第5次课 4 光纤的基本理论 色散--光缆
光纤的基本理论
第一章 光纤的基本理论1、光纤的结构：光纤是截面很小的可绕透明长丝，它在长距离内具有束缚和传输光的作用。
光纤由纤芯、包层和涂覆层构成，折射率从里到外依次减小（n 纤芯>n 包层>n 涂覆层）2、光纤的分类：（1）按光纤横截面上折射率分布的不同，可以将光纤分为阶跃折射率分布光纤 (简称阶跃光纤，适用于短距离传输 )和渐变折射率分布光纤 (简称渐变光纤，适用于长距离传输 )。
（2）根据传导模式数量的不同，光纤可以分为单模光纤和多模光纤两类。
单模光纤的纤芯直径很小，为4μm~10μm ，包层直径为125μm 。
多模光纤的纤芯一般为50μm,包层的外径为125μm 。
（3）按光纤构成的原材料分为石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤。
（4）按光纤的套塑层可分为紧套光纤和松套光纤。
3、光纤的相对折射率差：其中n1为纤芯的折射率， n2为包层折射率。
4、光纤的数值孔径为：NA5、假若在长为L 的光纤中，走得最快的模式所用的时间为τmin ，走得最慢的模式所用的时间为τmax ，则最大时延差Δτmax 为6、在多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为 其中n(0)、n2分别是r = 0处的和包层的折射率。
7、渐变光纤的本地数值孔径公式：其中n （r ）为渐变光纤纤芯折射率。
8、亥姆霍兹方程 方程求解方法主要有两种：标量近似解和矢量解。
9、光纤的归一化频率10、归一化截止频率Vc 可求出截止波长λc(课本P15)当λ<λc 时，该模式可传输；而当λ>λc 时，该模式就截止。
11、图1—9（P16），注意横、纵坐标所表示的含义。
12、阶跃光纤中的模数量以M 表示，则M=V^2/2(详见课本P18)13、衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数） ，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，其表达式为 其中Pi 为输入光纤的光功率，Po 为光纤输出的光功率。
14、造成光纤损耗的因素：引起光纤损耗的因素有吸收损耗、散射损耗和其它损耗，这些损耗又可以归纳为本征损耗、制造损耗和附加损耗等。
光纤通信复习（各章复习要点）
光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。
A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。
A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。
A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。
A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。
光纤色散
n1 n1 − n2 n1 ⋅ Δ = ⋅ ≈ c n2 c
模式色散的计算－波动光学方法
光纤中传输的基模为 LP01 模，模式的传输常数为 β 01 光纤中传输的最高次模为 LPmn 模，模式的传输常数为 β mn 单位长度上的传输群时延为：
τ mn
dβ mn = dω
多模光纤的模式色散为：
d ( β mn − β 01 ) τ = τ mn − τ 01 = dω
抛物型折射率分布多模光纤 抛物型光纤的群时延<<阶跃光纤的群时延
n1Δ Δτ 2 = 2c
2
n1Δ Δτ 1 = c
Δτ 2 Δ = << 1 Δτ 1 2
抛物型光纤中的自聚焦效应
纤芯折射率沿r方向渐变，选择抛物型折射率分布，从而使 全部射线以同样的轴向速度在光纤中传输，有效消除了模 式色散，这种现象称为自聚焦现象。 这种光纤称为自聚焦光纤。
频域分析
