光纤通信原理
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• 2.5.1 光纤的损耗特性 • 一、吸收损耗 • 1、本征吸收 • （1）紫外吸收 • （2）红外吸收 • 2、杂质吸收 • 二、散射损耗 • 1、瑞利散射 • 2、结构缺陷散射
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• 2.5.2 光纤的色散特性 • 一、光纤色散的概念
• 光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不 同频率成分或不同的模式，在光纤中传输 时，由于速度的不同而使得传播时间不同， 因此造成光信号中的不同频率成分或不同 模式到达光纤终端有先有后，从而产生波 形畸变的一种现象。
M V2 2
5
• 3、渐变型光纤中导模数量的估算
M V2 4
从式中看出，渐变型光纤中的模数量与光纤的 归一化频率的平方成正比，在相同V的情况下， 它比阶跃型光纤中的模数量减少一半。
6
2.4 单模光纤
• 2.4.1 单模光纤的单模传输条件
• 一、单模光纤的主模和第一高次模 • 把光纤中的最低工作模式称为主模（或基模）， • 主模的归一化截止频率Vc最低，光纤中除主模
• 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率 而变化，使得信号各频率成分的群速不同，引 起的色散称为材料色散。
• 3、波导色散
• 所谓波导色散，是对于光纤某一个模式而言， 在不同的频率下，相位常数β不同，使得群速不 同而引起的色散。
• 材料色散和波导色散都是由于光波的相位ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数β 随频率变化而引起的色散，因此，这两种色散 都属于频率色散。
大家好
1
• 2.3.3 截止的概念
• 一、什么是截止
• 所谓截止，是指光纤中的导波截止。当光纤中出现 了辐射模时，即认为导波截止。
• 导波，应限制在纤芯中，被纤芯和包层的界面来导 行，沿轴线方向传输。
• 1、导波传输常数的变化范围
• K0n2<β<k0n1 • 2、导波截止的临界状态
• 当θ1 =θc时，导波处于截止的临界状态。
• 如果在阶跃型光纤中只传输LP01时，则此 阶跃型光纤即为阶跃型单模光纤（简称为 单模光纤）。
4
• 四、多模光纤中导模数量的估算（补充）
• 1、归一化频率
V 2an1 2
2、阶跃型光纤中导模数量的估算 在光纤中，当不能满足单模传输条件（ 0＜V＜ 2.405）时，将有多个导波同时传输，故称为多模 光纤。传输模数量的多少，用M表示。
12
13
14
2.7 几种特殊的光纤
• 一、色散位移单模光纤（G.653）
15
• 二、非零色散光纤（G.655） • 三、色散平坦光纤 • 四、色散补偿光纤
16
• 作业： • 1、对称式薄膜波导， n1=3.6，n2=3.55，求形成
导波的入射角变化范围。 • 2、对称式薄膜波导，当n1=3.6，n2=3.55，当薄
• 3、导波截止状态 • 当β<k0n2 时，即认为出现了辐射模，导波处于截止
状态。 2
• 三、LP模的归一化截止频率
• 1、LP模
• 弱导波光纤中存在的电磁场模式可近似地认为是线 极化波，用LPmn表示。不同m、n的组合，即对应 着不同的模式。
• 2、LP模的归一化截止频率
• 如果将光纤所传信号的归一化频率值V与某一模式 的归一化截止频率Vc相比，若 V＞ Vc ，则这种模 式的光信号可在光纤中导行，若V≤ Vc ，则这种模 式截止。即
• 导行条件为： V＞ Vc • 截止条件为： V＜Vc • 临界条件为： V＝ Vc
3
• 当m=0、n=1时，所对应的LP01模的归一 化截止频率最低，此模式的Vc=0；如果将 频率变换为波长，就可以说LP01模的截止 波长最长。 LP01模是阶跃型光纤中的最低 工作模式，其余所有模式均为高次模。这 个最低工作模式又称为是阶跃型光纤中的 基模。
膜厚度d=2μm时，求TE0 ， TE1 ， TE2 ， TM0 ， TM1 ， TM2的截止波长。当λ0=0.9μm时，问有 哪几个模式可在其中传输？
17
之外，其它所有模式统称为高次模。 • 二、单模传输条件 • Vc(LP01)＜V＜ Vc(LP11) • 即0＜V＜ 2.405 • 这时只传主模LP01
7
• 2.4.2 单模光纤的特性参数 • 一、衰减系数α
10lgPi dB/km
L Po
二、截止波长λc
c
2an1 2
2.405
8
2.5 光纤的损耗特性及色散特性
• 二、色散的表示方法
• 色散的大小用时延差表示。
10
• 三、光纤中的色散
• 1、模式色散
