大三下光纖通信achapt

1、(3)12.82.9無(wú)源光器件聚合物光纖體光纖簡(jiǎn)介22.3.1波動(dòng)方程2.3.2化變量2.3.3截止時(shí)的特征方程2.3.4單模光纖2.3.5單模光纖的雙折射 前述用光線分析法分析了：階躍多模光纖和梯度多模光纖中的光傳輸原理。 方法簡(jiǎn)單直觀，但忽略了光的波動(dòng)性質(zhì)，無(wú)法了解光場(chǎng)在纖芯和包層中的結(jié)構(gòu)分布等特性。 特別對(duì)單模光纖，由于芯徑小，光線理論無(wú)法深入理解單模光纖的傳論。4為全面精確的分析光波導(dǎo)，可采用波動(dòng)理論。本節(jié)從方程組出發(fā)，推導(dǎo)出波動(dòng)方程，然后對(duì)光纖進(jìn)行分析。需要指出的是，這里重點(diǎn)是理解分析和推導(dǎo)的思路和方法，而不是具體的過(guò)程。5 要深入全面地了解光波在光纖中的磁場(chǎng)理論進(jìn)行分析特性必須用電

2、 需要從方程出發(fā)，求解波動(dòng)方程 求得光纖中的：傳輸模及其特性。色散特性截止條件傳輸功率。6X 微分形式的方程組EZ2Z1ZHK¶ DÑ ´ H=j +Y¶ tD： 電感強(qiáng)度（電位移矢量）：電荷密度G¶ BÑ ´ EÑ × BÑ × D=-B： E： H： j:磁感強(qiáng)度 電場(chǎng)強(qiáng)度 , 磁場(chǎng)強(qiáng)度位移電流密度¶ tG0rGD=，B=H，j=E¶¶x ¶¶y¶¶z哈密頓算符+ y+ z=x0007全電流，電磁感應(yīng)，電磁連續(xù)，

3、自由空間的方程GÑ´H =¶ D/¶ tÑ´E = -¶ B/¶ tGÑ×GG適合于光纖無(wú)源各向同性的場(chǎng)合B = 0GÑ× D = 0式中E為電場(chǎng)強(qiáng)度矢量，H 為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量，D 為電位移矢量，B為磁感，“Ñ ×”代表取散8應(yīng)強(qiáng)度矢量，為哈密頓算符，“×”代表取度。，為常數(shù)=0，j=0對(duì)于無(wú)源的、各向同性的介質(zhì)，有D = eEB = mH式中 為介質(zhì)的介電常數(shù)，為介質(zhì)的導(dǎo)磁率。在研究介質(zhì)的光學(xué)特性時(shí)，通常不使用er，而是使用介質(zhì)的折射率n，兩者的

4、關(guān)系是：e rn =2.3.1 波動(dòng)方程光纖材料是各向同性媒質(zhì)光波在光纖中的特性滿足由方程組導(dǎo)出的矢量波動(dòng)方程：é Eùé EùÑ+=22 n 2k0ê Húê Hú（2.3.1）0ëE：H：ûëû電場(chǎng)強(qiáng)度（時(shí)空坐標(biāo)）磁場(chǎng)強(qiáng)度（時(shí)空坐標(biāo)）k0：自由空間波數(shù)（=2/) ：自由空間波長(zhǎng)n： 媒質(zhì)折射率（光纖中徑向坐標(biāo)r的函數(shù)）10波動(dòng)光學(xué) 波動(dòng)光學(xué)是把光纖中的光作為經(jīng)典電磁場(chǎng)來(lái)處理，因此，光場(chǎng)必須服從方程組以及全部邊界條件。從波動(dòng)方程和電磁場(chǎng)的邊界條件出發(fā)，可以得到全面

