非线性光纤光学参考书 经典

1、非线性光纤光学,2010.3,上课思想和参考教材,上课欢迎讨论，相互进步！ 涉猎！多学科交叉型人才。 光纤通信（第二版）：原荣编著 非线性光纤光学：,讲解内容：,光纤通信课程：简单回顾，深入剖析 涉及：光纤，半导体激光器、光电检测器、光无源器件、波分复用技术等。 非线性光纤光学：重点学习，深入了解。 涉及：脉冲在光纤内传输、群速度色散、自相位调制、光孤子等。,绪论,光纤通信概念 光纤结构与原理：tir/pbgf 光纤制作方法：mcvd/pcvd 光纤传输特性：损耗、色散、偏振 光纤非线性效应：,一.光纤通信,光纤通信（optical fiber communication）是以激光作为信息的载

2、波信号，并以光导纤维来传递信息的通信系统。 是人类通信史上的一大突破，已成为信息社会的神经系统。 直接造就了信息社会！直接改变了生活！,超高速、超大容量、超长距离,二.光纤结构与导光原理,光纤（optical fiber）是“光导纤维”的简称，是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率n1比包层n2稍高，光能量主要在纤芯内传输。,单、双包层结构,导光原理,全内反射： 光子带隙：指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。这一概念最初是在光学领域提出的，现在它的研究范围已扩展到微波与声波波段。 周期结构可以通过缩放尺寸关系扩展至很宽的频率范围，甚至到

3、毫米波和微波波段,三.制作方法,mcvd法 pcvd法,四.光纤的传输特性,产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，影响信号在光纤内传输距离的是损耗，因此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和传输距离,光纤的传输特性：光纤损耗,习惯上的单位用db/km，损耗系数,设长度为l(km)的光纤，输入光功率为pi，输出光功率po为,损耗的存在 光信号幅度减小 限制系统的传输距离 。 光纤内传输的光功率p随距离z的变化，可以用下式表示,1. 损耗的机理,吸收损耗,红外吸收和紫外吸收 产生吸收的原因是？,杂质吸收,光纤中含有过渡金属离子：铁、镍、铜、锰、铬、

4、钒、铂等和水的氢氧根离子。,散射损耗,散射损耗是光纤中由于某种远小于波长的不均匀性（折射率不均匀性、掺杂粒子浓度不均匀性等）引起的对光的散射所造成的光功率损耗。 由于瑞利散射损耗的大小与光波长的4次方成反比，所以光纤工作在长波长区时，瑞利散射损耗的影响可以大大减小。,光纤的传输特性：光纤色散,色散：光纤中的光信号由不同成分（如不同模式、不同频率）组成， 在传输过程中，各种频率成分或各种模式成分的传播速度不同，引起信号脉冲展宽、波形失真的物理现象。,*小知识点 光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，脉冲展宽导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。 为避免误码出现

5、，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。 另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。,脉冲展宽（pulse spreading）,time,pulse from zero-order mode,pulse from highest-order mode,pulses from other modes,resulting pulse,t,t,t,t,t,色散产生的根源是：光子与介质的束缚电子的特征谐振频率有关。共振处：强烈吸收；远离共振处：也受影响。,色散的种类,模式色散又称模间色散 材料色散 波导色散 极化色散,*

6、模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。单模光纤中只传输基模（ he 11模），单模光纤中不存在模式色散。 *材料色散：不同材料对不同波长的折射率不同，故而速度不同。 *波导色散：同一光子在不同口径的管道中爬行！ *极化色散：光子的偏振态，快慢轴概念。,光纤材料色散方程sellmeier方程,sellmeier方程：,n2 - 1 = c12/(2-c2) + c32/(2-c4) + c52/(2-c6),,%sf6 glass c1=1.72448482; c2=0.01348

7、71947; c3=0.390104889; c4=0.0569318095; c5=1.04572858; c6=118.557185,%si c1=10.6684293; c2=0.301516485; c3=0.003043475; c4=1.13475115; c5=1.54133408; c6=1104.0,作业：matlab编程序计算色散,色散展开与高阶色散系数求解,波导色散的再介绍,特点：改变光纤的折射率分布和剖面结构参数，可以改变波导色散的值，从而在所希望的波长上实现材料色散和波导色散的代数和为零。,基于色散形成的光纤分类,从通信上考虑，要求尽可能损耗小、色散小！ itu-t是

8、国际电信联盟，电信标准化部门， 成立于1993年，它的前身是国际电报和电话咨询委员会（ccitt）。itu-t研究和制订除无线电以外的所有电信领域标准，已通过的建议书有2600多项。 由itu-t提供的业界分类有以下几种， g.652光纤， g.653光纤， g.654光纤， g.655光纤，g656光纤,作业2：详细调查这些光纤的参数，打印出来，上交,g.652光纤：常规单模光纤 g.653光纤：色散位移光纤（光纤零色散点从1.31m处移到1.55m附近，使得1.55m处最低衰减和零色散一致，用于通信干线网） g.654光纤：截止波长光纤（截止波长大于1.31m ，损耗进一步降低到0.185db/km1.55m） g.653和g.654的弊端：易于产生四波混频，造成信号串扰。 fwm是一种非线性光学效应，与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，有微量色散，fwm干扰反而会减小。 g.655光纤：非零色散位移光纤（零色散波长在1.525m或1.585m处，削减了色散效应和四波混频效应，在10gbit/s以上波分复用或密集波分复用的高速率、大容量、远距离光纤传输系统中得到极为广泛地应用。）,三种光纤色散情况比较,*一个概念,光纤的正常色散和反常色散,双折射光纤*概念,模式双折射 拍长,实现双折