光纤光学教学课件-第十一讲-共34页.ppt

1、 HUST 20127/31/2022二、光纤的色散 HUST 20127/31/20223、阶跃型弱导光纤的色散（单模）HUST 20127/31/2022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。HUST 20127/31/2022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）。HUST 20127/31/2022（二）波导色散()wnd

2、VbcdV波导色散引起的群延时：由色散的计算式可得：22()wwdndVbDVdcdV HUST 20127/31/2022222VWU WKWWKUJUUJ0101 WKWKVUdVdU1201 WKWKWKWKWWKWKUJUJWWKWKWKWKVUdVUd10212031302120212021202221121对单模光纤，仅存在11HE模，V、W、U满足：HUST 20127/31/2022 HUST 20127/31/20221320wmDDD-材料色散的影响一般大于波导色散：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波导色散系数通常为负值总色散系数总色散

3、系数 D Dm+Dw(单模光纤)HUST 20127/31/2022标准单模光纤是指零色散波长在标准单模光纤是指零色散波长在1.3m1.3m窗口的单模光纤，窗口的单模光纤，国际电信联盟（国际电信联盟（ITUITUT T）把这种光纤规范为）把这种光纤规范为G.652G.652光纤。光纤。其特点是当工作波长在其特点是当工作波长在1.3m1.3m时，光纤色散很小，系统的时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。传输距离只受光纤衰减所限制。但这种光纤在但这种光纤在1.3m1.3m波段波段的损耗较大，约为的损耗较大，约为0.3dB/km0.3dB/km0.4dB/km0.4dB/km；在；在1

4、.55m1.55m波段波段的损耗较小，约为的损耗较小，约为0.2dB/km0.2dB/km0.25dB/km0.25dB/km。色散在色散在1.3m1.3m波段为波段为3.5ps/nmkm3.5ps/nmkm，在，在1.55m1.55m波段的损耗较大，约为波段的损耗较大，约为20ps/nmkm20ps/nmkm。这种光纤可支持用于在。这种光纤可支持用于在1.55m1.55m波段的波段的2.5Gb/s2.5Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输输10Gb/s10Gb/s的信号，传输距离超过的信号，传输距离超过5050公里时，就要求使用价公里

5、时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。格昂贵的色散补偿模块。HUST 20127/31/2022大多数已安装的光纤大多数已安装的光纤低损耗低损耗 大色散分布大色散分布 大有效面积大有效面积色散受限距离短色散受限距离短 2.5Gb/s系统色度色散受限距离约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系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高方案升级扩容成本高结论结论:不适用于不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s以下速率的以下速率的DWDM。HUST 20127/31/2022（三）色散位移光纤原理原理

6、：在在1.3mm1.7mm范围内任何波长，范围内任何波长，通过适当调整光纤波导的通过适当调整光纤波导的结构参量（结构参量（a,和和g），总可以获得零色散），总可以获得零色散，这就是，这就是色散位色散位移光纤移光纤所依据的原理，将所依据的原理，将零色散波长从零色散波长从1.3mm移至移至1.55mm，可以使其与最低损耗波长一致。可以使其与最低损耗波长一致。HUST 20127/31/20221550 nm13201550 nmG.653 色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在色散位移光纤：让损耗和色散最低点都在1550 nm办法：材料色散不变，通过改变办法：材料色散不变，通过改变折射率剖面形状来增

7、大波折射率剖面形状来增大波导色散，使零色散点往长导色散，使零色散点往长波长方向移动波长方向移动普通商用光纤色散位移光纤 HUST 20127/31/2022 标准单模光纤(SMF)0 1310 nm Dcrom10Gbit/s）的传输系统，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。HUST 20127/31/2022 HUST 20127/31/2022 HUST 20127/31/2022偏振模色散与传输速率的对应关系 HUST 20127/31/2022光纤的演变G.651光纤：工作波长光纤：工作波长850nm；多模；损耗：；多模；损耗：3dB/km

8、G.652光纤：常规单模光纤，零色散波长光纤：常规单模光纤，零色散波长1310nm；最低损耗窗口；最低损耗窗口1550 nmG.653光纤：光纤：DSF，零色散波长，零色散波长1550nm；最低损耗窗口；最低损耗窗口1550 nmG.655光纤：光纤：NDSF，Lucent：零色散波长：零色散波长1530nm；Corning：1570nm大有效面积光纤：大有效面积光纤：LEAF 降低非线性效应的影响。降低非线性效应的影响。色散补偿光纤：色散补偿光纤：全波光纤：全波光纤：消除消除OH的吸收损耗的吸收损耗通信窗口：由通信窗口：由0.85、1.31、1.55到到S波波(1.491.53)、C波波(1

9、.531.57)、L波波(1.571.61)HUST 20127/31/2022三、光纤中的脉冲展宽光脉冲：,izE rF x y Ae由麦克斯韦方程得到：220222202222000020Ek EFFkFxyAiAz 201212 112211,gggdvdvdvd光纤的色散：1222dcDd HUST 20127/31/2022时域的非线性薛定谔方程：23123231026AAiAAzttt参照系变换：1,zzTtz2323231026AiAAzTT忽略光纤的高阶色散：3022202AiAzT假设初始注入为高斯脉冲：2200,expTATT应用傅里叶变换的方法对微分方程求解：201 22

10、20202,exp2TTA z TTizTiz 1 2222001zT zTT脉冲展宽脉冲形状不变；脉冲形状不变；产生附加相位。产生附加相位。HUST 20127/31/2022假设初始注入为啁啾高斯光脉冲：22010,exp2iC TATT1 2222020,exp12 1TTAiCiC201 22202021,exp211iC TTA z TTiziCTiziC HUST 20127/31/2022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。inPt高斯脉冲：2121exp2intPtP outPt也为高斯脉冲：2222exp2DouttPtP HUST 20127/31/2022 22211121222222222122111 expexpexp222 expexp2expexp2ininoutoutDoutDintPtPi t dPPtPPiPPHiPP 当 时，对应的频率为截止频率。102HH222212ln22ln2 0.187 =2ccf HUST 20127/31/2022 HUST 20127/31/2022