5、、正確或數(shù)字結(jié)果，給出波導(dǎo)中容許的場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式(即模的式)，從而給出光纖中完善的場(chǎng)的描述。11 光波導(dǎo)模場(chǎng)的求解一般有兩種方法:矢量場(chǎng)法標(biāo)量場(chǎng)解以混合模(EH、HE、TE、TM)形式出現(xiàn)解以簡(jiǎn)并模(LP)形式出現(xiàn)。嚴(yán)格的傳統(tǒng)解法，繁瑣簡(jiǎn)單近似解法，結(jié)論是滿足需要12弱波導(dǎo)光纖適合標(biāo)量近似的條件：理想平面波 將光纖的橫向電場(chǎng)和磁場(chǎng)當(dāng)作標(biāo)量來(lái)處理13根據(jù)階躍型光纖的場(chǎng)方程，利用邊界條件，求出階躍型光纖中導(dǎo)波的特殊方程，最后分析在截止?fàn)顟B(tài)下的模式特性，求出階躍型光纖的主模。標(biāo)量近似： 橫電磁波的電場(chǎng)的極化方向在傳輸過(guò)程中是不變的，其軌跡為一條直線，即為線極化波。 分析弱導(dǎo)波光纖時(shí)，將E和H矢量近似看成

6、是標(biāo)量來(lái)處理，這就是標(biāo)量近似法。14建立坐標(biāo)系15電場(chǎng)沿y方向極化，磁場(chǎng)分量一定在x方向，橫向場(chǎng)分量是Ey，Hx， 軸向場(chǎng)分量是Ez，Hz 。用圓徑坐標(biāo)系(r,，z)表示則ro平面為垂直于傳輸方向的橫截面。設(shè)z為光波的方向，則xoy平面為垂直于傳輸方向的橫截面。介質(zhì)光波導(dǎo)具有圓拄形邊界同時(shí)采用直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系標(biāo)量近似解法用標(biāo)量近似法求解均勻光纖的場(chǎng)方程，首先要解出橫向場(chǎng)分量Ey ，然后由方程，求出其它場(chǎng)分量。具體推導(dǎo)過(guò)程省略。根據(jù)求出的場(chǎng)方程，利用邊界條件，即可求出特征方程。16特征方程為了獲得階躍折射率分布光纖中的模式，必須在光纖的纖芯和包層兩個(gè)區(qū)域內(nèi)從上面所示的柱面坐標(biāo)中的修正波動(dòng)方

7、程解出Ez、Hz，然后再求得場(chǎng)的橫向分量E、Er、H、Hr的表。用分離變量法求解，可得下式（推導(dǎo)過(guò)程從略）d 2Em21 dE+ (n k- b+-)Ez = 0222 z dr2 z drr2r0d 2 H1 dHz+z2- m+ (n k- b 2)Hz= 022dr 2r 2rdr0分析該式是方程，考慮到場(chǎng)在纖芯和包層中的傳輸以及邊界條件，可得特征方程b 2 m2J 'K 'n2J 'n2K 'V 4(u)(W )(u)(W )+ 2m =m m1mk 2u4W 4uJ(u)WK (W )uJ(u)W K (W )mmmm0= w= wu e ，V = (

8、u2 + W 2 ) 12= ak- n2n2k其中000012c均勻光纖中導(dǎo)波的特征方程光纖的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的邊界條件為：在纖芯和包層的交界處，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的切向分量均連續(xù)。即r=a處，Ez1Ez2(2.3.36/37) Jm為m階函數(shù) Km為m階修正的函數(shù)色散方程19UJ m -1 (U )± W Km -1 (W ) = 0J m (U )K m (W )弱導(dǎo)波光纖標(biāo)量解的特征方程2.3.2化變量化?化是一種簡(jiǎn)化計(jì)算的方式，即將有量綱的表，經(jīng)過(guò)變換，化為無(wú)量綱的表，成為純量。量值在01之間變化。202.3.2化變量U導(dǎo)波的徑向化相位常數(shù)：U=a(k02n122)1/2(2-3-12)

