《现代新型光纤》PPT课件.ppt

提提 问问1、光纤的色散有哪几种表示方法？、光纤的色散有哪几种表示方法？2、光纤有哪几种色散类型？色散的计算方法是什、光纤有哪几种色散类型？色散的计算方法是什么？么？3、为什么单模光纤比多模光纤的带宽要宽得多？、为什么单模光纤比多模光纤的带宽要宽得多？4、三种色散类型的大小关系是什么？、三种色散类型的大小关系是什么？5、怎样由光纤的色散计算出光纤的带宽？、怎样由光纤的色散计算出光纤的带宽？6、为什么在低温条件下工作会增加光纤的损耗？、为什么在低温条件下工作会增加光纤的损耗？1 1第四节第四节 现代新型光纤现代新型光纤 影响传输距离的因素主要有两个，其一影响传输距离的因素主要有两个，其一是光纤损耗，其二是光纤色散光纤损耗所是光纤损耗，其二是光纤色散光纤损耗所限制的最长传输距离可通过光纤放大器得以限制的最长传输距离可通过光纤放大器得以继续延伸，但光纤色散对传输距离的限制限继续延伸，但光纤色散对传输距离的限制限制不容忽视，尤其是在高速率、大容量信号制不容忽视，尤其是在高速率、大容量信号传输时，色散的影响更为强烈。

传输时，色散的影响更为强烈2 2 目目前前，，ITU－－T已已经经在在建建议议G.652、、G.653、、G.654 、、G.655和和 G.65x中中分分别别定定义义了了五五种种不不同类型的单模光纤同类型的单模光纤一、标准单模光纤一、标准单模光纤(G.652光纤光纤) 这这种种光光纤纤就就是是我我们们目目前前广广泛泛应应用用的的常常规规单单模模光光纤纤，，称称之之为为1310nm波波长长性性能能最最佳佳的的单单模光纤，又称为色散未移位单模光纤模光纤，又称为色散未移位单模光纤3 3 这这 种种 光光 纤纤 可可 适适 用用 于于 1310nm和和1550nm窗窗口口工工作作1310nm波波长长工工作作时时，，理理论论色色散散值值为为零零；；在在1550nm波波长长工工作作时时，，传输损耗最低传输损耗最低4 41.01.21.41.6-20246 材料色散材料色散波导色散波导色散全色散全色散波长波长 ( m)色色散散系系数数(ps/km•nm)SiO2单模光纤色散与光波长的关系单模光纤色散与光波长的关系5 5SiO2光纤的损耗光纤的损耗-波谱曲线波谱曲线6 6二、色散位移光纤二、色散位移光纤(DSF)（（G.653）） 目目前前常常规规的的石石英英单单模模光光纤纤有有三三个个低低损损耗耗窗窗口口即即850nm，，1310nm和和1550nm，，其其中中1550nm窗窗口口损损耗耗最最低低，，而而1310nm窗窗口口具具有有零零色色散散特特性性。

如如果果在在这这种种光光纤纤上上采采用用1550nm波波长长，，虽虽然然损损耗耗最最小小，，但但色色散散很很大大(约约17ps/nm km)，，直直接接影影响响到到传传输输性能，因此必须重新设计一种新型光纤性能，因此必须重新设计一种新型光纤7 7 色色散散位位移移光光纤纤(DSF)就就是是为为将将零零色色散散点点从从1310nm移移到到1550nm处处而而设设计计的的一一种种光光纤纤，，它它可可使使工工作作于于1550nm最最低低损损耗耗波波长长点点同同时时也也具具有有零零色色散散目目前前采采用用的的方方法法是是通通过过改改变变光光纤纤的的结结构构参参数数，，加加大大波波导导色色散散值值，，从从而而移移动动零零色色散散点点达达到到修修正正色色散散的的目目的的，，实实现现1550nm处处的的低低损损耗耗与与零零色色散散为为达达到到零零色色散散点点移移位位的的目目的的，，目目前前采采用用的的方方法是设计新型的光纤剖面折射率分布法是设计新型的光纤剖面折射率分布8 8色散位移光纤的色散色散位移光纤的色散 9 9单模光纤的折射率分布形状单模光纤的折射率分布形状1、、单包层阶跃型单包层阶跃型 DSF2、、单包层渐变型单包层渐变型DSF3、、多包层型多包层型DSF1010三、三、1550nm波长最低衰减光纤（波长最低衰减光纤（G.654光纤）光纤） 这种光纤是指这种光纤是指1550nm波长损耗最小的光纤，波长损耗最小的光纤，它的设计重点是如何降低它的设计重点是如何降低1550nm处的衰减，其处的衰减，其零色散点仍然位于零色散点仍然位于1310nm波长处。

