光纤通信原理xu3

1、光纤通信原理光纤通信原理(第三讲）第三讲）主讲：徐文云2004年4月1日 2.3.3截止的概念截止的概念 一、什么是一、什么是截止截止 所谓截止，是指光纤中的导波截止。当光纤中出现所谓截止，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。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。行，沿轴线方向传输。 1、导波传输常数的变化范围、导波传输常数的变化范围 K0n2k0n1 2、导波、导波截止的临界状态截止的临界状态 当当1 =c时，导波处于截止的临界状态。时，导波处于截止的临界状态。 3、

2、导波截止状态、导波截止状态 当当k0n2 时，即认为出现了辐射模，导波处于截止时，即认为出现了辐射模，导波处于截止状态。状态。 三、三、LP模的归一化截止频率模的归一化截止频率 1、LP模模 弱导波光纤中存在的电磁场模式可近似地认为是线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，用极化波，用LPmn表示。不同表示。不同m、n的组合，即对应的组合，即对应着不同的模式。着不同的模式。 2、LP模的模的归一化截止频率归一化截止频率 如果将光纤所传信号的归一化频率值如果将光纤所传信号的归一化频率值V与某一模式与某一模式的归一化截止频率的归一化截止频率Vc相比，若相比，若 V Vc ，则这种模，

3、则这种模式的光信号可在光纤中导行，若式的光信号可在光纤中导行，若V Vc ，则这种模，则这种模式截止。即式截止。即 导行条件为：导行条件为： V Vc 截止条件为：截止条件为： VVc 临界条件为：临界条件为： V Vc 当当m=0、n=1时，所对应的时，所对应的LP01模模的归一的归一化截止频率最低，此模式的化截止频率最低，此模式的Vc=0；如果将如果将频率变换为波长，就可以说频率变换为波长，就可以说LP01模模的截止的截止波长最长。波长最长。 LP01模模是阶跃型光纤中的最低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

4、跃型光纤中的个最低工作模式又称为是阶跃型光纤中的基模。基模。 如果在阶跃型光纤中只传输如果在阶跃型光纤中只传输LP01时，则此时，则此阶跃型光纤即为阶跃型单模光纤（简称为阶跃型光纤即为阶跃型单模光纤（简称为单模光纤单模光纤）。）。 四、多模光纤中导模数量的估算（补充）四、多模光纤中导模数量的估算（补充） 1、归一化频率、归一化频率221anV2、阶跃型光纤中导模数量的估算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（在光纤中，当不能满足单模传输条件（ 0V 2.405）时，将有多个导波同时传输，故称为多模时，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，用光纤。传输模数

5、量的多少，用M表示。表示。22VM 3、渐变型光纤中导模数量的估算渐变型光纤中导模数量的估算42VM从式中看出，渐变型光纤中的模数量与光纤的从式中看出，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，归一化频率的平方成正比，在相同在相同V的情况下，的情况下，它比阶跃型光纤中的模数量减少一半它比阶跃型光纤中的模数量减少一半。2.4单模光纤单模光纤 2.4.1单模光纤的单模光纤的单模传输条件单模传输条件 一、单模光纤的主模和第一高次模一、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），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主模的归一化截止频率Vc

6、最低，光纤中除主模最低，光纤中除主模之外，其它所有模式统称为高次模。之外，其它所有模式统称为高次模。 二、二、单模传输条件单模传输条件 Vc(LP01)V Vc(LP11) 即即0V 2.405 这时只传主模这时只传主模LP01 2.4.2单模光纤的特性参数单模光纤的特性参数 一、一、衰减系数衰减系数kmdBPPLoi/lg10二、二、截止波长截止波长c405. 2221anc2.5光纤的损耗特性及色散特性光纤的损耗特性及色散特性 2.5.1光纤的损耗特性光纤的损耗特性 一、一、吸收损耗吸收损耗 1、本征吸收、本征吸收 （1）紫外吸收）紫外吸收 （2）红外吸收）红外吸收 2、杂质吸收杂质吸收

7、二、二、散射损耗散射损耗 1、瑞利散射、瑞利散射 2、结构缺陷散射、结构缺陷散射 2.5.2光纤的色散特性光纤的色散特性 一、光纤一、光纤色散色散的概念的概念 光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不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，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。形畸变的一种现象。 二、二、色散的表示方法色散的表示方法

8、色散的大小用时延差表示。色散的大小用时延差表示。 三、光纤中的色散三、光纤中的色散 1、模式色散模式色散 在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，各在多模光纤中，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。输的最高模式与最低模式之间的时延差来表示的。cLn1max 2、材料色散材料色散 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率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

9、，引而变化，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。起的色散称为材料色散。 3、波导色散波导色散 所谓波导色散，是对于光纤某一个模式而言，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，相位常数在不同的频率下，相位常数不同，使得群速不不同，使得群速不同而引起的色散。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。都属于频率色散。2.7几种特殊的光纤几种特殊的光纤 一、色散位移单模光纤（一、色散位移单模光纤（G.653） 二、非零色散光纤（二、非零色散光纤（G.655） 三、色散平坦光纤三、色散平坦光纤 四、色散补偿光纤四、色散补偿光纤 作业：作业： 1、对称式薄膜波导，、对称式薄膜波导， n1=3.6，n2=3.55，求形成求形成导波的入射角变化范围。导波的入射