穆尚仑开题报告

枣庄学院本科生毕业设计（论文）开题报告题目：光纤波导中多模光纤特性分析姓名：穆尚仑学号：200905120326年级：2009 专业：电子信息工程指导教师：姓名闫昕职称讲师学科光学枣庄学院教务处制2013年2月24日说明一、开题报告前的准备毕业设计（论文）题目确定后，学生应尽快征求导师意见，讨论题意与整个毕业设计（论文）（或设计）的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲，主要由以下几个部分构成：1．研究（或设计）的目的与意义。

应说明此项研究（或设计）在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济与社会效益。

有的课题过去曾进行过，但缺乏研究，现在可以在理论上做些探讨，说明其对科学发展的意义。

2．国内外同类研究（或同类设计）的概况综述。

在广泛查阅有关文献后，对该类课题研究（或设计）已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述，只对本人所承担的课题或设计部分的已有成果与存在问题有条理地进行阐述，并提出自己对一些问题的看法。

3．课题研究（或设计）的内容。

要具体写出将在哪些方面开展研究，要重点突出。

研究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的，并要考虑与其它同学的互助、合作。

4．研究（或设计）方法。

科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法，是获得高质量研究成果或高水平设计成就的关键。

因此，在开始实践前，学生必须熟悉研究（或设计）方法，以避免蛮干造成返工，或得不到成果，甚至于写不出毕业设计（论文）或完不成设计任务。

5．实施计划。

要在研究提纲中按研究（或设计）内容落实具体时间与地点，有计划地进行工作。

二、开题报告1．开题报告可在导师所在教研室或系内举行，须适当请有关专家参加，导师必须参加。

报告最迟在毕业（生产）实习前完成。

2．本表（页面：A4）在开题报告通过论证后填写，一式三份，本人、导师、所在系（要原件）各一份。

三、注意事项1．开题报告的撰写完成，意味着毕业设计（论文）工作已经开始，学生已对整个毕业设计（论文）工作有了周密的思考，是完成毕业设计（论文）关键的环节。

在开题报告的编写中指导教师只可提示，不可包办代替。

2．无开题报告者不准申请答辩。

一、选题依据（拟开展研究项目的研究目的、意义）1.研究目的光纤是光导纤维的简称，是一种传输光束的细微而柔韧的媒质，由具有较高折射率的光纤纤芯、包围在纤芯四周的包层以及最外层起保护和机械加强用的涂覆层组成的细长圆柱状光波导结构。

多模光纤(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光，但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。

论文根据光纤波导的电磁理论研究光纤波导中多模光纤的的传播特性，基于多模光纤的特征方程应用MATLAB 语言仿真多模光纤二维和三维模场分布,得到光纤中11LP 模的二维光场分布,求解11LP 模的U V 和W -V 关系曲线,得到V 小于零阶Bessel 函数的第一个零点时,特征方程式无解。

研究结论对于多模光纤器件制作提供理论依据。

2.研究意义随着光通讯、光网络、光传感技术的发展，光纤给通信、医学、传感器、井下探测技术等领域带来了深远的影响。

现在通过光学仿真计算，利用MATLAB 编程进一步完善多模光纤传输特性的研究，更多地了解多模光纤。

二、文献综述内容（在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献）1.国内外研究现状在人类发展的早期，人类已经开始使用光传递信息了，这样的例子有很多。

打手势是一种目视形式的光通信，在黑暗中不能进行。

白天太阳充当这个传输系统的光源，太阳辐射携带发送者的信息传送给接收者，手的动作调制光波，人的眼睛充当检测器。

另外，3000多年前就有的烽火台，直到目前仍然使用的信号灯、旗语等都可以看作是原始形式的光通信。

望远镜的出现则又极大地延长了这类目视形式的光通信的距离。

这类光通信方式有一个显著的缺点，就是它们能够传输的容量极其有限。

近代历史上，早在1880年，美国的贝尔（Bell ）发明了“光电话”。

这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。

在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流传送到受话器。

光电话并未能在人类生活中得到实际的使用，这主要是因为当时没有合适的光源和传输介质。

其所利用的自然光为非相干光，方向性不好，不易调制和传输；而以空气作为传输介质，损耗会很大，无法实现远距离传输，又易受天气影响，通信极不稳定可靠。

如此看来，这种光电话并没有太大的实际应用价值，然而，我们不得不说，光电话仍是一项伟大的发明，它的出现证明了用光波作为载波传输信息是可行的，因此，把贝尔光电话称为现代光通信的雏形毫不过分。