主要应用与波长处主要应用与需要很长再生段距离的海底光纤通信需要很长再生段距离的海底光纤通信1111四、非零色散光纤四、非零色散光纤 近近几几年年为为解解决决1550nm波波长长下下采采用用EDFA以以后后出出现现的的大大容容量量实实现现问问题题，，提提出出了了密密集集波波分分复复用用(DWDM)技技术术即即在在1550nm附附近近(1530～～1560nm)，，选选用用密密集集的的多多路路光光载载波波，，各各自自受受到到不不同同信信号号的的调调制制，，然然后后汇汇集集在在一一根根光光纤纤上上通通过过EDFA实实现现大大容容量量超超 长长 距距 离离 的的 传传 输输 ，， 尤尤 其其 是是 G.653光光 纤纤 (DSF)在在1550nm处优良性质是人们考虑的首选光纤处优良性质是人们考虑的首选光纤1212 但进一步的研究发现：但进一步的研究发现：DSF在单波长、长距在单波长、长距离通信中具有很大的优越性但当用于离通信中具有很大的优越性但当用于WDM系系统时，在零色散波长区将出现严重的非线性问题，统时，在零色散波长区将出现严重的非线性问题，限制了限制了WDM技术的应用，成为技术的应用，成为DSF(G.653)的主的主要缺陷；从而引出了另一种新型光纤一非零色散要缺陷；从而引出了另一种新型光纤一非零色散光纤光纤(NZDF)。

1313NZDF的工作原理的工作原理 为了容许在光纤上传播较大功率和多路波长，为了容许在光纤上传播较大功率和多路波长，诞生了非零色散光纤诞生了非零色散光纤(NZDF)其特点是将其特点是将DSF的零的零色散点进行了移动，使色散点进行了移动，使1540～～1565nm范围内色散范围内色散值保持在值保持在1.0～～4.0ps/nm km，避开了零色散区，，避开了零色散区，但又保持了较小的色散值而零色散点可设置在但又保持了较小的色散值而零色散点可设置在1550nm以下或以上的较短波长范围内以下或以上的较短波长范围内(如如1520nm或或1570nm)1414五、色散补偿光纤五、色散补偿光纤(一一)概述概述 目前，光纤通信发展迅猛，业已安装了大量目前，光纤通信发展迅猛，业已安装了大量的的G.652常规单模光纤这种光纤虽然在常规单模光纤这种光纤虽然在1310nm色散几乎为零，但损耗较大，虽然掺镨光纤放大色散几乎为零，但损耗较大，虽然掺镨光纤放大器器(PDFA)是工作在是工作在1310nm波长区，但该器件尚波长区，但该器件尚未成熟，价格昂贵未成熟，价格昂贵DSF对现有线路的升级和扩对现有线路的升级和扩容无能为力。

在这种情况下，如何解决常规光纤容无能为力在这种情况下，如何解决常规光纤在在1550nm波长下的色散问题已成当务之急，而波长下的色散问题已成当务之急，而色散补偿光纤色散补偿光纤(DCF)正好应运而生正好应运而生1515(二二) 色散补偿的基本原理色散补偿的基本原理 色色散散补补偿偿，，又又可可称称为为光光均均衡衡，，其其基基本本原原理理是是当当光光脉脉冲冲信信号号经经长长距距离离光光纤纤传传输输后后，，由由于于色色散散效效应应而而产产生生脉脉冲冲展展宽宽或或畸畸变变，，这这时时可可用用一一段段色色散散补补偿偿光光纤纤来来修修正正，，目目的的是是消消除除展展宽宽和和畸畸变变例例如如：：普普通通单单模模光光纤纤的的色色散散在在1550nm波波长长工工作作区区是是正正色色散散值值，，因因此此，，可可以以设设计计一一段段特特殊殊的的光光纤纤使使之之在在该该波波长长区区具具有有负负的的色色散散系系数数，，而而且且其其负负色色散散系系数数很很大大，，因因此此用用很很短短的的一一段段负负色色散散光光纤纤即即可可补补偿偿几几十十千千米米的的普普通通光光纤纤所所产产生生的的色色散散，，使使在在1550nm窗窗口口也也实实现现了了无无展展宽宽的的接接收收波波形形。

