光纤和光缆课件.pptVIP

2.特徵方程和傳輸模式由式(2.24)確定光纖傳輸模式的電磁場分佈和傳輸性質，必須求得u,w和β的值。由式(2.22)看到，在光纖基本參數n1、n2、a和k已知的條件下，u和w只和β有關。利用邊界條件，導出β滿足的特徵方程，就可以求得β和u、w的值。由式(2.24)確定電磁場的縱向分量Ez和Hz後，就可以通過麥克斯韋方程組導出電磁場橫向分量Er、Hr和Eφ、Hφ的運算式。因為電磁場強度的切向分量在纖芯包層交界面連續，在r=a處應該有Ez1=Ez2Hz1=Hz2Eφ1=Eφ2Hφ1=Hφ2(2.25)由式(2.24)可知，Ez和Hz已自動滿足邊界條件的要求。由Eφ和Hφ的邊界條件導出β滿足的特徵方程為這是一個超越方程，由這個方程和式(2.22)定義的特徵參數V聯立，就可求得β值。但數值計算十分複雜，其結果示於圖2.8。圖中縱坐標的傳輸常數β取值範圍為n2k≤β≤n1k(2.27)相當於歸一化傳輸常數b的取值範圍為0≤b≤1，(2.26)光纖和光纜2.1光纖結構和類型2.1.1光纖結構光纖（OpticalFiber）是由中心的纖芯和週邊的包層同軸組成的圓柱形細絲。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，並起一定的機械保護作用。設纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸的必要條件是n1n2。圖2.1光纖的外形2.1.2光纖類型光纖種類很多，這裏只討論作為資訊傳輸波導用的由高純度石英（SiO2）製成的光纖。實用光纖主要有三種基本類型，突變型多模光纖（Step-IndexFiber,SIF）漸變型多模光纖（Graded-IndexFiber,GIF）單模光纖（Single-ModeFiber,SMF）相對於單模光纖而言，突變型光纖和漸變型光纖的纖芯直徑都很大，可以容納數百個模式，所以稱為多模光纖圖2.2三種基本類型的光纖(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖；（c）單模光纖圖2.3典型特種單模光纖(a)雙包層；(b)三角芯；(c)橢圓芯特種單模光纖最有用的若干典型特種單模光纖的橫截面結構和折射率分佈示於圖2.3，這些光纖的特徵如下。雙包層光纖色散平坦光纖（DispersionFlattenedFiber,DFF）色散移位光纖（DispersionShiftedFiber,DSF）三角芯光纖橢圓芯光纖雙折射光纖或偏振保持光纖。主要用途：突變型多模光纖只能用於小容量短距離系統。漸變型多模光纖適用於中等容量中等距離系統。單模光纖用在大容量長距離的系統。特種單模光纖大幅度提高光纖通信系統的水準1.55μm色散移位光纖實現了10Gb/s容量的100km的超大容量超長距離系統。色散平坦光纖適用於波分複用系統，這種系統可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。三角芯光纖有效面積較大，有利於提高輸入光纖的光功率，增加傳輸距離。偏振保持光纖用在外差接收方式的相干光系統，這種系統最大優點是提高接收靈敏度，增加傳輸距離。2.2光纖傳輸原理分析光纖傳輸原理的常用方法：幾何光學法麥克斯韋波動方程法2.2.1幾何光學方法幾何光學法分析問題的兩個出發點