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光纤通信原理 第三讲 主讲 徐文云2004年4月1日 1 2 3 3截止的概念一 什么是截止所谓截止 是指光纤中的导波截止 当光纤中出现了辐射模时 即认为导波截止 导波 应限制在纤芯中 被纤芯和包层的界面来导行 沿轴线方向传输 1 导波传输常数的变化范围K0n2 k0n12 导波截止的临界状态当 1 c时 导波处于截止的临界状态 3 导波截止状态当 k0n2时 即认为出现了辐射模 导波处于截止状态 2 三 LP模的归一化截止频率1 LP模弱导波光纤中存在的电磁场模式可近似地认为是线极化波 用LPmn表示 不同m n的组合 即对应着不同的模式 2 LP模的归一化截止频率如果将光纤所传信号的归一化频率值V与某一模式的归一化截止频率Vc相比 若V Vc 则这种模式的光信号可在光纤中导行 若V Vc 则这种模式截止 即导行条件为 V Vc截止条件为 V Vc临界条件为 V Vc 3 当m 0 n 1时 所对应的LP01模的归一化截止频率最低 此模式的Vc 0 如果将频率变换为波长 就可以说LP01模的截止波长最长 LP01模是阶跃型光纤中的最低工作模式 其余所有模式均为高次模 这个最低工作模式又称为是阶跃型光纤中的基模 如果在阶跃型光纤中只传输LP01时 则此阶跃型光纤即为阶跃型单模光纤 简称为单模光纤 4 四 多模光纤中导模数量的估算 补充 1 归一化频率 2 阶跃型光纤中导模数量的估算在光纤中 当不能满足单模传输条件 0 V 2 405 时 将有多个导波同时传输 故称为多模光纤 传输模数量的多少 用M表示 5 3 渐变型光纤中导模数量的估算 从式中看出 渐变型光纤中的模数量与光纤的归一化频率的平方成正比 在相同V的情况下 它比阶跃型光纤中的模数量减少一半 6 2 4单模光纤 2 4 1单模光纤的单模传输条件一 单模光纤的主模和第一高次模把光纤中的最低工作模式称为主模 或基模 主模的归一化截止频率Vc最低 光纤中除主模之外 其它所有模式统称为高次模 二 单模传输条件Vc LP01 V Vc LP11 即0 V 2 405这时只传主模LP01 7 2 4 2单模光纤的特性参数一 衰减系数 二 截止波长 c 8 2 5光纤的损耗特性及色散特性 2 5 1光纤的损耗特性一 吸收损耗1 本征吸收 1 紫外吸收 2 红外吸收2 杂质吸收二 散射损耗1 瑞利散射2 结构缺陷散射 9 2 5 2光纤的色散特性一 光纤色散的概念光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不同频率成分或不同的模式 在光纤中传输时 由于速度的不同而使得传播时间不同 因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后 从而产生波形畸变的一种现象 二 色散的表示方法色散的大小用时延差表示 10 三 光纤中的色散1 模式色散在多模光纤中 不同模式在同一频率下传输 各自的相位常数不同 群速不同 模式之间存在时延差 这种色散称为模式色散 它是以光纤中传输的最高模式与最低模式之间的时延差来表示的 11 2 材料色散材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率而变化 使得信号各频率成分的群速不同 引起的色散称为材料色散 3 波导色散所谓波导色散 是对于光纤某一个模式而言 在不同的频率下 相位常数 不同 使得群速不同而引起的色散 材料色散和波导色散都是由于光波的相位常数 随频率变化而引起的色散 因此 这两种色散都属于频率色散 12 13 14 2 7几种特殊的光纤 一 色散位移单模光纤 G 653 15 二 非零色散光纤 G 655 三 色散平坦光纤四 色散补偿光纤 16 作业 1 对称式薄膜波导 n1 3 6 n2 3 55 求形成导波的入射角变化范围 2 对称式薄膜波导 当n1