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光纤基础知识.docx
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光纤基础知识
光纤基础知识
1、光纤的结构
光纤为什么会像金属导线那样能够传输信号呢?
在这里首先我们要清楚光纤到底是什么东西。
光纤为光导纤维的简称,由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。
它透明、纤细,虽比头发丝还细,却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构,它由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成,通常为了保护光纤,包层外还往往覆盖一层塑料加以保护,其中纤芯的芯径一般为50或62.5μm,包层直径一般为125μm。
光纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频,光导纤维为传输介质的一种通信方式。
光线的结构
现在所说的通信光纤,是由纤芯和包层两部分组成的,如图所示。
纤芯区域完成光信号的传输;包层则是将光封闭在纤芯内,并保护纤芯,增加光纤的机械强度,目前,通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃,但两区域中掺杂情况不同,因而折射率也不同。
纤芯的折射率一般是1.463~1.467(根据光纤的种类而异),包层的折射率是1.45~1.46左右。
也就是说,纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。
这就满足了全反射的一个条件。
当纤芯内的光线入射到纤芯与包层的交界面时,只要其入射角大于临界角,就会在纤芯内发生全反射,光就会全部由交界面偏向中心。
当碰到对面交界面时,又全反射回来,如图(a)所示:
光纤中的光就是这样在芯包交界面上,不断地来回全反射,传向远方,而不会漏射到包层中去。
光在光纤中的传播
当光纤弯曲时,光线是否还能沿光纤传播呢?
因为任何通信线路都不可能完全笔直。
回答是肯定的。
当光纤拐弯时,如图(b)所示,只要弯曲不十分厉害,光也不会折射到包层中去,仍然会全反射回来,只是来回反射的次数增多了。
弯曲给光纤带来的光能损耗是很小的,例如把1km光纤绕在直径约10cm的圆筒上,所增加的光能损耗只有万分之几,可以忽略不计。
对电信号来说,只要把放大器的输出端与传输线连接起来,电信号就被送入线路中。
而对光通信来说,情况就比较复杂了。
光源发出的光照射在光纤端面上,照射在光纤端面上的光的一部分是不能进入光纤的,如其中的一部分从光纤端面反射掉了。
能进入光纤端面的光也不一定能在光纤中传播,只有符合某一特定条件的光才能在光纤中发生全反射而传到远方。
当光线从空气中以某一入射角射入光纤端面时,由于空气折射率约为1,而石英光纤的折射率约为1.5。
此时,光是从低折射率介质向高折射率介质传播,因此,在此种情况下,入射角总是大于折射角。
光在光纤端面的反射很小,在此不予考虑。
当光线以某一角度射入纤维端面时,入射光线与纤维轴心线之间有一夹角,称为纤维端面入射角。
光线折射进入光纤芯子后,继续入射到纤芯与包层之间的交界面上。
当射入纤芯和包层交界面的光线的角度合适时,就可以产生全反射。
否则光线就可能进入包层,这是人们不希望的。
所以,进入光纤中的光必须以一定的角度范围入射,如果超过此范围,则会有一部分光线进入了包层,而跑到光纤外面去了。
2、光纤的数值孔径
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
在光学中,数值孔径是表示光学透镜性能的参数之一。
用放大镜把太阳光汇聚起来,能点燃纸张就是一个典型例子。
若平行光线照射在透镜上,并经过透镜聚焦于焦点处时,假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ,则取其正弦值,称之为该透镜的数值孔径,如图所示,记作NA=sinθ。
光纤的数值孔径
在光纤中,把受光角的一半(θmax)的正弦定义为光纤的数值孔径,即
NA=sinθmax
光纤的数值孔径大小与纤芯折射率,及纤芯-包层相对折射率差有关。
从物理上看,光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。
NA越大,则光纤接收光的能力也越强。
