篩選 ， 軟塑料一次被覆光纖的機械強度 ， 對于成纜的要求還是不夠的 。 由圖可見 ， 為保證 20年的光纖使用壽命 ， 應力比被限制為 ~。 理論推算得到的容許作用時間 (光纖使用壽命 )tr和應力比 ζr/ζp的關系示于圖 。 應力篩選條件直接影響光纖的使用壽命 。 保護光纖固有機械強度的方法 ， 通常是采用塑料被覆和應力篩選 。 康寧(Corning)公司開發(fā)的這種新型光纖稱為長距離系統(tǒng)光纖 (Long Haul System Fiber)， 其結構見圖 (b)。 非零色散光纖具有常規(guī)單模光纖和色散移位光纖的優(yōu)點 ， 是最新一代的單模光纖 。 這種光纖的特點是有效面積較大 ， 零色散波長不在 μm， 而在 μm或 μm。 如果色散為零 ， 四波混頻的干擾十分嚴重 ， 如果有微量色散 ， 四波混頻反而減小 。 在密集波分復用 (WDM)系統(tǒng)中 ， 當使用波長 μm色散為零的色散移位光纖時 ， 由于復用信道多 ， 信道間隔小 ， 出現(xiàn)了一種稱為四波混頻的非線性效應 。用色散補償光纖在波長 μm的負色散和常規(guī)單模光纖在 μm的正色散相互抵消，以獲得線路總色散為零損耗又最小的效果。此外還有色散補償光纖，其特點是在波長 μm具有大的負色散。km)， 和常規(guī)單模光纖相同 ， 但損耗更低 ， 可達 dB/km以下 。 這種光纖適用于大容量長距離通信系統(tǒng) ， 特別是 20世紀 80年代末期 μm分布反饋激光器 (DFB LD)研制成功 ， 90年代初期 μm摻鉺光纖放大器 (EDFA)投入應用 ， 突破通信距離受損耗的限制 ， 進一步提高了大容量長距離通信系統(tǒng)的水平 。 在 μm光纖放大器投入使用之前 ， 要實現(xiàn)長距離通信系統(tǒng) ， 只能采用電 /光和光 /電的中繼方式 。 目前世界上已敷設的光纖線路 90%采用這種光纖 。 (GIF)光纖 ， 這種光纖在光纖通信發(fā)展初期廣泛應用于中小容量 、 中短距離的通信系統(tǒng) 。km－1 )波長 / n m0 . 0S I FG I FS M F0 . 51 . 02 . 02 . 53 . 03 . 54 . 01 . 51000 1200 1400 1600ab cdeabcde85013001310138015501 . 8 10 . 3 50 . 3 40 . 4 00 . 1 9nm d B / k m( a ) ( b )1 . 8 制訂光纖標準的國際組織主要有 ITU T(國際電信聯(lián)盟 電信標準化機構 )， 即原 CCITT(國際電報電話咨詢委員會 )和IEC(國際電工委員會 )。 圖 (a) 三種實用光纖； (b) 優(yōu)質單模光纖 波長 / ? m損耗 /( dB 石英單模光纖的零色散波長在 μm， 還可以把零色散波長從 μm移到， 實現(xiàn)帶寬最大損耗最小的傳輸 。 在 OH 吸收峰兩側 μm和 μm存在兩個損耗極小的波長 “ 窗口 ” 。 由圖 ：從多模突變型 (SIF)、 漸變型 (GIF)光纖到單模 (SMF)光纖 ， 損耗依次減小 。 如果 Δ=%， 在 ， 光纖最低理論極限為 dB/km 。當 Δ分別為 %和 %時 ， A分別為 。 結構缺陷散射產生的損耗與波長無關 。 目前OH的含量已經降低到 109以下 ， dB/km以下 。 由于技術的進步 ，目前過渡金屬離子含量已經降低到其影響可以忽略的程度 。km－1) 由此而產生的固有吸收很小 ， 在 ~ ， 小于， 在 ~ ， 小于 。 由材料電子躍遷引起的吸收帶發(fā)生在紫外 (UV)區(qū)(λ)， 由分子振動引起的吸收帶發(fā)生在紅外 (IR)區(qū)(λ7μm)， 由于 SiO2是非晶狀材料 ， 兩種吸收帶從不同方向伸展到可見光區(qū) 。 設長度為 L(km) 的光纖 ， 輸入光功率為 Pi， 根據(jù)式 ()， 輸出光功率應為 apdzdp ?? Po=Piexp (αL) 習慣上 α dB/km ， 由式 ()得到損耗系數(shù) α= )/(lg100kmdBppL i 1. 圖 ， 圖中示出各種機理產生的損耗與波長的關系 ， 這些機理包括吸收損耗和散射損耗兩部分 。 