9、k=U/a 式中為光纖沿z方向的常數(shù)。21U特征方程中參量符號(hào)的含義W導(dǎo)波的徑向化衰減常數(shù)：W=a(2-k02n2 )2 1/2(2.3.13）22WUW特征方程中參量符號(hào)的含義V光纖的化頻率：（2.3.16）V =(u2 + W= ak- n22 )n2012 它是一個(gè)直接與光的頻率成正比的無(wú)量綱的量，稱為光纖的化頻率。23WVUWV = k 0 a n 12 D色散曲線分析(1)縱坐標(biāo)n - nb / k- n2Wb = 02 2 n - nn - n2V1212b稱為標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)。n= b / k= b l / 2 p式中:稱為模折射率。0常數(shù)b的變化范圍是01，標(biāo)推化折射率n=n2和n=

10、n1；對(duì)應(yīng)24簡(jiǎn)化的光纖化色散特性曲線25標(biāo)量解和矢量解比較表2.2低階（v=0和v=1）模式和相應(yīng)的V值范圍27V值范圍低階模式02.4052.4053.8323.8325.5205.5207.0167.0168.6548.65410.173LP01HE11LP11HE21TM01TE01LP02HE12LP12HE22TM02TE02LP03HE13LP13HE23TM03TE03色散曲線分析 (2)橫坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化頻率V2.40483時(shí)，只有簡(jiǎn)并模LP01可以存在，這也就是光纖單模工作時(shí)的基?；蛑髂！?其它都是截止的。顯然，光纖是否單模工作，由V的大小決定（2.3.16） 即與芯徑、折射率差

11、、工作頻率成正比；28V = k 0 a n 12 D光纖中的模式個(gè)數(shù)2ggV=kn 1D=222M() a()g+g+222 V值增加，光纖中的的模式個(gè)數(shù)也增加。 階躍型光纖，g為無(wú)窮大，故M=V2/2漸變型光纖，g=2，M=V2/429光纖中的模式個(gè)數(shù)2ggV=kn 1D=222M() a()g+g+222 V值增加，光纖中的的模式個(gè)數(shù)也增加。 階躍型光纖，g為無(wú)窮大，故M=V2/2漸變型光纖，g=2，M=V2/4-b222kng( b)=g + 2 )(mM( 1)2 D k221n30光纖中的功率流NO光纖中的光是否全部集中在纖芯中傳輸？光纖中的光并非全部集中在纖芯中傳輸包層中也有光傳

12、輸！包層中光傳輸容易損耗掉包層中有多少光傳輸？éù2- uJ 2h = P=(u) ê1- 芯（1 mú（2.3.49）V 2PJ(u)J(u)ëûm+1m-1總P包=（1-h)（2.3.50）P總包層中的光比包層中光少了光纖中的功率流P包» 22近似公式：P總3VP包與V成反比多模光纖V大，P包小包層中單模光纖V小，P包大包層中的光功率少的光功率多332.3.3截止時(shí)的特征方程 截止，是指光纖中的導(dǎo)波截止。 當(dāng)光纖中出現(xiàn)了輻射模時(shí)，即認(rèn)為導(dǎo)波截止。 導(dǎo)波應(yīng)限制在纖芯中，被纖芯和包層的界面來(lái)導(dǎo)行，沿軸線方向傳輸。這時(shí)在包層內(nèi)

13、的電磁場(chǎng)是按指數(shù)函數(shù)迅速衰減的。34截止的概念 1導(dǎo)波傳輸常數(shù)的變化范圍 全反射條件入射角的范圍是/2>1>c 各項(xiàng)取正弦1>sin1>sinc即1>sin1>n2/n1 各項(xiàng)均乘以k0n1 k0n1k0n1sin1k0n235導(dǎo)波傳輸常數(shù)的變化范圍 由前面的討論可知，式中k0n1sin1=k1sin1=k1z ，即光纖沿z方向的常數(shù)，故 k0n1sin1= 因此的變化范圍為：Xk1 k n k n0102k1x1 k1k2k1z36導(dǎo)波傳輸常數(shù)的變化范圍 2導(dǎo)波截止的臨界狀態(tài) 由前可知，當(dāng)1=c時(shí)，導(dǎo)波處于截止的臨界狀態(tài)。顯然此時(shí)電磁場(chǎng)能量已不能有效地封閉

