光纤通信第二章功课.pptVIP

光纤通信技术第二章 光纤传输原理及传输特性 引言 光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，任何信号均能以相同速度无损无畸变地传输。 ?但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗和色散，当信号强度较高时还存在非线性。 ？在实际系统中，光信号到底如何传输？其传输特性、传输能力究竟如何？——本章讨论的要点。 第二章 光纤传输理论及传输特性 1 光纤与光缆的结构和类型 2 光纤的传输原理 3 光纤传输特性 1 光纤与光缆的结构和类型 60年代，光纤损耗超过1000dB/km 1970年出现突破，光纤损耗降低到约20dB/km (1?m附近波长区) 1979年，光纤损耗又降到0.2dB/km (在1.55 ?m处) －－低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命，开创了光纤通信的时代。 1.1 光纤的结构 光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。 光纤?中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋涂覆层 特点：ncorenclad ?光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。 1.2 光纤型号 ITU-T规定的光纤型号： G.651 多模光纤 G.652 常规单模光纤 G.653 色散位移光纤 G.654 波长1550nm处损耗最低光纤 G.655 非零色散位移光纤 1.3 光缆的制作 用气相沉积法制作具有所需折射率分布的预制棒（典型预制棒长1m,直径2cm） 使用精密馈送机构将预制棒以合适的速度送入炉中加热 成缆--光缆 预制棒制作技术 －改进的化学气相沉积法（MCVD）、等离子体化学气相沉积法（PCVD）、棒外气相沉积法（OVD）和轴向气相沉积法（VAD）  1.4 其他光纤 聚合物(塑料)光纤(POF)：用于用户接入。 尽管塑料光纤与玻璃光纤相比有更大的信号衰减，但 韧性好，更为耐用 直径大10~20倍，连接时允许一定的差错，而不致牺牲耦合效率 廉价的塑料注入成形技术，可用于制造光连接器、光分路器和收发设备。 2.光纤传输原理 2.1 光纤的射线光学传输理论 光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。 光纤?中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋涂覆层 特点：ncorenclad ?光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。 2. 渐变光纤 渐变光纤的芯区折射率不是一个常数，从芯区中心的最大值逐渐降低到包层的最小值。光线以正弦振荡形式向前传播。 入射角大的光线路径长,由于折射率的变化,光速在沿路径变化,虽然沿光纤轴线传输路径最短,但轴线上折射率最大,光传播最慢.通过合理设计折射率分布, 使光线同时到达输出端，降低模间色散。这是光的自聚焦现象带来的好处。 光纤传输的波动理论的主要概念和结论小结 模式的概念与线偏振模 归一化频率 模截止频率与导模的传输条件 单模传输的条件 1、模式的概念与线偏振模 波动方程的一个“特解”，表示电磁场的一种稳定存在形式，用电力线或磁力线将此形式描绘出来便是一种特定图案。这种电磁场分布的特定图案或称“场型”，被称为“模式” 在均匀介质传播的光波可以认为是平面波，其电场和磁场的方向与光的传播方向垂直，而且是正交的两个分量，即横电磁波(TEM)。当光在由几种媒介组成的非均匀介质中传播时，据传播方向有无电磁场分量可分为： 横电磁波（TEM）—传播方向上无电场和磁场分量 横电波(TE)—传播方向上无电场，有磁场分量 横磁波(TM)—传播方向上有电场，无磁场分量 混合波(EH、HE)—传播方向上既有电场也有磁场分量 在这些电磁波中，有一部分的场型和传播速度（特征方程）是相同的，通常，我们把这些场型分布相同的模式称为简并模 计算表明，能在光纤中存在的导模有TEon、TMon、HEmn、EHmn四种。 线偏振模——LP LPmn模。（Linearly Polarized mode） 弱导情况下的近似简化分析 低次LP模与TE 、TM、HE、EH模的对应关系 2、模截止频率与导模的传输条件 光纤中可能存在各种模，若考虑它们能否稳定存在，先要确定某个模式能否存在的“门限”参数，这个参数的量纲和V相同，用Vcmn表示，代表mn序号的某模式(如LPmn)的截止频率。 当客观条件小于此值时，这种模式便不存在,称截止。实际上是这种场型的电磁波不能在芯区形成驻波振荡，而向包层辐射出去了。 各种模式截止的门限值与光波波长、光纤的折射率分布、a等具体参数有关。 几种低阶模式的截止频率值 3、单模传输的条件 在各模式的截止频率中，LP01模的Vc=0，最低，称该模为“基模”，或