在光纤中沿着Z方向传输的载有信号的线偏振的电磁波可表示为：
ω 0 对应的传输常数
E (u , v, z , t ) = A( z , t )ψ (u , v) exp[ j (ω 0t − β 0 z )]
光信号的幅度，与损耗有关 横向坐标
A(0,t) = f(t)
光信号的中心频率， 具有一定的光谱宽度
群时延、群折射率与群速度
无限大介质中
β=
λ =
2π
λ
c f
n
2πfn wn = β= c c
材料色散
dτ 1 ⎛ dn d 2n ⎞ ω d 2n β2 = = ⎜2 ⎜ dω + ω dω 2 ⎟ ≈ c dω 2 ⎟ dω c ⎝ ⎠
群时延
光纤的基本特性衰耗、色散
光纤的基本特性衰耗、色散1、光纤的损耗光纤的衰减或损耗是一个非常重要的、对光信号的传播产生制约作用的特性。
光纤的损耗限制了没有光放大的光信号的传播距离。
光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。
1）吸收损耗光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。
a:红外和紫外吸收损耗光纤材料组成的原子系统中，一些处于｛氐能的电子会吸收光波能量而跃迁到高能级状态，这种吸收的中心波长在紫外的0.16μm处，吸收峰很强，其尾巴延伸到光纤通信波段，在短波长区，吸收峰值达ldB/km,在长波长区则小得多，约O.O5dB∕km.在红外波段光纤基质材料石英玻璃的Si-O键因振动吸收能量，这种吸收带损耗在9.1μm,12.5μm及21μm处峰值可达IOdB∕km以上,因此构成了石英光纤工作波长的上限。
红外吸收带的带尾也向光纤通信波段延伸。
但影响小于紫外吸收带。
在λ=L55μm时，由红外吸收引起的损耗小于0.01dB∕kmβb:氢氧根离子（OH-）吸收损耗在石英光纤中，O-H键的基本谐振波长为2.73μm,与Si-O键的谐振波长相互影响，在光纤的传输频带内产生一系列的吸收峰，影响较大的是在1.39、1.24及0.95μm波长上，在峰之间的低损耗区构成了光纤通信的三个传输窗口。
目前,由于工艺的改进,降低了氢氧根离子（OH-）浓度，这些吸收峰的影响已很小。
c:金属离子吸收损耗光纤材料中的金属杂质，如：金属离子铁（Fe3+）、铜（Cu2+）、镒（Mn3+）、镇（Ni3+）、钻（Co3+）、铭（Cr3+）等,它们的电子结构产生边带吸收峰（0.5~Llμm）,造成损耗。
现在由于工艺的改进，使这些杂质的含量低于10-9以下，因此它们的影响已很小。
在光纤材料中的杂质如氢氧根离子（OH・）、过渡金属离子（铜、铁、铭等）对光的吸收能力极强，它们是产生光纤损耗的主要因素。
因此要想获得低损耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行十分严格的化学提纯，使其纯度达99.9999%以上。
光纤中的色散和偏振模色散PPT教学课件
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其他形状的脉冲
高斯形状的光脉冲，经过傅里叶变换后仍为高 斯型，即频谱在载波频率附近服从高斯分布。实 际上，光通信中的脉冲并不是严格的高斯脉冲， 脉冲形状的变化导致频谱分布的变化，因而会影 响到在色散介质中传输后脉冲的展宽。图7.3展示 了三种不同脉冲的展宽。它们是梯形脉冲，高斯 脉冲和余弦脉冲。注意它们有不同的频谱分布和 不同脉冲展宽。梯形脉冲具有最宽的频带宽度，
式中 F是高斯包络ex tp 2的傅里叶变换
F 4 1e x p 4 2
（7.2-3）
在上面的公式中，忽略了波函数u0x,y。波函数
在信号频带范围内保持不变时，这种忽略是合理
的。注意，高斯函数的频谱函数也是高斯函数。
可以把式（7.2-2）看成是谐波场的集合，每个谐
波都是其独特的频率
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激发。这里的 u0x,y是一个约束模式的波函数，
