光纤光学实用PPT学习教案

1、会计学1光纤光学实用光纤光学实用Chapter 22PT=P0e-L光纤损耗光纤损耗：用用dBm表示表示第1页/共23页Chapter 23第2页/共23页Chapter 24(Raman)(Brillouin)散射。散射。第3页/共23页Chapter 25普通单模光纤的衰减随波长变化示意图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（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段纯石英中由瑞利散

2、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2m的远红外线。但是的远红外线。但是OH（杂质）的吸收峰在（杂质）的吸收峰在2.37m，1.37 m和和1.23 m是其谐波。是其谐波。结论：石英光纤在结论：石英光纤在1.55m损耗最小，少量损耗最小，少量OH导致显著吸收峰导致显著吸收峰1.37m、1.23m。第4页/共23页Chapter 26第5页/共23页Chapter 27( (Dispersion) )是在光纤中传输的光信号，由于不同成分是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的的光的不同而产生的一种物理效应。

3、不同而产生的一种物理效应。2.2.光纤的色散光纤的色散色散的种类：色散的种类：第6页/共23页Chapter 28色散对光传输系统的影响色散对光传输系统的影响 如果信号是如果信号是，(Pulse (Pulse broadening)broadening)。 所以，所以，通常用通常用或或脉冲展宽脉冲展宽表示。表示。 用脉冲展宽表示时，用脉冲展宽表示时， 光纤光纤可以写成可以写成 =(=(2 2n n+2 2m m+2 2w w) )/2/2 n n ； m m ； w w 所引起的脉冲展宽的所引起的脉冲展宽的。第7页/共23页Chapter 29对于阶跃光纤：对于阶跃光纤：所有所有 大于临大于临

4、界角界角 C C的光的光线都被限制线都被限制在纤芯内。在纤芯内。第8页/共23页Chapter 2102211sinnncLLLcnTccnnBLBT2121第9页/共23页Chapter 211和和总称为总称为(Chromatic Dispersion)，常简称为色散，它是常简称为色散，它是随随变化产生的结果。变化产生的结果。第10页/共23页Chapter 212002020200dndcLdddwdkvg1)(wncwdwd)()(wncwwk000)(11ddnncvg0000ddnncLvLg9202200101dndcDm第11页/共23页Chapter 213 波导色散是模式本身

5、的色散。即指光纤中某一种导波模式在不波导色散是模式本身的色散。即指光纤中某一种导波模式在不同的频率下，相位常数不同，群速度不同而引起的色散。同的频率下，相位常数不同，群速度不同而引起的色散。 波导色散是光纤波导结构参数的函数，在一定的波长范围内波导色散是光纤波导结构参数的函数，在一定的波长范围内，波导色散与材料色散相反为负值，其幅度由纤芯半径，波导色散与材料色散相反为负值，其幅度由纤芯半径a a 、相对、相对折射率差折射率差 及剖面形状决定。及剖面形状决定。)(212vbnnncw2221nnacwvbvdvdcnncndwdvg2121bvdvdncLvLgw12122121222112nn

6、nnnn 2200120dvbvdvncLddw122201210dvbvdvcnDw第12页/共23页Chapter 214第13页/共23页Chapter 2151550nm1310nm色色散散p ps s/ /n nm m k km m普普通通光光纤纤( (S SM MF F) )非非色色散散位位移移光光纤纤（N ND DS SF F，G G. .6 65 52 2）已已有有光光纤纤的的 9 95 5% %波波长长 色色散散位位移移光光纤纤（D DS SF F, ,G G. .6 65 53 3）非非零零色色散散位位移移光光纤纤（N NZ ZD DS SF F, ,G G. .6 65

7、55 5）180D DW WD DM M波波长长范范围围 通常通过采用复杂的折射率分布形状和改变剖面结构参数的通常通过采用复杂的折射率分布形状和改变剖面结构参数的方法获得适量的负波导色散来抵消石英玻璃的正色散，从而达到方法获得适量的负波导色散来抵消石英玻璃的正色散，从而达到移动零色散波长的位置，即使光纤的总色散在所希望的波长上实移动零色散波长的位置，即使光纤的总色散在所希望的波长上实现总零色散和负色散的目的。正是这种方法才研制出色散位移光现总零色散和负色散的目的。正是这种方法才研制出色散位移光纤、非零色散位移光纤。纤、非零色散位移光纤。第14页/共23页Chapter 216第15页/共23页

8、Chapter 217 实际光纤难以避免的形状不完善或应力不均匀，必定造成折实际光纤难以避免的形状不完善或应力不均匀，必定造成折射率分布射率分布，使两个偏振模具有不同的传输常数，使两个偏振模具有不同的传输常数(xy)。 在传输过程要引起在传输过程要引起的变化，的变化， 我们把两个偏振模传输常我们把两个偏振模传输常数的差数的差(x-y)定义为定义为， 通常用归一化双折射通常用归一化双折射B来表示，来表示， 式中，式中， =(x+y) / 2为两个传输常数的平均值。为两个传输常数的平均值。)(yx两个正交偏振模的相位差达到两个正交偏振模的相位差达到2的光纤长度定义为拍长的光纤长度定义为拍长Lb2b

9、L双折射双折射 偏振色散偏振色散 限制系统的传输容量限制系统的传输容量。第16页/共23页Chapter 218 合理的解决办法是通过光纤设计，引入合理的解决办法是通过光纤设计，引入，把，把B B值值增加到足以使增加到足以使保持不变，或只保存一个偏振模式，实保持不变，或只保存一个偏振模式，实现现。 和和为为。第17页/共23页Chapter 219yExEEyx 对于平面波：对于平面波：)(0 xztixxeEE)(0yztiyyeEE)(0yxioyxyxeEEEE用矩阵表示用矩阵表示iixyiyxeReEEeEE110000第18页/共23页Chapter 220各种偏振态的各种偏振态的J

10、ones矢量表示矢量表示水平线偏振水平线偏振 01垂直线偏振垂直线偏振 1045线偏振线偏振 112145线偏振线偏振 1121右旋圆偏振右旋圆偏振 i121左旋圆偏振左旋圆偏振 i121相位角差相位角差 决定合成后的偏振态的特性。决定合成后的偏振态的特性。第19页/共23页Chapter 221cossinsincos00cossinsincosiieeMinyxoutyxEEDCBAEEinyxnnnnoutyxEEDCBADCBAEE 1111例：例： 光通过双折射光纤的矩阵表示法光通过双折射光纤的矩阵表示法双折射光纤矩阵：双折射光纤矩阵： inyxiiiioutyxEEeeeeEE45cos45sin45sin45cos00cossinsincos00cossinsincos1122通过两段双折射光纤的表达：通过两段双折射光纤的表达：第20页/共23页Chapter 2222. 邦加莱球（邦加莱球（Poincare）图示法）图示法221|yxAAs)Re(2*2yxAAs )Im(2*3yxAAs 第21页/共23页Chapter 223作业作业1. 说明利用材料色散与波导色散制作说明利用材料色散与