高等光学cxr__第15讲讲述.ppt

（1）材料吸收 本征吸收——物质的固有吸收； 紫外吸收——称为电子共振吸收，是由于在高能级激发下，石英材料产生了受激跃迁，发生在紫外0.4微米。 红外吸收——称为分子共振吸收，是因为光子与石英分子振动之间交换能量造成的，其峰值出现在微米光波长附近，在光子的作用下，石英结构会产生振动；Si-O健振动波长在7.2mm，杂质链如P-O（8.1mm）、B-O（7.2mm）、Ge-O(11.0mm）它们在0.8-1.7mm为低损窗口。为了使红外吸收峰的高波长延伸，非O玻璃正在研究如氟化物氯化物等。 损耗产生的原因 非本征吸收——在生产石英光纤中，由于一些金属元素杂质是非本征吸收的一个重要根源，这些金属如铁铜铬。在石英中，水分子解析出来的OH-1离子也是非本征吸收的重要原因。在图中，峰与峰之间留下低损窗口波长为1.31um、1.55mm可以进行光通讯波段。 i） 瑞利散射 玻璃在加热过程中，热扰动不均匀造成线度小到可以与波长接近的不均匀折射率起伏。 材料组分，密度不均匀造成的瑞利散射因子可以表示为： （2）散射损耗 p为平均光弹系数，T为温度，bco绝对压缩率 损耗因子 ii）米氏散射 不均匀引起的线性散射，如光纤非圆对称芯与包层界面不规则、芯与包层折射率不一致、光纤直径起伏、应力不均匀，微小气泡。米氏散射基本上是向前的，用工艺、设计可以减少。 iii）非线性散射损耗 当传输功率密度超过一定限度时，某些散射会产生非线性效应，使得光频率发生变化 受激布里渊散射 光纤中分子振动引起光调制，即媒质产生密度起伏，形成一个光栅，该光栅相当于超声波，当光入射时，产生多普勒平移，出现上下两个边带，在散射给出中，产生一个散射光子和一个声子，散射光子的频率于散射角有关，反向时频移最大，因此受布里渊散射主要表征是背向散射。 产生布里渊散射的门限功率可表示为： d—光纤直径， —波长， —光损db/km， —光源的带宽GHz 受激拉曼散射 分子内部的转动和振动变化引起的，这种改变将吸收和放出能量，使得光子的频率发生改变与受激布里渊散射过程相同，但门限不同，为： n1 n1- n n1 n1+ n （3）弯曲损耗 光纤的过分弯曲造成的损耗称为弯曲损耗。 由于渐消尾，部分光功率存在在包层介质中，在弯曲段的外侧，要保持原来的波前平面，就要求该部分渐消尾光波速度大于该介质中的光速这是不可能的，于是该模式这部分光功率产生辐射变成损耗。 That’s all. Good Lucky ! m ? 2，截止状态特征方程为： 归一化截止频率为： （ m = 2、3、4 - - -，n =1、2、3 - - - ） m是贝塞尔函数的阶数，n是贝塞尔函数的零点； 当m = 2时，就是零阶贝塞尔函数的根，与TE01模和TM01模具有相同的截 止参数，成为简并模。 例：某光纤 a = 4.0?m，? ? 0.003 ，纤芯折射率n1=1.48， 对TE01和TM01模： 最简单的模式TE01模和TM01在工作波长 ?=1.31 ?m时不能传播，只能传播?=0.85 ?m的光波。 对EH 11模： ?=0.85 ?m的光波也不能传播。 光通信工作波长在1.31 ?m和1.55 ?m，早期的协议规定用1.31 ?m，如果取 ? ? 0.003 ， n1=1.46，则光纤的半径应该满足： 这就是单模光纤直径选在8~9 ?m的依据。 （2）对于斜射光线，m≠0，此时，直接求解本征方程是很复杂的，在远离截止条件 下解本征方程知：这时存在着两种不同的模式，相应场的纵向分量 均不为零，但与横向分量相比都弱得多，称混合模。这两种模是+1对应的的EH模和 -1对应的HE模，它们在边界上( )横向分量均为零，且在同一 m 值下，传输的能量比较，HE模比EH模更集中于光纤中心，而 m 越大，场越集中于边界；两种模式横向分量振幅相等，但位相不等，EH模的 超前 相位 ，HE模的 落后 相位 。EH和HE模的阶次表示为 和 ，其中 m 表示场沿角向变化周期次数，n 表示径向变化周期次数（不含原点O）。 （1）对于子午光线，m=0，这种光线在光纤中的行为类似平面波导的情形，因而可能存在TE、TM两种模式，且两种模式均只有三个场分量（TE模