光纖的特性參數可以分為三大類：幾何特性參數、光學特性參數與傳輸特性參數。包括：衰耗系數（即衰減）、色散、非線性特性等。

衰耗系數（衰減）

衰耗系數是多模光纖和單模光纖最重要的特性參數之一，在很大程度上決定了多模和單模光纖通信的中繼距離。

衰耗系數的定義為：每公里光纖對光信號功率的衰減值。其表達式為：

單位為dB/km

其中：Pi為輸入光功率值（W）, Po為輸出光功率值（W）

如某光纖的衰耗系數為a=3dB/km，則lgPi/Po等于10的0.3次方約等于2，意味著經過一公里光纖傳輸 后，其光信號功率值減小了一半。長度為L公里的光纖總的衰耗值為A=aL。

對于單模光纖，現在已能做到0.18dB/km的衰耗甚至更低。對于一個光信號，若經過 EDFA放大后輸出功率為+5dBm,其接收端的接收靈敏度若為-28dBm，則放大增益為 33dB，除以衰耗系數，除數距離為33/0.18=183公里，考慮老化等裕度，實際傳輸距離要小一些。

使光纖產生衰耗的原因很多，主要有：吸收衰耗，包括雜質吸收和本征吸收；散射衰耗，包括線性散射、非線性散射和結構不完整散射等；其它衰耗，包括微彎曲衰耗等。其中最主要的是雜質吸收引起衰耗。在光纖材料中的雜質如氫氧根離子、過渡金屬離子對光的吸收能力極強，它們是產生光信號衰減的重要因數。

因此，要想獲得低衰耗光纖，必須對制造光纖用的原材料二氧化硅進行十分嚴格的化學提純，使其雜質 的含量降到幾個PPb以下，光纖損耗的組成以及如何降低光纖損耗？。

色 散

當一個光脈沖從光纖中輸入，經過一段長度的光纖傳輸之后，其輸出端的光脈沖會變寬，甚至有了明顯的失真，這說明光纖對光脈沖有展寬的作用，即光纖存在色 散。這主要是光脈沖的前端和后端在光纖中傳輸的距離不一致，導致脈沖變寬。

光纖的色散是引起光纖帶寬變窄的主要原因，光纖帶寬變窄會限制光纖的傳輸容量，同時，也限制了光信號的傳輸距離。

G.652光纖是1310nm窗口零色散，在1550nm窗口存在色散，在傳輸10G信號時， 需加色散補償光纖，進行色散補償；G.653光纖是色散位移光纖，在1550nm窗口零色散，可傳輸10G的光信號，但傳輸WDM波分光信號時，因零色散，會產生四波混頻等非線性效應，不能用于WDM波分的傳輸。G.655光纖在1550nm窗口有很小的色散，可用于SDH光信號和WDM信號的傳輸。

光纖的色散可以分為三部分，即模式色散、材料色散和波導色散。

模式色散：主要對多模光纖而言，對單模光纖來說，因只有一個模式傳播，不存在模式色散的問題。

材料色散：是指組成光纖的材料二氧化硅本身所產生的色散。

波導色散：波導色散是指由光纖的波導結構所引起的色散。

其中模式色散的定義：多模光在多模光纖中傳輸時會存在許多種傳輸模式，而每種傳輸模式具有不同的傳播速度和相位，因此雖然在輸入端同時輸入光脈沖信號，但到達接收端時的 時間卻不一致，于是產生了脈沖展寬的現象，叫模式色散。

對于多模光纖而言，由于其模式色散比較嚴重，而且其數值也比較大，其材料色散較小，不占主導地位，波導色散對多模光纖的影響甚小，所以，多模光纖主要考慮其模式色散。而單模光纖傳輸的是一個單模，不存在模式色散，模式色散為零，考慮的是其材料色散和波導色散。光纖的總色散所引起的脈沖展寬可由下式計算：

色散主要用色散系數D(λ)表示。色散系數一般只對單模光纖來說，包括材料色散 和波導色散，統稱色散系數。

色散系數的定義：每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值，與長度呈線 性關系。其計算公式為：