从增加进入光纤的光功率的观点来看,NA越大越好,因为光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
但是NA太大时,光纤的模畸变加大,会影响光纤的带宽。
因此,在光纤通信系统中,对光纤的数值孔径有一定的要求。
通常为了最有效地把光射入到光纤中去,应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行集光。
3、光纤的传播模式
简单他说,在光纤的受光角内,以某一角度射入光纤端面,并能在光纤的纤芯-包层交界面上产生全反射的传播光线,就可称之为光的一个传输模式。
当光纤的芯直径较大时,则在光纤的受光角内,可允许光波以多个特定的角度射入光纤端面,并在光纤中传播,此时,就称光纤中有多个模式。
这种能传输多个模式的光纤就称为多模光纤。
如图所示,以不同入射角入射在光纤端面上的光线在光纤中形成不同的传播模式。
沿光纤轴传播的叫作基模,相继还有一次模、二次模等。
其中,模次较低的模为低次模,如二次模;模次较高的模为高次模。
光纤的传播模式
当光纤芯直径很小时,光纤只允许与光纤轴方向一致的光线通过,即只允许通过一个基模。
这种只允许传输一个基模的光纤就称为单模光纤。
大家知道,光也是电磁波。
从波的角度考虑,光纤纤芯内传输的光可以用细水路中行进的水波来类比:
纤芯为细水路,包层为细水路的壁,箭头代表波的行进方向,如图(a)所示。
这条细水路中的水波状态可以用图(b)所示的模式化图形来表示。
在纤芯内,存在着许多沿不同方向传输的光射线,这里暂且只考虑类似水路中的①和②两束波,它们以相同的入射角进入光纤,以相同的角度向纤芯-包层交界面行进。
当光线②行进到交界面时,将产生反射,形成反射波,为②’。
很明显,①和②”就成为以相同方向行进的波。
波有干涉性。
当振幅相同、频率也相同的两个波相遇时,干涉波的强度是各波强度的叠加。
如果这两个波的相位相同,波峰和波峰、波谷和波谷都一致,则强度加强;如果这两个波的相位相反,波峰对着波谷,则强度相互抵消为0。
光在光纤中的干涉
光波也有干涉性。
如图(b)所示的①和②’这两束以相同方向行进的波,如果它们的相位一致,则这两束波相互加强,就可以一直传播下去;如若这两束波的相位不一致,与图中所画的相位相反,则它们就彼此削弱,直至最后消失。
如此看来,只有以某些特定角度射入芯包交界面的波才能相互得到加强,继续传播至远方。
也就是说,光线与芯包交界面的角度为某些特定值的光波才不会被削弱,而形成一组一组的传输波,这被称为传播模式。
依据光线与交界面间的夹角由小至大,分别称这些传播模式为0次模(基模)、一次模、二次模……
由以上的分析可以得出以下几个结论。
①并不是任何形式的光波都能在光纤中传输。
每种光纤都只允许某些特定的光波通过,而其他形式的光波在光纤中无法存在。
每一种允许在光纤中传输的特定形式的光波称为光纤的一个模式。
②在同一光纤中传输的不同模式的光,其传播方向、传输速度和传输路径不同,其受到光纤的衰减也不同,观察与光纤垂直的横截面,就会看到,不同模式的光波在横截面上的光的强度分布图形也不同,有的是一个亮斑,有的分裂为几个亮点。
③进入光纤的光在芯包交界面上的入射角大于临界角时,就在光纤内产生全反射;而入射角小于临界角的光就有一部分进入包层,被很快衰减掉。
前者的传输损耗小,能作远距离传输,称为传导模。
④能满足全反射条件的光线也只是具有特定角度的部分才能在光纤中传输,因此,不同模式的光的传输方向不是连续改变的。
当通过一段光纤时,以不同角度在光纤中传输的光所走的路径也不同。
沿光纤轴前进的光走的路径最短,而与轴线交角大的光所走的路径则较长。
4、为什么衰减
造成光纤衰减的主要因素有:
本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。
本征:
是光纤的固有损耗,包括:
瑞利散射,固有吸收等。
弯曲:
光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成损耗。
挤压:
光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质:
光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。
不均匀:
光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接:
光纤对接时产生的损耗,如:
不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。
