光纤传输理论及基本特性.pptVIP

精密仪器与光电子工程学院 由于折射率是波长的函数，白光入射到棱镜上之后，出射光产生了色散现象 * 弯曲损耗是光信息传输所受衰减的主要原因之一，它与光纤敷设的弯曲半径有关，最小弯曲半径常作为光纤的一项参数给出。关于最小弯曲半径的经验数据是，对于长期应用，弯曲半径应超出光纤包层直径的150倍；对短期应用，应超过包层直径的100倍。如果包层直径为125μm的话，这两个数值分别19mm和13mm。 2.4 单模光纤 1 2.4.1 单模光纤的截止波长 2 2.4.2 单模光纤的模场直径 3 2.4.3 单模光纤的极化和双折射 精密仪器与光电子工程学院 由前面讨论中知道：光纤中只传输一个基模LP01(HE11)模的条件是v ≤ vc = 2.4048。由v的定义，若光纤结构参数(a,n1和△)已知，必存在一个波长λc，使光纤的归一化频率v = vc 。 当λλc时，v vc ，满足单模传输条件， 当λλc时，v vc ，必然出现LP11等高阶模，称为多模光纤。 (31) 精密仪器与光电子工程学院 2.4.1 单模光纤的截止波长 [例] 已知一阶跃光纤，n1 = 1.487，△ = 0.37％, 2a = 8.3μm， 在λ = 1.55μm，1.31μm，0.85μm时， (1)考察光纤中传输那些矢量导模？ (2)若在上述任意波长下保证单模传输，问光纤芯径2a的值？ [解] 精密仪器与光电子工程学院 2.4.1 单模光纤的截止波长 将式(31)改写，得到截止波长的表达式 λc称为单模光纤的截止波长。当波长大于λc ，给定 的光纤变为单模光纤，光波传输成为单模传输。它是 表征单模光纤特性的重要参数之一，可与 v 值互相替 换使用。 在光纤出厂时，截止波长、芯径和相对折射率差是作为光纤参数给出的。 精密仪器与光电子工程学院 2.4.1 单模光纤的截止波长 (32) 由前面的讨论，光纤中的LP01模电场沿径向的分布规律：在光纤芯中为0阶贝塞尔函数，在包层中为0阶变质贝塞尔函数 精密仪器与光电子工程学院 2.4.2 单模光纤的模场直径 实际问题中，往往把LP01模的光功率分布近似为高斯分布 模场直径(MFD)：把光功率分布下降到 处所对应 的直径 定义为模场直径。 模场直径直接描述了单模光纤中光功率被束缚的情况，反映了单模的工作状态(远离或靠近截止)。 精密仪器与光电子工程学院 2.4.2 单模光纤的模场直径 模场直径和归一化频率v的关系 [例]一单模光纤，芯径7μm，折射率1.458，包层折射率1.452。当 光源工作波长为1.3μm，1.5μm时，计算光纤单模工作时的截 止波长，v 数和模场直径MFD。 答案：1.208μm；2.236/1.938；8.57/8.8 μm。 精密仪器与光电子工程学院 2.4.2 单模光纤的模场直径 单模光纤中传输的LP01(HE11)模实际上是由两个正交的偏振模式 和 简并的，理想情况下，它们的传播常数相等，即 βx＝βy。 由于实际光纤的不完善，如椭圆横截面，内部残余应力等，引 起折射率各向异性，使得 和 的简并受到破坏，即： βx≠βy，从而产生附加相位差 ，这种现象称为双折射。 精密仪器与光电子工程学院 2.4.3 单模光纤的极化和双折射 (33) 精密仪器与光电子工程学院 2.4.3 单模光纤的极化和双折射 拍长Lp：表征单模光纤双折射的常数，其定义为 物理意义：相位差变化2π，在光纤轴向传播的距离。(单位：m) (34) 精密仪器与光电子工程学院 习 题 单模光纤的模场直径是否等于光纤芯径？试定性说明模场直径与光纤结构参数的关系。 单模光纤的模场直径与入射光波长是否有关系？为什么？ 什么是单模光纤的双折射？ 什么是单模光纤的拍长？物理意义？ 2.5 光纤的传输特性 1 2.5.1 光纤的传输损耗特性 2 2.5.2 光纤的色散特性 精密仪器与光电子工程学院 2.5.1 光纤的传输损耗特性 精密仪器与光电子工程学院 2.5.1 光纤的传输损耗特性 损耗的几种表示方法 A. 功率损耗系数α(1/Km) (35) 精密仪器与光电子工程学院 2.5.1 光纤的传输损耗特性 损耗的几种表示方法 B. 功率损耗分贝数(dB/Km) (36) 精密仪器与光电子工程学院 2.5.1