光纤通信ppt课件第二章.ppt

另介绍按照ITU－T建议的分类方法： 按照ITU－T建议，可以分为G.651光纤，G.652光纤，G.653光纤，G.654 光纤和G.655光纤： G.651光纤就是第一代工作在0.85um窗口的多模光纤。 G.652是普通的单模光纤，其零色散波长在1.31um附近，最低损耗窗口在1.55um附近，因此它可以工作在1.31um窗口，也可以工作在1.55um窗口，是目前使用最广泛的光纤。 G.653光纤通过改变光纤的结构参数，将光纤的零色散点从1.31um移到1.55um，即所谓的色散位移光纤（DSF），使得光纤的零色散波长和最低损耗都在1.55um处。 G.654光纤在1.55um波长工作窗口具有极小的衰减，主要用于远距离无需插入有源器件的无中继海底通信系统中。 在现代的密集波分复用系统中，G.653的非线性效应相位匹配条件很容易被满足，因此G.653不适用于密集波分复用系统，这样就发展了G.655光纤，它的零色散波长略小于1.55um，又叫做非零色散位移光纤（NZDSF）。 2.2 光纤传输原理 当光纤的数值孔径角比光源发出的光的发散角小 的多时，要想增加耦合效率，可以利用光锥。光锥 是有一定锥度的光纤，或称锥形光纤。光锥遵从一 个重要的规律，即 ，其中 、 、 、 分 别为光锥两端的直径和入射或出射角。 如图所示，其中 ， 是在光锥侧面光线反射角或入射角的余角。反射表面是光锥的侧面，并不和光锥的轴线平行，因此 。这样当光线从光锥直径小的一端射入，那么随着光锥直径越来越大，光线和光锥轴线的夹角越来越小，光线越来越准直。反之，当光线从光锥直径大的一端射入，那么，随着光锥直径越来越小，光线准直情况越来越差，光线与光锥轴线间的夹角越来越大，甚至发展到有可能在光锥侧面的某一点入射角小于临界角，光线从光锥侧面穿出。因此，如果光线从光锥直径大的一端射入时，如果入射角超过了光锥直径大的一端的接收角，那么，虽然看起来光线似乎进入了光锥，但实际上在光锥侧面上经过多次反射后，它在光锥侧面上的入射角会变得小于临界角而从光锥侧面穿出。当然，如果小发散角的准直光从光锥直径大的一端射入，那么，当光从光锥直径小的一端出射时，单位面积上的出射光通量有可能增大，但这是一牺牲发散角为代价的。一般人容易犯这样的错误，就是用光锥直径大的一端去对着一个发散角大的光源，如发光二极管或者半导体激光器，而用光锥直径小的一端和光纤相接，以为这样就可以象漏斗或者喇叭一样把所有的光都收集会聚起来注入光纤。其实这是错误的。因为一般的发光二极管或半导体激光器的发散角都比光纤接收角或光纤的数值孔径NA大，如果企图用光锥直径大的一端去对着一个发散角大的光源，经过光锥以后，发散角越来越大，所以应该用光锥直径大的一端去对着光纤，直径小的一端对着光源。这种方法佳叫做锥型耦合法。 分析渐变光纤中的光线传输，可以将光纤纤芯 分成无数个同心的薄圆柱层，每一层的厚度趋近于 零，折射率为一个常数，相邻层有一个很小的阶 跃，入射光线在每一层的分界面处发生折射和反 射，每一层的入射角逐渐增大，当到某一层入射角 大于该层与外面层的全反射临界角时，光线发生全 反射，就这样光线被限制在芯层中间传输。 当光线刚好被限制纤芯中传输时，最外面一层和 包层的分界面上入射角应该刚好等于临界角，此时有 ，则 ，而 光线从端面入射进光纤时有 ，故 此时的 为可以将光线限制在光纤中传 输的最大角。 上面用无限分割的方法分析计算了光线在 渐变型光纤中传输时入射光需要满足的条件， 而实际中渐变光纤中的光线传输轨迹是蛇行传 输的曲线，如图所示。 2.3 光纤传输特性 模式色散 不同模式间同一波长的色散，只存在于多模光纤，用几何 光学解释，与芯轴不同夹角的光线（代表不同模式）在同一段 光纤中传输路径不同，故通过时间不同，造成延时，引起色散。 材料色散 由于制造光纤的材料折射率随波长变化而变化引起的色 散，n＝n（λ），引起同一模式不同波长传输速度不同，造成 延时，引起色散。 波导色散 光纤为圆柱形波导，只要是波导材料就有波导色散，与波 导尺寸大小有关，关键参数a/λ，由于a/λ影响传播常数，从 而影响速度，造成延时，引起色散，a/λ越小，波导色散越 大，因此同一光纤内，a一定，波长越长，色散越大，同