现代通信技术课件第9章 光纤通信技术讲课教案.ppt

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1、第9章光纤通信技术9.1光纤通信概述9.1.1电磁波谱信息的传输是以电磁波为媒介进行的。通信所用的波段是在波长为千米至微米数量级范围。由于通信容量与电磁波频率成正比例的增大，所以探索将更高频率的电磁波用于通信技术是人们追求的目标。9.1.2光纤通信系统基本结构与特点光纤通信系统和其他通信系统相比具有的优点：频带宽，通信容量大传输损耗低，无中继距离长抗电磁干扰光纤通信串话小，保密性强，使用安全体积小，重量轻，便于敷设材料资源丰富9.2光纤传输原理与特性9.2.1光纤的结构和分类纤芯(Core);包层(Cladding);涂敷层(Coating)

2、按光纤横截面的折射率分布分类阶跃光纤(SIF：Step-IndexFiber)：纤芯折射率n1，包层折射率n2。纤芯和包层的折射率都是均匀分布的，折射率在纤芯和包层的界面上发生突变。渐变光纤(GIF：Graded-IndexFiber)：包层的折射率n2，是均匀的，而在纤芯中折射率n1则随着纤芯的半径的加大而减小，是非均匀、且连续变化的。此外还有三角型折射率光纤，其纤芯折射率分布曲线为三角型；双包层光纤、四包层光纤等，如图：按光纤中的传导模式数量分类单模光纤、多模光纤按光纤构成的原材料分类石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤按

3、光纤的套塑层分类紧套光纤、松套光纤9.2.2光纤的导光原理光的波粒二像性：既可以将光看成光波（电磁波），也可以将光看作是由光子组成的粒子流。光纤中光的传输特性的两种分析方法（理论）：射线光学（几何光学）理论、波动光学理论。射线光学：用光射线代表光能量传输线路。这种理论适用于光波长远远小于光波导尺寸的多模光纤，可以得到简单、直观的分析结果。波动光学：把光纤中的光作为经典电磁场来处理。从波动方程和电磁场的边界条件出发，可以得到全面、正确的解析或数字结果，给出光纤中的场的结构形式（即传输模式），从而给出光纤中完善的场的描述形式。它的特点是：能够精确

4、、全面地描述光纤的传输特性，这种理论适合于单模光纤和多模光纤的分析。采用射线光学分析光纤的特性多模阶跃折射率光纤的射线光学理论分析在多模阶跃光纤的纤芯中，光按直线传输，在纤芯和包层的界面上光发生反射。光纤的相对折射率差由光纤中光线在界面的全反射条件，可以推出临界角可以定义光纤的数值孔径为数值孔径(NA：NumericalAperture)表征了光纤端面收集入射光的能力。多模渐变折射率光纤的射线光学理论分析多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化的。它随纤芯半径r的增加按一定规律减小。渐变折射率光纤的折射率分布可以表示为：g是折射率分布指数;

5、a是纤芯半径；r是纤芯中任意一点到轴心的距离。使群时延差减至最小的最佳折射率分布指数g为2左右9.2.3光纤的传输特性光纤的损耗特性光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降。光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗。衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数）α，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减α(λ)为在波长λ处的衰减系数；Pi为输人光纤的光功率；Po为光纤输出的光功率；L为光纤的长度光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，它对于评价光纤质量和确定光纤通信系统的中继距离有着决定性的作用。引起光纤损耗的因素光纤的损耗因素主

6、要有吸收损耗、散射损耗和其它损耗。光纤的吸收损耗(AbsorptionLoss):本征吸收：红外吸收——由于分子震动引起的吸收（Si-O键共振吸收），它在1500-1700nm波长区对光纤通信有影响；紫外吸收——由于电子跃迁引起的吸收，它在700－1100nm波长区对光纤通信有影响。杂质吸收：过渡金属离子Cu2+,Fe2+,Mn3+,Cr3+,Ni2+,V3+引起的吸收;氢氧根离子(HO-)引起的吸收，吸收峰在2.8μm，但是在1.39μm，1.24μm，0.95μm附近有谐波吸收峰。光纤的散射损耗(ScatteringLoss):由制作缺陷

7、和本征散射产生瑞利(Relay)散射——由纤芯材料的微小颗粒或气孔等分子级的结构不均匀引起的，瑞利散射系数与波长的四次方(λ4)成反比。非线性散射：受激Raman散射；受激Brillouin散射。其它损耗：弯曲损耗：微弯损耗；宏弯损耗连接损耗耦合损耗光纤的损耗特性曲线—损耗谱氢氧根离子(HO-)引起的谐波吸收峰红外吸收紫外吸收、Relay散射光纤的色散特性光纤色散的概念光纤色散(FiberDispersion)：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，由于不同频率成分和不同模式成分的光在光纤中的传输速度不同，从而导致信号畸

8、变的一种物理现象。光纤色散的表示法：光纤的色散系数D(λ)——定义为单位光谱线宽光源在单位长度光纤上所引起的时延差最大时延差Δτ(群时延差）——描述光纤中速度最快和