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皖西學院信息工程學院通信工程2009級02班摘要：本文通過在理論上對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，材料對信號的吸收及模內(nèi)色散等現(xiàn)象。并結合實際應用的技術規(guī)范，對單模光纖的生產(chǎn)要求和研發(fā)趨勢進行簡單的總結和概述。關鍵詞：單模光纖、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)復雜的工藝拉絲制成。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足光纖能夠導光的需求，涂覆層是為了防止光纖表面微小裂紋的擴大，從而增強光纖的機械強度。光纖的種類有很多，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上，只能傳輸單一模式

5、的光纖。因為單模光纖中不存在模式色散，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種不同設計的單模光纖。其中G.652光纖是目前應用最廣泛的標準單模光纖，稱為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)的應用光纖通信系

6、統(tǒng)主要由發(fā)送端機、光纖傳輸信道、接收端機組成。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)的通信質量。在最初對光纖如何對光進行傳導的實驗中發(fā)現(xiàn)，所有將光纖用于通信的嘗試都因信號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，與光線中的雜質濃度和光波頻率等因素有關。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、模場直徑1.衰減系數(shù)α衰減量的大小通常用單位長度的衰減，即衰減系數(shù)α表示，定義為α=10Llg(PiPo)(dBkm)式中L－－光纖長度，單位km彎曲損耗是單模光纖和多模光纖的一個主要區(qū)別，兩類損耗均由纖芯模場限制決定。纖芯限制模場越緊，彎曲損耗就越小。（1）宏彎損耗單模光纖要比多模光纖對彎曲更敏感。光纖的彎曲會造成高斯曲線的中心偏移到包層的外側，從而造成模場的重新分布，于

8、是曲線就不再是高斯曲線。結果在包層外側出現(xiàn)較長的“尾巴”，即中心偏移。為了使偏離光纖中心的光傳播更長的距離，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，它的速度也就應該越快。偏離光纖中心的光信號的速度就必須大于光速，這就意味尾巴要損耗掉，所以，光束功率會損耗掉一部分，衰減將會增長。在高斯模型中，當模場直徑MFD比較大的時候宏彎損耗也較大。因為MFD依賴波長，所以宏彎損耗也依賴波長。波長越短場模直徑越小，單模光纖的宏彎敏

9、感性也就越小。還有，工作波長越長（在1600nm范圍內(nèi)），光纖所經(jīng)歷的衰減就越小。所以，一個單模光纖中的宏彎損耗隨著彎曲半徑的減少和工作波長的增加而增長。（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，對微彎損耗的敏感性隨著波長的增加有所增長，原因在于較長的波長會使MFD增加，導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，微彎損耗隨著溫度和熱應力的變化而變化。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距離，這種光會被材料吸收。這種吸收導致光功率的損耗，而減少損耗可以通過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。在實際應用中，改善材料的方法已經(jīng)達到極限，我們只能通過改變光的頻率。符合需求的光波長有三個吸收較小的區(qū)域，分別位于850nm附近，1300nm附近和1500n

11、m附近，這三個區(qū)域被稱為透明窗口。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：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。改善此問題的方法是，凹陷包層的工作波長應該在截止波長和某個更高值之間進行選擇。五、光纖的設計趨勢現(xiàn)在的光線設計根據(jù)光纖的特性，光纖的發(fā)展趨勢包括：繼續(xù)改善已制成的光纖的特性；研