当光从光纤的一端射入,从另一端射出时,光的强度会减弱。
这意味着光信号通过光纤传播后,光能量衰减了一部分。
这说明光纤中有某些物质或因某种原因,阻挡光信号通过。
这就是光纤的传输损耗。
只有降低光纤损耗,才能使光信号畅通无阻。
5、光纤损耗的分类
光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。
具体细分如下:
光纤损耗可分为固有损耗和附加损耗。
固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。
附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。
其中,附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。
在实际应用中,不可避免地要将光纤一根接一根地接起来,光纤连接会产生损耗。
光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。
这些都是光纤使用条件引起的损耗。
究其主要原因是在这些条件下,光纤纤芯中的传输模式发生了变化。
附加损耗是可以尽量避免的。
下面,我们只讨论光纤的固有损耗。
固有损耗中,散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的,在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。
搞清楚产生损耗的机理,定量地分析各种因素引起的损耗的大小,对于研制低损耗光纤,合理使用光纤有着极其重要的意义。
6、材料的吸收损耗
制造光纤的材料能够吸收光能。
光纤材料中的粒子吸收光能以后,产生振动、发热,而将能量散失掉,这样就产生了吸收损耗。
我们知道,物质是由原子、分子构成的,而原子又由原子核和核外电子组成,电子以一定的轨道围绕原子核旋转。
这就像我们生活的地球以及金星、火星等行星都围绕太阳旋转一样,每一个电子都具有一定的能量,处在某一轨道上,或者说每一轨道都有一个确定的能级。
距原子核近的轨道能级较低,距原子核越远的轨道能级越高。
轨道之间的这种能级差别的大小就叫能级差。
当电子从低能级向高能级跃迁时,就要吸收相应级别的能级差的能量。
在光纤中,当某一能级的电子受到与该能级差相对应的波长的光照射时,则位于低能级轨道上的电子将跃迁到能级高的轨道上。
这一电子吸收了光能,就产生了光的吸收损耗。
制造光纤的基本材料二氧化硅(SiO2)本身就吸收光,一个叫紫外吸收,另外一个叫红外吸收。
目前光纤通信一般仅工作在0.8~1.6μm波长区,因此我们只讨论这一工作区的损耗。
石英玻璃中电子跃迁产生的吸收峰在紫外区的0.1~0.2μm波长左右。
随着波长增大,其吸收作用逐渐减小,但影响区域很宽,直到1μm以上的波长。
不过,紫外吸收对在红外区工作的石英光纤的影响不大。
例如,在0.6μm波长的可见光区,紫外吸收可达1dB/km,在0.8μm波长时降到0.2~0.3dB/km,而在1.2μm波长时,大约只有0.ldB/km。
石英光纤的红外吸收损耗是由红外区材料的分子振动产生的。
在2μm以上波段有几个振动吸收峰。
由于受光纤中各种掺杂元素的影响,石英光纤在2μm以上的波段不可能出现低损耗窗口,在1.85μm波长的理论极限损耗为ldB/km。
通过研究,还发现石英玻璃中有一些“破坏分子”在捣乱,主要是一些有害过渡金属杂质,如铜、铁、铬、锰等。
这些“坏蛋”在光照射下,贪婪地吸收光能,乱蹦乱跳,造成了光能的损失。
清除“捣乱分子”,对制造光纤的材料进行格的化学提纯,就可以大大降低损耗。
石英光纤中的另一个吸收源是氢氧根(OHˉ)期的研究,人们发现氢氧根在光纤工作波段上有三个吸收峰,它们分别是0.95μm、1.24μm和1.38μm,其中1.38μm波长的吸收损耗最为严重,对光纤的影响也最大。
在1.38μm波长,含量仅占0.0001的氢氧根产生的吸收峰损耗就高达33dB/km。
那么,这些氢氧根是从哪里来的呢?
氢氧根的来源很多,一是制造光纤的材料中有水分和氢氧化合物,这些氢氧化合物在原料提纯过程中不易被清除掉,最后仍以氢氧根的形式残留在光纤中;二是制造光纤的氢氧物中含有少量的水分;三是光纤的制造过程中因化学反应而生成了水;四是外界空气的进入带来了水蒸气。
然而,现在的制造工艺已经发展到了相当高的水平,氢氧根的含量已经降到了足够低的程度,它对光纤的影响可以忽略不计了。
7、散射损耗
在黑夜里,用手电筒向空中照射,可以看到一束光柱。
人们也曾看到过夜空中探照灯发出粗大光柱。
那么,为什么我们会看见这些光柱呢?
