色散補(bǔ)償光纖ppt課件.ppt

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1、第2章光纖光纖結(jié)構(gòu)光纖傳輸原理單模光纖多模光纖光纖使用特性和產(chǎn)品介紹光纖是光纖通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，它具有傳輸損耗低、傳輸容量大的特點(diǎn)。對于光纖而言，其衰減和色散特性是影響系統(tǒng)性能的主要因素。當(dāng)入射到光纖內(nèi)的光功率較大時(shí)，光纖呈現(xiàn)的非線性效應(yīng)對系統(tǒng)的傳輸會(huì)產(chǎn)生較大的影響。隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖的性能也不斷地得到改善，新的光纖品種不斷出現(xiàn)，其價(jià)格也逐年下降，應(yīng)用范圍得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展。為了對光纖通信系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解，必須認(rèn)識(shí)光纖的工作原理及其性能，以便根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境選擇光纖產(chǎn)品，保證光纖性能穩(wěn)定、系統(tǒng)可靠地運(yùn)行。本章

2、用幾何光學(xué)和波動(dòng)方程兩種方法闡述了光纖中光的傳輸機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，對單模光纖和多模光纖傳輸特性進(jìn)行了分析，并介紹了光纖制作工藝、光纖產(chǎn)品及其光纖的使用特性。2.1光纖結(jié)構(gòu)按照光纖橫截面上徑向折射率的分布特點(diǎn)，我們把光纖分為階躍折射率光纖和漸變折射率光纖兩大類。2.1.1階躍折射率光纖階躍折射率光纖的折射率分布如圖2.1.1所示。圖（a）、（b）分別為單模和多模階躍折射率光纖示意圖。圖2.1.1階躍折射率光纖示意圖圖中，2a為纖芯直徑，2b為包層直徑，纖芯和包層的折射率都是常數(shù)，分別為n1和n2。為

3、了滿足光在纖芯內(nèi)的全內(nèi)反射條件，要求。在纖芯和包層分界面處，折射率呈階躍式變化，用數(shù)學(xué)形式表示為（2.1.1）多模階躍光纖由于存在著較大的模間色散，使用受到了很大限制。光線n2n1nr2b2a(a)單模階躍折射率光纖(b)多模階躍折射率光纖光線r2b2ann1n22.1.2漸變折射率光纖漸變折射率光纖纖芯中折射率不是常數(shù)，而是在纖芯中心最大，為n1，沿徑向（r方向）按一定的規(guī)律逐漸減小至n2，包層中折射率不變?nèi)詾閚2。其折射率分布是：（2.1.2）式中，r是光纖的徑向半徑，參數(shù)決定折射率形式。Δ為相對折射率

4、差。Δ值越大，把能量束縛在纖芯中傳輸?shù)哪芰υ綇?qiáng)，對漸變多模光纖而言，其典型值為0.015。圖2.1.2示出了多模漸變折射率光纖中折射率分布和光線傳輸示意圖，與階躍型光纖不同的是，光線傳播的路徑是連續(xù)的彎曲線。表2.1列出了階躍型單模光纖、階躍型多模光纖和漸變型多模光纖的典型參數(shù)。圖2.1.2漸變折射率光纖光線r2b2ann1n22.2光纖傳輸原理由物理學(xué)可知，光具有粒子性和波動(dòng)性，對其分析也有兩種方法：一是幾何光學(xué)分析法，二是波動(dòng)方程分析法。2.2.1幾何光學(xué)分析法幾何光學(xué)分析法是用射線光學(xué)理論分析光纖中光傳輸

5、特性的方法。這種分析方法的前提條件是光的波長要遠(yuǎn)小于光纖尺寸，用這種方法可以得到一些基本概念：全內(nèi)反射、數(shù)值孔徑等，其特點(diǎn)是直觀、簡單。1.全內(nèi)反射光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，描述介質(zhì)對光這種作用的參數(shù)就是折射率，折射率與光之間的關(guān)系為（2.2.1）式中，c是光在真空中的傳播速度，c＝3×108m/s，是光在介質(zhì)中的傳播速度，n是介質(zhì)的折射率?？諝獾恼凵渎式茷?。折射率越高，介質(zhì)材料密度越大，光在其中傳播的速度越慢。在均勻介質(zhì)中，光是直線傳播的，當(dāng)光由一種折射率介質(zhì)向另一種折射率介質(zhì)傳播時(shí)，在介質(zhì)分界面上會(huì)產(chǎn)

6、生反射和折射現(xiàn)象，見圖2.2.1。入射光反射光折射光θ1θ2θ3n1n2界面(光疏介質(zhì))(光密介質(zhì))入射光反射光折射光θ1θ2θ3n1n2界面(光密介質(zhì))(光疏介質(zhì))θ1增加入射光反射光折射光θ1θ2＝900θ3n1n2界面(光密介質(zhì))(光疏介質(zhì))θ1＝θC入射光反射光θ1θ3n1n2界面(光密介質(zhì))(光疏介質(zhì))θ1>θC圖2.2.1光由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)的入射由斯涅爾定理可知，入射光、反射光以及折射光與界面垂線間的角度滿足下列關(guān)系（2.2.2）式中，θ1、θ2和θ3分別稱為入射角、折射角和反射角。我們將折射率較大

7、的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)，折射率較小的稱為光疏介質(zhì)，由（2.2.2）式可知，當(dāng)光由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角；反之，光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。在這種情況下（n1>n2），隨著入射角的增大，折射角也增大，當(dāng)時(shí)，折射光將沿著分界面?zhèn)鞑?，此時(shí)對應(yīng)的入射角稱為臨界入射角，記為。圖2.2.1光由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)的入射由（2.2.2）式可求得臨界入射角：，即（2.2.3）如果入射光的入射角，所有的光將被反射回入射介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱之為全反射，光纖就是利用這種折射率安排來傳導(dǎo)光的：光纖纖芯的折射率高

8、于包層折射率，在纖芯與包層的分界面上，光發(fā)生全內(nèi)反射，沿著光纖軸線曲折前進(jìn)，如圖2.2.2所示。我們將光纖內(nèi)的光線分成兩類：一類是子午光線，見圖2.2.2（a）。另一類是斜光線，見圖2.2.2（b）。子午光線是在與光纖軸線構(gòu)成的平面（子午面）內(nèi)傳輸，斜光線則在傳播的過程中不固定在一個(gè)平面內(nèi)。(b)斜光線（a)子午光線