光纤技术及应用石顺祥复习讲义.ppt

光纤技术及应用;第1章 光传输的基本理论 ;它们实质上是边界上的场方程，是Maxwell方程组在介质交界面上的具体化。;1.1.1 波动方程;前面是矢量方程，每个分量都满足如下的标量方程;1.2 平面光波及在介质面上的反射、折射;对应的波动方程-亥娒霍玆方程; E和H的关系;波阻抗;1.2.1 平面光波在介质界面上的反射折射;;1.2.1 平面光波在介质界面上的反射折射;介质内的光场则为;1.3 程函方程与光线方程;化简得到：;3. 光线方程;对程函方程求导;2.1 理想平板波导的射线光学理论;边界连续性要求，?处处相等;下界面是部分反射，有如下关系;从波阵面AB?CD，要求所有光线之间的位相延迟差都是2?的整数倍?干涉相长;根据关系; m值取整数，对应入射角只能取离散值;代入方程可得;得到;p值变为负数，则场在衬底向外不衰减---衬底辐射模;p值变为负数，则场在衬底向外不衰减---衬底辐射模;，模式的正交可写为;2.4.1 耦合模理论;——耦合模理论的基本方程;耦合条件;如果有;逆向耦合的例子;Δ：结构参数 ～ 0.3%~0.6% 单模光纤； 1%~2% 多模光纤。;Multimode step-index fiber;子午光线 Meridional Rays;波矢分量;;稳定传播—位相自洽 A沿着圆弧到达B， A经O反射到达B, 位相差=2m?;（子午光线）;数值孔径;轨迹;K为实数;当v=0时，横模。 Ez, Er ,H? ≠0，Hz=Hr=0，E? =0， TM0?。 2. Hz, Hr, E?≠0, Ez=Er=0， H? =0，TE0? 。 ;包层中：;;;;例：0.2dB/km， 一公里传输下降为0.955;;振动基频和玻璃分子的振动基频相互作用;瑞利散射 d?;(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c） 单模光纤 ;一般定义;群延时（单位长度的传播时间）;表示为波长;由群延时展宽公式（4.2-13）;将? 展开;仍为高斯脉冲 脉冲展宽， 功率降低;普通光纤：色散小的波长处损耗大，损耗小的波长处色散大;;其他：;光从1入，3、4出， 不希望2有输出;缺点;(分路合路器);熔拉双锥式;当;例子;法拉第磁光效应——非互易旋光性;空间分离偏振器SWP为双折射晶体，将光分解为两个偏振垂直分量； 半波片的作用是将光的偏振态旋转45°。 ;;;掩膜板：相位光栅，抑制零级，增强正负一级;无外加电场：偏振面旋转90度， 合成，从光纤4输出； 有外加电场：偏振面不发生变化，合成，从光纤3输出；;;1.晶体型 2.非线性光学效应型 3.掺杂型;基本概念;光放大;形成驻波;衡过程;要求：M1透泵浦，高反激光；M2部分反激光，全反泵浦 诸多问题：间隙，离轴，倾斜，畸变….;（略）;1 光纤通信系统的基本组成 2 光纤通信原理基础 3 光纤通信系统的光源和调制特性 4 光纤通信系统中的光放大和光放大器 5 光检测原理和光检测器 6 光纤通信系统的复用技术 7 相干光纤通信系统;发送机;将电信号转化为合适的传输形态，并加载到载波上;模拟信号：放大、滤波 数字信号：放大、滤波、门限判决;模拟光纤通信系统中不同参考点处的信号;原始非电信号?原始电信号(基带信号)?调制?信道?解调;为什么要载波发射 ? ?　　 1)天线要将低频信号有效地辐射出去，它的尺寸就必须很大。例如，频率为1KHz的电磁波，其波长为300km。如果采用1／4波长的天线，则天线的长度应为75Km。这是难于办到的。　　 2)为了使发射与接收效率高，在发射机与接收机方面都必须采用天线和谐振回路。但语言、音乐、图像信号等的频率变化范围很大，因此天线和谐振回路的参数应该在很宽范围内变化。这又是难于做到的? ?? ? 3)如果直接发射音频信号，则发射机将工作于同一频率范围。这样，接收机将同时收到许多不同电台的节目，无法加以选择。　　 为了克服以上的困难，必须利用高频振荡，将低频信号“附加”在高频振荡上。这样，就使天线的辐射效率提高，尺寸缩小；同时，每个电台都工作于不同的载波频率，接收机可以调谐选择不同的电台。这就解除了上述的种种困难。; 或者说信息量是指从N个相等可能事件中选出一个事件所需要的信息度量或含量，也就是在辩识N个事件中特定的一个事件的过程中所需要提问是或否的最少次数. ; 香农（C. E. Shannon）信息论应用概率来描述不确定性。信息是用不确定性的量度定义的.一个消息的可能性愈小，其信息愈多；而消息的可能性愈大，则其信息愈少.事件出现的概率小，不确定性越多，信息量就大，反之则少。;例题：p142;这是理论上无差错传输的极限，实