現(xiàn)代光纖通信技術(shù)2-光纖(已改無錯字)
2023-02-18 15:41:18 本頁面
【正文】 出現(xiàn)折射率分布不均勻的局部區(qū)域，從而引起光的散射，將一部分光功率散射到光纖外部。n 大小與 ?4成反比， ?R＝ C/ ?4（ dB/km） 因而主要作用在短波長區(qū)。n 瑞利散射損耗對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。n 在 ?m 波段， 瑞利散射 引起的損耗仍達(dá) ~ dB/km ，是該段損耗的主要原因。n 物質(zhì)在強(qiáng)大的電場作用下，會呈現(xiàn)非線性， 即出現(xiàn)新的頻率或輸入的頻率得到改變。這種由非線性激發(fā)的散射有兩種即 受激喇曼 (Raman)和 受激布里淵 (Brillouin)散射。51光纖的損耗機(jī)理 (3)n 輻射損耗又稱彎曲損耗 ，包括兩類：一是彎曲半徑遠(yuǎn)大于光纖直徑，二是光纖成纜時(shí)軸向產(chǎn)生的隨機(jī)性微彎。n 定性解釋 ：導(dǎo)模的部分能量在光纖包層中（消失場拖尾）于纖芯中的場一起傳輸。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)。這有可能要求離纖芯遠(yuǎn)的消失場尾部以大于光速的速度前進(jìn)，由于這是不可能的，因此這部分場將輻射出去而損耗掉。52光纖的非線性效應(yīng) ? 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)會積累到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致對信號的嚴(yán)重干擾和對系統(tǒng)傳輸性能的限制。? 反之，可以利用非線性現(xiàn)象產(chǎn)生有用的效應(yīng)。 導(dǎo)致新的學(xué)科分支 — 非線性光纖光學(xué)。53受激光散射 受激拉曼散射 (SRS)受激布里淵散射 (SBS) 自相位調(diào)制 (SPM)交叉相位調(diào)制 (XPM)四波混合 (FWM) 光纖的非線性效應(yīng) n SBS、 SRS及 FWM 過程所引起的波長信道的增益或損耗與光信號的強(qiáng)度有關(guān)。這些非線性過程對某些信道提供增益而對另一些信道則產(chǎn)生功率損耗，從而 使各個波長間產(chǎn)生串?dāng)_ 。n SPM和 XPM都只影響信號的相位，從而使脈沖產(chǎn)生啁啾，這將會 加快色散引起的脈沖展寬 ，尤其在高速系統(tǒng)中。非線性折射率54167。 所有這些非線性中的任意一種效應(yīng)引起信號損傷時(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 。這部分附加功率（以分貝為單位）就是相應(yīng) 非線性效應(yīng)的功率代價(jià) 。167。 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 ，為此引入兩個基本參量： 有效長度和有效面積。非線性效應(yīng)概述551. 有效長度 Leff：當(dāng)當(dāng) L很大時(shí)，很大時(shí)， Leff?1/?對于損耗為對于損耗為 , Leff約約 20km 非線性對信號的影響完全隨距離增加而增加。但是，由于非線性對信號的影響完全隨距離增加而增加。但是，由于光纖損耗而帶來信號功率連續(xù)下降，需要對上述說法進(jìn)行修光纖損耗而帶來信號功率連續(xù)下降，需要對上述說法進(jìn)行修正。實(shí)際上，可以采用一個簡單而足夠精確的模型來假定功正。實(shí)際上，可以采用一個簡單而足夠精確的模型來假定功率在一段光纖長度內(nèi)為常數(shù)。率在一段光纖長度內(nèi)為常數(shù)。L LeffP(0)?：光纖衰減系數(shù)； L：實(shí)際傳輸距離P(z)兩個基本參量562. 有效面積 Aeff:模場分布為高斯分布時(shí)模場分布為高斯分布時(shí) ,Aeff=?W2普通單模光纖的普通單模光纖的 Aeff?80?m2色散位移光纖的色散位移光纖的 Aeff?55?m2色散補(bǔ)償光纖的色散補(bǔ)償光纖的 Aeff?20?m2Aeff非線性效應(yīng)隨光纖中光強(qiáng)的增大而增大。對于一個給定的光非線性效應(yīng)隨光纖中光強(qiáng)的增大而增大。對于一個給定的光纖，光強(qiáng)反比于光纖纖芯的橫截面積。由于光功率在光纖纖纖，光強(qiáng)反比于光纖纖芯的橫截面積。由于光功率在光纖纖芯內(nèi)不是均勻分布的，為簡單起見，采用有效面積芯內(nèi)不是均勻分布的，為簡單起見，采用有效面積 Aeff表示。表示。兩個基本參量57受激光散射167。 概述?受激光散射 ：一個高能量光子（泵浦）被散射成一個低能量的光子（斯托克斯光），同時(shí)產(chǎn)生能量為兩光子能量差的另一個能量子 (聲子 )。散射光頻率降低，光場把部分能量傳遞給介質(zhì)。?受激布里淵散射（ SBS）： 參與的能量子為聲學(xué)聲子，只有后向散射?受激拉曼散射（ 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58受激光散射機(jī)理167。拉曼散射中頻率減少的稱為斯托克斯散射，頻率增加的散射稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)得多167。SBS：泵浦光、斯托克斯波和聲波之間的參量互作用?？煽醋魇且粋€泵浦光子的湮滅，同時(shí)產(chǎn)生一個斯托克斯光子和一個聲學(xué)聲子。167。SRS：入射光波的一個光子被一個分子散射成為另一個低頻光子，同時(shí)分子完成振動態(tài)之間的躍遷。59SRS和 SBS的區(qū)別167。 SRS是和介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)有關(guān)，頻率較高的 “ 光學(xué)支 ” 聲子參與散射，頻移有幾十 THz；而 SBS是和介質(zhì)宏觀彈性性質(zhì)有關(guān)，頻率較低的 “ 聲學(xué)支 ” 聲子參與散射，頻移只有十幾 GHz；167。 SBS只發(fā)生在反向，而 SRS在兩種方向均能發(fā)生，主要是正向；167。 增益系數(shù)不同，在單模光纖中 SBS的峰值增益系數(shù) gB比 SRS的峰值增益系數(shù)大兩個數(shù)量級，并且近似與波長無關(guān)；167。 SRS的閾值功率大于 SBS的閾值功率。受激光散射機(jī)理60受激光散射對兩通信信道的影響（串?dāng)_）受激散射光一方面
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