§2光纤和光缆总结..doc

第二章 光纤 光纤特性 1）几何结构：纤芯、包层、涂敷层、套塑。 2）光学特性：用剖面折射率分布和数值孔径描述。 3）传输特性：用损耗和色散（或带宽）来描述。 光纤分类 折射率分布 阶跃型光纤（SI） 渐变（梯度）型光纤 （GI） 式中 传输模式 多模光纤 式中 归一化频率： 单模光纤： 数值孔径： 单模光纤：时，光纤中只有主模，其他模均遭到截止，实现单模传输，这类光纤称为单模光纤。 两个特征参数 截止波长：它是由次高模的确定 （工作波长） 模场直径:表示纤芯中光功率的集中程度，是以纤芯中光场强度减少为时的半径。 单模光纤的性质 在单模光纤中，由于只有一个主模可传输，故没有模间色散，只存在模间色散（材料色散和波导色散），而这两种色散在附近处大小相等，符号相反，总色散为零，所以称为零色散波长，可用于大容量远距离光纤通信系统。 ② 单模光纤中的偏振——双折射特性 光矢量在空间的取向称为光的偏振（在电磁场理论中称电磁波极化）通常用电场强度的端点在空间所描述的轨迹来说明光的偏振或电磁波的极化状态，分为线偏振光（线极化波）、圆偏振光（圆极化波）、椭圆偏振光（椭圆极化波）。 由于外界各种因素的影响及内应力的作用，单模光纤中主模模（和）两个正交极化模的传输常数不等，两个模在传输过程中不再简并，引起偏振模式色散－单模光纤中的双折射现象（输入光的偏振态不再与输出光的偏振态一致），表现出基模偏振态的不稳定。 偏振色散引起单位长度上时延差为： 3) 单模光纤偏振态的几个物理量 ① 归一化双折射 （两个正交偏振模有效折射率差大小，反映了单模光纤双折射大小） 拍长：单模光纤中，两个正交的偏振模和间的位相差 时，光在光纤中传输长度称为拍长， 而。 （在制造中尽量消除这种现象，从而保持单模光纤的偏振状态不变，这类光纤称为保偏光纤） 光纤的损耗特性 吸收损耗 材料固有吸收（本征吸收）：紫外吸收、红外吸收。 杂质吸收：OH根离子吸收、过渡金属离子吸收。 原子缺陷吸收 散射损耗 瑞利散射（材料密度、折射率不均匀引起） 波导散射（光纤结构不完善引起）。 非线性散射：大到一定程度引起非线性拉曼散射、受激拉曼散射、受激布里渊散射。 以上，①和②为线性散射损耗。 3）弯曲损耗 光纤的色散特性 色散 ①模间色散：只存在于多模光纤中。 ②材料色散：同一材料对不同波长折射率不同，传输速度不同，光脉冲被展宽。 ③波导色散：结构色散，波导结构不完整，引起包层模，由于包层和纤芯折射率不同，光脉冲传输速度不同。 ④偏振色散：在单模光纤中占主导地位。 群时延：光脉冲沿光纤单位长上传播的延时时间。 时延差：表示光纤色散（脉冲展宽程度）。 例子：多模光纤 光线1： 光线2： 单位长度时延差 带宽：定义为接收光功率下降到直流功率一半时的频率 6.由弱导近似下的标量模的特征方程得: 标量模，它与矢量模间存在一一对应关系： 时， 时， 时， 7.归一化变量： 导波径向归一化相位常数和衰减常数 归一化传播常数 纤芯内为导波场，包层中为衰减场。 纤芯内场被截止，包层场向外幅射，光纤出现辐射模。 导波处于临界状态，为导波截止条件。 导模传输条件： (为常数)，  + 阶跃型 ： 梯度型 ：