第三章--单模光纤传输特性及光纤中非线性效应.doc

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1、光纤通信第三章第三章单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应3.1.2单模工作模特性及光功率分布33.1.3单模光纤中LP01模的高斯近似53.2单模光纤的双折射（单模光纤中的偏振态传输特性）73.2.1双折射概念73.2.2偏振模色散概念83.2.3单模光纤中偏振状态的演化93.2.4单模单偏振光纤103.3单模光纤色散113.3.1色散概述123.3.2单模光纤的色散系数133.4单模光纤中的非线性效应163.4.1受激拉曼散射（SRS）173.4.2受激布里渊散射（SBS）193.5非线性折射率及相

2、关非线性现象213.5.1光纤的非线性折射率213.5.2与非线性折射率有关的非线性现象223.5.3自相位调制24第三章单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 3.1单模光纤的传输特性 单模光纤就是在给定的工作波长上，只有主模式才能传播的光纤。例如在阶跃型光纤只传播HE11模（或LP01）的光纤。 由于单模光纤中只传输一个模式，不存在模式色散，所以它的色散比多模光纤要小的多，因而单模光纤拥有巨大的传输带宽。长途光纤通信系统都无例外的采用单模光纤作为传输介质。由于单模光纤已经成为光纤通信系统中最主要的传

3、输介质，所以对单模光纤分析并掌握其传输特性就显得尤为重要。单模光纤的纤芯折射率分布可以是均匀的，也可以是渐变的。 3.1.1单模条件和截止波长 阶跃式光纤的主模LP01模的归一化频率为零，次最低阶模LP11模的归一化截止频率为2.405。单模传输条件是光纤中只有LP01模可以传输，而LP11模以及其它高次模都被截止，这就意味着归一化工作频率应满足条件：0

4、这是因为在实际工程中使用单模光纤，其纤芯半径a往往并不是作为光纤的参数直接给出，而只给出更有实际意义的模场直径。工程中单模光纤的截止波长是由实验直接测量的。单模光纤的截止波长的测试方法在ITU-T的有关建议中规定的非常详细，读者可以查阅相关数据。工程最常用的G.652单模光纤，其工作波长为1.31微米，ITU-T的建议规定，其截止波长范围为：1.1微米<λc<1.28微米。规定最大截止波长为1.28微米，是为了保证所传输的信号中波长最短的成分，也是满足单模传输条件的。但也不能将截止波长取的过小，太小了，

5、LP01模的功率将部分进入包层，使得传输过程中弯曲损耗增大，所以规定截止波长的下限在1.1微米。还需说明，规定的截止波长是指在光纤的始端激励起来各种模式，经一定长度的被测光纤（2m长的一次涂覆光纤并带有28cm直径的环，或22m长的成缆光纤并带有80mm15光纤通信第三章直径的环）传播以后，各个高阶模所携带的总功率与主模式功率之比降为0.1dB所对应的波长。3.1.2单模工作模特性及光功率分布单模光纤的工作模式就是主模式LP01模，LP01模的横向电磁场解为：由于对于弱导光纤，纵向场量Ez和Hz都比横向

6、场量Ey和Hx都小的多，所以略去纵向场量。将m＝0代入LP模的特征方程，得到工作模式的特征方程：，式中U、W满足方程：在0

7、越多，例如：V＝1时，纤芯中的功率仅占30％，70％的功率都转移到包层中了。所以实际的单模光纤，归一化工作频率应选在2.0～2.35，这样既可以保证LP01模单模传输，又可以保证大部分的光功率是在纤芯中传播的。功率强度是电场强度的平方，利用前面电场向量解可以得到在纤芯中光功率强度分布为：如图所示LP01模在纤芯中的光功率分布，图中以半径r=a处的功率Py(a)为参考，表示了在不同r/a处的功率比R为：LP01模在纤芯内的光功率分布（V＝2.405）因为在包层中有相当的功率传输，为了得到低衰减，单模光纤必

8、须要有足够厚度的沉积内包层，内包层厚度的大小取决于包层中场强沿r的分布及剖面的结构。同样依据电场向量的解可以得到包层中LP0115光纤通信第三章模的电场强度为：根据变态贝塞尔函数的近似式：在相对径向位置t=r/a及r=a处的场强比为：包层中LP01模的光功率强度分布为：在相对径向位置t=r/a及r=a处的功率强度之比为：如果包层厚度r=6a，那里的光功率密度小于10－8，在这以外的总光功率可以忽略不计。V值不同，电场渗透进入包层的厚度也不同