光纤通讯的传输特性影响要素
光信号在光纤中传输的间隔要遭到色散和损耗的两层影响。色闭会使在光纤中传输的数字脉冲展宽致使码间烦扰然后下降信号质量；当码问烦扰使传输功用劣化到必定程度时传输体系就不能作业了。损耗的存在使光纤中传输的光信号跟着传输间隔的添加而功率不断下降， 当光功率下降到必定程度时接纳机端将无法精确辨认光脉冲中的信息。经过减小色散和损耗能够延伸体系的传输间隔，如选用更长的光波长或是跋涉光纤制造技能以进一步下降光纤的损耗。如今，光纤通讯常用的波长有890nm，1310nm和1550nm。其间1310nm。光传输窗口又被称之为零色散窗口，光信号在此窗口传输色散最小；1550nm窗口称之为最小损耗窗口，光信号在此窗口传输的衰减最小。 1.光纤损耗 损耗是衡量光纤功用的首要政策之一，它挑选了光纤通讯体系所能抵达的最大无中继间隔。光信号在光纤传输进程中的损耗首要来自于以下几个方面：光纤资料的吸收与散射损耗；光纤中的微弯与宏弯辐射损耗；光纤的联接与耦合损耗。其间榜首种损耗是因为光纤制造和资料致使，在损耗中是最首要的；然后两种是光纤运用及光体系联接时致使。下面将对损耗机理进行简明论说。 (1)吸收损耗光纤的吸收损耗首要包含：光纤资料的本征吸收损耗，杂质的吸收损耗和原子缺点吸收损耗。 ①本征吸收损耗 本征吸收损耗是因为物质固有的吸收致使的损耗，依照吸收损耗机理又可分为紫外本征吸收与红外本征吸收。在紫外波段，构成光纤的基质资料会发作紫外电子跃迁吸收带。这种紫外吸收带尾段可延伸到光纤通讯波段(0．7～1.6μm)，在1. 3～1．55μm处将致使0．05dB／km的损耗，抵达单模光纤总损耗的1／3，因而对于低损耗单模光纤有必要设法加以消除。在红外波段光纤基质资料将发作振荡或多声子吸收带，这种吸收带损耗在9．1μm，12．5μm1及21μm处峰值可达10的10次方dB／km，因而构成了石英光纤作业波长的上限。红外吸收带的带尾也向光纤通讯波段延伸。但影响小于紫外吸收带。在λ=1 .55μm时，由红外吸收致使的损耗小于0．01dB/km，根柢上能够疏忽。 ②杂质吸收损耗这儿的杂质是指因为资料不纯真及技能不完善而引进的杂质，例如光纤资猜中富含的过渡族金属离子如Fe2+，Co2+，Cu2+等，它们有各自的吸收峰和吸收带并随它们价态纷歧样而纷歧样。由过渡族金属离子吸收致使的光纤损耗取决于它们的浓度，这些杂质是构成前期光纤损耗低的首要原凶，因为提纯技能的跋涉，过渡族金属离子如今含量现已下降到其影响能够疏忽的程度。别的，氢氧根离子(OH-)的存在也会发作吸收损耗。前期光纤富含较多OH离子，其较大的吸收峰呈如今1.4μm，0．95μm和0.725μm处。它们别离对应地址2 7μm主吸收峰一、二和三倍频光波长。因为大都吸收峰很尖利，所以在1.3μm和1.55μm波长邻近有低损耗的窗口。值得一提的是，在1979年，超低损耗的单模光纤在1550nm的最低衰减现已抵达0. 2dB／km。如今，损耗为0．18dB/km和0.17k/'km的光纤已投入运用。这种损耗现已很挨近在这个波长上的极限0.154dB／km。1998年，美国朗讯公司研发了一种新的光纤制造技能，它能消除光纤玻璃中的OH离子，然后使光纤损耗彻底由玻璃的特性所操控，“水吸收峰”根柢上被消除了，然后使光纤在1280～1625nm的悉数波长方案内都能够用于光通讯。 ③原子缺点吸收损耗原子缺点吸收是因为资料遭到热辐射或光辐射效果时会受激而发作原子的缺点，构成对光的吸收，发作损耗。这种吸收损耗可达几百dB/km乃至几万dB／km。为此，光纤资料通常挑选对辐射不活络的石英玻璃，以防止原子缺点吸收损耗。 (2)散射损耗 在光纤资猜中，因为某种远小于波长的不均匀性(例如折射率不均匀，掺杂离子浓度不均匀等)致使光的散射然后构成光纤的散射损耗。这种损耗也是光纤的固有损耗，而且挑选光纤损耗的最小值。在光纤中存在着3种散射机理，即瑞利散射、受激拉曼散射和受激布里渊散射。