是常数， 0 是光载波的频率。考虑慢变包络的情 形以使包络包含多个光振荡，这种情形对应于
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12 0。我们可以把输入脉冲 E x ,y ,z 0 ,t表示
为傅里叶积分的形式
E z 0 , t e ix 0 t F p e i t d （7.2-2）
就是众所周知的群速度色散（GVD）。在光电子
学中，我们经常要处理光波在各种光学系统中的
传输，包括光纤，调制器，以及放大器。在这样
一个普通光学系统中的群速度色散，可以通过相
移是频率的函数来描述。
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7.2 色散介质中的光脉冲传播
事实上在现代通信中，光纤中所携带的载流子 基本上都是以数字脉冲的形式存在的，每个脉冲 代表一个比特的信息。因此，脉冲越窄，在一个 给定的时隙中就能容纳更多的脉冲，更多的数据 （比特）就能在时隙中传输。实际上，现代通信 系统的脉冲宽度窄至 311 0s 1，数据速率超过1010bits 在一个 10Gbs的系统中，每秒钟就有100亿个比特。 窄脉冲高速度的趋势一直不会衰减。进一步降低
光纤、光缆的基本知识（非常实用）
光纤、光缆的基本知识（非常实用）1.简述光纤的组成。
答：光纤由两个基本部分组成：由透明的光学材料制成的芯和包层、涂敷层。
2.描述光纤线路传输特性的基本参数有哪些？答：包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。
3. 产生光纤衰减的原因有什么？答：光纤的衰减是指在一根光纤的两个横截面间的光功率的减少，与波长有关。
造成衰减的主要原因是散射、吸收以及由于连接器、接头造成的光损耗。
4.光纤衰减系数是如何定义的？答：用稳态中一根均匀光纤单位长度上的衰减（dB/km）来定义。
5.插入损耗是什么？答：是指光传输线路中插入光学部件（如插入连接器或耦合器）所引起的衰减。
6.光纤的带宽与什么有关？答：光纤的带宽指的是：在光纤的传递函数中，光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调制频率。
光纤的带宽近似与其长度成反比，带宽长度的乘积是一常量。
7.光纤的色散有几种？与什么有关？答：光纤的色散是指一根光纤内群时延的展宽，包括模色散、材料色散及结构色散。
取决于光源、光纤两者的特性。
8.信号在光纤中传播的色散特性怎样描述？答：可以用脉冲展宽、光纤的带宽、光纤的色散系数三个物理量来描述。
9.什么是截止波长？答：是指光纤中只能传导基模的最短波长。
对于单模光纤，其截止波长必须短于传导光的波长。
10.光纤的色散对光纤通信系统的性能会产生什么影响？答：光纤的色散将使光脉冲在光纤中传输过程中发生展宽。
影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。
11.什么是背向散射法？答：背向散射法是一种沿光纤长度上测量衰减的方法。
光纤中的光功率绝大部分为前向传播，但有很少部分朝发光器背向散射。
在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线，从一端不仅能测量接入的均匀光纤的长度和衰减，而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。
12.光时域反射计（OTDR）的测试原理是什么？有何功能？答：OTDR基于光的背向散射与菲涅耳反射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。
光纤的基本理论
3. 按光纤构成的原材料分类
石英系光纤 多组分玻璃光纤 塑料包层光纤 全塑光纤 目前光纤通信中主要使用石英系光纤
4. 按光纤的套塑层分类
紧套光纤 松套光纤
1.1.2 多模阶跃折射率光纤的射
