大学本科课件光纤通信原理第章 影响光纤传输特性的物理因素_.ppt

3dB 光带宽和电带宽 高斯色散限制的3dB带宽(FWHM)： 最大值一半的宽度??1/2的单位为ps。因脉冲展宽取决于色散系数，因此光纤的带宽由色散所决定。 3dB电带宽： (3.2.5) (3.2.4) 3dB光带宽： 电带宽与光带宽的关系与光纤色散有关，对于高斯色散，有： * 阶跃多模光纤，带宽主要受模间色散的限制，仅数十MHz·km。 渐变多模光纤，当工作在1.3?m波长、采用LD光源时，模间色散是主要的限制。 对单模光纤，影响带宽的是材料色散和波导色散，单模光纤有最大的带宽距离积。 梯度折射率分布的塑料多模光纤(芯径420?m)已达到2.5GHz带宽，传输距离100m，光源为647nm的LD，预期可达到10～20GHz带宽，距离100m。这种光纤可用于近距离的局域网(LAN)中。 光纤带宽的影响因素是色散 * 光纤的带宽 * §3.3 单模光纤中的偏振 单模光纤中的传输模式特点： 标量描述理论上：单模光纤中的传输模式只有一个基模：LP01 实际上：单模光纤中有两个模式：即横电场沿x方向和沿y向极化的两个模式，在? 方向的场分布可以是cosm? 和sinm?。二者极化方向垂直， 分别为LPy01和 LPx01。 矢量描述：HE11模m=1，其场分布对应于cos? 和sin?，两个解在? 方向相互旋转90?。 单模光纤：在给定工作波长上，只传输单一基模的光纤。在单模光纤中不存在模式色散。 * 传输特征为： （1）在轴对称的单模光纤中：两个模式具有相同的传输常数，即?x=?y=? ，表明两个模式相互简并。 （2）实际光纤中， 由于光纤的形状（弯曲、变形、椭圆度）、工艺缺陷、以及应力等因素，导致二种模式的?值不同，即nx?ny ，?x??y，光纤呈现双折射现象。 ——两个偏振模传输速率不同，引起偏振模色散(PMD)和偏振不稳定。 光纤中的传输信号的偏振态的变化，导致偏振敏感器件无法工作。 §3.3 单模光纤中的偏振 * §3.4 光纤传输特性测量 一、损耗测量 二、带宽测量 三、色散测量 * 只要测量长度L2的输出光功率 Pout, 在注入条件不变的情况下，在离光源2~3m 附近剪断光纤，测量长度 L1 的输出光功率，可以认为该功率就是长度 L光纤的输入光功率 Pin。这样就可以计算出光纤的衰减系数。 一、损耗测量 (1)剪断法测量光纤损耗系数 驱动 电路 注入器 被测光纤 光源 光功 率计 L 1 L 2 P in P out L 光 功 率 dBm P in P out L 1 L 2 L 被测光纤 光纤长度 km 稳态模 - = dB log 10 1 L a ( ) P in P out * 光源通常采用谱线足够窄的激光器 注入器的作用是，在测量多模光纤的损耗系数时使多模光纤在短距离内达到稳态模式分布；在测量单模光纤的损耗系数时应保证全长为单模传输。 光功率计用来测量光纤输出端的光功率。 (1) 剪断法测量光纤损耗系数 剪断法测量光纤损耗系数系统配置： * 瑞利散射光功率与传输光功率成正比。后向散射法是利用与传输光方向相反的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的。 (2) 后向散射法(OTDR)测量光纤损耗系数 被测光纤 脉冲 发生器 时钟 光源 光探 测器 放大器 数据 输出 示波器 光方向 耦合器 信号处 理系统 光 功 率 dBm 光纤长度 km L P in P ref 2 L 2 L 1 P ref 1 熔接头 后向 散射光 菲涅尔 反射 菲涅尔 反射 瑞利 散射 瑞利 散射 瑞利 散射 连接头 * 后向散射法测量损耗系数并确定光纤长度 (3.4.1) 后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度，显然 (3.4.2) 式中，c为光速，n 为光纤纤芯的折射率，t 为光脉冲在光纤中传输的来回时间。 设在光纤中正向传输光功率，经过长L1和L2的两段光纤传输后，反射回输入端的光功率分别为Pref1和Pref2，如前图所示，经分析推导可知，正向和反向损耗系数的平均值为： * 后向散射法OTDR 的用途 利用后向散射原理设计的测量仪器叫光时域反射机（OTDR，Optical Time Domain Reflectometer） 这种仪器采用单端输入和输出，不破坏光纤，使用非常方便。 OTDR不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，而且还可以测量连接器和熔接头的损耗，观测光纤沿线的均匀性和确定光纤故障点的位置，在工程上获得了广泛地使用。 * 二、 带宽测量 由式(3.2.4)可知，高斯色散限制的3dB光带宽(FWHM)为 式中，??1/2的单位是ps。只要测量出光纤引起的脉冲展宽??1/2，即可得出带宽值。 ??1/2由光纤输