單模光纖的參數(shù)及理論分析

1、單模光纖的特性參數(shù)及特性的理論分析單模光纖的特性參數(shù)及特性的理論分析陸銳勇2009012303皖西學(xué)院信息工程學(xué)院通信工程2009級(jí)02班摘要：本文通過(guò)在理論上對(duì)單模光纖的特征參數(shù)（即影響單模光纖的傳輸效率因素），以及衰減特性的分析。在單模光纖中存在彎縮損耗，材料對(duì)信號(hào)的吸收及模內(nèi)色散等現(xiàn)象。并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范，對(duì)單模光纖的生產(chǎn)要求和研發(fā)趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)和概述。關(guān)鍵詞：?jiǎn)文９饫w、色散、宏彎損耗、微彎損耗、吸收Abstract:B

2、asedintheyofsinglemodefiberacteristicparameters(i.e.theeffectsofsinglemodeopticalfibertransmissionefficiencyfacts)attenuationacteristicsanalysis.Inasinglemodefiberinthepresenceofbendinglossmaterialabsbsthesignalintramode

3、dispersionphenomenon.Combinedwiththepracticalapplicationofthetechnicalspecificationfsinglemodefibertheproductionrequirementsdevelopmenttrendfsimplesummaryoverview.Keywds:Asinglemodeopticalfiberdispersionmacrobendinglossm

4、icrobendinglossabsption一、光纖的介紹光纖是一種高度透明的玻璃絲，由二氧化硅等高純度玻璃經(jīng)復(fù)雜的工藝?yán)z制成。光纖從橫截剖面看可以分為三部分，即折射率較高的芯區(qū)、折射率較低的包成、表面涂覆層。包層和涂覆層的作用是滿(mǎn)足光纖能夠?qū)Ч獾男枨?，涂覆層是為了防止光纖表面微小裂紋的擴(kuò)大，從而增強(qiáng)光纖的機(jī)械強(qiáng)度。光纖的種類(lèi)有很多，根據(jù)光纖中的傳輸模式的多少可以分為單模光纖和多模光纖。單模光纖指在給定的工作波長(zhǎng)上，只能傳輸單一模式

5、的光纖。因?yàn)閱文９饫w中不存在模式色散，所以具有幾十吉赫茲以上的傳輸頻段，有利于大容量、長(zhǎng)距離、高碼速的信息傳輸。目前ITUT已經(jīng)在建議G.652、G.653、G.654、G.655和G.656中分別定義了5種不同設(shè)計(jì)的單模光纖。其中G.652光纖是目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，稱(chēng)為1310nm性能最佳的單模光纖；G.652光纖還可以分為G.652.A、G.652.B、G.652.C、G.652.D。二、光纖在光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用光纖通信系

6、統(tǒng)主要由發(fā)送端機(jī)、光纖傳輸信道、接收端機(jī)組成。光纖是光纖通信系統(tǒng)中最重要的組成部分，是光波的傳輸媒介，其傳播特性直接影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在最初對(duì)光纖如何對(duì)光進(jìn)行傳導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所有將光纖用于通信的嘗試都因信號(hào)剛傳輸幾英尺就完全消失而失敗。即隨著傳輸距離的增加，信號(hào)將發(fā)生衰減和失真，信道的傳輸特性是影響光纖通信系統(tǒng)性能的決定因素。光纖的主要傳輸特性是損耗和色散。光纖的傳輸損耗特性用衰減系數(shù)表示，與光線中的雜質(zhì)濃度和光波頻率等因素有關(guān)。三