其中：δλ為光源譜寬，是一個模糊的 概念，可不加考慮，只要前后一致即可，D(λ)為色散系數，L為長度，現在的單模光纖色散系數一般為20ps/km.nm。光纖長度越長，則引起的色散總值就越大。色散系數越小，根據上式可知，光纖的帶寬越大，傳輸容量也就越大。

所以傳輸2.5G以上光信號時，要考慮光纖色散對傳輸距離的影響，最好采用零色散的G.653光纖傳輸，但光纖色散為零時，傳輸WDM波分光信號會產生四波混頻等非線性效應，所以色散要小，但不能為零。最終采用的光纖為G.655光纖來傳輸10G的 光信號和WDM波分復用信號。

對于單模光纖，其帶寬系數在25GHz.km以上，但多模光纖的帶寬系數一般在1 GHz.km以下。所以，多模光纖一般用于622M以下短距離的通 信，而單模光纖可用于多種速率的通信，多圖對比，讓你秒懂光纖激光器里的“單?！焙汀岸嗄！?。

帶寬Bc、數值孔徑NA、模場直徑d和截止波長λc

帶寬主要用帶寬系數Bc表示。通過實驗可以發現，如果輸入光信號的功率大小保持不變，隨著調制頻率的增加，通過光纖傳輸后，其輸出光功率會隨發端調制頻率的增加而減小，這說明光纖也存在象電纜一樣的帶寬系數，即對調制光信號的調制頻率有一定的響應特性。像電纜一樣有高頻線、低頻線的區分，且高頻、低頻線的衰減也不一樣。

帶寬系數的定義：一公里長的光纖，其輸出光信號的功率下降到其最大值（直流 光輸入時的輸出光功率）的一半時，此時光信號的調制頻率就叫做光纖的帶寬系數， 即下降一半時光信號的帶寬，也叫3dB帶寬，對于DWDM設備，還有0.5dB帶寬、1dB帶寬、20dB帶寬的特性測試。

需豊注意的是，光信號是以光功率來度量的，一般以dBm為單位，也可用瓦特(W)來表示，W與dBm是可相互轉換的，換算公式為dBm=10lgW，1mW就是0dBm，500uW就是-3dBm左右。

所以3dB帶寬就是光信號輸出功率減少一半時的帶寬，相同的對于電纜來說，一般以6dB帶寬來表示其電能量衰減一半，因為電信號是以電壓或電流來度量的，是以20lg來計算的。

引起光纖帶寬變窄的原因主要是光纖的色散。對于多模光纖而言，傳輸的是多模光信號，帶寬也叫模式色散帶寬，用帶寬系數表示多模光纖的傳輸能力。對于單模光纖，因模式色散為零，也有帶寬系數的概念， 同時引入色散系數的概念。由于單模光纖制造技術的提高，其色散系數一般為20ps/km.nm。

對于單模發送激光器，都會給出一個色散容限值參數，如7200ps,則7200/20=360km,表示此激光器在無電中繼的情況下，可傳輸360km，對于SDH的傳輸，其無電中繼傳輸時，一般不會超過150km, —般不考慮色散容限值這個參數，只有在DWDM中，才考慮這個參數，在DWDM中，無電中繼最大可傳輸640km，所以要求的色散容限值要在12800ps/km以上。

對光纖而言，其帶寬與色散的關系可近似表示為:

Δτ為光纖的模式色散。顯然，光纖的帶寬與色散有關，與長度呈非線性關系，但光纖的衰耗與長度 有，與長度呈線性關系。

帶寬系數Bc是在頻域范圍內描述光纖傳輸特性的重要參數，實際上沿用了模擬通信的概念。對多模光纖來說，測量時，一般用均方根譜寬δf來表述帶寬系數特性，對 單模光纖來說，一般測量3dB和20dB譜寬特性來表述帶寬系數特性。

光纖的均方根譜寬的物理定義：對應于光纖高斯沖擊響應最大函數值的0.61倍時，自變量時間t的數值。一方面在實際工作中，人們在時域內進行測量比在頻域內測量更加方便可行，另一方面光纖的均方根δf與數字光纖通信理論有著更密切的關系，直接和其傳輸的光脈沖的均方根脈寬發生聯系。均方根譜寬不僅能確切地描述光脈沖的特性，而且與光纖通信系統的傳輸中繼距離密切相關，所以在光纖通信的理論中經常用到。

