光波导理论2012-4概论.pptVIP

光波导的分类 (a)平板波导(slab waveguide) (b)条形波导(strip waveguide) (c)圆柱波导(cylindrical waveguide) 条形波导 圆柱波导（光纤） 本征值方程的导出-1 本征值方程的导出-2 光纤的演变 多模光纤的首先出现有其历史必然性 多模光纤 最常用的多模光纤为芯径50和62.5um的两种光纤，主要用于通信系统； 还有其他各种芯径的多模光纤用于不同的场合（如40um、100um等）； 包层直径一般为125um，即常见多模光纤为：50/125、62.5/125； 根据芯径的不同还有其他直径的包层，如200/230等。 单模光纤 单模光纤避免了模色散、模噪声和多模传输附带的其他效应，所以单模光纤传输信号的速度远远高于多模光纤，能够实现高速率、大容量、远距离传输。 纤芯直径和芯/包折射率差决定了光纤的单模状态； 常规单模光纤纤芯直径为8-10um，包层直径为125um 零色散位移光纤 G.653 B2 GB/T 9771.4 零色散波长位于1550nm 现在基本不生产： 非零色散位移光纤 G.655 B4 GB/T 9771.5 随着波分复用技术的发展应运而生，成为长途骨干网的首选光纤； 零色散波长偏移1550nm； 技术背景 传输网络继续向高速率、大容量、长距离发展； 40Gbit/s系统发展面临的技术难题： 宽带光传输用非零色散单模光纤 G.656 （在IEC和GB中暂无对应的标准） 技术背景 主要改进—色度色散 光纤制造技术 芯棒制备 外包层制备 拉丝 MCVD工艺 阿尔卡特公司用石墨炉取代氢氧焰，改进成FCVD工艺 用单独的缩棒车床提高生产效率 作用机理：高温氧化 SiCl4 + O2 SiO2 + 2 Cl2GeCl4 + O2 GeO2 + 2 Cl2 MCVD目前采用的厂家比较多，但市场份额在减小。 由于其技术相对简单，前期投入较低，且不存在专利问题，所以在很多地方得到应用，而且在特种光纤的制备上具有一定的优势。 PCVD工艺 与MCVD同属于管内法 微波激活气体产生等离子使反应气体电离 PCVD工艺具有最精细的折射率剖面控制，在制备复杂剖面光纤方面具有极大优势。采用的厂家主要是荷兰德拉克和中国长飞公司。 OVD工艺 作用机理：火焰水解 SiCl4 + 2H2O SiO2 + 4HClGeCl4 + 2H2O GeO2 + 4HCl 沉积得到的是疏松的粉末棒，还需要经过烧结使之玻璃化 OVD工艺具有生产速度快，成本低的优势，但对光纤折射率剖面的控制较差。美国康宁公司享有OVD专利。 VAD工艺 这是为了避免与OVD专利的冲突而发明的光纤预制棒制造方法 VAD工艺沉积照片 VAD工艺在连续生产上具有较大优势. 目前预制棒制造都为两步法，即在传统的四种工艺制备的芯棒上套管或进行外包层沉积 套管法 RIT 等离子喷涂 APVD (Alcatel) 溶胶凝胶 Sel-Gel (Lucent) Soot法 OVD 等离子外沉积 POVD (FiberCore) 光纤预制棒顶端受热变软， 在重力作用下下垂成丝。 经过涂敷后的光纤 在引导轮的引导下 缠绕在线筒上。 色散曲线 色散曲线 结构参数给定的光纤中,模式分布是固定的。可根据本征值方程式利用数值计算得到各导模传播常数β与光纤归一化频率V值的关系曲线,称之为色散曲线。因此,本征值方程又叫色散方程。 色散曲线分析 图中每一条曲线都相应于一个导模。 平行于纵轴的竖线与色散曲线的交点数就是光纤中允许存在的导模数。由交点纵坐标可求出相应导模的传播常数β。 给定V值, V=Vc, 则Vc越大导模数越多;反之亦然。 当Vc＜2.405时, 在光纤中只存在HE11模,其它导模均截止, 为单模传输。 纵坐标标准化频率的变化范围为0～1，对应于模折射率n=n2和n=n1。 横坐标标准化频率V2.40483时，只有混合模HE11可以存在，这也就是光纤单模工作时的基模或主模，其他高次模都是截止的。光纤是否单模工作，与芯径、工作频率和折射率平方差的平方根有关；基模或主模是混合模HE11，它没有截止频率，而其他模式都有截止频率。 对于较大的V值，可以认为模式个数M＝V2/2；而且包层中传播的光功率与总光功率的关系为 图中的曲线可用于计算光纤的波导色散，其值与dβ/dω或dβ/dλ有关 单模工作条件 单模条件: 单模光纤尺寸: 单模光纤截止波长: 单模光纤截止频率: 仅当波长大于截止波长时方可在光纤中实现单模传输。这时，在光纤中传输的是HE11