线光学理论分析
图示为阶跃光纤的子午光线。
在多模阶跃光纤的纤芯中，光按直线传输， 在纤芯和包层的界面上光发生反射。由于 光纤中纤芯的折射率n1大于包层的折射率 n2，所以在芯包界面存在着临界角φc 。
射线轨迹法
在光纤半径和波长之比很大时，可得到很 好的近似结果，所谓“短波长极限”。
光射线与模式的联系
沿光纤轴方向传播的导波模可以分解 为一系列平面波的叠加，即在光纤轴的横 方向形成驻波分布。
任一平面波都与其相前垂直的射线联 系。
根据射线描述，只要入射角大于临界 角的任何射线都可以在光纤中传播，加上 驻波条件后，允许的角度就只有有限个。
围表示，也可用 频率范围 f来表示
它们的关系为
f
f
、f分别是光源的
中心波长和中心频
率
1.5.2 光纤色散的种类
模式色散 材料色散 波导色散 偏振模色散
1.5.3 光纤色散的表示法
特定模式传输群速度
vg
d d
单位长度光纤的群时延
g
1 vg
d d
1 d
c dk
2 d 2 c d
最大时延差
传导模 对于e j(t z) 中 n2k n1k时 截止模 当 n2k时，模式截止。 泄露模 n2k 时出现，仍被约束在纤
芯内传播一段距离。
归一化频率V
V
2 a
(n12
1
n22 )2
2 a
NA
光纤的色散
间不同，因此，造成光信号中的不同频率成分或不同模式的
光到达光纤终端有先有后，形成时间的展宽，从而产生波形 畸变的一种现象。
3、表示方法：色散的大小用时延差Δ 表示 不同速度的信号传输同样的距离所需的时间不同，即各 信号的时延不同，这种时延上的差别称为时延差，用Δ 表示。
n1 L c
图2-5-3 光纤微弯曲损耗
三、 光纤产品介绍
国际电信联盟－电信标准部ITU-T(Telecommunication
Standardization Sector of International Telecommunication Union)公布的几种光纤标准如下： 1.G.651光纤（渐变多模光纤） G.651光纤的工作波长有两种：1310nm和1550nm。在 1310nm处具有最小色散值，在1550nm处具有最小衰减系 数。按照纤芯/包层尺寸，G.651进一步分为4种，它们的纤 芯/包层直径/数值孔径分别为50/125/0.200， 62.5/125/0.275，85/125/0.275和100/140/0.316.
2. G.652光纤（标准单模光纤/非色散位移单模光纤）
G.652是零色散波长在1310nm处的单模光纤，它的 传输距离一般只受光纤衰减的限制。在1310nm处，该光纤 的衰减率达到0.3~0.4dB/km。目前已经铺设的光缆线路 绝大部分都采用这种光纤，该光纤也可用于1.55波段、 2.5Gb/s的干线传输，虽然在1550nm处的色散较大，为 20 ps /(nm km)，但如果采用高性能的电吸收调制器，传输 距离可达600公里。但如果传输的数据速率达10Gb/s，只 能传输50公里。
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折射率扰动主要引起4种非线性效应：
自相位调制(SPM)
交叉相位调制(XPM)
四波混频(FWM) 光孤子形成
自相位调制 SPM
SPM是指光在光纤内传输时光信号强度随时间的变化 对自身相位的作用。导致光脉冲频谱展宽，影响系统性能。
k0 n2 P Aeff P
式中：
2 n 2
单模光纤的特性参数
1、截止波长 2、模场直径（模场半径）
3、色度色散
4、高阶色散 5、偏振和偏振模色散
1、截止波长
单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高 阶模LP11模截止时的波长。工作波长要大于单 模光纤的截止波长时，才能保证光纤工作在单 模状态。
C
2 VC n1 a 2
VC是光纤的第一个高次模LP11模的截止频率， VC = 2.405
D PM D
L
km
DPMD是光纤的偏振模色散的平均值，单位是p s