随着社会的发展，信息传输与交换量与日俱增，传统的通信方式已不能满足人们的需要。

为了扩大通信容量，通信方式从中波、短波发展到微波、毫米波，这实际上就是通过提高通通信载波频率来扩大通信容量的。

继续提高频率，达到光波波段，光波是人们最熟悉的电磁波，其波长在微米级，而频率则为1410Hz 数量级，这比常用的微波频率高410～510倍。

如此看来，用光波作为载波进行通信，通信容量将大大超过传统通信方式。

要发展光通信，最重要的问题就是要寻找适用于光通信的光源和传输介质。

1970年，光纤和激光器这两个科研成果同时问世，拉开了光纤通信的帷幕，所以我们把1970年称为光纤通信的“元年”。

1960年，美国的梅曼（T.H.Maiman ）发明了红宝石激光器，它可以产生单色相干光，使高速信息的光调制成为可能。

和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。

激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。

但是，红宝石激光器发出的光束不容易耦合进光纤中传输，其耦合效率是极低的，因此需要研制小型化的激光光源。

1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司（NEC ）和前苏联先后突破了半导体激光器在低温（－200 C ︒）或脉冲激励条件下工作的限制，研制成功室温下连续工作的镓铝砷（GaAlAs ）双异质结半导体激光器（短波长）。

虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。

1973年，半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。

在这个期间，1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m μ的铟镓砷磷（InGaAsP ）激光器，1979年美国电报电话（AT&T ）公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55m μ的连续振荡半导体激光器。

激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。

1961～1970年，人们主要研究利用大气传输光信号。

美国麻省理工学院利用He-Ne 激光器和2CO 激光器进行了大气激光通信试验。

试验证明用承载信息的光波通过大气的传播实现点对点的通信是可行的，但是大气传输光通信存在很多严重的问题：通信能力和质量受气候影响十分严重。

由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。

例如，雨能造成30dB/km 的衰减，浓雾衰减高达120dB/km 。

大气的密度和温度很不均匀，造成折射率的变化，加上大气湍流的影响，光束位置可能会发生偏移和抖动。

因而通信的距离和稳定性都受到极大的限制，不能实现“全天候”通信。

大气传输设备要求设在高处，收、发设备必须直线可见。

这种地理条件使得大气传输通信的适用范围具有很大的局限性。

虽然，固体激光器（例如掺钕钇铝石榴石（Nd ：YAG ）激光器）的发明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使大气激光通信可以在江河两岸、海岛之间和某些特定场合使用，但是大气激光通信的稳定性和可靠性仍然没有解决。

为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束限制在特定的空间内传输。

因而提出了透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。

透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。

反射镜波导和透射镜波导相似，是用与光束传输方向成45︒角的两个平行反射镜代替透镜而构成的。

这两种波导从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。

首先，现场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人车稀少的地区使用。

由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。

为了发展光通信技术，人们又考虑和尝试了各种传输介质，其中包括利用玻璃材料制成光导纤维来传输光信号，但是当时最好的光学玻璃材料的损耗在1000dB/km 以上，这么高的传输损耗根本就无法用于通信。

1966年，美籍华人高锟（C.K.Kao ）和霍克哈姆（C.A.Hockham ）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了光纤通信的基础。

1970年，光纤研制取得了重大突破。

美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km 的石英光纤。

因此，光纤通信开始可以和同轴电缆通信竞争，世界各国相继投入大量人力物力，把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。

1972年，随着光纤制备工艺中的原材料提纯、制棒和拉丝技术水平的不断提高，进而将梯度折射率多模光纤的衰减系数降至4dB/km 。

1973年，美国贝尔实验室研制的光纤损耗降低到2.5dB/km 。

1974年降到了1.1dB/km 。

1976年日本电报电话（NTT ）公司等单位将光纤损耗降低到0.47dB/km （波长1.2m μ）。

在以后的10年中， 1.55m μ波长处的光纤损耗（如图2所示）：1979年是20dB/km ，1984年是0.157dB/km ，1986年是0.154dB/km ，接近了光纤最低损耗的理论极限。

图105101520251970197219731974年dB/km 光纤损耗情图20510152025197919841986年dB/km 1550nm波长处光纤损耗1976年，在进一步设法降低玻璃中的OH -（氢氧根）含量时，发现光纤的衰减在长波长区有1.31m μ和1.55m μ两个低损耗窗口。

1976年，美国在亚特兰大进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs 激光器作为光源，多模光纤作为传输介质，速率为44.736Mbit/s 、传输距离约10km ，这一试验使光纤通信向实用化迈出了第一步。

1980年，原材料提纯和光纤制备工艺得到不断完善，从而加快了光纤的传输窗口由0.85m μ移至1.31m μ和1.55m μ的进程。