數值孔徑NA

數值孔徑是多模光纖的重要參數，它表征光纖端面接收光的能力，其取值的大小要兼顧光纖接收光的能力和對模式色散的影響。根據全反射的原理，NA的物理意義就是能使光信號在光纖內以全反射形式傳播的接收角θc的正弦值，。

光纖的NA并非越大越好，NA越大，雖然光纖接收光 的能力越強，但光纖的模式色散也越厲害。因為NA越大，則其相對折射率差也就越 大，導致模式色散越大，使傳輸容量和距離變小，對光纖NA的取值有規定，CCITT建 議光纖的NA=0.18?0.24之間。

模場直徑和截止波長是什么？模場直徑d是表征單模光纖集中集中光能量的程度，單模光纖只允許一種模式, 即基模進行傳輸，其模場直徑d的計算公式為：

其中：λ為光波波長（um）, NAt為為單模光纖的最大理論數值孔徑，通過計算，不嚴格的說法就是模場直 徑d和單模光纖的纖芯直徑相近。

截止波長λc

截止波長的含義就是能使光纖實現單模傳輸的最小工作光波波長，如果要傳輸的光信號波長不大于單模光纖的截止波長，不能實現單模傳輸。

光纖傳輸的非線性效應

光纖傳輸的衰耗和色散與光纖長度呈線性變化的，呈線性效應，而帶寬系數與光纖長度呈非線性效應，光纖中的非線性效應是怎么回事？。

非線性效應一般在WDM系統上反映較多，在SDH系統反映較少，因為在WDM設備系統中，由于合波器、分波器的插入損耗較大，對16波系統一般相加在10dB左右，對32波系統，相加在15dB左右，因此需采用EDFA進行放大補償，但在放大光功率的同時，也使光纖中的非線性效應大大增加， 成為影響系統性能，限制中繼距離的主要因數之一，同時也增加了ASE等噪聲。

光纖中的非線性效應包括：

散射效應（受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射 SRS等）

與克爾效應相關的影響，即與折射率密切相關（自相位調制SPM、交叉相位調制XPM、四波混頻效應FWM），其中四波混頻、交叉相位調制對系統影響嚴重。

A, 受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射SRS

從本質上說，任何物質都是由分子、原子等基本組成單元組成。在常溫下，這些 基本組成單元在不斷地作自發熱運動和振動。光纖中的受激布里淵散射SBS和受激拉 曼散射SRS都是激光光波通過光纖介質時，被其分子振動所調制的結果，而且SBS和 SRS都具有增益特性，在一定條件下，這種增益可沿光纖積累。SBS與SRS的區別在 于，SBS激發的是聲頻支聲子，SRS激發的是光頻支聲子。

受激布里淵散射SBS產生原理：SBS是光纖中泵浦光與聲子間相互作用的結果，在使用窄譜線寬度光源的強度調制系統中，一旦信號光功率超過受激布里淵散射SBS的門限時（SBS的門限較低，對于1550nm的激光器，一般為7?8dBm），將有很強的前向傳輸信號光轉化為后向傳輸，隨著前向傳輸功率的逐漸飽和，使后向散射功率急劇增加。

在WDM+EDFA的系統中，注入到光纖中的功率大于SBS的門限值，會產生SBS散射。SBS對WDM系統的影響主要是引起系統通道間的串擾及信道能量的損失。布里淵頻移量在1550nm處約為10?11GHz。

當WDM系統的信道間隔（即波長間隔）與布里淵頻移量相等時，就會引起信道間的串擾，但目前的WDM系統，在32波（包括32波）以下 時，其信道間隔不小于0.8nm,既信道間隔不小于100GHz,可以避免由于SBS產生的信道串擾，隨著WDM朝密集方向的發展，信道間隔越來越小，在信道間隔靠近 10?11GHz時，SBS將成為信道串擾的主要因數。

此外，由于SBS會引起一部分信道功 率轉移到噪聲上，影響功率放大。目前抑制SBS的措施通常在激光器輸出端加一個低 頻調制信號，提高SBS的門限值。

受激拉曼散射SRS產生原理：受激拉曼散射SRS是光與硅原子振動模式間相互作用有關的寬帶效應，在任何情況下，短波長的信號總是被這種過程所衰減，同時長波長信號得到增強。

