光纖光源調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器

光源調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光纖第二章光信號的傳輸特性光纖通信系統(tǒng)的基本要求是能將任何信息無失真地從發(fā)送端傳送到用戶端，這首先要求作為傳輸媒質(zhì)的光纖應(yīng)具有均勻、透明的理想傳輸特性，任何信號均能以相同速度無損無畸變地傳輸。

但實(shí)際光纖通信系統(tǒng)中所用的光纖都存在損耗和色散，當(dāng)信號強(qiáng)度較高時(shí)還存在非線性。？在實(shí)際系統(tǒng)中，光信號到底如何傳輸？其傳輸特性、傳輸能力究竟如何？——本章討論的要點(diǎn)。2.1光纖概述60年代，光纖損耗超過1000dB/km1970年出現(xiàn)突破，光纖損耗降低到約20dB/km(1m附近波長區(qū))1979年，光纖損耗又降到0.2dB/km(在1.55m處)

－－低損耗光纖的問世導(dǎo)致了光波技術(shù)領(lǐng)域的革命，開創(chuàng)了光纖通信的時(shí)代。2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)光纖是一種高度透明的玻璃絲，由純石英經(jīng)復(fù)雜的工藝?yán)贫?。光纖中心部分(芯Core)＋同心圓狀包裹層(包層Clad)＋涂覆層特點(diǎn)：ncore>nclad

光在芯和包層之間的界面上反復(fù)進(jìn)行全反射，并在光纖中傳遞下去。芯包層樹脂被覆層根據(jù)芯區(qū)折射率徑向分布的不同，可分為：不同的折射率分布，傳輸特性完全不同-數(shù)值孔徑(NA)相對折射率差n0、n1、n2--分別是空氣、纖芯、包層折射率，

c--芯包界面全反射臨界角1.階躍光纖代表光纖接收光的本領(lǐng)（示意圖，比例不符）c

in1n2n0

大?以不同入射角進(jìn)入光纖的光線將經(jīng)歷不同的途徑，雖然在輸入端同時(shí)入射并以相同的速度傳播，但到達(dá)光纖輸出端的時(shí)間卻不同，出現(xiàn)了時(shí)間上的分散，導(dǎo)致脈沖嚴(yán)重展寬。模間色散所有大于臨界角C的光線都被限制在纖芯內(nèi)。1.階躍光纖High-orderMode(Longerpath)Low-orderMode(shorterpath)AxialMode(shortestpath)corecladding1.階躍光纖c

in1n2n0經(jīng)歷最短和最長路徑的兩束光線間的時(shí)差:-傳輸容量限制:B--信號比特率1.階躍光纖-傳輸容量限制:對于無包層的特殊光纖，n1=1.5，n2=1.0(空氣)，

=0.33很大，BL<0.4(Mb/s).km減小值，BL能提高很多。一般<0.01。當(dāng)=0.002時(shí)，BL<100(Mb/s).km，10Mb/s的速率傳輸10km，適用于一些局域網(wǎng)。2.漸變光纖漸變光纖的芯區(qū)折射率不是一個(gè)常數(shù)，從芯區(qū)中心的最大值逐漸降低到包層的最小值。光線以正弦振蕩形式向前傳播。入射角大的光線路徑長,由于折射率的變化,光速在沿路徑變化,雖然沿光纖軸線傳輸路徑最短,但軸線上折射率最大,光傳播最慢.通過合理設(shè)計(jì)折射率分布,使光線同時(shí)到達(dá)輸出端，降低模間色散。2.漸變光纖優(yōu)化設(shè)計(jì)的漸變光纖，其BL積達(dá)約10(Gb/s).km，比階躍光纖提高了3個(gè)數(shù)量級。第一代光波系統(tǒng)就是使用的漸變光纖。單模光纖能進(jìn)一步提高BL積，需要采用電磁導(dǎo)波和模式理論來討論。確定傳輸模式的參數(shù)?？捎刹▌?dòng)方程導(dǎo)出。

歸一化頻率V：模式:每一個(gè)傳輸常數(shù)對應(yīng)著一種可能的光場分布--模式a為纖芯半徑，為光波波長，為折射率差。參量V決定了光纖中能容納的模式數(shù)量。如果V<2.405，則它只容納單?！獑文９饫w。模折射率（有效折射率）：單模光纖的截止波長：使得V=2.405時(shí)的光波長.模式一個(gè)模式是由它的傳播常數(shù)

唯一確定的.由可引入一個(gè)很有用的量.按照光纖傳輸模式的多少分：

單模光纖多模光纖按照光纖截面折射率分布分：

階躍型光纖梯度型光纖(多模光纖)

雙包層（W型）三角分布--色散位移光纖(DSFG.653),非零色散位移光纖(NZ-DSFG.655)2.1.2光纖的分類(1)ITU-T標(biāo)準(zhǔn)光纖G.652：普通單模光纖（SMF）G.653：色散位移光纖(DSF)G.655：非零色散位移光纖(NZ-DSF),產(chǎn)品：康寧LEAF；長飛：大保實(shí)特種光纖:保偏光纖（PMF）色散補(bǔ)償光纖（DCF）摻鉺光纖（EDF）等2.1.2光纖的分類(2)光纖的種類光纖的芯徑、折射率差（）、所使用波長可傳播的模的數(shù)量不同多模光纖

2a=50m單模光纖

2a=4~10m外徑：2b=125m模場直徑MFD對單模光纖，2a與處于同一量級，由于衍射效應(yīng)，模場強(qiáng)度有相當(dāng)一部分處于包層中，不易精確測出2a的精確值，因而只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的意義，在應(yīng)用中并無實(shí)際意義，實(shí)際應(yīng)用中常用模場直徑2w，即光斑尺寸表示，近似為：2a2w電場強(qiáng)度降到峰值的1/eE0/ee=2.71828三種主要類型光纖的比較2.1.3光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造各種不同的結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)和折射率分布的光纖，可分別用于不同的場合。纖芯和包層都用石英作為基本材料，折射率差通過在纖芯和包層進(jìn)行不同的摻雜來實(shí)現(xiàn)。纖芯摻入Ge和P

折射率包層摻入B

折射率光纖光纜的制作用氣相沉積法制作具有所需折射率分布的預(yù)制棒（典型預(yù)制棒長1m,直徑2cm）使用精密饋送機(jī)構(gòu)將預(yù)制棒以合適的速度送入爐中加熱成纜--光纜預(yù)制棒制作技術(shù)

－改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法（MCVD）、等離子體化學(xué)氣相沉積法（PCVD）、棒外氣相沉積法（OVD）和軸向氣相沉積法（VAD）制造光纖預(yù)制棒的MCVD流程示意圖光纖拉絲裝置示意圖