张伟刚光纤光学原理与应用第一分析.pptx

1;2;3;4;5;6;7;8;9;10;11;12;13;14;15;16;17;18;19;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;24;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;30;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;34;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;2015/5/20;40;41;数值孔径: 定义光纤数值孔径NA为入射媒质折射率与最大入射角的正弦值之积,即;光纤的光学特性;2.2 光纤的损耗;一、损耗单位;为了方便计算光纤链路中的光功率，通常将dBm作为光功率 的运算单位，这个单位的含义是相对于1mW的功率。;P1(dBm)=10log10[PA(mW)/1mW] P2(dBm)=10log10[PB(mW)/1mW] P1(dBm)-P2(dBm)= 10log10[PA(mW)/1mW]- 10log10[PB(mW)/1mW] =10log10[PA(mW)/PB(mW)] 例1：如果PA的功率为46dBm，PB的功率为40dBm,则PA比PB大 6dB。 46dBm-40dBm=6dB 10log10[PA/PB]=6 PA/PB=100.6=3.98≈4 ;Pin(dBm)=10log10[Pin(mW)/1mW] =10log10[200×10-3mW/1mW]=-7dBm 在z=30km时的输出功率（用dBm表示） Pout(dBm)=Pin(dBm)-αz =-7dBm-0.8dB/km×30km =-31dBm Pout=10-31/10(mW)=0.79×10-3mW=0.79uW;例3：注入单模光纤的LD功率为1mW，在光纤输出端光电探测 器要求的最小光功率是10nW，在1.3um波段工作，光纤衰减 系数是0.4dB/km,请问无须中继器的最大光纤长度是多少？ 解：从式 得到：;二、损耗产生的原因;;;2.散射损耗;瑞利散射引起的本征损耗可表示为： аR=c/λ4 在0.8um处，аR已达2dB/km,瑞利散射是限制短波长通信的主要因素。在1.55um处аR在0.12-0.15dB/km,当然波长更长会进一步减小，但红外吸收损耗会迅速增加。瑞利散射和红外吸收共同决定了1.55um附近石英光纤最低的损耗系数。;② 光纤结构不均匀引起的散射损耗 纤芯-包层的界面不完整，芯径变化，圆度不均匀，光纤中残留 气泡和裂痕等。 ③ 非线性效应散射损耗：受激拉曼散射和受激布里渊散射;3.弯曲损耗;光纤受力弯曲有两种类型： 宏弯：光纤弯曲半径比光纤直径大得多的弯曲 微弯：光纤成缆时产生的随机性的扭曲 为减小弯曲损耗，通常在光纤表面加一种护套，当受外力作用时，护套发生变形，而光纤仍可以保存准直状态。;三、损耗曲线;2.3 光纤色散;;色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生码间干扰，给信号的最后判决造成困难;1、相速度和群速度 相速度：（单色光）等相位面的传播速度。 设 E=E0cos(wt-kz) 由相位不变的条件： wt-kz=常量 ;设角频率分别为w1和w2的两单色光波沿z方向传播，它们的 波动公式为： E1=E0cos(w1t-k1z) E2=E0cos(w2t-k2z) 这两个光波的叠加得到： E=E1+E2 = E0cos(w1t-k1z)+ E0cos(w2t-k2z) 引入平均角频率 和平均波数 以及调制频率 和调制波数 ;则有： ;由振幅不变条件： wmt-kmz=常量 ;群速度是波长的函数，不同波长的电磁波以不同速度在介质中 传播，那么在传播方向的单位距离上不同波长的电磁波所需的 时间都不一样，从而产生时延差。这种时延差所造成的后果就是 是光脉冲传播时得到展宽。;2.群延时 ;3.色散系数 引进色散系数D，指的是光信号在单位轴向距离上、单位波长间隔 产生的时延差： 群速率色散参数β2;例如：半导体激光器LD的线宽为2nm，标准单模光纤 D=17ps/(km?nm),传输100km,则脉冲展宽？ 解： 脉冲展宽： ;二、色散分类;石英材料的折射率随光波长变化的曲线图;在已知材料色散引