这是因为有许多烟雾、灰尘等微小颗粒浮游于大气之中,光照射在这些颗粒上,产生了散射,就射向了四面八方。
这个现象是由瑞利最先发现的,所以人们把这种散射命名为“瑞利散射”。
散射是怎样产生的呢?
原来组成物质的分子、原子、电子等微小粒子是以某些固有频率进行振动的,并能释放出波长与该振动频率相应的光。
粒子的振动频率由粒子的大小来决定。
粒子越大,振动频率越低,释放出的光的波长越长;粒子越小,振动频率越高,释放出的光的波长越短。
这种振动频率称做粒子的固有振动频率。
但是这种振动并不是自行产生,它需要一定的能量。
一旦粒子受到具有一定波长的光照射,而照射光的频率与该粒子固有振动频率相同,就会引起共振。
粒子内的电子便以该振动频率开始振动,结果是该粒子向四面八方散射出光,入射光的能量被吸收而转化为粒子的能量,粒子又将能量重新以光能的形式射出去。
因此,对于在外部观察的人来说,看到的好像是光撞到粒子以后,向四面八方飞散出去了。
光纤内也有瑞利散射,由此而产生的光损耗就称为瑞利散射损耗。
鉴于目前的光纤制造工艺水平,可以说瑞利散射损耗是无法避免的。
但是,由于瑞利散射损耗的大小与光波长的4次方成反比,所以光纤工作在长波长区时,瑞利散射损耗的影响可以大大减小。
8、先天不足,爱莫能助
光纤结构不完善,如由光纤中有气泡、杂质,或者粗细不均匀,特别是芯-包层交界面不平滑等,光线传到这些地方时,就会有一部分光散射到各个方向,造成损耗。
这种损耗是可以想办法克服的,那就是要改善光纤制造的工艺。
散射使光射向四面八方,其中有一部分散射光沿着与光纤传播相反的方向反射回来,在光纤的入射端可接收到这部分散射光。
光的散射使得一部分光能受到损失,这是人们所不希望的。
但是,这种现象也可以为我们所利用,因为如果我们在发送端对接收到的这部分光的强弱进行分析,可以检查出这根光纤的断点、缺陷和损耗大小。
这样,通过人的聪明才智,就把坏事变成了好事。
9、光纤的三个“窗口”
光是电磁波,不同的光波有不同的波长;透明的彩色玻璃,只有一种颜色容易通过,其它颜色的光就通过得少些。
也就是说,这种彩色玻璃只对某种波长的光损耗小,对其他波长的光损耗大。
石英光纤也有这种特性。
石英光纤的低损耗窗口是在光纤通信的发展过程中一个一个地被打开的。
在光纤研究的初期,对原材料经过严格提纯以后,人们发现红外波段的0.8~0.9μm波段石英光纤的损耗比较低。
后来就在这个波段将光纤损耗降到了20dB/km,现在该波段的损耗已经降到3dB/km以下。
这就是所谓的短波长窗口。
70年代至80年代初期的光纤通信系统用的就是这一波段。
如图光纤的三个窗口所示。
通过对光纤损耗原因作进一步分析,人们发现光纤材料中的水气(主要是OH-)对光纤损耗影响很大,特别是在1.38μm波长的地方有一个强烈的吸收峰。
在改进工艺,降低这个吸收峰以后,人们又发现在1.31μm和1.55μm这两个波长处有比0.8~0.9μm波段更低的损耗。
1.31μm波长的最低损耗可达0.35dB/km以下,1.55m波长的最低损耗可达0.15dB/km。
这两个波长就是所谓的长波长窗口。
后来又由于1.31μm激光器首先成熟而得到广泛应用,所以现在正投入大量运营的光纤通信系统就工作在这一窗口。
不过,由于1.55μm波长的损耗最低,其损耗系数大约为1.31μm波长区的一半,因此又称1.55μm波长区为石英光纤的最低损耗窗口,继0.85μm和1.31μm波长之后,被称之为第三窗口。
这一窗口对人们具有很大的吸引力,特别是近几年1.55μm光纤放大器的研制成功,使得这一窗口成为人们积极开发、应用的热点。
光纤的三个窗口
光纤通信技术的五代
根据人们对光纤波长窗口的开发和利用,光纤通信技术的发展大体上可分为五代,如图所示。
10、马路与带宽
马路越宽,单位时间内通过的车辆就越多。
为了避免堵车,城市都在不断地扩宽马路,在交叉路口修建立交桥,而在城市之间则建设高速公路。
通信的传输线和马路是类似的。
