【文章內(nèi)容簡介】 念 ? 模式： 波動方程的一個 “ 特解 ” ，表示電磁場的一種穩(wěn)定存在形式，用電力線或磁力線將此形式描繪出來便是一種特定圖案，這種電磁場分布的特定圖案或稱 “ 場型 ” ，被稱為 “ 模式 ” 。 ? 對光纖而言，光線的方向即電磁場的傳播方向，不同角度的光線對應(yīng)為不同的電磁場方向即為不同的模式。 光纖中的傳輸模式 ? 能滿足全反射條件的光線中，只有某些特定角度的光線能在光纖中傳輸，因此能在光纖中傳輸?shù)哪Ｊ降臄?shù)目是有限。 ? 在同一光纖中傳輸?shù)牟煌Ｊ降墓猓鋫鬏斅烦滩煌?，則軸向傳播速度不同，受到的衰減也不同。路程長的衰減大。 ? 始終被束縛在纖芯區(qū)中的光線被稱為“傳導(dǎo)?！?，或簡稱“導(dǎo)?！?。不能在光纖中傳輸?shù)墓?稱為 “ 包層模 ” 或 “ 輻射模 ” 光線，它對光纖通信無效。 ? 相對來講，與軸線夾角大的稱之為高次模，反之，稱之為低次模。 光纖中的傳輸模式 模變換 光線在光纖中傳輸時，遇到不均勻界面或不均勻點時，它與軸線的夾角要改變，從一種模式變?yōu)榱硪环N模式，這種現(xiàn)象稱為模變換。 模變換對光傳輸?shù)挠绊懀? （ 1）使傳輸損耗增加； （ 2）對多模光纖色散有改善作用。 光纖中的傳輸模式 光纖中傳導(dǎo)模的數(shù)目 工作光波長。包相對折射率差；芯纖芯半徑；；歸一化頻率，折射率分布指數(shù)；式中：。，則拋物線漸變型光纖。，則三角型漸變型光纖；為無窮大，則階躍型光纖λ /Δ a Δ2λπ2 g42g61g22g212222naVVVNVNVNggVN======+?= 光纖中的傳輸模式 ? 歸一化頻率不僅包含了光纖的主要參數(shù) a、 n、 Δ ，而且還考慮了所傳輸光的波長，所以，它是一種具體光纖中光的具體傳輸狀態(tài)度綜合反映，由于 V具有頻率的量綱，故稱之為歸一化頻率。 ? 光纖單模傳輸?shù)臈l件： 以目前廣泛應(yīng)用的階躍型光纖為例，其單模傳輸?shù)臈l件是： 歸一化頻率 V≤ （此時， N=2，即光纖中傳輸?shù)氖莾蓚€正交模，為一種模式）。 光纖中的傳輸損耗 即使是最好的光纖，光從它的一端傳到另一端，強度也會有所減弱。光纖中的信號劣化與光纖的傳輸特性有關(guān)。光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性、色散特性和非線性特性。 光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強度逐漸減弱，光纖對光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗（或衰減）。 光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于 吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗 三種損耗 。 光纖中的傳輸損耗 吸收損耗 吸收損耗是由制造光纖材料本身以及其中的過渡金屬離子和氫氧根離子 (OH－ )等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生的損耗，包括 : (1)本征吸收損耗 (2)雜質(zhì)吸收損耗 (3)原子缺陷吸收損耗 光纖中的傳輸損耗 (1)本征吸收損耗 本征吸收損耗在光學(xué)波長及其附近有兩種基本的吸收方式。 ①紫外波段吸收損耗 紫外波段吸收損耗是由光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲗⒐饫w材料中的電子從低能級激發(fā)到高能級時，光子流中的能量將被電子吸收，從而引起的損耗。吸收峰在 m,尾巴延伸至光纖通信波段 ,在短波長區(qū)達 1dB/km,長波長區(qū)約 dB/km。 光纖中的傳輸損耗 ② 紅外波段吸收損耗 紅外波段吸收損耗是由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動加劇，從而引起的損耗。 SiO鍵振動吸收 ,諧振吸收峰在 m、 μ m 、 21 μ m ，尾巴延伸至 ~ m，造成光纖工作波長的上限。 光纖中的傳輸損耗 (2)雜質(zhì)吸收損耗 光纖中的有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和 OH離子。 ? OH離子吸收： OH鍵的基本諧振波長為 m，與 SiO鍵的諧振波長相互影響，在光纖通信波段內(nèi)產(chǎn)生一系列的吸收峰，影響較大的是在 m、 m、 m，峰之間的低損耗區(qū)構(gòu)成了光纖通信的三個窗口。 ? 金屬離子吸收：金屬雜質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的邊帶吸收峰（ ~ m)，目前雜質(zhì)含量低于 109，其影響已可忽略。 光纖中的傳輸損耗 解決方法： (1)對制造光纖的材料進行嚴格的化學(xué)提純，比如材料達到 %的純度 (2)制造工藝上改進，如避免使用氫氧焰加熱 (汽相軸向沉積法 ) 光纖中的傳輸損耗 （ 3）原子缺陷吸收損耗 通常在光纖的制造過程中，光纖材料受到某種熱激勵或光輻射時將會發(fā)生某個共價鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生振動，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長約為 630nm左右。 光纖中的傳輸損耗 空氣中浮游著無數(shù)的煙霧、塵粒，光照射到這些微粒上，微粒把光朝四面八方散射，微粒越多，光柱越亮，光的散射損耗越大，照射的距離也就越短。這種散射叫分子散射。一切物質(zhì)都由分子構(gòu)成，光纖材料也不例外，所以散射損耗不可避免。 另有一種散射是由光纖材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完整所引起，比如光纖中有氣泡、雜質(zhì)，粗細不均勻，特別是纖芯包層的界面不平滑，光傳輸?shù)竭@里，也會被散射到各個方面。 光纖中的傳輸損耗 （ 1） 線性散射損耗 任何光纖波導(dǎo)都不可能是完美無缺的，無論是材料、尺寸、形狀和折射率分布等等，均可能有缺陷或不均勻，這將引起光纖傳播模式散射性的損耗，由于這類損耗所引起的損耗功率與傳播模式的功率成線性關(guān)系，所以稱為線性散射損耗 。 光纖中的傳輸損耗 ①瑞利散射 由于材料的不均勻使光信號向四面八方散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。 瑞利散射是一種最基本的散射過程，屬于固有散射。瑞利散射損耗也是一種本征損耗，它和本征吸收損耗一起構(gòu)成光纖損耗的理論極限值。 光纖在加熱制造過程中的熱運動，造成材料密度不均勻，進而造成折射率的不均勻（比光波長小的尺度上的隨機變化），引起光的散射 瑞利散射。大小與波長的四次方成反比。在 m波段，瑞利散射引起的損耗仍達 ~ dB/km，仍是該波段損耗的主要原因。顯然，若能在更長波長區(qū)域內(nèi)工作，瑞利損耗的影響將會減?。?3μ m處約 dB/km)，但受限于石英光纖的材料損耗（紅外吸收）。采用新型材料的光纖可望在遠紅外區(qū)域獲得更低的損耗－氟化物光纖。 光纖中的傳輸損耗 ② 波導(dǎo)散射損耗 在光纖制造過程中，由于工藝、技術(shù)問題以及一些隨機因素，可能造成光纖結(jié)