《光纤通信系统》PPT课件

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1、光纤通信系统顾畹仪李国瑞编著目录第1章光纤的传输理论第2章光源和光调制第3章光接收机第4章光纤通信系统和通信网第5章光纤通信新技术第1章光纤的传输理论1.1光纤的基本性质1.1.1光纤的结构、分类和光的传输光纤的结构：光纤的分类：石英系光纤：分为多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率光纤和单模阶跃折射率光纤三种，如图1.1.3。多组份玻璃纤维塑料包层光纤全塑光纤光的传输多模阶跃折射率光纤中光的传输多模渐变折射率光纤中光的传输1.1.2光纤的传输性质损耗和色散是光纤的两个主要的传输特性光纤的损耗石英光纤的固有损耗非固有损耗光纤的色散1.2介

2、质平板波导1.2.1基本波导方程式均匀波导中的波动方程非均匀波导中的波动方程基本波导方程式1.2.2对称介质平板波导的传输模式对称介质平板波导中的波导方程式和模式TE模式偶TE模式和奇TE模式偶TE模式奇TE模式传输常数的确定模式截止条件对称介质板波导中的TM模1.2.3介质板波导中的多模群时延在多模传输的介质板波导中，也会产生多模群时延失真，使传输的光脉冲展宽。不同模式所产生的最大群时延差可用最低次模和最高次模的传输时间之差来表示：1.3阶跃折射率光纤的模式理论1.3.1圆柱坐标系中的波导方程式圆柱坐标系和直角坐标系的关系为：圆柱坐标

3、系中的波导方程这个方程可以化为贝塞尔方程，在特定的边界条件下求解R(r)，便可得到阶跃折射率光纤的模式情况。1.3.2阶跃折射率光纤中波动方程的解解的形式在纤芯中（ra），k＝k1＝k0n1在包层里（r>a），k＝k2＝k0n2边界条件和特征方程光纤中的各种导模模式的场型图1.3.3近似解－－LP模LP模是线偏振模LP模的名称来自英文LinearlyPolarizedMode，即线性偏振模的意思，可以证明，若将HEν＋1，m模和EHν－1，m线性叠加，得到的是直角坐标系中的线偏振模。LP模的特征方程由电磁场的边界条件（r＝a时，Ez，H

4、z，Eφ和Hφ分量应连续），可以确定出LPνm模的特征方程为模功率分布阶跃折射率光纤中导模数量的估算1.4渐变折射率光纤的近似分析1.4.1渐变折射率光纤的近似解模式的量子力学解释传导模的WKBJ解转折点附近的解解的连续性和特征方程式1.4.2渐变折射率光纤特性的WKBJ法分析传输模式的数量P模群和模群间隔对阶跃折射率光纤，曾经通过对LP模的分析得到过p模群的概念。也就是说，较高次模是分成群的，尽管ν，m的组合不同，但只要ν＋2m＝p，那么这些不同的LP模就有近似相等的传输常数，而用p模群来表示这些简并模。模群间隔为：模式色散和g的最佳

5、值折射率分布参数g应为：1.5单模光纤1.5.1单模光纤的基本分析1.5.2单模光纤的结构1.5.3单模光纤的频率色散单模光纤频率色散的计算单模光纤的零频率色散1.5.4单模光纤的极化单模光纤的极化演化极化色散单模单极化光纤1.5.5单模光纤的发展与演变第2章光源和光调制2.1激光原理的基础知识原子能级的跃迁原子的能级能级的跃迁原子中的电子可以通过和外界交换能量的方式发生量子跃迁，或称能级跃迁。若电子跃迁中交换的能量是热运动的能量，称为热跃迁；若交换的能量是光能，则称为光跃迁。自发发射受激辐射和受激吸收2.1.2半导体中载流子的统计分布

6、晶体的能带费米-荻拉克统计电子是费米子，它在各能级上的分布，要受泡里不相容原理的限制，即每个单电子量子态中最多只能容纳一个电子，它们或者被一个电子占据，或者空着。电子在各能级中的分布服从费米-荻拉克统计。各种半导体中电子的统计分布2.1.3PN结的能带PN结的形成PN结的能带2.2半导体激光器和发光二极管2.2.1半导体激光器激射条件有源区里产生足够的粒子数反转分布；存在光学谐振机制，并在有源区里建立起稳定的振荡。制作激光器的材料2.2.2F-P腔半导体激光器的结构与分类F-P腔的作用F-P腔激光器的结构与分类按垂直于PN结方向的结构分

7、类按平行于PN结方向的结构分类2.2.3量子阱半导体激光器2.2.4分布反馈激光器结构特点工作原理DFB激光器的优点单纵模振荡谱线窄，波长稳定性好动态谱线好线性度好半导体激光器的基本性质2.2.5发光二极管工作原理结构和分类基本性质发射谱线和发散角响应速度热特性优点2.3半导体激光器的模式性质2.3.1厄密-高斯模式的解2.3.2激光器的纵模纵模的概念对于半导体激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振

8、腔里振荡并建立起强场，这个强场使粒子数反转分布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或几个模式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。由谐振条件求纵模的波长间隔纵模的性质2