通信线路的带宽越宽,该线路的传输容量就越大,可同时传输的信息就越多。
通信技术的主攻方向之一,就是努力提高传输线路的带宽,增加信息的传输容量。
信息高速公路就是为人们提供高速率大容量信息的传输通道,满足人们对各种信息的需要。
假如飞机、火车和自行车同时从甲地向乙地出发,正常情况下飞机会最先到达目的地,火车和自行车会依次到达。
这就是说如果发出一个矩形脉冲,希望接收到的仍然是一个矩形脉冲,即它是一个和发送端发出的信号一模一样的信号,这在实际上是不可能的。
事实上,发送的矩形脉冲经过一定长度的线路传输后,矩形的前沿和后沿都会带有一定的弧度,成了一个边沿并不陡峭的矩形脉冲。
即传输信号发生了畸变,称作“失真”。
为了保证可靠通信,就要把这种失真减小到允许的范围内。
数字通信是用一串由0和1的不同组合组成的脉冲系列来表示各种信息。
要传送较大的信息量,就要求单位时间内传送较多的0码和1码,即传输速率要高。
数字通信系统不怕信号失真,只要在接收端能正确识别0码或1码就行。
脉冲数字信号经线路传输后,脉冲波形出现了时间上的展宽。
这种展宽可能会使前一个脉冲的尾部和后一个脉冲的前部发生重叠,通信上称作码间干扰。
当这种重叠达到一定程度时,在接收端就可能将0码误判为1码,或将1码误判为0码,这就是误码。
误码率达到一定程度就不能进行正常通信。
传输线路的带宽直接影响脉冲形的展宽。
线路的带宽越宽,脉冲波形的展宽就越小,传送的信息量就越大,可传输的距离就越长。
大家知道,光纤的带宽比其他传输媒介大得多,所以光纤传输的容量也就大得多,传输的距离也就长得多。
光纤中也存在着脉冲展宽问题。
不同频率的光在光纤中的传输速率是不同的,如果发端发出的光中含有不同的频率,即发出不同的脉冲,在脉冲信号刚进入光纤时,两个脉冲各自独立。
随着传输的增加,脉冲逐渐展宽相互接近。
当传输到一定距离后,脉冲的展宽会使两个脉冲之间出现互相重叠。
这佯,在接收端就可能无法判断这两个脉冲,从而产生误码。
为了减小脉冲展宽,就必须尽量提高传输线路的带宽,就像是车增加了,就必须扩宽马路一样。
11、色散与带宽
用一块三棱镜对着太阳光或者日光灯,我们可以看见光被分成了赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色;还有雨后的彩虹,这些都是最简单的色散现象。
顾名思义,色散就是指一束同颜色的光通过透光物质后被散开成不同颜色的光的现象。
色散是光纤的一个重要参数。
色散使得光纤中传输的光脉冲发生展宽。
色散和带宽都是衡量光脉冲展宽大小的参数。
色散越小,带宽就越大,所产生的脉冲展宽就越小;在光纤通信中,色散和带宽是一对矛盾。
12、色散的分类
光纤的色散主要由模式色散、材料色散和波导色散组成。
其中,材料色散与波导色散都与波长有关,所以又统称为波长色散。
13、模式色散
在多模光纤中,传输的模式很多,不同的模式,其传输路径不同,所经过的路程就不同,达终点的时间也就不同,这就引起了脉冲的展宽。
对模式色散进行的严密分析比较复杂,这里仅作简单讨论。
我们知道,在同一根光纤中,高次模到达终点走的路程长,低次模走的路程短,这就意味着高次模到达终点需要的时间长,低次模到达点需要的时间短。
在同一条长度为的光纤上,最高次模与最低次模到达终点所用的时间差,就是这段光纤产生的脉冲展宽。
影响光纤时延差的因素有两个:
纤芯-包层相对折射率差和光纤的长度。
光纤的时延差与纤芯-包层相对折射率差成正比。
其中是纤芯的折射率,是包层的折射率。
越大,时延差就会越大,光脉冲展宽也越大。
从减小光纤时延差的观点上看,希望较小为好,这种小的光纤称为弱导光纤。
通信用光纤都是弱导光纤。
另外,光纤越长,时延差也越大,色散也越大。
14、材料色散
材料色散是由光纤材料自身特性造成的。
石英玻璃的折射率,严格来说,并不是一个固定的常数,而是对不同的传输波长有不同的值。
光纤通信实际上用的光源发出的光,并不是只有理想的单一波长,而是有一定的波谱宽度。