14、在纖芯中，而將向包層輻射，與此對(duì)應(yīng)，即臨界時(shí)的相位常數(shù)為k0n2 。 3導(dǎo)波截止?fàn)顟B(tài) 當(dāng)k0n2時(shí)，即認(rèn)為出現(xiàn)了輻射模，導(dǎo)波處于截止?fàn)顟B(tài)。372.3.4截止時(shí)的特征方程 由于相位常數(shù)=k0n2是導(dǎo)波截止的臨界狀態(tài)，將它代入(2.3.13)式，可求出截止時(shí)化徑向衰減常數(shù)W為 W = a(2-k02n22)1/2 =0(2.3.13) 由(2-18)式可得出截止時(shí)的特征方程為 Jm-1(U)=0(2.3.39)38LP模的化截止頻率LP模，即線性編振模)表示。的模式，也稱為標(biāo)量模。用有時(shí)這種特定條件下m表示該模式的場(chǎng)分量沿光纖圓周方向的最大值有幾對(duì)，n表示該模式的場(chǎng)分量沿光纖半徑最大值的個(gè)數(shù)，不同

15、m、n的組合，即對(duì)應(yīng)著不同的模式。39線極化波弱導(dǎo)波光纖中存在的電磁場(chǎng)模式 2. LP模的化截止頻率 導(dǎo)波截止時(shí)的化截止頻率，用Vc化頻率稱為表示。 Vc2Uc2+Wc2 又由(2-19)式知，截止時(shí)Wc0 ，故上式可寫為 Vc2Uc2 即VcUc40 表明導(dǎo)波在截止?fàn)顟B(tài)下的一化截止頻率相等?；瘡较蛳辔怀?shù)和光纖的歸 若要求出截止時(shí)化頻率Vc，就需先求出Uc。 根據(jù)截止時(shí)特征方程(2-20)來(lái)求Uc 。 使方程等于零的Uc值，應(yīng)是這個(gè)(m-1)階值，可用符號(hào)umn表示。函數(shù)的根41每一組m、n值都對(duì)應(yīng)著方程的一個(gè)根值，并對(duì)應(yīng)于一個(gè)截止頻率每一組m、n值又對(duì)應(yīng)線極化模式由函數(shù)知識(shí)知道，這些不同模

16、式的截止頻率即為不同m、n的umn 值42LP模的化截止頻率 表 2-1函數(shù)的零點(diǎn)均勻光纖各種模式的化截止頻率值43Mn012102.404833.8317123.831715.520087.0155937.015598.6537310.1734744LP模的化截止頻率 導(dǎo)行條件為： V>Vc 截止條件為： VVc 臨界條件為VVc45模式的光信號(hào)可在光纖中導(dǎo)行或截止LP模的化截止頻率 當(dāng)m=0、n1時(shí)，所對(duì)應(yīng)的LP01模的化截止頻率最低，此模式的Vc=0。此模式在任何頻率時(shí)都可以傳輸。 將頻率變換為波長(zhǎng)，LP01模的截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)。因此LP01模是均勻光纖中的最低工作模式，其余所有模式均

17、為。這個(gè)最低工作模式又稱為是均勻光纖的基模?；：蛶讉€(gè)最低階的LP模式見(jiàn)圖2-11 。46 無(wú)極值，r有一極值有一極值， r有一極值有兩極值，r有一極值4748 如果在均勻光纖中只傳輸LP01時(shí)，則此均勻光纖即為均勻單模光纖 (簡(jiǎn)稱為單模光纖)。492.3.4單模光纖 單模光纖是在給定的工作波長(zhǎng)上，只傳輸單一基模的光纖 信號(hào)在傳輸過(guò)程中展寬較少，不存在模式間的時(shí)延差 帶寬要比多模光纖寬得多，有利于高碼速、長(zhǎng)距離的傳輸 單模光纖的帶寬一般都在幾十GHz以上，比非均勻多模光纖要高12個(gè)數(shù)量級(jí)50單模光纖 單模光纖也由纖芯和包層 纖芯直徑2a=410m， 包層直徑2b=125m。 國(guó)內(nèi)外各級(jí)通信網(wǎng)中