其
ps km
，
典型值为0.1～1.0
。
单模光纤分类
非色散位移单模光纤 G.652光纤
常规单模光纤:使用最广泛、在1310nm处色散为零、在 1550nm处衰减系数最小，但有最大的色散系数 低水峰单模光纤:(全波光纤)、消除了OH-损耗峰，长期的 衰减稳定性，1280-1625nm全波段传输，色散较小
g
1 d C dk0
g
d
g
d
可以推出材料色散与波导色散的表达式，这里不再 赘述。
4、高阶色散
色散对光纤所能传输的最大比特速率B的影响可利用 相邻脉冲间不产生重叠的原则来确定：
g
1 B
对于光源光谱宽度为Δλ ，光纤长度为L，Δτg可以写成:
g DL
d 1 D d g d 2 c 2 d g 2
BL S
2
1
可见，高阶色散或色散斜率越大，光源的光谱 越宽，光纤通信系统的BL越小。
5、偏振与偏振模色散
单模光纤，实际上传输的是两个相互正交的基模：LP01x和 LP01y。在完善的光纤中，这两个模式有相同的相位常数， bx=by，两个模式是互相兼并的。 但是实际光纤的不完善使得两正交基模的相位常数不相 等，这种现象被称作光纤的双折射。 由于双折射的存在，将引起光波的偏振态沿光纤长度发 生变化，使得两个正交的偏振模式的群速度不同，从而产生时 延差，导致脉冲展宽，这就是偏振色散。
偏振模可以简单的表示为LP01x和LP01y在单位长度上的时延 差：
p
d x d
d y d
d ( ) d
实际中在光纤输出端的偏振模色散时随时间变化随机起 伏的，不能用上式直接来估算光纤的偏振模色散。偏振模色 散一般采用统计的推算得到。 偏振模色散造成的脉冲展宽表示为：
p
受激散射效应 光纤的非线性效应 折射率扰动
受激拉曼散射 受激布里渊散射
设入射光的频率为l，介质的分子振动频率为 受激拉 v，则散射光的频率为s = l −v和 曼散射： as = l+v，这种现象称做受激喇曼散射。 频率为s 的散射光称为斯托克斯波 (stokes)，频率为as 的散射光称为反斯托克 斯波。 斯托克斯波可以理解为：一个入射光子 消失，产生一个频率下移的光子（即stokes 波）和一个有适当能量和动量的声子，使能量 和动量守恒。
单模光纤的基本分析
等效近似的方法进行分析单模光纤中 的折射率分布 两种等效方法： 高斯等效近似 阶跃光纤等效近似
高斯等效近似是以无界平方律光纤的场分布去近 似实际光纤中的场 S0是单模光纤的重要参数，高斯场分布惟一 地由它决定，称作模场半径
阶跃光纤等效近似法是用适当的阶跃光纤去等效 实际的光纤，以便用已求出的阶跃光纤的特性去 描述实际光纤。 一般假定等效阶跃光纤的包层折射率等于真 实光纤的包层折射率n2，然后确定等效半径、等 效相对折射率差、等效归一化频率。
非零色散位移单模光纤
G.655光纤
通过改变波导色散，使得1530-1565nm具有小的色散， 即1550nm处的色散不为零。 适用于波分复用传输系统
色散补偿单模光纤
在1550nm有很大的非色散 与G.652光纤连接使用时 可以抵销光纤的正色散 实现长距离、大容量的传输
光纤的结构和分类 光纤中光的传输特性 光纤的基本传输性能 单模光纤的结构和性能 损耗
S dD d
S为微分色散参数或二阶色散参数。
2 c 4 c S 2 3 3
2
2
式中： 3
d
3
3
d
β3为高阶色散系数又称三阶色散系数。
与二阶色散相比三阶色散对脉冲的影响通常较小， 可以忽略。但是当工作在零色散波长附近时，不能忽略。 此时系统的比特率-传输距离的限制关系为：
单模光纤是指给定的工作波长上只传 输单一基模的光纤。此时满足：
V 2
n1 a 2 2 .4 0 5
单模光纤的结构特点
单模光纤的基本分析
单模光纤的特性参数 单模光纤的分类
单模光纤的结构特点
为保证单模传输，纤芯的较小，一般其芯径 为4-10微米。
2
V
n1 a 2 2.405
3、色度色散
色度色散是指光通过光纤时由于群速度与波长有关 而造成的脉冲展宽，色度色散的单位为ps/nm· km。 单模光纤的色度色散是材料色散和波导色散之和。
