光纖通信第02章-文庫(kù)吧
2024-12-21 22:45 本頁(yè)面
【正文】 光纖中的傳播 2. 子午射線在漸變型光纖中的傳播 漸變型光纖與階躍型光纖的區(qū)別在于其纖芯的折射率不是常數(shù)，而是隨半徑的增加而遞減直到等于包層的折射率。 3. 斜射線在光纖中的傳播也滿足光傳播的三大定律，只不過(guò)不能用二維的平面圖直觀的表示出來(lái)。 光纖傳輸?shù)牟▌?dòng)理論 所謂光纖傳輸?shù)牟▌?dòng)理論就是研究光在光纖中傳播時(shí)的電磁場(chǎng)分布情況 。 光與無(wú)線電波或 X射線一樣都是電磁波 ，同樣滿足電磁波方程即麥克斯韋方程 。 當(dāng)電磁波在沒(méi)有電流和電荷的線性均勻介質(zhì)上傳播時(shí) ， 麥克斯韋方程可以簡(jiǎn)化為波動(dòng)方程 ，用公式表述為： 電場(chǎng) E和磁場(chǎng) H都有三個(gè)分量 ， 它們的解都 具有下列形式 （ 以 Ez為例 ） ： 其中 A是場(chǎng)的幅度 ， ω是角頻率 ，β 為傳播常數(shù) 。 所謂光在光纖中的傳輸模式就是波動(dòng)方程的一個(gè)個(gè)穩(wěn)態(tài)解 。 只要求解出麥克斯韋方程的穩(wěn)態(tài)解就可以知道光在光纖中傳輸時(shí)的電磁場(chǎng)分布 ， 也就得到了光線的傳輸模 。 光纖的主要特性參數(shù)包括：數(shù)值孔徑、歸一化頻率、截止波長(zhǎng)、模場(chǎng)直徑、色散特性、損耗特性及傳輸帶寬。 光纖的特性參數(shù) 一、 數(shù)值孔徑 （ 1）階躍型光纖的數(shù)值孔徑 其中 Δ=(n1n2)/n1為纖芯與包層相對(duì)折射率差 （ 2）漸變型光纖的數(shù)值孔徑 (本地?cái)?shù)值孔徑） 二、歸一化頻率 歸一化頻率又稱(chēng)歸一化波導(dǎo)寬度，它決定光纖中傳輸模式的數(shù)量。 歸一化頻率定義為： 在階躍型光纖中，傳輸模式的數(shù)量為： 在漸變型光纖中，傳輸模式的數(shù)量為 24VM ? 三、截止波長(zhǎng) 在光纖中傳播的各個(gè)模式都有其自身的歸一化截止頻率 Vc，當(dāng)光纖的實(shí)際歸一化頻率大于某一模式的截止頻率時(shí)，該模式可以在光纖中導(dǎo)行，否則該模式截止。對(duì)應(yīng)于截止頻率的波長(zhǎng)就叫做截止波長(zhǎng)。 當(dāng)光纖的歸一化頻率滿足 時(shí)，光纖中只能傳播一種模式，即光纖的單模傳輸。 即保證光纖單模傳輸?shù)臈l件是： 或 四、 模場(chǎng)直徑 模場(chǎng)直徑就是單模光纖中基模光斑的大小。一般用下式估計(jì)： 模場(chǎng)直徑一般越小越好， 有利于增加光纖的抗彎性能，但減小模場(chǎng)直徑必然要增加相對(duì)折射率差 ,從而會(huì)導(dǎo)致光纖色散的增加 。 五、光纖的色散特性 光纖的色散是指由于光纖中傳輸?shù)男盘?hào)是由不同成分的光攜帶的，它們?cè)趥鬏斶^(guò)程中速度不同，從而產(chǎn)生時(shí)間延遲引起波形失真的一種物理現(xiàn)象。 光纖的色散通常用時(shí)延差來(lái)表示，色散越嚴(yán)重，時(shí)延差就越大。其單位一般為 ns/km , ps/km。 光纖的色散一般包括 模式色散、材料色散 和 波導(dǎo)色散 。 （ 1）模式色散： 指在光纖中由于各模式的軸向速度不同，使得到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間不同而引起的脈沖展寬 。 階躍型光纖的模式色散 設(shè)光纖長(zhǎng)度為 L，纖芯折射率為 n1， 空氣中的光速為c，則纖芯中的光速為 最低次模沿光纖軸線前進(jìn)，所走長(zhǎng)度為 L，其傳輸所用的時(shí)間最短 ，為 最高次模走的路徑最長(zhǎng)，為 L/sin ，（ 為產(chǎn)生全反射的臨界角）其傳輸所用的時(shí)間最長(zhǎng)，為 c?c? cc cLnvLt?? sinsin12 ?? θc光 線 1光 線 2圖 階躍型多模光纖中最高模和最低模的傳輸示意圖 最高次模和最低次模之間的傳輸時(shí)間差為： )1sin 1(112 ?????cn cLntt??由于 12sinnnc ??? ? 2112
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