光纤技术基础(单模光纤).ppt

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1、2021/9/2614.8单模光纤1.阶跃折射率单模光纤2.无界抛物型折射率分布弱导光纤3.单模光纤的高斯拟合和模场直径4.单模光纤的主要类型5.近似方法6.单模光纤的偏振特性2021/9/262限制层波导层限制层n3n1n2xyzh三层均匀一维平面光波导知识回顾2021/9/263全反射条件相干加强条件特征方程几何光学：波动光学：场分布边界条件特征方程kkxkz知识回顾2021/9/264知识回顾满足全反射条件时，只有某些以特定角度入射的光线才能在波导内传导，每一种可以传导的电磁波称为波导的一种模式。2021/9/265阶跃折射率光纤Stepindexn1n2ab知识回顾2021/9/26

2、6W=0,U=Vc,归一化截止频率截止条件单模条件：矢量法TE0n模，TM0n模，EHmn模，HEmn模标量法LPmn模知识回顾2021/9/267光波导中模式的普遍性质完备性正交性2的稳定性横向非均匀性光波导微扰法纵向非均匀性光波导模式耦合知识回顾2021/9/268一.阶跃折射率单模光纤?单模光纤与多模光纤?单模工作条件与单模截止波长?阶跃折射率单模光纤中的场分布与功率限制因子阶跃折射率单模光纤的特征方程及其近似表述2021/9/269结构折射率剖面形状阶跃型stepn1n2ab阶跃折射率单模光纤2021/9/2610阶跃折射率单模光纤阶跃折射率光纤中的传导模的数量由光纤归一化频率决定

3、。归一化频率基模：HE112021/9/2611b~V曲线b~V曲线只有LP01模传输——基模b：归一化传输常数阶跃折射率单模光纤2021/9/2612单模传输条件光纤模式理论阶跃折射率光纤最低阶高次模（LP11,TE01,TM01，（HE21弱导））的归一化截止频率单模条件只传输基模(HE11,LP01)基模的归一化截止频率：阶跃折射率单模光纤2021/9/2613单模工作波长范围只有当光纤的工作波长大于截止波长时，光纤才处于单模工作状态。单模工作波长范围c2021/9/2614多模光纤和单模光纤单模光纤：多模光纤：设计光纤结构，选择工作波长，控制光纤中导模数量同时支持多个导模传输的光纤

4、只支持基模传输的光纤阶跃折射率单模光纤2021/9/2615单模光纤与多模光纤区别结构性能单模光纤多模光纤5—10m较大，50m芯径较小剖面多样性设计折射率分布和包层结构SMF，DSF，DFF，DCF，NZDF，PMF等，便于光源耦合，芯径不能太小模式色散模式色散较大，传输带宽受限制用于短距离，低速率系统，芯径大，便于耦合,在传感系统中应用没有模式色散，传输带宽大用于长距离大容量光纤通信系统阶跃折射率单模光纤2021/9/2616弱导光纤的场分布阶跃折射率单模光纤2021/9/2617单模光纤的场分布单模光纤中沿y方向偏振的基模场m=0纵向分量/横向分量LP01阶跃折射率单模光纤202

5、1/9/2618功率限制因子m=0单模光纤中阶跃折射率单模光纤2021/9/2619特征方程LP模特征方程m=0基模特征方程近似表述阶跃折射率单模光纤2021/9/2620二、无界抛物型折射率分布弱导光纤?抛物型光纤与无界抛物型光纤?无界抛物型光纤的标量近似解（LPmn模）?无界抛物型光纤中的基模场分布与光强分布?模场直径的概念2021/9/2621结构折射率剖面形状渐变型gradingn1n2ab无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/2622折射率分布无界抛物型折射率分布实际的抛物线型折射率分布包层：对光纤中的导模施加了截止条件近似解析解无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/262

6、3无界抛物型光纤中的场模式弱导近似光纤中的场Ex或Ey满足柱坐标下的标量波动方程分离变量法无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/2624无界抛物型折射率分布本征函数解与m,n有关的常数N-1阶Laguerre多项式传输常数本征值本征解无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/2625基模场分布LP01模m=0，n=1基模的功率分布无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/2626说明1.抛物型折射率分布单模光纤中的场分布和光功率分布均为高斯型无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/2627说明模场直径：单模光纤内场强衰减到其最大值的1/e的宽度。模斑直径：单模光纤内光功率衰减到其最大值

7、的1/e的宽度。抛物型折射率分布单模光纤耦合、接续、弯曲损耗、色散无界抛物型折射率分布弱导光纤2021/9/2628三、单模光纤的高斯拟合和模场直径单模光纤的模场直径?对基模场分布的高斯拟合近似?模场直径的近场二阶矩定义(PetermannI)?模场直径的远场二阶矩定义(PetermannII)?模场直径的高斯拟合定义2021/9/2629模场直径定义：单模光纤内光功率衰减到其最大值的1/e的宽度。定义：单模