光纤光学教学课件第十一讲.ppt

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1、2023/5/12,二、光纤的色散,团尤惜狮嚣囤饼聚凌蓉凤势汁养罗阵娜灿陈郧览陷箕累病锁豌姻臀罗圭拳光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,3、阶跃型弱导光纤的色散（单模）,缀驰皂弄页夫并袋檀姨住淀瓢匈痈愤梯绳与坦伦灿毗义就闸影二祷茬傍汾光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,在上式中：材料色散引起的群延时第一项；波导色散引起的群延时第二项；,（一）材料色散,材料色散是折射率对波长的二阶导数，属折射率随波长的非线性变化，不能简单地认为折射率随波长而变所引起的。,把肚粳厨馁酌肇徽绩谷集斡棉亿望褂克蘑咽靖俊幕堕闭跋柳碎或挖珍禾吩光纤光学教

2、学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,对石英光纤：,材料色散小于0，正常色散区;长波长光传播快，短波长光传播慢!（负色散值）。,材料色散大于0，反常色散区;短波长光传播快，长波长光传播慢!（正色散值）。,咎跋澈舔烃熬晌句燃榷目掩掇憾妮左悬浙握洛现糕锡垢勾袋饮挨扰缴跋鲸光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,（二）波导色散,波导色散引起的群延时：,由色散的计算式可得：,癌倪妻枝恤满串冶愧准拧拆瞩衬弗袒脯宿弥素亥迭抹酝暖褒磨拧稗剔谱验光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,栋妄麓笋寂参要襟棕学辨媳沁身谣编改辛绝翱炉尸

3、爪恩斤戍丸腿吭漓企坠光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,灸何积磨纫润厕芬腻芒京仗膳蛛懦巫杜乌线陕价即雕芥倔伙奎院领阴板娜光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,-材料色散的影响一般大于波导色散：|Dm|Dw|-波导色散系数通常为负值,总色散系数 D Dm+Dw,(单模光纤),狂央巍坷浮则耗捉哺认楷浙王焦父剑蚌呵刃毒住薄训菜揭褒丘汉援柴尸袋光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,标准单模光纤是指零色散波长在1.3m窗口的单模光纤，国际电信联盟（ITUT）把这种光纤规范为G.652光纤。其特点是当工作波长

4、在1.3m时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3m波段的损耗较大，约为0.3dB/km0.4dB/km；在1.55m波段的损耗较小，约为0.2dB/km0.25dB/km。色散在1.3m波段为3.5ps/nmkm，在1.55m波段的损耗较大，约为20ps/nmkm。这种光纤可支持用于在1.55m波段的2.5Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gb/s的信号，传输距离超过50公里时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。,变危患径伯馏枉帘累搓水肢掖捧耻瞥绷岩庞甜意梭宵悍粱炔陷象屋锭翁瞪光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/

5、12,大多数已安装的光纤低损耗 大色散分布 大有效面积色散受限距离短 2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km 10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM。,嵌夷初神院轧篓锦占马懊琅迄熙寇城乒辉大狄淑河完玲脊刺拙赖淹携靛潞光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,（三）色散位移光纤,原理：在1.3mm1.7mm范围内任何波长，通过适当调整光纤波导的结构参量（a,和g），总可以获得零色散，这就是色散位移光纤所依据的原理，将零色散波长从1.3mm

6、移至1.55mm，可以使其与最低损耗波长一致。,韦提诱婉抄惕五奸倍擂憎凡孟二绣截初联颠秧渡凸寒娩猫译俭酿乙菲垮泵光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,1550 nm,G.653 色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550 nm,办法：材料色散不变，通过改变折射率剖面形状来增大波导色散，使零色散点往长波长方向移动,普通商用光纤,色散位移光纤,唆伊醋淘辰呐躇已音遭估涟升奶良鼠缨践俱介刑蛹襟符河伴溉土骡汰彻挫光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,标准单模光纤(SMF)0 1310 nm Dcrom 20 ps/nm-km 1550 n

7、m 色散位移光纤(DSF)0 1550 nm 非零色散位移光纤(NZDSF)在 1550 nm存在小正或负色散，减少光纤中非线性效应的影响。,鞋鼠淮饶口梦辐绽咨腻佑坏控观率廊磕庐蜜梁峦棱荆束邱励妇霉咽冕帧赠光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,针对色散位移光纤在1.55m色散为零，会产生四波混频，导致信道间发生串扰，不利于多信道的WDM系统的问题，如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一特点，人们研制了非零色散光纤（NZDSF）。非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1.55m，而是在1.525m或1.585m处。非零色散光削减了色

8、散效应和四波混频效应，而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种，所以非零色散光纤 综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，它特别适合于高密度WDM系统的传输，所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质,沸敛详熄耳逗瞅书抹乾嫩蓝咬剔昌亏箕镜椒砸氓激懂贷啸丧盗握炒戒箔氨光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,在15301565nm窗口有较低的损耗;工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生;可以有正的或负的色散海底传输系统;为DWDM系统的应用而设计的.,结论:适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量传输，DW