当光在折射率n的为介质中传播时,其速度v与空气中的光速C之间的关系为:
v=C/n
光的波长不同,折射率n就不同,光传输的速度也就不同。
因此,当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时,光的传输速度将随光波长的不同而改变,到达终端时将产生时延差,从而引起脉冲波形展宽。
15、波导色散
光纤的第三类色散是波导色散。
由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小,因此在交界面产生全反射时,就可能有一部分光进入包层之内。
这部分光在包层内传输一定距离后,又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关,这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。
把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后,由于不同波长的光传输路径不完全相同,所以到达终点的时间也不相同,从而出现脉冲展宽。
具体来说,入射光的波长越长,进入包层中的光强比例就越大,这部分光走过的距离就越长。
这种色散是由光纤中的光波导引起的,由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
16、三种色散的比较
一般来说,光纤三种色散的大小顺序是:
模式色散>材料色散>波导色散
对于多模光纤,总色散等于三者相加,在限制带宽方面起主导作用的是模式色散,其他两个色散影响很小。
对于单模光纤,因只有一个传输模式,故不存在模式色散,其总色散为材料色散和波导色散之和。
为减小总的波长色散,要尽量选用窄谱线激光器作光源。
对光纤用户来说,一般只关心光纤的总带宽或总色散。
光纤光缆在出厂时,也只标明光纤的总带宽或总色散。
17、怎样看待色散
光源发出的光脉冲信号耦合进光纤,在光纤中传输时,因光纤的色散特性而造成了脉冲展宽。
为了了解光纤的传输容量特性,就必须知道该光纤的带宽究竟有多宽,以便安排它的传输信息量。
单模光纤的带宽非常宽,1km单模光纤的带宽通常在10GHz以上。
对单模光纤来说,不以带宽而以色散为标准。
单模光纤色散测量原理较复杂,测量精度要求高,所用仪表也很贵重,一般只有在大型工厂和大研究所才能进行光纤色散测量。
单模光纤色散非常小,对于传输速率为三、四次群的光通信系统来说,不必考虑单模光纤带宽特性的限制。
单模光纤色散只对超高速系统才带来影响。
对多模光纤通信系统来说,光纤链路是由一段一段的光纤连接起来的,其总带宽受模式变换等因素的影响,因此,计算多模光纤链路的总带宽是很复杂的。
由于相连接的各光纤的参数并非完全一致,因此,对于相连接的两根光纤,可能某一光纤中群速度较低的高次模,而在多模光纤中变为群速度较高的高次模。
从整体效果来看,光纤链路起了一定的光均衡补偿作用,其效果是减小了模间的时延差,即减小了模式色散。
单模光纤中没有模式色散,因而没有模式补偿,所以单模光纤链路的总色散为各段光纤色散总和。
18、光纤的种类
光纤的种类很多,分类方法也是各种各样的。
18.1、从材料角度分
按照制造光纤所用的材料分类,有石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。
塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)制成的。
它的特点是制造成本低廉,相对来说芯径较大,与光源的耦合效率高,耦合进光纤的光功率大,使用方便。
但由于损耗较大,带宽较小,这种光纤只适用于短距离低速率通信,如短距离计算机网链路、船舶内通信等。
目前通信中普遍使用的是石英系光纤
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