光纖傳輸原理及特性-資料下載頁
2025-05-07 22:55本頁面
【正文】 折射指數(shù)； Δneff是等效折射指數(shù)差 。 一般單模光纖的 B值為 105~106之間 :當(dāng) B106時為低 雙 折射光纖(LB),當(dāng) B105時為 高 雙折射光纖 (HB). （ 2）拍長 LB： 拍長 LB即 偏振態(tài)完成一個周期變化的光纖長度 ， 叫作拍長 。 如圖 222所示 。 在一個拍長上 ， 兩正交偏振光的相位差變化2π， 因而有 ΔβL LB＝ 2π。 LB＝ 2π/ΔβL＝ λ0/ B 圖 222 光纖雙折射的偏振態(tài)在一個拍長上的演化 （ 3）消光比和功率耦合 系數(shù) 如在光纖輸入端激發(fā) x方向的線偏振模 ，其功率為 Px， 由于耦合 ， 在光纖的輸出端出現(xiàn)了 y方向的線偏振模 ， 其功率為 Py。 用消光比 η和功率耦合系數(shù) h來表示這一對正交線偏振模的耦合作用 η= 10lg tan（ hL） = 10lg(Px / Py) η越大說明光纖的保偏能力強 。 式中： L是光纖長度 。 這兩參數(shù)說明光纖的保偏能力 ， η、 h越大保偏能力越強 。 2．線雙折射的成因 線雙折射歸為兩類 :幾何雙折射 應(yīng)力雙折射 （ 1）幾何雙折射 其截面如圖 221所示，長軸 2a，在 x方向；短軸 2b在 y方向。橢圓度 e=1（ b／ a） 2。當(dāng)橢圓度 e1，歸一化頻率 V≈［ V值按平均光纖芯徑（ a＋ b） /2計算］的情況下，雙折射率為： ? ?? ? 232 22 ??? el?(2) 應(yīng)力雙折射（如圖 214所示） 圖 214 (a)光纖彎曲 ， (b)光纖側(cè)向受應(yīng)力 應(yīng)力雙折射產(chǎn)生原因 ： 光纖受應(yīng)力作用光纖受力時 ， 引起了彈性形變 ，通過光彈效應(yīng) ,該形變又引起折射指數(shù)的變化 ， 使材料變?yōu)楦飨虍愋?， 從而呈現(xiàn)出雙折射 。 由機械應(yīng)力引起的折射率變化稱為 彈光效應(yīng) 。 如沿晶體主軸方向加單向機械應(yīng)力 σ,則沿此力方向折射率 n要發(fā)生變化 ， 其表達式為 : 式中 a’， b’為常數(shù) 。 改變 σ 之方向 ， 物體就由受拉變成受壓 ， 相應(yīng)的 n值也隨之變化 。 . . . . . . . .39。39。 20 ???? ?? bann3． 線雙折射的影響 單模光纖的偏振色散 由于存在雙折射 ， 單模光纖中基模 LP01x和 LP01y的相位常數(shù) βx≠βy， 從而引進偏振色散 。 設(shè)這兩個模式傳輸單位長度所用的時間各為 τx，τy， 于是單位長度上產(chǎn)生的時延差為： ??????????? LLyxyx dddddd ????????? 光纖的非線性效應(yīng) (損耗 ) 因大的光功率引起信號與光纖的相互作用而產(chǎn)生各種非線性效應(yīng)。 光纖的非線性可分為兩類： 非線性受激散射 折射率擾動 受激散射 — 指 光場把部分能量轉(zhuǎn)移給非線性介質(zhì) 1．受激拉曼散射 SRS（ Stimulated Raman Scattering） SRS是當(dāng)入射一個強光信號，在光纖中引發(fā)了介質(zhì)中的分子振動對入射光的相互作用 ,從而使入射光產(chǎn)生散射 ——拉曼非線性效應(yīng)發(fā)生了。這些分子振動對光信號調(diào)制后，產(chǎn)生新的光頻，從而對入射光產(chǎn)生散射作用。 設(shè)入射光頻率為 ωp， 介質(zhì)分子振動頻率為 ωv則散射光頻率為 ωS=ωpωv和 ωaS=ωp+ωv這種現(xiàn)象叫受激拉曼散射 。 ωS散射光叫 斯托克斯 波。 斯托克斯 波：使一個入射光子消失，產(chǎn)生了一個頻率下移 ωS光子（即 Stoker 波）和另一個頻率上移 ωaS光子。 