7、、單模光纖的特征參數(shù)單模光纖的常用特征參數(shù)：衰減系數(shù)、截止波長(zhǎng)、模場(chǎng)直徑1.衰減系數(shù)α衰減量的大小通常用單位長(zhǎng)度的衰減，即衰減系數(shù)α表示，定義為α=10Llg(PiPo)(dBkm)式中L－－光纖長(zhǎng)度，單位km彎曲損耗是單模光纖和多模光纖的一個(gè)主要區(qū)別，兩類(lèi)損耗均由纖芯模場(chǎng)限制決定。纖芯限制模場(chǎng)越緊，彎曲損耗就越小。（1）宏彎損耗單模光纖要比多模光纖對(duì)彎曲更敏感。光纖的彎曲會(huì)造成高斯曲線的中心偏移到包層的外側(cè)，從而造成模場(chǎng)的重新分布，于

8、是曲線就不再是高斯曲線。結(jié)果在包層外側(cè)出現(xiàn)較長(zhǎng)的“尾巴”，即中心偏移。為了使偏離光纖中心的光傳播更長(zhǎng)的距離，該部分的尾巴必須以比光束其他部分更快的速度傳播。偏離中心越大，它的速度也就應(yīng)該越快。偏離光纖中心的光信號(hào)的速度就必須大于光速，這就意味尾巴要損耗掉，所以，光束功率會(huì)損耗掉一部分，衰減將會(huì)增長(zhǎng)。在高斯模型中，當(dāng)模場(chǎng)直徑MFD比較大的時(shí)候宏彎損耗也較大。因?yàn)镸FD依賴(lài)波長(zhǎng)，所以宏彎損耗也依賴(lài)波長(zhǎng)。波長(zhǎng)越短場(chǎng)模直徑越小，單模光纖的宏彎敏

9、感性也就越小。還有，工作波長(zhǎng)越長(zhǎng)（在1600nm范圍內(nèi)），光纖所經(jīng)歷的衰減就越小。所以，一個(gè)單模光纖中的宏彎損耗隨著彎曲半徑的減少和工作波長(zhǎng)的增加而增長(zhǎng)。（2）微彎損耗單模光纖中微彎損耗是由于光纖的中心軸線圍繞理論筆直的位置所發(fā)生的微小變化而產(chǎn)生的。在單模光纖中，對(duì)微彎損耗的敏感性隨著波長(zhǎng)的增加有所增長(zhǎng)，原因在于較長(zhǎng)的波長(zhǎng)會(huì)使MFD增加，導(dǎo)致更多的功率輻射到纖芯外面。產(chǎn)生這些中心軸線的微小變化在于制造光纜的工程中施加在光纖上的壓力和熱力

10、的影響，同時(shí)，微彎損耗隨著溫度和熱應(yīng)力的變化而變化。3、吸收在光纖傳輸中，如果光（光子流）所擁有的頻率具有的能量等于材料的能級(jí)距離，這種光會(huì)被材料吸收。這種吸收導(dǎo)致光功率的損耗，而減少損耗可以通過(guò)改變光的頻率或改善材料。材料的主要吸收波峰在945nm、1240nm、1380nm處。在實(shí)際應(yīng)用中，改善材料的方法已經(jīng)達(dá)到極限，我們只能通過(guò)改變光的頻率。符合需求的光波長(zhǎng)有三個(gè)吸收較小的區(qū)域，分別位于850nm附近，1300nm附近和1500n

11、m附近，這三個(gè)區(qū)域被稱(chēng)為透明窗口。4、其他衰減因素單模光纖存在模內(nèi)色散，即存在于一個(gè)模式中的色散，這也是單模光纖中主要帶寬的限制因素。產(chǎn)生模內(nèi)色散的主要因素有兩個(gè)：色度色散和偏振模式色散。凹陷包層折射可能發(fā)生功率泄露，原因是包層外部的折射率比包層內(nèi)部的折射率要高。改善此問(wèn)題的方法是，凹陷包層的工作波長(zhǎng)應(yīng)該在截止波長(zhǎng)和某個(gè)更高值之間進(jìn)行選擇。五、光纖的設(shè)計(jì)趨勢(shì)現(xiàn)在的光線設(shè)計(jì)根據(jù)光纖的特性，光纖的發(fā)展趨勢(shì)包括：繼續(xù)改善已制成的光纖的特性；研