光子學-第五章-光波導(dǎo)與光纖-資料下載頁
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【正文】 2022/2/17 56 ? 線性散射損耗 ： 當光纖某一個模式所運載的部分功率線性地轉(zhuǎn)換成另一個模時，就發(fā)生線性散射。如果兩個模中一個角度小于全反射臨界角 ?max，而另一個大于 ?max,則耦合的結(jié)果將導(dǎo)致部分光功率從包層輻射出去，形成散射損耗。它是由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗。消除這種損耗必須改善光纖工藝。 ? 前向散射損耗 ：由于纖芯、 包層不完整性、應(yīng)力、氣泡、彎曲和微彎等形成的損耗，這種損耗可以消除或利用 作光纖傳感器。 ? 非線性散射損耗 ：主要由受激布里淵和受激拉曼散射引起。當光纖中傳輸?shù)墓夤β瘦^大時產(chǎn)生這種損耗。 光纖的損耗 2022/2/17 57 全波光纖 ? 為了擴大石英光纖透明的波長范圍近年研究消除光纖中 的 OH 的吸收峰 (1390 nm ) 制成全波光纖 850 1280—1325 13501450 15301565—1625 1 2 5 3 C 4 L Allwave fiber 2022/2/17 58 7 光纖的色散 光纖的色散 ：入射到光纖的光脈沖經(jīng)光纖傳輸后，出 射端光脈沖將發(fā)生時間展寬。 ◆ 多模色散：主要是由于存在多種傳輸模式，不同的模式其傳輸速度不同，引起模間群時延 模式色散。 ◆ 單模色散：主要有波導(dǎo)色散，材料色散和偏振模色散。 ◆ 偏振模色散：單模光纖中，一個模式但有兩個偏振方向。此兩偏振分量的速度是隨機的，故產(chǎn)生偏振模色散。 ◆ 材料色散：光纖材料的折射率隨波長而變化 色度色散，從而引起脈沖展寬。材料色散引入的時延為： ?????? ?????????? ??????? ddnncLnddvLt m 222022/2/17 59 材料色散 ? 色散概念的引入 ? )(::)(:?????????????????????ddLddddtddLLddvLtddvvcddddndndddndndddggg???????????????????時延展寬時延材料色散決定于三梭鏡的幾何色散定義為2022/2/17 60 色散、 時延、 時延的色散展寬 220)(??????dndcLddtddnncLtnkmm?????時延展寬時延代入將平面波的材料的時延與時延展寬1 ?????????????????????????????nddddLddLddddt)(?????????????????????????????????????????????ddnddnLnddLddLt1122022/2/17 61 色散、 時延、 時延的色散展寬 ? ?22221222::,22duducLddtdudLutduududduannuww?????????????????????時延展寬時延代入時延公式率將平面波導(dǎo)的歸一化頻波導(dǎo)的時延與時延展寬)( ?????? ddLddddt ??????ddLt ??2022/2/17 62 光纖的色散 材料色散引入的時延展寬則為： ? 波導(dǎo)色散：具有一定波譜線寬的光源發(fā)出的光脈沖射入 到光纖后，由于不同光波長的光其傳輸路徑不完全相同， 從而引起脈沖展寬的現(xiàn)象。 為波導(dǎo)色散引入的時延。這里可采用下列定義式： 是從屬于階躍光纖基模的無因次色散系數(shù)。 222222222 duducLddddcLddt w ?????????? ?????????? ???22?????? dndcLddnncLddddt m ???????? ?????? ??wt? ? ? ?uDcnnddtL ww??121 ????? ?uDw2022/2/17 63 制備零色散光纖的原理 ?利用波導(dǎo)色散 (+)與材料色散 ()相抵消 D 6 4 2 0 2 2022/2/17 64 ? 標準單模光纖 (G652) 利用波導(dǎo)色散與材料色散在 1300nm 波段相互抵消 D~0，成為零 色散光纖。 G652在 1550nm 波段， D=17ps/nm/km ? 色散位移光纖 (DSFG653) 增加波導(dǎo)色散，使 零色散波長移到 1550nm 附近 (D~0)。零色散光纖會產(chǎn)生嚴重的四波混頻的干擾。 ? 非零色散光纖 (真波光纖 )(G655) 在 1550nm 處，具有正或負 2～ 5ps/nmkm的色散位移光纖 ，它使傳輸線路總體表現(xiàn)為零色散，但各局部傳輸線路不是零色散，從而避過四波混頻的干擾。 光纖的色散 2022/2/17 65 2022/2/17 66 單模光纖的色散計算 ? 單模光纖 G652 在 1550 nm 的色散 D = 17 ps/nm/km，光源的譜線寬度為 1nm。 試計算用它傳送 NRZ 數(shù)字信號可達多少公里 ? 則有 按 光纖的時域展寬輸入信號的脈寬kmLLLnmkmnmpsLkmnmpsps171//17//17191????????????????????????2022/2/17 67 單模光纖的色散計算 ? 接上題改用 G653 光纖設(shè) D = 1 ps/nm/km， 光源譜寬仍為 1 nm， 則可傳送多少公里 ? ? 解 kmLpsN R ZsGbkmLpsLnmkmnmps25251040/1/404004001//191?????????????則有信號的顯然同上系統(tǒng)用于傳輸2022/2/17 68 ◆ 色散是描述光學介質(zhì)中傳輸速度與波長關(guān)系的重要參數(shù)。對光纖介質(zhì)而言，色散可分為模式 (間 )色散與波長色散。波長色散又包含材料色散和波導(dǎo)色散兩種。 ◆ 色散是制約光纖傳輸速率的關(guān)鍵因素。 ◆ 多模光纖 模式 (間 )色散 (群時延 )是制約通信速率的關(guān)鍵因素。因此僅在短距離，低碼率的場合運用。 ◆ 單模光纖 材料色散和波導(dǎo)色散，統(tǒng)稱為波長色散是制約單模光纖傳輸能力的主要因素。由于沒有模式色散，單模色散又很小，所以它具有非常寬的帶寬，適用于高速率、大容量信息的傳輸。 光纖的色散 小結(jié)之一 2022/2/17 69 光纖的色散 小結(jié)之二 ? 石英光纖的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：階躍多模光纖，梯度析射率 (即平方律 )多模光纖和單模光纖。這三個階段都是為了提高光纖的通信容量，即為降低色散而斗爭。 ? 為此必須掌握階躍光纖群時延與通信碼率的計算方法。梯度析射率光纖如何降低群時延的原理及帶寬的汁算方法。 ? 掌握單模光纖消除模間群時延的原理，單模光纖色散對通信的影響。為什么要采用零色散 ? 為什么零色散光纖又有害處。 ? 色散補償有什么好處 ? 2022/2/17 70 參考文獻 1. , “光纖通信系統(tǒng)” 人民郵電出版社 1999版 pp1—26. 2. , “Optics,Optoelectronics and Photonics Engineering Principles and Applications”, Chapter 5 Guided Optical Waves, PRENTICE HALL 1993. 3. 葉培大 , “光纖理論” , 第五章 單模光纖的基本分析 , 知識出版社 1985.
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