激光技术第8章-激光传输技术.ppt

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1、第8章激光传输技术1光纤通信发展史1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)制作出损耗为20dB/km光纤。1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。2高锟与光纤通信技术的发明科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖。他发明的光纤技术通信，是继中国人发明印刷术、造纸、指南针和火药之后的“第五大发明”，为今日生活中不可或缺的互联网和电话带来方便。3光纤的结构光纤（OpticalFiber）的典型结构是多层同轴圆柱

2、体，如图所示，自内向外由纤芯、包层和涂敷层三部分组成。4光纤的结构纤芯：位于光纤的中心部位。单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm以上。纤芯的成分是高纯度SiO2。包层：位于纤芯的周围。标准直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。5光纤的分类1.按横截面上折射率分布情况分类：渐变型光纤（渐变折射率光纤）突变型光纤（阶跃折射率光纤）6光纤的分类2.按传光原理分类：反射型光纤：光沿着直线传播折射型光纤：光沿着曲线传播7

3、光纤的分类3.按光纤传输的模式数分类：单模光纤：纤芯直径只有8~10μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式（只传输主模），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。用在大容量长距离的系统。多模光纤：纤芯直径都很大（大于50μm），可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。只能用于小容量短距离系统。多模光纤和单模光纤，包层外径2b都为125μm。8光纤的分类4.按照制造光纤所用的材料分类有：石英系光纤：损耗低，性能好，用于通信；多组分玻璃光纤：损耗较大；塑料光纤：价格低，损耗大，更好的韧性、更耐用，可用于

4、环境恶劣的场合低成本、低续接成本损耗比玻璃纤维高，一般用于短距离传输，主要用于接入网。9光纤的结构参数光纤直径；数值孔径；相对折射率差；规一化频率；折射率分布10光纤的数值孔径根据这个传播条件，定义最大接收角－入射临界角的正弦为数值孔径(NumericalAperture,NA)。即光纤的数值孔径为：NA=n0sin(θmax)由此可见，只有在半锥角为θi≤θmax的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。11光纤的数值孔径NA=n0sin(θmax)=光纤的数值孔径NA仅决定于光纤的折射率n1和n2，与光纤的直径无关。光纤的数值

5、孔径NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θmax)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。对于无损耗光纤，在θmax内的入射光都能在光纤中传输。12相对折射率差n1和n2差值的大小直接影响着光纤的性能，为此引入相对折射率差这样一个物理量来表示它们相差的程度，用Δ表示，即弱导光纤，有n1≈n2，此时：光纤的数值孔径可用相对折射率差表示为：13规一化频率表示光纤中能传播模式多少的参数，定义为：其中，平面波在真空中的传播常数：：只有一种模式（基模）能够传输；：多种模式可以传输。纤芯半径14光纤的损耗机理光纤的

6、损耗机理主要有三种，即：吸收损耗、散射损耗和弯曲辐射损耗。吸收损耗与光纤材料有关；散射损耗则与光纤材料及光纤中的结构缺陷有关；弯曲损耗与光纤的弯曲有关。15光纤的色散在光纤中，光信号是由很多不同的成分组成的，由于信号的各频率成分或各模式成分的传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成分之间出现时延差，引起传输信号波形失真，脉冲展宽，这种现象称为光纤色散。16光纤的色散对光纤通信的影响光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变和展宽，从而产生码间干扰。为了保证通信质量，必须增大码间间隔，即降低信号的传输速率，这就限制了光纤系统的通

7、信容量和传输距离。输入信号脉冲输出信号脉冲17光纤色散的分类按照色散产生的原因，光纤色散可分为材料色散、模式色散和波导色散。18Theend！19