【正文】 ? △ 越大 ,NA越大，光纖聚光能力越強，可得到越高的耦合效率。 對于無損耗光纖，在 θc 內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。 但 NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而 限制了信息傳輸容量 。 2022/6/4 32 階躍光纖 (stepindex fiber)時間延遲 n0 n1 l y θ1 θ o L x ? 現(xiàn)在我們來觀察光線在光纖中的傳播時間。 2022/6/4 33 階躍光纖 (stepindex fiber)時間延遲 由上式得到最大入射角 (θ= θ0)和最小入射角(θ=0)的光線之間時間延遲差近似為 : Δτ = (n1L)/c*(1+ θ12/2) (n1L)/c Δτ = Lθ02 /(2n1c) ≌ LNA 2/(2n1c) ≌ (n1LΔ) /c 這種時間延遲差在時域產(chǎn)生 脈沖展寬 ，或稱為 信號畸變 。 2022/6/4 34 階躍光纖 (stepindex fiber)時間延遲 例 : 設(shè)光纖 NA=， n1=， L=1km，請計算這時產(chǎn)生的時間延遲即脈沖展寬。 斜射光線就在 芯包界面與焦散面間傳輸 。 當 a。 =0時，斜射光線變?yōu)?子午線 。一 般用子午線來定義光纖的 數(shù)值孔徑。 這說明不同入射角相應(yīng)的光線， 雖然經(jīng)歷的路程不同，但是最終都會聚在一點上，這種現(xiàn)象稱為 自聚焦(SelfFocusing)效應(yīng) 。 這是因為光線傳播速度 v(r)=c/n(r)(c為光速 )，入射角大的光線經(jīng)歷的路程較長，但大部分路程遠離中心軸線， n(r)較小， 傳播速度較快，補償了較長的路程。所以這些光線的時間延遲近似相等。隨著離軸的距離增加，折射率逐漸降低。 纖芯直徑 :2a=50?3?m 包層直徑 :2b=125?3?m 數(shù)值孔徑 NA(r)： 在漸變光纖中，數(shù)值孔徑是纖芯端面上位置的函數(shù)。 o n2 r b a 纖芯 包層 折射率分布示圖 n(r) 2022/6/4 41 漸變光纖 graded index fiber ? 理解漸變光纖時我們可以這樣假設(shè)，如纖芯折射率的變化不是均勻的，而是按照某種規(guī)律 n(r)從軸心的 n1沿徑向減小，直到包層界面等于 n2，如圖所示。 2022/6/4 42 漸變光纖 graded index fiber ? 漸變型光纖折射率分布的普遍公式為： n1[12 △ (r/a)q]1/2 ≌ n1[1 △ (r/a)2] r≦ a n( r)= n2= n1(1 △ ) r a 式中 n1為 芯軸線處 折射率，即最高折射率； n2為包層折射率； △ 為相對折射率差； q為 折射率分布指數(shù) ；a和 r分別為纖芯半徑和徑向坐標。 在 q→2 ， n(r)按平方律 (拋物線 )變化，該式表示常規(guī)漸變型多模光纖的折射率分布。 梯度光纖也能傳播歪斜射線，由于不斷折射，其軌跡在 兩個焦散面 之間彎曲前進。僅當光射線落入 NA以內(nèi)，形成全反射，有形成導波的可能。 說明光纖中允許傳輸?shù)哪Ｊ降臄?shù)量 ,在大模數(shù)（即 5)時，模數(shù)可近似表示為： M ? V2/2 ： 是指光纖中出現(xiàn)了輻射模時，即認為導波截止。 2022/6/4 45 第二節(jié) 光纖的損耗及色散 損耗 和 色散 是光纖的最重要的傳輸特性。 本節(jié)討論光纖的色散和損耗的機理和特性，為光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。 一 .光纖損耗直接決定了通信線路無中繼的區(qū)間及中繼站間距離的長度。 二 .表征光纖損耗的損耗系數(shù) : ? = [10lgPi/Po]/L dB/km 式中 Po是光纖輸出端的光功率； Pi是注入光纖的光 功率； L為光功率經(jīng)過的長度。 物質(zhì)的吸收作用將傳輸?shù)墓饽茏兂蔁崮埽瑥亩斐晒夤β蕮p失，其原因有三： a 物質(zhì)材料的本征吸收 :物質(zhì)材料固有的吸收 ,它基本上 確定了某一種材料吸收損耗的 下限 ，材料的固有吸收損耗與波長有關(guān)，對于 SiO2石英系光纖， 本征吸收有兩個吸收帶，一個是紫外吸收帶，一個是紅外吸收帶。主要是金屬過度離子和水的 OH離子對光能的吸收。 2022/6/4 48 c 原子缺陷吸收： 光纖材料受外界輻射而受激產(chǎn)生原子缺陷，吸收光能，造成損失。 散射損耗 ，是由于光纖的材料、形狀、折射率分布等的缺陷或不均勻，使光纖中傳導的光發(fā)生散射，由此產(chǎn)生的損耗稱為散射損耗。 ． 受激布里淵散射： 入射光子與媒質(zhì)分子發(fā)生的非彈性碰撞。 因此 ，在長波長窗口可使光纖傳輸信息的容量進一步加大。km－1)2022/6/4 51 光纖損耗 波譜特性 2022/6/4 52 Thank You 2022/6/4 53 受激布里淵散射 SBS 當一個窄線寬 、 高功率信號沿光纖傳輸時 ， 將產(chǎn)生一個與輸入光信號同向的聲波 ， 此聲波波長為光波長的一半 ， 且以聲速傳輸 。 對于工作于 μm的二氧化硅光纖 ， 布里淵頻偏約為 11 GHz， 且決定于光纖中的聲速 ， 反射光線寬 ， 還取決于聲波的損耗 ， 它可在幾十至幾百兆赫茲的范圍內(nèi)