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时间:2019-06-18
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1、第一章概述1、**什么是光纤通信?主要优点?答:所谓光纤通信,是指利用光导纤维(简称光纤)传输光波信号的一种通信方式。主要优点有:(1)传输频带宽、通信容量大。(2)传输损耗小。(3)抗电磁干扰能力强。(4)线径细、重量轻。(5)资源丰富。2、**光纤通信与电通信的比较?答:光纤通信与电通信的主要差异有两点:一是用光作为传输信号;二是用光缆作为传输线路。3、**光纤通信的调制、检测方式?答:目前采用比较多的一种基本方式,即是强度调制——直接检波(IM/DD)方式。4、**光纤通信的组成?答:光纤
2、数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机、监控及电源系统组成。第二章光纤与光缆2.1光纤的结构与分类一、结构光纤由纤芯、包层、一次涂覆层和二次涂覆层组成。纤芯包层一次涂覆层(预涂层)二次涂覆层二、分类1、按折射率分布(1)突变型(均匀型、阶跃型)(2)渐变型(非均匀型、梯度型)2、按套塑结构(P70)(1)紧套光纤(2)松套光纤3、**按传输模式(1)单模光纤(给定工作波长上,允许传输单一导模的光纤)。(2)多模光纤(给定工作波长上,允许传输多个导模的光纤)。2.2阶跃型光纤一、
3、预备知识(1)1、介质折射率n真空中的光速介质中的光速2、反射定律:221、折射定律:即2、全反射:条件:①(光密→光疏)②为全反射的临界角,现象为只有反射光,没有折射光。预备知识(2):纤芯的最大折射率:纤芯的半径:离开纤芯中心的径向距离:相对折射率差:折射率分布指数;=2为梯度光纤,=为突变型光纤。**弱导光纤二、阶跃光纤光射线的理论分析几何光学对应射线理论;波动光学对应麦克斯韦方程。1、相对折射率差:2、射线的种类:P29**子午面:通过光纤轴线的平面。**子午线:始终在同一子午面上通过的
4、光射线。斜射线:不在一个平面里,不经过光轴线的射线。3、子午线的分析φ:端面入射角(1)在分界面,满足全反射条件——传输(导模,传导光)在分界面,不满足全反射条件——辐射光(辐射模)(2)最大激励角(最大接收角)**为导模;为辐射模。22(1)数值孔径NA**定义:**物理意义:表示光纤捕捉光射线的能力。NA大能力强。**何谓弱导(波)光纤?它对光纤的NA和模式色散有什么影响?弱导波光纤即光纤纤芯的折射率略大于包层的折射率,即;因此小,则NA小,模式色散也小。一、阶跃光纤的标量近似分析法1、分析
5、方法:(矢量)严格解波动光学(标量)近似解标量近似解条件:弱导(波)光纤,即几个近似:**①光射线与轴线近似平行**②近似横电磁波(电场分布在平面上)③横向电磁场为线性极化波2、场方程中参量符号归一化频率V——光纤的综合结构参数**:纤芯折射率:包层折射率:纤芯半径(m):相对折射指数差:光在真空中的光波长(m):归一化频率(无量纲)3、阶跃型光纤中标量模的特性(1)模式传导模(2)分类辐射模(3)不同模式:线性偏振模(极化模)**①偏振方向:指场的电场分量的空间取向,即随着时间变化,电场矢量顶
6、点的轨迹。**②22线性偏振模:指电场强度矢量空间取向不变,即随着时间变化,电场强度矢量顶点的轨迹为一直线。③下标:基模;…高次模。(1)导模截止每个导模存在一个截止频率;导模不可传导,模式(2)基模和第一高次模**基模:截止波长最长的模(截止频率最低)**第一高次模:截止波长次长的模式。4、光纤中导模数量的估算**阶跃光纤中,——归一化频率5、**举例,P78,第2题已知:求:和?解:2.3渐变型光纤一、光射线理论分析1、渐变型光纤的子午线**(1)传光原理:折射+内全反射(阶跃光纤为内全反射
7、)传导;辐射(2)曲线轨迹形状取决于:(折射率分布),入射条件。221、最佳折射率指数分布(1)模式色散:要求小(2)**自聚焦:不同射线虽然轨迹不同,但具有相同的轴向速度,这种现象称为自聚焦。具有自聚焦现象的光纤称为自聚焦光纤(可消除模式色散)。(3)最佳折射率分布**①定义:可以消除模式色散(或可以产生自聚焦现象)的光纤的折射率分布。**②最佳分布——双曲正割分布(2-32)(公式不作要求)**实际采用近似——平方律折射指数分布(2-40)(公式不作要求)二、本地数值孔径(2-41)——离光
8、纤轴芯处的折射率;——光纤包层折射率三、平方律型光纤中的导模数量**——归一化频率2.4单模光纤**定义:在给定的工作波长上,只传输单一基模的光纤。一、折射率分布1、阶跃型——匹配包层型2、下凹型——下凹包层型二、单模光纤传输条件1、归一化截止频率模式归一化截止频率:,传导;,截止。**阶跃型光纤,;……2、单模传输条件:**3、截止波长(工作波长)单模传输;则不能保证单模传输。22**例:已知阶跃型光纤求(1)当,为保证单模传输,应取多大?(2)当,为保证单模传输,应取多大?解:单模传输条件,
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