18、，用得最普遍的是1.31m和1.55m單模光纖 折射率分布一般采用階躍型折射率分布51單模傳輸條件單模傳輸，決定于化頻率的大小模式分類：主模， 光纖中的最低工作模式稱為主模(或基模)，主模的化截止頻率最低，光纖中除主模之外，其它所有模式統(tǒng)稱為高次模。52模的化截止頻率LP01模的化截止頻率最低，其Vc=0。是單模光纖的主模，它沒(méi)有截止現(xiàn)象，在任何頻率下都可以傳輸。第二低的化截止頻率值是2.40483(即為m=1、n=1時(shí)的umn值)，它所對(duì)應(yīng)的模式是LP11模，稱LP11模。53單模傳輸條件 光纖的單模工作條件決定于第一的截止特性 模式的導(dǎo)行條件是V>Vc，截止條件是V<Vc 光纖

19、的其它所有化頻率值小于2.40483，則第一LP11截止，均處于截止?fàn)顟B(tài)，這樣光纖中只傳輸主模LP01。 得出單模光纖的單模傳輸條件是：Vc（LP01）<V<Vc(LP11)0<V<2.4048354化頻率是確定單模傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)由單模光纖的半徑，纖芯折射率，光纖相對(duì)折射率，傳輸波長(zhǎng)共同決定光纖的單模性質(zhì)55V=k 0 an12D單模光纖的特性參數(shù) 光纖的實(shí)用參數(shù)：幾何數(shù)值孔徑衰減系數(shù)截止波長(zhǎng)模場(chǎng)直徑561.衰減系數(shù)沿光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)的衰減是必然現(xiàn)象，它是決定中繼距離的主要因一。衰減系數(shù)(10lg(Pi/Po)/LdB/km(2-21)L以公里為其中：表示的光纖長(zhǎng)度；Pi輸

20、入光纖的光功率；Po光纖輸出的光功率。572.截止波長(zhǎng)c光纖的單模傳輸條件是以第一化截止頻率而給出的(LP11模)的截止波長(zhǎng)用來(lái)光纖中是否是單模工作V = k0a(n12-n22)1/2k0an1(2)1/2已知11k0=2/化截止頻率為 得出Vc=n1(2)1/22a/cc為Vc對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，稱為截止波長(zhǎng)58截止波長(zhǎng)cc2a n1(2)1/2/Vc由LP11模的Vc=2.40483 光纖中第一的截止波長(zhǎng)為 c=2an1(2)1/2/2.40483(2-22)只有當(dāng)工作波長(zhǎng)大于此截止波長(zhǎng)時(shí)，才能保證單模工作。2pa- n2n2l = 12 2.4048c59截止波長(zhǎng)和工作波長(zhǎng)的關(guān)系一根光纖是不是

21、單模傳輸工作，只要比較一下它的工作波長(zhǎng)與截止波長(zhǎng)c的大小就可以了。如果>c，則為單模光纖，該光纖只能傳輸基模；如果<c ，就不是單模光纖，光纖中除了基模外，還能傳輸其它高階模。目前工程上有四種截止波長(zhǎng)：（1）理論截止波長(zhǎng)c1；（2）2米長(zhǎng)光纖截止波長(zhǎng)c2；（3）光纜制造長(zhǎng)度的截止波長(zhǎng)c3；（4）一個(gè)中繼段的截止波長(zhǎng)c4。一般是c1>c2>c3>c4。n 例題n 取=1.2m,n1=1.45=0.005n 則a=3.2時(shí)，滿足V<2.40483n 將減小到0.003，a增加到4n 欲使光纖能工作在可見(jiàn)光區(qū)，波長(zhǎng)減小，a需要減小2倍。613.模場(chǎng)直徑d單模光纖中

