1、光纖傳輸特性第1部分 衰減和色散一、衰減特性1、衰減定義光在光纖中傳播時，光功率在光纖中的減少。衰減系數：單位長度光功率衰減。 (dB/km)普通單模光纖無水峰單模光纖第1工作窗口第2工作窗口第3工作窗口2、光纖典型衰減譜：3、光纖在常用波長窗口的典型衰減值(dB/km)光纖類別1310nm衰減1550nm衰減G.6520.360.22G.6530.450.25G.6540.450.20G.6550.500.24色散平坦光纖（DFF）0.500.40色散補償光纖（DCF）1.00注：G.652非色散位移單模光纖；G.653色散位移單模光纖；G.654截止波長位移單模光纖；G.655非零色散位移

2、單模光纖；DFF Dispersion-Flattened Fiber；DCF Dispersion Compensating Fiber。4、衰減機理損耗本征非本征吸收紫外吸收金屬離子（雜質吸收）紅外吸收OH離子（雜質吸收）散射瑞利散射波導缺陷米氏散射受激布里淵散射受激拉曼散射引起光纖損耗的散射主要是瑞利散射。二、色散特性1、基本概念1.1 群時延差在同一介質中，不同頻率的信號，傳輸相同的距離，需要時間不同。這些不同頻率信號之間的傳輸時間差就是群時延差。1.2 色散光信號是由不同頻率成分和不同模式組成，在光纖中傳輸速度不同，從而引起色散。其實質就是光信號群時延差。色散具體表現：在傳送一個光脈

3、沖信號時，光脈沖將隨著傳輸距離的延長，脈沖寬度逐漸展寬。1.3 色散系數波長相隔1nm的2個光脈沖傳輸1km距離的時延差。單位：ps/（nm.km）2、光纖色散2.1分類：模式色散、材料色散、波導色散。2.2 模式色散在多模光纖中，不同模式在同一頻率下傳輸，由于各自的相位常數不同，群速不同，模式之間存在時延差。l 在單模光纖中只有基模傳輸，因此不存在模式色散。2.3 材料色散光纖材料本身的折射率隨頻率變化，造成光纖中光信號各種頻率成分的群速率不同。 2.4 波導色散又稱結構色散。由于光纖形狀、幾何結構等方面的不完善，使得光波的一部分在纖芯中傳輸，一部分在包層中傳輸。由于纖芯的折射率不同于包層的

4、折射率，這樣造成光脈沖展寬。² 單模光纖的色散主要由材料色散和波導色散組成。由于該色散與波長（即光的色彩）有關，故又稱為波長色散或色度色散。3、光纖典型色散譜：13101550G.652(G.654) 光纖正色散系數G.655光纖G.653光纖負色散系數G.655光纖波長（nm）18色散系數（ps/nm.km）4、光纖在常用波長窗口的典型色散值(ps/(nm.km)光纖類別1310nm色散1550nm色散G.6520+18G.653-180G.6540+18G.655-18絕對值：1 4色散平坦光纖00色散補償光纖-80 -1505、偏振模色散5.1 定義ü 又稱光的雙折射

5、ü 單模光纖的基模實際上是由兩個正交線偏振模構成，由于光纖存在纖芯不圓、內部殘余應力等不對稱因素（內部因素）和諸如彎曲、扭絞、隨即應力、振動等外界因素，從而導致兩個正交線偏振模的傳播常數不等，在光纖中經過一段時間的傳播就會造成兩個偏振模的群時延差。5.2 偏振模色散與色度色散的區別色散類別單位補償方式存在范圍最佳取值范圍色度色散ps/(nm.km)DCF高、低速系統16偏振模色散ps/不能補償高速長距系統05.3 隨即性與統計值ü 由于在光纖實際傳輸過程中存在許多隨即因素，因而存在隨即雙折射效應，所以得到的偏振模色散是在統計分布意義下的時延值。5.4 單模光纖的偏振模色散值

6、ITU-T規定： 實際制造水平： 5.5 實際過程對PMD值的影響（1）生產過程PMD變化 （2）鏈路PMD變化一般情況下，鏈路PMD值要小于單盤PMD值。6、WDM系統的色散要求(G.652光纖)應用編碼LVUnV3-y.2 nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2目標傳輸距離（km）801201603×1205×805×1208×80最大色散(ps/nm)160024003200720080001200012800第2部分 非線性效應一、 受激散射1、受激拉曼散射（SRS：Simulated Raman Scattering）1.1、 概念：是光信

7、號與石英玻璃光纖中的分子振動的相互作用而引起的非線性效應。1.2、 物理表象：在DWM系統中，使中短波長通路產生過大的信號衰減，從而限制了通路數。1.3、 兩個方向的散射：前向散射和后向散射1.4、 對于單波長系統，SRS影響很小1.5、 對于多波長系統，在1dB光功率代價下的通路與間隔關系為：其中：N光通路數；P每個通路允許的功率（W）； 通路間隔（GHz）。1.6、 后向散射的功率可以通過光隔離器消除。1.7、 拉曼放大器（FRA）當一定強度的光入射到光纖中時，會引起光纖材料的分子振動，低頻邊帶稱斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率。當兩個頻率間隔恰好為斯托克

