第二章通信光纤教材ppt课件.ppt

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1、第二章通信光纤2.1通信光纤概述/光纤结构光纤结构2.1通信光纤概述/光纤结构*光纤的外形2.1通信光纤概述/光纤结构*光纤纤芯的剖面结构2.1通信光纤概述/光纤结构*折射率:n1(纤芯）>n2（包层）2.1通信光纤概述/光纤的类型光纤的类型*光纤的分类按构成材料分类：1）以二氧化硅(SiO2)为主要成分的石英玻璃；2）多种组份的多组份纤维；3）塑料为材料的塑料光纤。按构成材料分类：1）改进的化学气相沉积法（MCVD)；2）等离子体激活化学气相沉积法(PVCD)；3）管外化学气相沉积法（气相轴向沉积法（VAD)/管外气相沉积法(OVPD));4）多

2、种组份玻璃制造法。按折射率分布分类：1）突变型光纤（SI,StepIndex)；2）渐变型光纤（GI,GradientIndex);3)W型光纤按传输总模数分类：1）单模光纤（SM);2)多模光纤（MM)按工作波长分类：1）短波长；2）长波长2.1通信光纤概述/光纤的类型*常用的光纤类型a).突变(阶跃）型多模光纤2.1通信光纤概述/光纤的类型b).渐变型多模光纤c).突变(阶跃）型单模光纤2.1通信光纤概述/光纤的类型*典型的特种光纤a).双包层（W型）光纤：色散平坦光纤、掺杂光纤b).三角芯光纤：色散移位光纤c).椭圆芯光纤：保偏光纤2.1通信

3、光纤概述/几何光学分析法1.突变型多模光纤*传光原理：光全反射2.1通信光纤概述/几何光学分析法BasicStep-Index(SI)FiberDesignRefractiveIndex(n)Diameter(r)CladdingPrimarycoating(e.g.,softplastic)Core1.4801.460SiO2GlassMostcommondesigns:100/140or200/280mPlasticopticalfiber(POF):0.1-3mm,core80to99%140m100m2.1通信光纤概述/几何光学方

4、法*Snell定律n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1，(2.1)（θ1＋ψ1＝90o)*数值孔径(NA)NA=sinθc=n1cosψc,n1sinψc=n2sin90o(2.2)取n0＝1，Δ＝(n1-n2)/n1------纤芯和包层的相对折射率差*讨论：NA的物理意义NA：光纤接收和传输光的能力。是否NA宜大为好？光纤通信中，Δ很小，例如：0.01NumericalAperture(NA)Acceptance/EmissionConeNA=sin=n2core-n2cladding2.1通信光纤概述/几何光学方法*模间色散（时间

5、延迟）不同模式（θ不同）的最大时延设NA=0.2,n1=1.5,L=1km,Δτ=44ns,~10MHzkm的带宽2.渐变型多模光纤*折射率分布纤芯包层2.1通信光纤概述/几何光学方法*渐变型多模光纤的传光原理Gradient-Index(GI)FiberDopingprofiledesignedtominimize“race”conditions(“outer”modestravelfasterduetolowerrefractiveindex!)Mostcommondesigns:62.5/125or50/125m,NA~0.2Bitrate

6、xDistanceproduct:~1Gb/s•kmnr1.4751.460Single-ModeFiber(SMF)Step-IndextypewithverysmallcoreMostcommondesign:9/125mor10/125m,NA~0.1BitratexDistanceproduct:upto1000Gb/s•km(limitedbyCDandPMD-seenextslides)nr1.4651.4602.1通信光纤概述/波动理论分析法光纤传的波动理论1.波动方程和电磁场表达式*麦克斯韦方程组应用于光纤中:上述公式化简为：对

7、于电磁场：2.1通信光纤概述/波动理论分析法*波动方程：k=nk0,k0=ω/c=2π/λ*标量波动方程把矢量方程应用于某一方向，可用标量方程表示阶跃折射率光纤中的场解数学模型园柱坐标系中的波导场方程边界条件本征解与本征值方程本征值与模式分析数学模型及波动方程的解数学模型：阶跃折射率分布光纤(SIOF)是一种理想的数学模型,即认为光纤是一种无限大直园柱系统,芯区半径a,折射率为n1;包层沿径向无限延伸,折射率为n2;光纤材料为线性、无损、各向同性的电介质。2.1通信光纤概述/波动理论分析法*光纤中园柱坐标沿z轴方向的电场分量为Ez为所求在柱坐标中，

8、z分量的波动方程为波导场方程与解的基本形式六个场分量：Er,Eφ,Ez,Hr,Hφ,Hz波导场方程：解的基本形式：2.1通