SRS散射光是以 前后 兩個方向傳播的，但是可采用光隔離器來消除后向傳輸?shù)墓夤β省? ωaS散射光叫反 斯托克斯 波。 SRS散射光是以 前后 兩個方向傳播的 ？ ? 對典型的單模光纖，受激拉曼散射會產(chǎn)生的最低閾值泵浦光功率 PR可近似表示為： ? ? 式中， Aeff 為纖芯有效面積，即 Aeff≈πW02（ W0為模場半徑）； Leff為光纖的有效互作用長度，gR拉曼增益系數(shù)。 ? 對于 λ=1181。m附近， gR=1011m/W, Leff=20km Aeff=50181。m2時，預(yù)測的拉曼閾值約 400mW。 )(16WgLAPRe f fe f fR ?2． 受激布里淵散射 受激布里淵散射 SBS（ Stimulated Brillouin Scattering） 是當(dāng)一個窄線寬 ， 高功率光信號沿光纖輸入時 ， 將產(chǎn)生一個與輸入光信號同向的聲波 ， 且以聲速傳輸 ， 這一種由光纖中的光信號和聲波 ） 之間的相互作用所引起的非線性現(xiàn)象 。 入射的光頻 ωp， 將 部分能量轉(zhuǎn)移給 ωs斯托克斯波 ， 并發(fā)出頻率為 Ω的聲波 。 Ω=ωpωs 受激布里淵散射與受激拉曼散射在物理上類似的 。 在光纖中 ,SBS產(chǎn)生的最低閾值泵浦光功率 PB可近似表示為 ? 對于 λ=1181。m附近， Aeff=50181。m2，Leff=20km，布里淵增益系數(shù) gB=5 1011m/W的情況下，光纖受激布里淵散射閾值 PB≈1mW，比 PR小得多。 )(21WgLAPBe f fe f fB ?3．折射率擾動 通過改變所傳輸信號的光強度能夠引起光纖的折射率的變化 ， 它們的關(guān)系如下式所示 。 n＝ no+ n2P/Aeef＝ no + n2|E|2 式中： n0:線性折射率 。P:輸入功率 。E:光場強度 n2:非線性折射率系數(shù) 。 Aeef :光纖有效面積 。 折射率擾動引起的三種非線性效應(yīng)為：自相位調(diào)制 、 交叉相位調(diào)制和四波混頻 。 1） 自相位調(diào)制 （ Self Phase Modulation） 自相位調(diào)制 SPM是指傳輸過程中光脈沖對自身相位變化 ,導(dǎo)致 脈沖頻譜展寬 的現(xiàn)象。自相位調(diào)制與 ” 自聚焦 ” 有密切聯(lián)系 . 光脈沖在光纖中傳輸過程相位變化為 : υ=(no + n2|E|2 ) k0L=υ0+υNL 其中 : k0=2π/λ。 L是光纖長度 . φ0= no k0L 是相位變化的線性部分 . ΦNL= n2 k0L |E|2 自相位調(diào)制 在某些條件下， SPM是有利的。 2 ） 交叉相位調(diào)制 CPM （ Cross Phase Modulation） CPM是一個脈沖對 其他信道 脈沖相位的作用 。 當(dāng)兩個或多個不同波長的光波在光纖的非線性相互作用 。 CPM與 SPM所不同的是 SPM發(fā)生在單信道 和多信道系統(tǒng)中 ， 而CPM則僅出現(xiàn)在多信道 系統(tǒng)中 。 CPM 危害是 ， 不同的波長的脈沖之間互相作用 ， 會造成 光譜的展寬 交叉相位調(diào)制 CPM ? ΦNL= n2 k0L |E1|2 + 2n2 k0L |E2|2 ? 相位變化導(dǎo)致信號頻率瞬間變化 : ? Wi=dΦNL/dt 這叫頻移 . ? 討論 Wi 0藍移 。 Wi 0紅移 . ? 最終效果隨信號在光纖中傳輸 ,脈沖將加寬 . 3）四波混頻 FWM(Four Wave Mixing) FWM是指由兩個或三個波長的光波混合后產(chǎn)生的新光波 ， 其原理如圖 226所示 。在系統(tǒng)中 ， 某一波長的入射光會改變光纖的折射率 ， 從而在不同頻率處發(fā)生相位調(diào)制 ， 產(chǎn)生新的波長 。 四波混頻產(chǎn)生原理圖
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1