8、斯頻率的光波入射到光纖時，低頻波將獲得增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉移到低頻波上。如果一個弱信號與一個強泵浦光波同時在光纖中傳輸，并且弱信號波長位于泵浦光波的拉曼增益譜帶寬之內，則此弱信號可以被放大。2、受激布里淵散射（SBS：Simulated Brillouin Scattering）2.1、概念：由光纖中的光信號和聲波之間的相互作用所引起的非線性效應。2.2、只出現在后向散射方向上，其影響大于SRS。2.3、產生SBS效應的理論門限功率近似公式為：其中：Pth門限功率（mW）；激光器發射光譜的線寬（MHz）2.4、在所有光纖非線性效應中，SBS門限值最小（即最容易發生），但卻最容易

9、消除。二、 折射率效應（也稱克爾效應）1、折射率效應1.1、 概念：是光纖折射率n隨著光強的變化而變化的非線性現象。1.2、 表達式：其中：n光纖正常折射率；P是光功率；A光纖有效截面面積；n2折射率變化系數。1.3、 折射率效應引起的非線性效應自相位調制（SPM：Self Phase Modulation）交叉相位調制（XPM：Cross Phase Modulation）四波混頻（FWM：Four Wave Mixing）2、自相位調制2.1、定義：由于光波的相位隨折射率和傳播距離而變，而折射率又是光強的函數，因而光波的相位也隨光強而變化。當相位變化結合光纖色散將導致頻譜展寬或變窄，這種現

10、象稱為自相位調制。2.2、SPM對系統的影響主要是導致光頻率的變化。在光脈沖前沿和后沿處，光頻率變化最大，因而SPM的影響取決于光脈沖前后沿的陡峭程度，其影響主要是窄脈沖的高速系統。2.3、SPM引起的非線性影響有兩種：（1） 當使用色散系數為正的光纖工作區時，系統色散受限距離延長；（2） 當使用色散系數為負的光纖工作區時，系統色散受限距離變短。2.4、SPM的效果與輸入信號的光強度成正比，當傳輸一段距離后光功率已經衰減至不足以產生非線性的水平。因此，SPM影響主要發生在靠近發送機側的一定距離內。3、交叉相位調制3.1、概念：在多波長系統中，折射率效應會導致信號的相位受其它通路功率的調制，這種

11、現象稱為交叉相位調制。是一個光脈沖對其它信道 光脈沖相位的作用。3.2、XPM產生方式與SPM相同。但SPM可以在單信道和多信道系統中產生；XPM只發生在多信道系統。 3.3、G.652光纖WDM系統中最小通路間隔估計式：其中：W最小通路間隔；a光纖衰減系數；M光纖放大器間隔數； B比特率（Tbps）；D光纖色散系數。4、四波混頻4.1、概念：當多個光波在光纖中混合時，光纖的非線性會導致產生新的波長。4.2、原理圖1222-121-2初始波長新波長頻率 4.3、FWM對WDM系統影響（1）將原始波長的部分能量轉換為新生波長，從而損耗光信號的功率；（2）新波長可能與系統某些波長相同或重疊，造成信

12、號干擾。4.4、FWM與最小通路間隔的關系 其中：W最小通路間隔；M光纖放大器間隔數； P單通路平均功率；D光纖色散系數。上式表明： (1)D越小，W越大，則FWM影響越嚴重；(2)增大光纖色散有利于克服FWM效應。4.5、G.655光纖設計思想G.655的設計思想是使零色散點不落在1550nm附近，而是向長波長或短波長方向偏移，有意使1550nm附近呈現一定大小的色散。這樣，一方面可以減輕FWM影響，保證多波長傳輸；另一方面控制1550nm附近的色散不要太大，以免限制10Gbps信號的傳輸，保證10Gbps信號至少能傳輸300km以上。補充：單模光纖常識1、分類表1. 單模光纖的分類IEC分

13、類編號GB/T 9771命名ITU-T建議編號B1.1非色散位移單模光纖G.652A，G.652BB1.2截止波長位移單模光纖G.654B1.3波長擴展的非色散位移單模光纖G.652CB2色散位移單模光纖G.653B4非零色散位移單模光纖G.655注：G.652C又稱無水峰光纖或全波光纖。ITU-T將G.655光纖又分成A、B兩子類，應用區別如下表：G.655AG.655B中等注入功率（5dBm）更高注入功率通路間隔200GHz（1.6nm）通路間隔100GHz（0.8nm）除非PMD進行規定，會對10Gbps系統傳輸有所限制對400km長的10Gbps系統，沒有PMD問題適用于G.691具有光放大器的單通道SDH系統和G.692具有光放大器的多通道WDM系統2、線路設計典型值2.1、G.652光纖項 目線路設計典型值衰減系數1260nm1360nm0.5dB/km1530nm1565nm0.28dB/km1565nm1625nm0.35dB/km色散系數D 1550nm17 ps/(nm.km)S 1550nm 0.056