光纤光学-光纤的特性.ppt

第二章 光纤的特性
光纤光学-光纤的特性
Outline
引言
光纤的损耗
光纤的色散
单模光纤的设计
光纤光学-光纤的特性
引言
光纤的损耗、色散、非线性效应、偏振对于光纤通信和光纤传感
的研究都是十分重要的特性参量。
损耗决定了光信号在光纤中被增强之前可传输的最大距离。
色散导致光脉冲的展宽，限制光通信系统的传输容量。
单根光纤中光功率的增加，光纤的非线性成为难以回避的问题。
光纤的偏振特性、保偏、消偏和偏振控制对于光纤通信和
光纤传感的研究极为重要。
光纤光学-光纤的特性
光纤的损耗
即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗。

光纤的损耗限制了光信号的传播距离。这些损耗主要包括：
1. 吸收损耗
2. 散射损耗
3. 弯曲损耗
损耗
光纤光学-光纤的特性
一、损耗单位
光信号在光纤中传播，其功率随距离增加以指数形式衰减。
即：
其中，P(0)起始处（z=0）信号光功率
P(z)光传输距离z的光功率
称为损耗系数，单位是km-1
为了计算方便，用的更多是损耗系数单位：dB/km
光纤光学-光纤的特性
为了方便计算光纤链路中的光功率，通常将dBm作为光功率
的运算单位，这个单位的含义是相对于1mW的功率。
当P=1mW，P=0dBm; 当P=50mW，P=17dBm
当P=1000mW,P=30dBm; 当P=1uW， P=-30dBm
dB=10log10(PA/PB)是功率增益的单位，是一个相对值。
例如：PA的功率比PB的功率大一倍，那么
10log10(PA/PB)=10log10(2)=3dB
注意：dBm减dBm实际上是两个功率相除为dB
光纤光学-光纤的特性
P1(dBm)=10log10[PA(mW)/1mW]
P2(dBm)=10log10[PB(mW)/1mW]
P1(dBm)-P2(dBm)= 10log10[PA(mW)/1mW]- 10log10[PB(mW)/1mW]
=10log10[PA(mW)/PB(mW)]
例1：如果PA的功率为46dBm，PB的功率为40dBm,则PA比PB大
6dB。
46dBm-40dBm=6dB
10log10[PA/PB]=6
PA/PB==≈4
光纤光学-光纤的特性
Pin(dBm)=10log10[Pin(mW)/1mW]
=10log10[200×10-3mW/1mW]=-7dBm
在z=30km时的输出功率（用dBm表示）
Pout(dBm)=Pin(dBm)-αz
=-7dBm-×30km
=-31dBm
Pout=10-31/10(mW)=×10-3mW=
例2：设想一根30km长的光纤，，如果我们从一端注入功率为200uW的光信号，求其输出功率Pout。
解：首先将输入功率的单位转换成dBm。
光纤光学-光纤的特性
例3：注入单模光纤的LD功率为1mW，在光纤输出端光电探测
器要求的最小光功率是10nW，，光纤衰减
,请问无须中继器的最大光纤长度是多少？
解：从式 得到：
光纤光学-光纤的特性
二、损耗产生的原因

① 本征吸收损耗
（纯石英固有的因
吸收引起的损耗）
紫外吸收：-
红外吸收：，,，

(1) 紫外吸收
光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围
晶格
(2) 红外吸收
光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起的损耗
光纤光学-光纤的特性