光信息傳輸技術(shù)

光信息傳輸技術(shù)1第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日幾何光學(xué)近似法

1.突變型多模光纖

存在一個臨界角θc，只有在半錐角為θ≤θc的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。

2第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日*數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或θc)越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高。對于無損耗光纖，在θc內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能越好。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。所以要根據(jù)實際使用場合，選擇適當(dāng)?shù)腘A。3第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日例子4第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日*時間延遲

這種時間延遲差在時域產(chǎn)生脈沖展寬，或稱為信號畸變。由此可見，突變型多模光纖的信號畸變是由于不同入射角的光線經(jīng)光纖傳輸后，其時間延遲不同而產(chǎn)生的。5第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日n1［1-Δ］=n22r≥a0≤r≤an(r)=幾何光學(xué)近似法

2.漸變型多模光纖*數(shù)值孔徑6第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日射線方程一般形式為rθ*=cos(Az)-An(0)sin(Az)cos(Az)r17第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日*自聚焦效應(yīng)θ*=θ0cos(Az)自聚焦周期*時間延遲8第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日

2.2.2光纖傳輸?shù)牟▌永碚?/p>

光導(dǎo)纖維圓柱狀的介質(zhì)波導(dǎo)波導(dǎo)中存在各種模式的電磁波：傳播模（導(dǎo)波模）截止模（輻射模）9第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日矢量波動方程光波導(dǎo)中的電磁場方程標(biāo)量波動方程10第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日圓柱坐標(biāo)系設(shè)電磁場沿z方向傳播寫成分量形式：11第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日若干低階模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線*傳播模式和傳播條件光纖中任意一個模式的傳播條件是12第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日圖2.9四個低階模式的電磁場矢量結(jié)構(gòu)圖

13第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日14第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日15第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日HE21TE01+LP11TM01HE21+LP1116第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日17第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日6.單模光纖的模式特性*單模條件從圖2.8和表2.2可以看到，傳輸模式數(shù)目隨V值的增加而增多。當(dāng)V值減小時，不斷發(fā)生模式截止，模式數(shù)目逐漸減少。特別值得注意的是當(dāng)V<2.405時，只有HE11(LP01)一個模式存在，其余模式全部截止。HE11稱為基模，由兩個偏振態(tài)簡并而成。由此得到單模傳輸條件為*截止波長18第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日19第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日*光強分布和模場半徑通常認(rèn)為單模光纖基模HE11的電磁場分布近似為高斯分布式中，A為場的幅度，r為徑向坐標(biāo)，w0為高斯分布1/e點的半寬度，稱為模場半徑。實際單模光纖的模場半徑w0是用測量確定的，常規(guī)單模光纖用纖芯半徑a歸一化的模場半徑的經(jīng)驗公式為20第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日*雙折射和偏振保持光纖

前面的討論都假設(shè)了光纖具有完美的圓形橫截面和理想的圓對稱折射率分布，而且沿光纖軸向不發(fā)生變化。因此，HE11（LP01）模的x偏振模HEx11(Ey=0)和y偏振模HEy11(Ex=0)具有相同的傳輸常數(shù)(βx=βy)，兩個偏振模完全簡并。但是實際光纖難以避免的形狀不完善或應(yīng)力不均勻，必定造成折射率分布各向異性，使兩個偏振模具有不同的傳輸常數(shù)(βx≠βy)。因此，在傳輸過程要引起偏振態(tài)的變化，我們把兩個偏振模傳輸常數(shù)的差(βx-βy)定義為雙折射Δβ，通常用歸一化雙折射B來表示，21第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日22第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日把兩個正交偏振模的相位差達(dá)到2π的光纖長度定義為拍長Lb

存在雙折射，要產(chǎn)生偏振色散，因而限制系統(tǒng)的傳輸容量。許多單模光纖傳輸系統(tǒng)都要求盡可能減小或消除雙折射。一般單模光纖B值雖然不大,但是通過光纖制造技術(shù)來消除它卻十分困難。合理的解決辦法是通過光纖設(shè)計，人為地引入強雙折射，把B值增加