22、的基模（LP01?；騂E11模)場(chǎng)強(qiáng)（等同我們看到的光斑）并非僅在纖芯中傳輸，而是在光纖的橫截面內(nèi)有一定的分布，即光纖的有效通光范圍比纖芯要大，或者說(shuō)光纖包層也有一部分參與傳光。用場(chǎng)模直徑來(lái)描述單模光纖的實(shí)際能力定義：模場(chǎng)直徑是衡量光纖橫截面上一定場(chǎng)強(qiáng)范圍的物理量。62模場(chǎng)直徑d 對(duì)于均勻單模光纖，基模場(chǎng)強(qiáng)在光纖橫截面近似為分布，如圖2-12所示。通常將纖芯中場(chǎng)分布曲線最大值的1/e處，所對(duì)應(yīng)的寬度定義為模場(chǎng)直徑，用d表示。 CCITT規(guī)定，在1.31m波長(zhǎng)上，模場(chǎng)直徑的標(biāo)稱值應(yīng)為910m，容差為± 1m。6364單模光纖的模場(chǎng)半徑 模場(chǎng)半徑是單模光纖的一個(gè)極為重要的參數(shù)。由模場(chǎng)半徑

23、可以導(dǎo)出等效階躍光纖的參數(shù),還可估算單模光纖的連接損耗、彎曲損耗以及微彎損耗和光纖的色散值, 因而被稱之為單模光纖的參數(shù)。 單模光纖的模場(chǎng)半徑不僅因測(cè)量方法的不同而異,而且還受模場(chǎng)半徑定義的影響。 已提出多種模場(chǎng)半徑的定義,應(yīng)用較廣泛的有:(1)功率傳輸函數(shù)定義模場(chǎng)半徑wT;(2)最大激發(fā)效率定義模場(chǎng)半徑w;(3)近場(chǎng)定義模場(chǎng)半徑wrms;(4)遠(yuǎn)場(chǎng)定義模場(chǎng)半徑wL。65n 場(chǎng)模直徑可以通過(guò)光纖出射端面的光強(qiáng)來(lái)定義n 出射端面的光強(qiáng)有近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之分n 近場(chǎng)指緊靠端面或端面上的光強(qiáng)分布n 遠(yuǎn)場(chǎng)是指遠(yuǎn)離光纖出射端面的光強(qiáng)分布。66單模光纖的分類 色散位移光纖(G.653)： 1.55m附近為零色散

24、波長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)既有低損耗，又有低色散。 低損耗光纖 （G.654）：降低在1.550m處的衰減，零色散波長(zhǎng)仍為1.31m。 非零色散光纖（G.655）：在1.55m附近具有很小的色散。適用在WDM系統(tǒng)中。67單模光纖的色散5G.652單模光纖（NDSF）大多數(shù)已安裝的光纖低損耗大色散分布大有效面積色散受限距離短 2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km 10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34km不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應(yīng)用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM。68G.653單模光纖（DSF）低損耗零色散小有效面積長(zhǎng)距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問(wèn)題，不

25、利于DWDM技術(shù)結(jié)論:適用于 10Gb/s 以上速率單信道傳輸，但不適用于 DWDM應(yīng)用，現(xiàn)在已快被市場(chǎng)淘汰。69G.655單模光纖（NZ-DSF） 在15301565nm窗口有較低的損耗 工作窗口較低的色散，一定的色散抑制了非線性效應(yīng)（四波混頻）的發(fā)生。 可以有正的或負(fù)的色散海底傳輸系統(tǒng)散自相位調(diào)制 SPM效應(yīng)壓縮脈沖，負(fù)色散SPM效應(yīng)展寬脈沖。 為DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的結(jié)論:適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來(lái)大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。702.3.5單模光纖的雙折射1.雙折射的基本概念 單模光纖只傳輸基模一種模式， 要表示橫向電場(chǎng)的任意極化方向必須有兩個(gè)互相正