榜首种散射不发作频率的改动因而是线性散射，然后两种散射则对错线性的。光纤资料在加热进程中，因为热骚乱，使原子得到的紧缩性不均匀，构成物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀。这种不均匀在冷却进程中被固定下来，它的标准比光波波长要小。光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机凹凸的不均匀物质时，改动了传输方向，发作散射，致使损耗。瑞利散射损耗与波长的四次方成反比，其履历公式为A/（λ的4次方）。，其间A为瑞利散射系数，它取决于纤芯与包层折射率差。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它挑选着光纤损耗的最低理论极限。 瑞利散射损耗是一种不町能被消除的损耗，而受激拉曼散射与受激布里渊散射则仅当光纤中传输功率大于某一闽值时才或许发作。对于1．06μm波长，75μm芯径，4dB／km损耗的光纤，呈现拉曼散射与布里渊散射的功率闽值别离为500W与2．5W。故在室温下，常用的光纤通讯光源入纤功率(1～10mW)并短少以发作非线性散射。但对于7.5μm芯径、0．4dB／km损耗的单模光纤，上述阈值功率别离为500mW与2．5mW。因而在满意低的温度与满意高的功率下，将呈现受激拉曼散射与受激布里渊散射。根据以上剖析和履历，光纤总损耗α与波长λ的联络能够标明为 式中，A为瑞利散射系数，B为构造缺点散射发作的损耗，CW(λ),IRW(λ)和UV(λ)别离为杂质吸收、红外吸收和紫外吸收发作的损耗。如图4-20所示。咱们形象地把图中3个损耗较低的波段即890nm、1310nm和1550nm称为光纤通讯的3个“窗口”。其间890nm窗口波长方案600nm~900nm，首要用于多模光纤，传输损耗较大(均匀损耗2dB／km)，通常适用于短间隔的接入网环境，如光纤通道(FC)事务；1310nm窗口波长区的可用波长下限首要受限于光纤截止波长和光纤衰减系数，上限首要受限于1 385nm处OH根吸收峰的影响。作业方案为1 260nm～1 360nm，均匀损耗0.3dB／km～0.4dB／km。1 550nm窗口波长区的下限首要受限于1 385nm处OH根吸收峰的影响，而上限首要受限于红外吸收损耗和曲折损耗的影响。作业波长坐落1460nm～1 625nm，均匀损耗0.1 9dB/km～0．25dB／km。1 550nm窗口的损耗最低，可用于SDH信号的短间隔和长间隔通讯。一同，因为如今常用的光拓展器EDFA在该窗口具有超卓的增益平整度，因而，1 550nm窗口也适用于DWDM体系。 (3)辐射损耗光纤在实习运用中不町防止的要发作曲折，然后发作辐射损耗。光纤曲折发作的损耗能够分为3种：微弯损耗、过渡曲折损耗和宏弯损耗。其间宏弯损耗是由光纤实习运用中有必要的环绕、曲折等致使的微观曲折致使的损耗；过渡曲折损耗是光纤由直到曲折的骤变中发作的损耗；微弯源于光纤几许形状的非志趣性，例如芯／包层分界面不规矩、气泡，直径凹凸及轴向过错等。别的办法的微弯由一些外部影响致使，例如压榨、拉紧或环绕致使的机械力。源于这些机制的散射损耗叫做微弯损耗。此类损耗能够经过加大纤芯和包层间的折射率差或 严峻的光纤制造及成缆得以下降。对于多模光纤，曲折损耗会使临界角邻近的光线折射出纤芯，如图4-21(a)所示，这会带来一些损耗。对于单模光纤，如图4-21(b)所示。因为基模的包层场能拓展到无量远。当光纤发作曲折时，大芯径上的场传达得比芯内场快，所以就存在一个与传达方向正交的波前。因而，有些包层中的模需求以高于光速的速度传达。已然这在物理上是不或许结束的，与这有些模有关的能量就会经过辐射扔掉掉。折射率差较大的光纤就不易受曲折损耗的影响

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