光纤光学第二章光纤的特性.pptVIP

Chapter 2 第二章光纤的特性 光纤光学 §1.光纤的损耗 光纤的一个重要的参量是光信号在光纤内传输时的功率损耗，若P0为入纤功率，传输功率： 光纤的损耗 吸收损耗 ---- 物质的吸收作用将传输的光能变成热能，从而造成光功率的损失。吸收损耗有三个原 因，一是本征吸收，二是杂质吸收，三是原子缺陷吸收。光纤材料的固有吸收叫做本征吸收，它与电子及分子的谐振有关。 --- 由于一般光纤中含有铁、锚、镍、铜、锰、铬、钒、铂等过渡金属和水的氢氧根离子，这些杂质造成的附加吸收损耗称为杂质吸收。 ---- 原子缺陷吸收是由于加热过程或者由于强烈的辐射造成， 玻璃材料会受激而产生原子的缺陷，引起吸收光能，造成损耗。 光纤的损耗 散射损耗 ---- 由于光纤材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀，使得光纤中出现折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部。 ---- 物质在强大的电场作用下，会呈现非线性， 即出现新的频率或输入的频率得到改变。 这种由非线性激发的散射有两种即受激喇曼(Raman)和受激布里渊(Brillouin)散射。 This is caused by the fact that the refractive index of the glass we are using varies (slightly) with the wavelength. Some wavelengths therefore have higher group velocities and so travel faster than others. Since every pulse consists of a range of wavelengths it will spread out to some degree during its travel. 材料色散 材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。 §4.偏振光在光纤中传输 1. 矩阵表示法—— Jones矩阵 偏振光通过光学元件的表达： * Chapter 2 W-C Chen Foshan Univ. 损耗和色散是光纤最重要的传输特性！ 损耗限制系统的传输距离!色散则限制系统的传输容量! PT=P0e-αL 光纤损耗： 用dBm表示 普通单模光纤的衰减随波长变化示意图 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 衰减（dB/km） 第一窗口 第二窗口 波长——λ（μm） 6 5 4 3 2 1 0。4 0。2 第三窗口 C 波段 1525~1565nm 1.57 1.62 L波段 纯石英中由瑞利散射和吸收引起的本征损耗。纯石英的高吸收区在紫外线和超过2μm的远红外线。但是OH（杂质）的吸收峰在2.37μm，1.37 μm和1.23 μm是其谐波。 结论：石英光纤在1.55μm损耗最小，少量OH导致显著吸收峰1.37μm、1.23μm。 色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。 劣化的程度随数据速率的平方增大 决定了电中继器之间的距离 §2.光纤的色散 模间色散(多模色散)(Mode Dispersion) 色度色散(Chromatic Dispersion) 偏振色散(Polarization Mode Dispersion) 色散的种类： 色散对光传输系统的影响 如果信号是数字脉冲，色散产生脉冲展宽(Pulse broadening)。 所以，色散通常用3 dB光带宽f3dB或脉冲展宽Δτ表示。  用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成 Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)/2 Δτn ——模式色散； Δτm ——材料色散； Δτw ——波导色散 所引起的脉冲展宽的均方根值。 以不同入射角进入光纤的光线将经历不同的途径，虽然在输入端同时入射并以相同的速度传播，但到达光纤输出端的时间却不同，出现了时间