光纖傳輸理論課件

第三章光纖傳輸理論第三章光纖傳輸理論1當(dāng)光纖纖芯直徑很小時(shí)，光纖內(nèi)對(duì)給定工作波長只能傳播一個(gè)模式，稱為單模光纖（SingleModeFiber,SMF）。纖芯直徑較大的光纖可傳輸多個(gè)模式，稱為多模光纖（MultimodeFiber,MMF）。單模光纖與多模光纖的外徑（包層直徑）均為125μm，多模光纖芯徑50μm或62.5μm，單模光纖芯徑8—10μm。

當(dāng)光纖纖芯直徑很小時(shí)，光纖內(nèi)對(duì)給定工作波長只能傳播一個(gè)模式，2關(guān)鍵的名詞和概念可傳播的模式數(shù)階躍折射率光纖中的傳輸模式數(shù)M取決于光纖纖芯半徑a、纖芯折射率n1、包層折射率n2和光波長λ。關(guān)鍵的名詞和概念可傳播的模式數(shù)階躍折射率光纖中的傳輸模式數(shù)M3單模傳輸條件單模光纖只能傳輸一個(gè)模式，即HE11模，稱為光纖的基模。基模不會(huì)截止。單模傳輸條件單模光纖只能傳輸一個(gè)模式，即HE11模，稱為光纖4單模條件截止波長：

光纖纖芯半徑：單模條件截止波長：光纖纖芯半徑：5階躍光纖纖芯和包層的折射率分別是1.480和1.460，纖芯半徑50μm，光源波長0.85μm。請(qǐng)計(jì)算光從空氣射入光纖的數(shù)值孔徑、最大可接收角和所能支持的模式數(shù)量。123歸一化頻率：模式數(shù)量：階躍光纖纖芯和包層的折射率分別是1.480和1.460，纖芯6典型單模光纖的纖芯直徑是8μm，折射率是1.46。其相對(duì)折射率差是0.3％，包層直徑是125μm，光源波長為0.85μm。請(qǐng)計(jì)算光纖的數(shù)值孔徑、最大可接收角和截止波長。123單模傳輸條件：對(duì)應(yīng)截止波長：典型單模光纖的纖芯直徑是8μm，折射率是1.46。其相對(duì)70.2*200=-10*lg(Pout/1mW)第四章光纖特性0.2*200=-10*lg(Pout/1mW)第四章光纖8注入單模光纖的LD功率為1mW，在光纖輸出端光電探測器要求的最小光功率是10nW，在1.3μm波段工作，光纖衰減系數(shù)0.4dB/km，請(qǐng)問無須中繼器的最大光纖長度是多少？衰減：注入單模光纖的LD功率為1mW，在光纖輸出端光電探測器要求的9一階躍折射率光纖，纖芯半徑a=25μm，n1=1.5，相對(duì)折射率差Δ＝1％，長度L＝1km。求

（1）子午光線的最大時(shí)延差；

（2）若將光纖的包層和表面涂層去掉，求裸光纖的數(shù)值孔徑和最大時(shí)延差。最大時(shí)延差：一階躍折射率光纖，纖芯半徑a=25μm，n1=1.5，相10多模光纖

階躍多模光纖的多模色散(模式色散、模間色散)多模光纖階躍多模光纖的多模色散(模式色散、模間色散)11單模光纖

單模光纖12色度色散(模內(nèi)色散)包括材料色散和波導(dǎo)色散，不能用等號(hào)和加法多模漸變折射率光纖色度色散(模內(nèi)色散)包括材料色散和波導(dǎo)色散，不能用等號(hào)和加法13光纖傳輸理論課件14Ramanscattering:inelasticscatteringofaphoton.拉曼散射源自光纖中光與二氧化硅硅分子振動(dòng)之間的相互作用，使得一部分光子能量轉(zhuǎn)化為分子自身的機(jī)械能，同時(shí)發(fā)出頻率低于入射光的光子(Stoke波)，原因是部分能量已經(jīng)損失掉。若分子已處于激發(fā)態(tài)，則可能產(chǎn)生頻率高于入射光的光子(反Stoke波)Brillouinscattering：inelasticscatteringofaphoton.是一種由材料密度變化引起的非彈性散射。材料密度變化可由聲波或溫度梯度引起。Ramanscattering:inelasti15相似之處：都是非彈性散射，都引起光波頻移不同之處:原理不同閾值不同：要求的功率閾值對(duì)受激拉曼散射為100mW～200mW，對(duì)受激布里淵散射為10mW。頻移量不同，Raman大約10THz，Brillouin大約1-10GHz相似之處：16一個(gè)2×2融錐光纖耦合器的性能指標(biāo)：分光比40/60，60％的信道的插入損耗為2.7dB,而40％的信道的插入損耗為4.7dB。1，若輸入功率是1mw，求兩端口的輸出功率；2，求耦合器的額外損耗。