在單信道和多信道系統中都可能發生受激拉曼散射SRSi僅有一個單信道且沒有線路放大器的系統中，信號功率大于1W時，功率會受到這種現象的損傷，在較寬信道 間隔的多信道系統中，較短波長信號通道由于受激拉曼散射SRS，使得一部分光功率 轉移到較長波長的信號信道中，從而可能引起信噪比性能的劣化。

由于受激拉曼散射SRS激發的是光頻支聲子，其產生的拉曼頻移量比布里淵頻移量大得多，一般在 100GHz?200GHz，且門限值較大，在1550nm處約為27dBm。—般情況下不會發生。但對于WDM系統，隨著傳輸距離的增長和復用的波數的增加，EDFA放大輸出的光信號 功率會接近27dBm，SRS產生的機率會增加。

因G.653光纖的等效芯經面積小于G.652光纖，受激拉曼散射SRS門限值要低于采用G.652光纖的系統，在G.653光纖上產生SRS的概率要大。

B, 自相位調制SPM和交叉相位調制XPM

光纖中的克爾效應是一種折射率的非線性效應，即光纖中激光強度的變化導致光纖折射率的變化，引起光信號自身的相位調整，這種效應叫做自相位調制。

由于折射率對光強存在依賴關系，在光脈沖持續時間內折射率發生變化，脈沖峰值的相位對于前、后沿來說均是延遲的，這種相移隨著傳輸距離的增加而積累起來， 達到一定距離后顯示出相當大的相位調制，從而使光譜展寬導致脈沖展寬，這就稱為 自相位調制SPM。在DWDM系統中，光譜展寬是非常嚴重的，可使一個信道的脈沖光譜與另一個信道的脈沖光譜發生重疊，影響系統的性能。

一般情況下，自相位調制SPM效應只在超長系統中表現比較明顯，同時在色散大的光纖中也表現比較明顯，所以，采用G.653光纖，且將信道設置在零色散區附近，有利于減小自相位調制效應，對于使用G.652光纖，且長度小于1000km的系統，可以在適當的間隔進行色散補償的方法來控制自相位調制SPM效應。

在多波長系統中，一個信道的相位變化不僅與本信道的光強有關，也與其它相鄰信道的光強有關，由于相鄰信道間的相互作用，相互調制的相位變化稱為交叉相位調制XPM。XPM引起的頻譜展寬度與信道的間隔有關，越小，則產生的效應就越大，反之則小。XPM引起的展寬會導致多信道系統中相鄰信道間的干擾。

SPM和XPM在色散大的光纖中產生的效應要比在色散小的光纖中產生效應要大， 在實際系統中可通過采用色散小的G.653和G.655光纖來減小SPM和XPM效應。

C, 四波混頻

四波混頻FWM亦稱四聲子混合，是光纖介質三階極化實部作用產生的一種光波間耦合效應，是因不同波長的兩三個光波相互作用而導致在其它波長上產生所謂混頻產 物，或邊帶的新光波，這種互作用可能發生于多信道系統的信號之間，可以產生三倍頻、和頻、差頻等多種參量效應。

在DWDM系統中，當信道間距與光纖色散足夠小且滿足相位匹配時，四波混頻將成為非線性串擾的主要因數。當信道間隔達到10GHz以下時，FWM對系統的影響將最嚴重。下圖為三個信號的情況下，產生的四波混頻效應：

四波混頻FWM對DWDM系統的影響主要表現在：

（1）產生新的波長，使原有信號 的光能量受到損失，影響系統的信噪比等性能；

（2）如果產生的新波長與原有某波長相 同或交疊，從而產生嚴重的串擾。

四波混頻FWM的產生要求要求各信號光的相位匹 配，當各信號光在光纖的零色散附近傳輸時，材料色散對相位失配的影響很小，因而 較容易滿足相位匹配條件，容易產生四波混頻效應。

目前的DWDM系統的信道間隔一般在100GHz,零色散導致四波混頻成為主要原因，所以，采用G.653光纖傳輸DWDM系統時，容易產生四波混頻效應，而采用G.652或G.655光纖時，不易產生四波混頻效應。