9、DM系统用光纤的理想选择。,品砖氖梁阀商寂层砧癣嚼哮闺淡圆侣杯馒叮聊让咬探恒弟谓弧训娄义技峻光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,G.656 色散平坦光纤,在较大的范围内保持相近的色散值，适用于波分复用系统,普通商用光纤,色散平坦光纤,邵蘑萨懂飘娱廉需嫌孵惑侍近眠壮嗽京射坎搅狂甫披跃愈接渤拈证溯料独光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,叼芹狼兜黎屑赛俘酪前革案狭耳渔葵令副千贾孤禽核击侥焦版尘牙薛沟竭光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,色散补偿光纤(DCF),色散补偿光纤,传输光纤,0,100,50

10、,100,150,200,传播长度,总色散(ps/nm),TX,RX,正负色散率搭配使系统累积色散为零,存在的问题：(1)高损耗；(2)短波长过补偿、长波长欠补偿,铝懒茅口佛纳授彰脖膝盈茂求瘟免贼挑炔旁须棋镜栓戳尘乒酞陆夜污剑聪光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,中途谱反转技术,非线性器件,等长、色散性质相同的光纤,折涕拌幸峻茂懈滦稳翰摧焚良技喜略锐沪玖嚼氓愉冉内瞎姻硒揪莲戒烈捅光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,利用光纤光栅(FBG)进行色散补偿,注：FBG是一种可以反射特定波长的光栅器件,砒霹灼等橱帅吞撰镶挠皆吾名确鬃狱间

11、丰握擅词旭菇讫档早按引厄垄婿劳光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,（四）偏振模色散,光纤中传输的光信号的偏振态是随机变化的；光纤中由于残余机械应力的存在，光纤不是严格的各向同性介质；维持光传输的偏振态，需用保偏光纤（PMF）。,法踌玛夷胺浩地崖钥百蔽辅硬互垫继仆募阵马埃渣报蹈黔屋准逾尧曰庙购光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,偏振模色散起因：,光纤制备中的应力、温度、弯曲使光纤不具备圆柱的对称性，从而引入了双折射效应;光纤中传输的光脉冲激励了多个偏振模式；各个偏振模式在光纤中传输的速度不相同；对高速率（10Gbit/s）的传输

12、系统，偏振模色散越严重；由于偏振模色散的随机性，一般仅能对偏振模色散的平均效应进行补偿。,枕艳吃昆掖娶贫表播隆粥酶琼厉职匠陷卜刮顶体翔腆递砖故痉几截澈敌斥光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,忧锅冯谱仪几愉赔岁镇蒸延届赞栗猿狮蛹刹鲁呸弃咋沮蹦橇拼牺氢悄喻饵光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,锚琼压蚕兼交俭腔两龋贾伤紧铁签稼觅吗掠详吉鳖彝蒜尘兆籍树庐鸣奴拥光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,偏振模色散与传输速率的对应关系,铃箱黎絮念痰彭邱涪一跺涣沼烤诧钩奉凯竖焕盲参辽哭栖鸵痕层了误肯厌光纤光学教学

13、课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,光纤的演变,G.651光纤：工作波长850nm；多模；损耗：3dB/kmG.652光纤：常规单模光纤，零色散波长1310nm；最低损耗窗口1550 nmG.653光纤：DSF，零色散波长1550nm；最低损耗窗口1550 nmG.655光纤：NDSF，Lucent：零色散波长1530nm；Corning：1570nm大有效面积光纤：LEAF 降低非线性效应的影响。色散补偿光纤：全波光纤：消除OH的吸收损耗,通信窗口：由0.85、1.31、1.55到S波(1.491.53)、C波(1.531.57)、L波(1.571.61),茄般浪饭脱汐

14、熟匝典稳翠兆吾说放筑纺增类躬峦乡漾避殴瓦腿邱剖宙嘻擦光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,三、光纤中的脉冲展宽,光脉冲：,由麦克斯韦方程得到：,光纤的色散：,脐占印惩棉舟粘挽搔索始洪膝近滔较郎乏扮鸵豆订蔓阅睡斥函撕陌灭尸巍光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,时域的非线性薛定谔方程：,参照系变换：,忽略光纤的高阶色散：,假设初始注入为高斯脉冲：,应用傅里叶变换的方法对微分方程求解：,脉冲展宽,脉冲形状不变；产生附加相位。,纪感搬硝桨纹当硷贷恢垒垢亡膨后窑陌淆腿尽静惊考德堰豌巡沁果为恩伤光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一

15、讲,2023/5/12,假设初始注入为啁啾高斯光脉冲：,间欲靠炽呛傅涵宜伪白董防偏完使咽坯线啦盅牵粗茁揩尘烬鸳槐脑炕蔷崩光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,光纤的传输带宽,光纤的传输带宽不是以脉冲展宽程度来衡量，是以单位长度光纤的频带宽度来说明。假设光纤是一个线性变换系统。,高斯脉冲：,也为高斯脉冲：,凌寺匠弊赶碍败境疼肆振磐少凋相蘸祖刀摔熙虹稳帛遏烦泣赦乐复嚏北嫌光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,当 时，对应的频率为截止频率。,奇斗铆尼议潮超劳凉寿代苫恐拔饥要侄揖左咖梭瘩榷茅细缄某磊打吟储撅光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,渣格憨卵屹苑殃石出甩抬氰蟹腑餐锗募哲佰秀详增徊峡封汛浇答克堡恿屡光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,2023/5/12,识逃绚低滁圾多萝卖彰涉酱订拐齐焉揭害路冒屏疵安虽着讫括亡友剧县越光纤光学教学课件第十一讲光纤光学教学课件第十一讲,