光纤的双折射及偏振特实用教案

1、2021-11-29Optical fiber communications023220223223第1页/共11页第一页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications二、线双折射A. 参数(cnsh)：1、线双折射率：yxL)()/()(exp)()/()(exp)()()/(exp000000000UJaUrJztjEEUJaUrJztjEEjeieUJaUrJtjEjEiEEyyxxzjzjyxyx2、归一化双折射B：effyxyxLnnnkkBB000k：真空(zhnkng)总的波数yxyxLPLPnn,：模的等效(dn xio)折射率指数ef

2、fn：等效折射率指数差第2页/共11页第二页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications3、拍长 ：BL由于(yuy)光纤中存在线双折射，两正交线偏振光的相位差沿光纤变化，从而使合成(hchng)光的偏振态沿光纤周期性变化。偏振态完成一个周期变化的光纤长度，叫做拍长。在一个拍长上，两正交偏振光的相位差变化了2，因而有：BLLLBBL022 双折射越厉害，拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界干扰(gnro)的长度周期，它就可抵御这种干扰(gnro)而有保持偏振状态的能力。4、消光比和功率耦合系数。用在传输过程中，两个正交的线偏振模之间存在耦合，如在光纤

3、输入端激发x方向的线偏振模，其功率为在光纤的输出端出现了y方向的线偏振模，其功率为xP，由于耦合，yP消光比和功率耦合系数h来表示这一对正交线偏振模的耦第3页/共11页第三页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications合作(hzu)用：yxPPhL )tan(L：光纤长度；h：耦合系数；这两参数(cnsh)说明光纤的保偏能力，、h越大，保偏能力(nngl)越强。三、光纤的线双折射A：光纤截面的非圆性变形xyab1n2n椭圆度：双折射率：2/1abe232)2(2eL限定最短的拍长minBL：拍长最小对应最大上折射min2102maxmin15 . 2

4、21BLneab第4页/共11页第四页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications例：5 .95/,50,3 . 1,003. 0,46. 1min1abmLmnB若。B. 应力(yngl)双折射光纤中的应力双折射是由于(yuy)光弹效应引起的，光纤材料本身是各向同性的介质。因而不同方向的电场分量所遇到的折射指数相同(xin tn)，设为n。当光纤受力时，引起了弹性形变，通过光弹效应该形变可引起折射指数的变化，使材料变为各向异性，从而呈现出双折射。1. 光纤弯曲ARayx2. 光纤侧向受压力xyFA：光纤外径R：曲率半径第5页/共11页第五页，共12

5、页。2021-11-29Optical fiber communications线双折射：2121130)1)(25. 0RAppnkyxlP：弹光子(gungz)数，二阶张量333231232221131211pppppppppp对石英玻璃(sh yn b l)jijip27. 012. 0弯曲光纤相当于一线延迟器。适当选取曲率(ql)半径R和弯曲光纤的圈数可做成光纤型的/4/4“波片”或/2“波片”。这可以用来构成光纤型偏振控制器。2. 光纤侧向受压力设单位长度所加压力为F，则应力双折射率为：AFppEknl)(141211030A：光纤外径；E：材料的杨氏弹性模量，对石英玻璃：210/1

6、05 . 6mNE第6页/共11页第六页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications：材料(cilio)的泊松比，对石英玻璃： 0.6光纤的侧向受压也得到光纤线延迟(ynch)器，其线延迟(ynch)量由压力F决定。四、单模光纤的偏振(pin zhn)色散由于存在双折射，单模光纤中基模yxLPLP ,的相位常数yx,不同，从而引进偏振色散，设这两个模式传输单位长度所用的时间各为yx,，于是单位长度上产生的时延差为:ddddddyxyx0等效折射指数：yxnn ,cnnkcnnkyyyxxx00,故：cnndnndccnndnndcyxyxyxyx)(

7、)(10第7页/共11页第七页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications五、圆的双折射：光纤对左旋和右旋圆偏振光有不同(b tn)的相位常数，从而引起(ynq)该两圆偏振光不同的相位变化，称为圆双折射。A. 参数(cnsh)1、光纤的圆双折射率LRRLR,左右旋圆偏振光的相位常数。 2、归一化双折射率0kBRRB. 圆双折射对偏振态的影响1、线偏振光通过圆双折射光纤后仍为线偏振光，但其方向旋转了角度，这种光纤的作用相当于一个旋光器。以x方向的线偏振为例：输入光：jjE121121011第8页/共11页第八页，共12页。2021-11-29Optic

8、al fiber communications经过(jnggu)L的光纤后，2E输出(shch)LLjLjLLLLLLLjLjjLjLjLjjLjjERLRLRLRLRLRLRRLRLRLRL22)2exp(sincos)2exp(2sin2cossinsincoscos21)exp()exp()exp()exp(21exp121exp1212第9页/共11页第九页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications2、旋光率：单位长度(chngd)上旋过的角度22RLRLLHW11、平板(pngbn)波导。mdnnn5, 4 . 1,45. 1, 5 . 1321求出TE模最低的3个模式(msh)的截止波长。作出对作图法求解曲线。的光波，画出最低三个模式的场的横向分布。m10m10的光波的本征方程。第10页/共11页第十页，共12页。2021-11-29Optical fiber communications谢谢您的观看(gunkn)！第11页/共11页第十一页，共12页。NoImage内容(nirng)总结2021/11/20/周六。Optical fiber communications。A. 参数：。由于光纤中存在线双折射，两正交线偏振光的相。位差沿光