| 槐花村人 |
2010-06-18 11:10 |
解析光纖傳輸網(wǎng)中的色散問題
在有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生非線性失真的主要是光纖的色散問題，光纖的色散特性對光信號傳輸產(chǎn)生很大的影響，在數(shù)字式傳輸中會產(chǎn)生誤碼，從而限制了傳輸比特率，在模擬式傳輸中限制信號傳輸頻帶寬度。在有線電視傳輸中，光纖色散特性使信號發(fā)生復(fù)合二階失真（CSO）和復(fù)合三次失真（CTB）要分析光纖的色散我們必須要知道一些光纖傳輸中的基本概念。 1GzAG;UUo6
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1.光纖傳輸中的傳導(dǎo)模 6j
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光纖傳輸中的傳導(dǎo)模，用幾何光學(xué)理論解釋是：既滿足全反射條件又滿足相位一致條件的光線束。從電磁波理論認(rèn)為的“模式”是電磁波所設(shè)定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及工作頻率下進(jìn)行傳播時，可以存在的電磁場的形式。光纖有一個重要的參數(shù)----歸一化頻率用V表示。V="2π*n1*α*2Δ的開平方/λ" 式中λ為光波長，n1為纖心的折射率，α為纖心半徑，Δ為相對折射率差。光纖的模數(shù)是由V參數(shù)確定的，V值小于2.4083的范圍內(nèi)是單模光纖，大于此值的是多模光纖。單模光纖中的所謂截止波長是指光纖中的次低階模被截止時的歸一化波長。 oq}'}`lw"
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按波動理論有：一個傳播常數(shù)決定一種電磁場分布形式，稱為一種模式，在規(guī)定波長下僅能傳導(dǎo)一個模式的光纖，稱為單模光纖。 除基模外，其他模式在V參數(shù)小于某一值時便不能傳導(dǎo)的最短波長稱為截止波長。在有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)中，都是使用單模光纖，所以下面我就只對單模光纖進(jìn)行討論。 S]+ :{9d
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2.光纖的帶寬與色散 >y"+ -7V)
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光在光纖中傳播時，由于其頻率不是單一頻率所以工作模式不是單一工作模式，故傳播速度略有差別，這種速度的差別稱之謂色散。若調(diào)制波是數(shù)字式脈沖，解調(diào)后信號的寬度會擴展，這樣會產(chǎn)生誤碼，制約了傳輸速率的提高。當(dāng)調(diào)制波形是模擬信號，則檢波后電平隨信號頻率的增高而降低，表現(xiàn)為非線性失真，使基波的諧波分量增加，CATV信號在光纖網(wǎng)中傳輸造成CSO和CTB指標(biāo)的劣化，這些現(xiàn)象稱為光纖的色散特征，對于后者的色散特性也稱帶寬特性（或稱頻率特性）。 h $2</J"
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光纖產(chǎn)生色散有三大成因：模間色散、材料色散、結(jié)構(gòu)色散。 %7|9sQ:
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模間色散是由各傳導(dǎo)模式的傳播常數(shù)不一樣而引起的是多模光纖中產(chǎn)生光纖色散最大的成因。材料色散也稱為折射率色散，光纖中光的傳播速度與纖心折射率有關(guān)，而纖心的折射又隨波長而變化。另外，光纖中的光源發(fā)出的光都不是單一的波長，都具有一定的譜寬，在這個寬度范圍內(nèi)，折射率不同導(dǎo)致不同波長的光信號的群速度參差不齊而產(chǎn)生群時延差，形成材料色散。 結(jié)構(gòu)色散也稱波導(dǎo)色散，由于光纖的各個模式的群速度隨著波長而變化，形成在信號波長范圍內(nèi)的群時延差而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色散。結(jié)構(gòu)取決于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（光纖的直徑），波長、折射率、相對折射率差等。 .mR8q+I6
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可以說色散是脈沖展寬在時域的反映，帶寬是模擬信號傳輸在頻域上的反映。我們常用一個稱為色散系數(shù)D來描述光纖的色散指標(biāo)。它是這樣定義的：1nm波長范圍（指光源的譜寬小于1nm）的光通過1KM光纖所出現(xiàn)的時延差異，單位為ps/nm.km ,D越小，則光纖帶寬越大，單模關(guān)纖帶寬與色散系數(shù)D的關(guān)系為：Bf="132.5/(D.L)GHZ。式中L為光纖長度（KM）。例如，1.30um波長的光源，其譜寬小于1nm，其D值是小于3.5ps/nm.km。則1KM單模光纖的頻寬為Bf>37.86GHZ,10KM單模光纖的頻帶則為3.78GHZ，可見在光纖網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)木嚯x越長，色散就越嚴(yán)重。 }4,L%$@n
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