第五章無源器件一個(gè)2×2融錐光纖耦合器的性能指標(biāo)：分光比40/60，60％175.3、考慮如圖所示的融錐光纖耦合器中，耦合比為拉伸長度的函數(shù)。工作于1310和1540時(shí)的性能已經(jīng)給出，如果拉伸長度分別在一下位置：A，B，C，D，E和F，試討論各個(gè)波長耦合器的性能。

5.3、考慮如圖所示的融錐光纖耦合器中，耦合比為拉伸長度的函18一根30km長的光纖，在波長1300nm處的衰減為0.8dB/km，接頭損耗0.5dB,若從一端注入功率為200的光信號(hào)，求另一端輸出功率?？倱p耗：0.8dB/km*30km+0.5dB*2=25dB25dB=-10lg(Pout/200uW)光源——光纖——探測端一根30km長的光纖，在波長1300nm處的衰減為0.8dB195.5、請(qǐng)簡要說明光環(huán)形器的原理，同時(shí)采用光纖Bragg光柵和光環(huán)形器組成一個(gè)四波長的WDM合波器。5.5、請(qǐng)簡要說明光環(huán)形器的原理，同時(shí)采用光纖Bragg光柵20光柵周期：Λ=λuv/2sin(θ/2)Bragg波長：光柵周期：Λ=λuv/2sin(θ/2)21一光通信系統(tǒng)的通道間隔是200GHz，求通道間的波長間隔是多少(波長1550nm)？請(qǐng)問在1525nm～1565nm波段可以容納多少個(gè)通道？

一光通信系統(tǒng)的通道間隔是200GHz，求通道間的波長間隔是多22輸出能量不超過原有信號(hào)能量與注入的泵浦能量之和功率轉(zhuǎn)換效率極限情況下泵浦光都用于放大信號(hào)光，那么此時(shí)：EDFA的輸入、輸出功率可以用能量守恒原則表示：第六章有源器件輸出能量不超過原有信號(hào)能量與注入的泵浦能量之和功率轉(zhuǎn)換效率極23噪聲指數(shù)為輸入信噪比與輸出信噪比的比值NF反比于光頻率，980nm噪聲系數(shù)小噪聲指數(shù)為輸入信噪比與輸出信噪比的比值NF反比于光頻率，924入射光子的能量必須大于或者等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，才能產(chǎn)生光生載流子。截止波長入射光子的能量必須大于或者等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，才能產(chǎn)生25響應(yīng)度:平均輸出光電流與平均入射的光功率之比量子效率

1.015A/W1.124A/W響應(yīng)度:平均輸出光電流與平均入射的光功率之比量子效率126能帶差△E和發(fā)出光的振蕩頻率v之間有△E＝hv的關(guān)系。這里h是普朗克常數(shù)，等于6.625×10-34焦耳·秒。半導(dǎo)體發(fā)射波長由λ=c/v的關(guān)系式得出△E取決于半導(dǎo)體材料的本征值，單位是電子伏特(eV)，需轉(zhuǎn)換單位1.43869nm0.961294nm能帶差△E和發(fā)出光的振蕩頻率v之間有△E＝hv的關(guān)系。這里h27光電二極管的倍增因子量子效率42.5光電二極管的倍增因子量子效率42.528光纖傳輸理論課件2981GHz0.195nm81GHz0.195nm30光纖的歷史1880-AlexandraGrahamBell發(fā)明光束通話傳輸1960-電射及光纖之發(fā)明1966-華裔科學(xué)家“光纖之父”高錕預(yù)言光纖將用于通信。1970-美國康寧公司成功研制成傳輸損耗只有20dm/km的光纖。1977-首次實(shí)際安裝電話光纖網(wǎng)路1978-FORT在法國首次安裝其生產(chǎn)之光纖電1979-趙梓森拉制出我國自主研發(fā)的第一根實(shí)用光纖，被譽(yù)為“中國光纖之父”1990-區(qū)域網(wǎng)路及其他短距離傳輸應(yīng)用之光纖2000-到屋邊光纖=>到桌邊光纖2005FTTH(FiberToTheHome)光纖直接到家庭光纖的歷史1880-AlexandraGrahamBell31光纖的分類（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖（0.85pm、1.3pm、1.55pm）。（2）折射率分布：階躍（SI）型、近階躍型、漸變（GI）型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。（3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。（4）原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、復(fù)合材料（如塑料包層、液體纖芯等）、紅外材料等。按被覆材料還可分為無機(jī)材料（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。（5）制造方法：預(yù)塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學(xué)汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rodintube）和雙坩鍋法等。光纖的分類（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、32光纖的衰減造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對(duì)接等。本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。不均