雷射模态分析课件.ppt

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1、授課老師：張文俊目錄5光纖概論6光纖特性－色散與損失7光　源8光檢測器9被動元件10光纖通信技術調變/多工/解碼11光纖量測與製作技術12光纖應用5光纖概論5-1　光纖通信系統發展近況一、光纖通信系統基本結構圖5-1光纖通訊系統基本方塊圖圖5-2光通信系統之基本結構二、光纖發展歷史年代人　　　　名重　要　事　件1960梅　曼(Maimen)紅寶石雷射1962Hall和Nathan砷化鎵(GaAs)半導體雷射1966高錕(C.K.Kao)和Hockham發表論文：以石英玻璃纖維作光通信介質損失低於1970康寧公司(Corning)低損耗光纖研製成功()1972貝爾實驗室(BellLab

2、)光纖損失降為1979日本茨城通信研究所光纖損失降為(理論極限值)光纖和雷射的發展研究歷史，可由下列簡表得知：三、臺灣光纖通信系統臺灣主要長途光纖通信系統包括西部第一幹線、中山高速公路東部及離島四種光纜舖設系統。圖5-3臺灣主要長途光纖通信系統示意圖(資料來源：PIDA)5-2　光纖通信系統應用光纖用戶網路應用主要有下列兩類：第一類是電話服務，第二類是有線電視(CATV)。一、電話系統(TelephoneSystem)以光纖網路多工系統取代傳統用戶銅線迴路，提供更快速且更穩定的通話品質。理論上，單模光纖在及波長約有10兆赫()頻寬，故一根單模光纖可提供約2000個電視頻道或2億個電話

3、容量。二、有線電視CATV系統(CableTelevision)CATV網路架構是以光纜為主幹線，而在用戶迴路部份採用同軸纜線，即「光纜/同軸纜線混合網路」HFC系統(HybridFiber/CoxialCable)。典型的HFC系統，除了可以提供上百個CATV節目頻道，還可以提供電話、互動式影像電話、數據上網等服務。5-3　光纖通信優點一、傳輸損耗小二、通信容量大三、光纜體積小、重量輕光纜重量約為銅纜5%~10%，直徑小於銅纜20%。四、光纖資源豐富光纖材料主要是二氧化矽玻璃，資料豐富。石英玻璃具有耐火、耐水、壽命長等特性，而電纜材料主要是銅。五、不受電磁干擾光纖是絕緣體，不受電磁

4、波干擾，且資料傳送時保密性佳。5-4　光纖傳送基本定理一、光折射率(RefractiveIndex)其中c為真空中光速()v為光在介質中行進速度n為材料折射率二、反射(Refelction)定律反射定律表示如下：其中圖5-4反射定律三、折射和司乃耳定律(RefractionandSnellLaw)折射定律(或稱司乃耳定律)表示如下：其中圖5-5折射定律情形Ⅰ：若則圖5-6疏介質到密介質反射和折射現象情形Ⅱ：若且則發生全反射(totalrefletion)圖5-7全反射現象全反射現象求出Ө角，使得反射光垂直入射光解：入射角反射角入射光垂直反射光得一、光纖的結構光纖是由高純度(99.9

5、9999%)石英()抽絲而成的雙層圓柱體，其結構如下：1.核心(core)：核心直徑約，光訊號侷限在光纖核心內傳送。2.外層(cladding)：外層直徑約，提供核心與外層的折射率差，允許光在核心產生全反射。3.披覆(jacket)：材料是樹脂或矽橡膠，主要是增加機械強度。圖5-8光纖結構剖面圖5-5　光纖基本特性二、光折射率分佈(RefractiveIndexProfile)折射率隨著光纖中心徑向距離變化的函數稱為光纖的折射率剖面圖，光纖的截面分成兩個區域：中心圓狀的「核心」()以及外圍環狀的「外層」()。在步階折射率的光纖中，藉由核心－外層介面的全反射來傳播光的能量。因此，核心的

6、折射率必須大於披覆層的折射率()。圖5-9(a)步階折射率光纖的折射率剖面圖；(b)光纖截面分成中間折射率的核心以及外層折射率。(參考書目[2])三、步階光纖光傳播特性1.若入射光角度為，則在B點經由C點折射出光纖外，光未侷限於光纖內傳播。2.若入光角度為，則在點恰好發生全反射現象。3.若入射光角度小於，則在光纖內發生全反射。圖5-10步階光纖傳播特性。(參考書目[1])四、步階光纖數值孔徑及接收角圖5-11步階光纖數值孔徑及可接收角。(參考書目[1])1.在A點滿足snell定律2.在B點滿足全反射定律對空氣而言3.數值孔徑(numericalapeture)定義如下：4.半接收角

7、(halfacceptangle)定義如下：5.接收角錐為6.相對折射率差(relativerefractiveindex)定義如下：若光纖(coreindex)且，求出(a)數值孔徑NA；(b)可接收角錐(b)解：(a)(b)5-6　光纖種類一、光纖種類1.光纖依折射率分佈可分為三種類型：(1)步階光纖(step-indexfiber)(2)斜射光纖(graded-indexfiber)(3)W型光纖(W-indexfiber)2.依材料組成分類：(1)