光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離 。 由于存在偏振模色散 ， 即使在色度色散 C(λ)=0的波長 ， 帶寬也不是無限大 ， 見圖 。 偏振模色散本質上是模式色散 ， 由于模式耦合是隨機的 ， 因而它是一個統(tǒng)計量 。 但實際光纖不可避免地存在一定缺陷 ， 如纖芯橢圓度和內部殘余應力 ， 使兩個偏振模的傳輸常數(shù)不同 ， 這樣產生的時間延遲差稱為偏振模色散或雙折射色散 。 同樣可以選取使 ζ2最小的最佳 ζ1。 根據(jù)式 ()， 可以選取使輸出脈沖寬度 ζ2最小的最佳輸入脈沖寬度 ζ1 (ζ1)最佳 = 2102)4( 0 Lcc??由此得到最佳輸出脈沖寬度 (ζ2)最佳 = 最佳)(2 1? 中等譜寬：設光源的頻譜寬度 Δωλ和調制帶寬 Δωs相近(Δωλ≈Δωs)， 這相當于頻譜寬度較大的單縱模激光器 。km)1101001000100001 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6△ ? ＝ 2 n m△ ? ＝ 5 n m△ ? ＝ 1 0 n m偏 振 模 色 散 限 制波長 / ? m21202122 )4(0?????cLC?? 上式右邊第二項為光纖產生的脈沖展寬 。 實際上 ， 這相當于鎖模激光器和穩(wěn)定的單頻激光器 。 由式 ()可以計算出 3dB 光帶寬 ， 圖 。 利用 ζλλ0， 可以把時間延遲 η(λ)展開為泰勒級數(shù) η(λ)=η0+(λλ0)C0+(λλ0)2C′0/2 () 式中 ， η0=η(λ0)， C0=C(λ0)， C′0= 。(nm實際上，這相當于多縱模半導體激光器的情況。 光源的影響 存在色散 ［ C(λ)≠0］ 的條件下 ， 光源對光纖脈沖展寬的影響可以分為三種情況 。 式 ()第二項為波導色散 ， 其中 δ=(n3n2)/(n1n3)， 是 W型單模光纖的結構參數(shù) ， 當 δ=0時 ， 相應于常規(guī)單模光纖 。 SiO2材料 M2(λ)的近似經驗公式為 ))./)(127 3()(102 kmnmPSM ??? ? ??? 式中 ， λ的單位為 nm。 由于參數(shù) b是歸一化頻率 V的函數(shù) ， 而 V又是波長 λ的函數(shù) ， 計算非常復雜 。km－1)發(fā)光二極管注入式激光器分布反饋激光器未修正 (? ＝ 0)的均方根寬度g0 由于纖芯和包層的相對折射率差 Δ1， 即 n1≈n2， 由式 ()可以得到基模 HE11的傳輸常數(shù) β=n2k(1+bΔ) 參數(shù) b在 0和 1之間 。 材料色散和 [CM)]波導色散總稱為色度色散 (Chromatic Dispersion )， 常簡稱為色散 ， 它是時間延遲隨波長變化產生的結果 。km 。 g的最佳值 g0=2+ε， 取決于光纖結構參數(shù)和材料的波長特性 。 由圖可見 ， rms脈沖展寬 ζ隨光源譜線寬度 ζ增大而增大 ， 并在很大程度上取決于折射率分布指數(shù) g。 ζ模內 為模內色散產生的 rms脈沖展寬 ， 其中第一項為材料色散 ， 第三項為波導色散 ， 第二項包含材料色散和波導色散的影響 。 設光源的功率譜很陡峭 ，其 rms譜線寬度為 ζλ， 每個傳輸模式具有相同的功率 ， 經復雜的計算 ， 得到長度為 L的多模光纖 rms脈沖展寬為 dkdcdwd q ?? 1?22222 ][ 模內模間 ????? ???????? qq212222211211 ])23)(25()22(412)1(4[)222)(1(2 ??????????????gggcggcccggggCLN模間?21112121 )]232)(11(11)(2)[(????????????ggCNaCNnnCLN ???? 模間 221 ????ggC ?)2(22232 ????ggC ????ddNn ??? 112?ddnnN 111 ?? ζ模間 為模式色散產生的 rms脈沖展寬 。 2122 ?? ? 2122 ?? ???)()(12fHfH圖 光纖帶寬和脈沖展寬的定義 1 / 21/ e輸入脈沖光 纖1tPi