26、交的模式。電場(chǎng)E的空間指向?yàn)閥方向，磁場(chǎng)的空間指向x，稱為y方向極化的模 式，用LPy01表示。在弱導(dǎo)波光纖中還可存在電場(chǎng)沿x方向極化的LPx01模，它們的極化方向互相垂直。71 Ex=E0coscos(t-xz) Ey=E0sincos(t-yz)x和y分別為x和y方向上的LP01模的常數(shù)。d = (b x - b y)z72 在理想的軸對(duì)稱的光纖中：兩個(gè)模式的傳輸相位常數(shù)：x=y 這些不同的模式有不同的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式，但它們具有相同的傳輸參量()，稱為簡(jiǎn)并模。即這兩個(gè)模式互相簡(jiǎn)并。73 在實(shí)際光纖中，由于光纖總有某種程度的善,如： 光纖纖心的橢圓變形 光纖內(nèi)部的殘余應(yīng)力 等引起形狀、折射率

27、、應(yīng)力等分布的不均勻 將使：xy， 形成相位差，簡(jiǎn)并被破壞，這種現(xiàn)象叫做單模光纖中的雙折射現(xiàn)象。742.雙折射的危害 引起偏振色散-極化色散。 偏振態(tài)沿軸向變化,并因外界條件的變化而使光纖輸出偏振態(tài)不穩(wěn)定,對(duì)某些場(chǎng)合影響嚴(yán)重如:相干光纖通信中,要求本振光和信號(hào)光的偏振態(tài)保持一致,否則接收靈敏度將大為下降。集技術(shù)中,為了提高光纖與光波導(dǎo)的耦合效率,要求光纖與光波導(dǎo)基模的偏振態(tài)保持一致。753.光纖中雙折射的種類 由電磁場(chǎng)理論得知，所謂極化，就是指隨著時(shí)間的變化，電場(chǎng)或磁場(chǎng)的空間方位是如何變化的。 把電場(chǎng)的空間方位做為波的極化方向，這種電磁波的極化問(wèn)題，在研究光波傳輸時(shí)，通常用偏振來(lái)表示。即光矢量

28、的空間方位稱為光的偏振。一般可分為三種類型的偏振光。76(1)線偏振光光矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是條直線 垂直線極化77(2)圓偏振光 如果電場(chǎng)的水平分量與垂直分量振幅相等、相位相差/2時(shí)，則場(chǎng)矢量將隨時(shí)間t的變化而圍繞著方向旋轉(zhuǎn)，即光矢量的大小不變，而方向繞傳輸方向旋轉(zhuǎn)。矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓。稱為圓偏振光。78(3)橢圓偏振光電場(chǎng)互相垂直的兩個(gè)分量振幅和相位都不等時(shí)，則隨時(shí)間t的變化，合成場(chǎng)矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)橢圓，稱為橢圓偏振光。7980右旋園極化yx右旋橢園極化y垂直線極化yxx距離(遠(yuǎn)離光源)81光纖中雙折射的種類對(duì)應(yīng)于以上三種偏振光，單模光纖中的雙折射也有三種： 1線雙折射線偏振光在兩個(gè)正交的方向有不同的折射率，因而有不同的相位常數(shù)，這種雙折射稱為線雙折射。 2圓雙折射在傳輸媒質(zhì)中，當(dāng)左旋圓偏振波和右旋圓偏振波有不同的折射率，從而使其有不同的相位常數(shù)，這種雙折射稱為圓雙折射。82光纖中雙折射的種類 3橢圓雙折射當(dāng)線雙折射和圓雙折射同時(shí)存在時(shí)稱為橢圓雙折射。由于雙折射的存在，將引起偏振狀態(tài)沿光纖長(zhǎng)度變化。834.雙折射對(duì)偏振狀態(tài)的影響 由于雙折射的存在，則xy，將使得LPy01和LPx的01速度不等，形成相位差，于是偏振狀態(tài)將沿光纖長(zhǎng)度變化。 表征雙折射參量是拍長(zhǎng)Lb，如圖2-14所示。以線雙折射為例，它沿光纖z方向，將由線偏振變成橢圓偏振，再