这这一一段段特特殊殊光光纤纤因因其功能而称之为色散补偿光纤其功能而称之为色散补偿光纤(DCF)1616DCF的主要特点是：的主要特点是：①①DCF可可放放在在光光纤纤线线路路中中的的任任何何位位置置上上(仅仅受受到到EDFA和和光光接接收收机机灵灵敏敏度度的的限限制制)，，安安装装灵灵活活方方便②②DCF的色散补偿量可以控制，且性能稳定的色散补偿量可以控制，且性能稳定③③DCF具具有有很很大大的的负负色色散散(在在1550nm波波长长处处)，，足足可可抵抵消消G.652光光纤纤在在1550nm处处的的正正色色散散对对原原使使用用1310nm的的G.652光光纤纤系系统统的的升升级级和和扩扩容容(变变至至1550nm波波长长区区)而而言言，，只只需需少少量量的的DCF和和EDFA即可达到目的即可达到目的1717④④DCF虽然引入了插入损耗，但可通过虽然引入了插入损耗，但可通过EDFA予予以弥补⑤⑤改善改善DCF的剖面结构和制造工艺，可实现较大的剖面结构和制造工艺，可实现较大范围的色散补偿，且得到较低衰减范围的色散补偿，且得到较低衰减1818(三三) DCF的结构与性能的结构与性能 DCF的的主主要要特特点点是是具具有有较较大大的的负负色色散散(在在1550nm处处)，，以以补补偿偿常常规规光光纤纤在在1550nm时时产产生生的的较较大大正正色色散散，，因因此此从从色色散散特特性性上上看看，，仍仍属属于于一一种种色色散散位位移移光光纤纤，，但但与与DSF的要求和目的截然不同。

的要求和目的截然不同1、结构、结构 近近年年来来，，采采用用MCVD、、VAD、、PCVD等等方方法法已已制制出出了了具具有有较较高高性性能能的的DCF其其结结构构以以单单包包层层和和W型型光光纤纤较较为为常常见见，，也也有有用用三三包包层层和和四四包包层层结结构构来来实实现现的的最最高高的的DCF研研制制水水平平已已达达－－548ps/nm km但但目目前前最最大的问题是这种光纤的损耗较大大的问题是这种光纤的损耗较大19192、、性性能能评评价价：：DCF的的主主要要性性能能包包括括色色散散、、传传输输损损耗、连接损耗和弯曲损耗等耗、连接损耗和弯曲损耗等⑴⑴色散评价色散评价 DCF最最主主要要的的参参数数即即为为色色散散值值，，希希望望它它所所产产生生的的负负色色散散越越大大越越好好因因为为大大负负色色散散可可使使DCF的的长长度度缩短，减小占用空间缩短，减小占用空间⑵⑵传输损耗传输损耗 由由于于在在DCF制制造造过过程程中中，，采采用用了了特特殊殊的的结结构构(如如增增大大Δ)，，因因此此它它的的传传输输损损耗耗往往往往比比常常规规光光纤纤要要大大，，应应在在工工艺艺条条件件上上加加以以改改进进，，如如以以较较大大的的张张力力控控制光纤可减小损耗。

制光纤可减小损耗2020⑶⑶连接损耗连接损耗 由由于于DCF的的模模场场直直径径与与常常规规光光纤纤的的模模场场直直径径不不匹匹配配，，因因此此将将这这两两种种光光纤纤直直接接连连接接时时会会引引起起较较大大的的连连接接损损耗耗解解决决方方法法可可采采用用模模场场直直径径调调节节技技术术(即即利利用用光光纤纤中中掺掺杂杂剂剂的的热热扩扩散散)解解决决，，如如日日本本藤藤仓仓公公司司报报道道，，以以纯纯石石英英为为包包层层的的光光纤纤熔熔接接损损耗耗最最低低可可达达0.12dB⑷⑷弯曲损耗弯曲损耗 在在实实际际应应用用中中，，DCF总总是是环环绕绕在在卷卷轴轴上上，，以以减减小体积，因此必须仔细控制弯曲损耗小体积，因此必须仔细控制弯曲损耗2121(四四)DCF应用应用 主要用于主要用于DCF 实现高速率、大容量实现高速率、大容量通信以及实现高质量视频传输通信以及实现高质量视频传输2222六、色散平坦光纤六、色散平坦光纤 随随着着光光纤纤通通信信的的迅迅速速发发展展，，人人们们开开始始寻寻求求充充分分开开发发和和利利用用光光纤纤有有效效带带宽宽的的途途径径，，也也就就是是说说不不应应只只满满足足于于在在某某一一波波长长上上具具有有零零色色散散或或低低色色散散，，最最好好应应实实现现在在整整个个光光纤纤通通信信的的长长波波长长波波段段(1300nm～～1600nm)不不仅仅具具有有低低损损耗耗、、也也要要有有低低色色散散。