单模光纤的色度色散的大小可以光纤的色散系数来考察：
D ( ) g ( )
（ps/km· nm）
由于材料色散和波导色散是交织在一起不能截然分开， 因此单模光纤的色散系数的推导从相位常数β入手，结合光纤 LP01模的时延与时延差：
j L eff
M P j 2 Pm m j
式中M是信道总数，Pj是信道功率，因子2表明在同样 的功率下，XPM的影响是SPM的两倍。 XPM会产生较大的时域展宽，在相邻的信道产生干扰。 XPM是多信道光波通信的主要的功率限制因素。
四波混频
一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生几个不同频率 的新光子，在此参量过程中，遵循能量和动量守恒，这样的 过程称为FWM。 FWM大致分为两种情况： 3个光子合成1个光子，新光子的频率为：
4 1 2 3
2个不同频率的光子的湮灭，产生2个新的频率的光子：
1 2 4 3
FWM对密集波分复用DWDM光纤通信的影响较大， FWM产生的新的频率如果落入WDM的信道，会引起复用信 道间的串扰。
光孤子形成
一个光脉冲的前沿光强的增大将会引起光纤中光信号的 相位增大，随之造成光信号的频率降低，进而使光纤中光脉冲 信号的脉冲前沿传输速度降低。而脉冲的后沿，光强是减少的， 对照上面的分析可知，脉冲后沿的传播速度加快。这就是说， 强光的一个光脉冲前沿传播得慢，后沿传播得快，两种作用联 合起来，结果使光脉冲变窄了。这种变窄的作用，是强光作用 下光纤的非线性影响产生的。 光纤中的非线性效应和色散相互平衡时，就形成了光孤子。 这种光脉冲信号在光纤的传输过程中将不会产生畸变，脉冲波 就像一个一个孤立的粒子那样传输，故称孤立子（Soliton）。 光孤子脉冲可以再长距离传输过程中，保持形状和脉宽不变。
光纤的结构和分类
光纤中光的传输特性 损耗 色散
光纤的基本传输性能
单模光纤的结构和性能
非线性
光纤的制造工艺和光缆的结构
光纤的非线性光学效应
高强度的电磁场中，光纤对光的效应会变成非 线性。 成因：激光器的输出功率增高，而且光功率被束缚 在很细的线芯中，场强非常高；光纤的损耗 降 低了，使得高场强能维持很长的距离，保证 了 有效的非线性相互作用的相干传输距离。 大容量长距离光纤通信中更甚。 作用：反面 可引起传输信号的附加损耗、波分复用 系统中信道之间的串话，以及信号载波 的移动。 正面 可以被利用来开发如放大器，调制器等
A eff
L
为光纤的非线性系数。
传输L距离后，产生的非线性相移为：
L in
NL
dz P ( z )dz P
0 0
L eff
自相位调制造成光脉冲的频率啁啾。
交叉相位调制 XPM
XPM是任一波长信号的相位受其他波长信号强度起伏的 调制。XPM不仅与光波自身强度有关，而且与其他同时传输 的光波的强度有关，所以XPM总伴有SPM。 光纤中同时传输多个信道时，即使用不同的载频的多个 信号时，会产生XPM。这时信道j的非线性相移可表示为：
斯托克斯 波方向
前向 后向
阈值 高 低
受激散射效应
受激拉曼散射 受激布里渊散射
光纤的非线性效应
折射率扰动
入射光功率低时，可以认为折射率与光功率无关。 入射光功率高时，光纤折射率与光功率的关系如下：
n n0
n2 P A eff
其中：n0为线性折射率，n2为非线性折射率系 数，P为入射光功率，Aeff为光纤有效面积。
色散位移单模光纤
G.653光纤
通过改变波导色散，将零点色散由1310位移到1550nm 使的1550nm处不仅损耗最低而且色散为零，适合长距离高 速率的单信道光纤通信系统。
截止波长位移单模光纤
G.654光纤
零色散波长1310nm 截止波长移到了较长波长 在1550nm区域损耗最小，最佳工作范围1500-1600nm 抗 弯曲性能好 用于无中继的海底光纤通信系统
色散
非线性
光纤的制造工艺和光缆的结构
光纤的制造工艺
原料的提纯 预制棒的熔炼 拉丝和涂覆 10-6 MCVD
汽相化学沉积法
拉丝
光缆的构造