这这种种光光纤纤即即称称之之为为色色散散平平坦坦光光纤纤(DFF)，，这这种种类类型型的的光光纤纤对对由由WDM技技术术实实现现在在一一根根光光纤纤上上同同时时承承载载多多个个光光载载波波来来说说意意义义重重大大本本节节主主要要介介绍这种光纤的结构与特性绍这种光纤的结构与特性2323色散平坦光纤的色散色散平坦光纤的色散－－－－－－－－2424(一一)W型型DFF 为了能够在宽波段内得到平坦的小色散特性，为了能够在宽波段内得到平坦的小色散特性，采用的方法还是改变折射率的分布最初的采用的方法还是改变折射率的分布最初的DFF是采用是采用W型光纤制作的，因为这种光纤可以实现型光纤制作的，因为这种光纤可以实现在两个不同波长在两个不同波长(λ=1305nm和和1620nm)达到零色达到零色散，而且在这两个零色散点之间，色散特性平坦，散，而且在这两个零色散点之间，色散特性平坦，数值也较小数值也较小二二)多包层多包层DFF2525七、超长波长光纤七、超长波长光纤 从从原原理理上上分分析析，，减减小小光光纤纤损损耗耗影影响响以以提提高高光光纤纤通通信信中中继继距距离离的的方方法法有有：：提提高高光光发发射射机机的的入入纤纤光光功功率率；；提提高高光光接接收收机机的的接接收收灵灵敏敏度度；；降降低低光光纤纤损损耗耗系系数数。

在在这这三三个个方方法法中中，，利利用用前前两两者者来来提提高高光光纤纤通通信信的的中中继继距距离离潜潜力力有有限限，，这这是是因因为为：：当当入入纤纤光光功功率率太太强强时时，，将将引引起起光光纤纤的的非非线线性性效效应应，，产产生生受受激激散散射射，，从从而而导导致致光光纤纤衰衰减减的的增增大大，，反反而而减减少少了了光光中中继继距距离离；；至至于于光光接接收收机机灵灵敏敏度度，，则则受受到到光光电电器器件件量量子子极极限限的的限限制制因因此此可可行行的的办办法法是是进进一一步步降降低低光光纤纤损损耗耗以以提提高光纤的中继距离高光纤的中继距离26261、降低光纤损耗的可能性、降低光纤损耗的可能性 现在采用的光纤多由石英材料现在采用的光纤多由石英材料(SiO2)组成，它们组成，它们有其自身固有的损耗特性因此，为了提高传输距离，有其自身固有的损耗特性因此，为了提高传输距离，要求进一步降低光纤损耗，利用石英材料已经无能为要求进一步降低光纤损耗，利用石英材料已经无能为力了，这促使人们寻找新光纤材料通过研究和探索，力了，这促使人们寻找新光纤材料通过研究和探索，人们发现了一些工作波长在人们发现了一些工作波长在2 m以上的材料具有极以上的材料具有极低的损耗，利用这些材料制成的光纤作为传媒的通信低的损耗，利用这些材料制成的光纤作为传媒的通信系统称为超长波长光纤通信系统。

采用这种系统，可系统称为超长波长光纤通信系统采用这种系统，可以实现数万公里无中继的超长距离通信，这将有助于以实现数万公里无中继的超长距离通信，这将有助于大幅度降低系统成本，提高系统稳定性与可靠性，减大幅度降低系统成本，提高系统稳定性与可靠性，减少维护成本和线路的劳动强度少维护成本和线路的劳动强度27272、超低损耗光纤材料、超低损耗光纤材料 考考虑虑到到衰衰减减小小、、强强度度大大、、接接续续容容易易、、工工艺艺简简单单、、化化学学物物理理性性能能稳稳定定等等因因素素，，目目前前考考虑虑的的光光纤纤新新材材料料主主要要有有三三类类：：(1)重重金金属属氧氧化化物物，，如如GeO2玻玻璃璃；；(2)硫硫硒硒碲碲化化合合物物，，如如GeS2玻玻璃璃；；(3)卤卤化化物物综综合合对对比比而而言言，，在在这这三三种种材材料料中中，，第三种最有发展前途第三种最有发展前途2828作业：说明下列新型光纤的名称：作业：说明下列新型光纤的名称：1、、G.6522、、G.6533、、G.6544、、G.6555、、G.65X常规单模光纤常规单模光纤色散位移单模光纤色散位移单模光纤1550nm波长最低衰减光纤波长最低衰减光纤非零色散光纤非零色散光纤色散补偿光纤色散补偿光纤2929。