• 在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，各 自的相位常数不同，群速不同，模式之间存在时 延差，这种色散称为模式色散。它是以光纤中传 输的最高模式与最低模式之间的时延差来表示的。
max
Ln1 c
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• 2、材料色散
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• 2.5.2 光纤的色散特性 • 一、光纤色散的概念
• 光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不 同频率成分或不同的模式，在光纤中传输 时，由于速度的不同而使得传播时间不同， 因此造成光信号中的不同频率成分或不同 模式到达光纤终端有先有后，从而产生波 形畸变的一种现象。
M V2 2
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• 3、渐变型光纤中导模数量的估算
M V2 4
从式中看出，渐变型光纤中的模数量与光纤的 归一化频率的平方成正比，在相同V的情况下， 它比阶跃型光纤中的模数量减少一半。
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2.4 单模光纤
• 2.4.1 单模光纤的单模传输条件
• 一、单模光纤的主模和第一高次模 • 把光纤中的最低工作模式称为主模（或基模）， • 主模的归一化截止频率Vc最低，光纤中除主模
• 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率 而变化，使得信号各频率成分的群速不同，引 起的色散称为材料色散。
• 3、波导色散
• 所谓波导色散，是对于光纤某一个模式而言， 在不同的频率下，相位常数β不同，使得群速不 同而引起的色散。
• 材料色散和波导色散都是由于光波的相位ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数β 随频率变化而引起的色散，因此，这两种色散 都属于频率色散。
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• 2.3.3 截止的概念
• 一、什么是截止
• 所谓截止，是指光纤中的导波截止。当光纤中出现 了辐射模时，即认为导波截止。
• 导波，应限制在纤芯中，被纤芯和包层的界面来导 行，沿轴线方向传输。
• 1、导波传输常数的变化范围
• K0n2<β<k0n1 • 2、导波截止的临界状态
• 当θ1 =θc时，导波处于截止的临界状态。
• 如果在阶跃型光纤中只传输LP01时，则此 阶跃型光纤即为阶跃型单模光纤（简称为 单模光纤）。
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• 四、多模光纤中导模数量的估算（补充）
• 1、归一化频率
V 2an1 2
2、阶跃型光纤中导模数量的估算 在光纤中，当不能满足单模传输条件（ 0＜V＜ 2.405）时，将有多个导波同时传输，故称为多模 光纤。传输模数量的多少，用M表示。
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2.7 几种特殊的光纤
• 一、色散位移单模光纤（G.653）
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• 二、非零色散光纤（G.655） • 三、色散平坦光纤 • 四、色散补偿光纤
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• 作业： • 1、对称式薄膜波导， n1=3.6，n2=3.55，求形成
导波的入射角变化范围。 • 2、对称式薄膜波导，当n1=3.6，n2=3.55，当薄
• 3、导波截止状态 • 当β<k0n2 时，即认为出现了辐射模，导波处于截止
状态。 2
• 三、LP模的归一化截止频率
• 1、LP模
• 弱导波光纤中存在的电磁场模式可近似地认为是线 极化波，用LPmn表示。不同m、n的组合，即对应 着不同的模式。
• 2、LP模的归一化截止频率
• 如果将光纤所传信号的归一化频率值V与某一模式 的归一化截止频率Vc相比，若 V＞ Vc ，则这种模 式的光信号可在光纤中导行，若V≤ Vc ，则这种模 式截止。即
• 导行条件为： V＞ Vc • 截止条件为： V＜Vc • 临界条件为： V＝ Vc
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• 当m=0、n=1时，所对应的LP01模的归一 化截止频率最低，此模式的Vc=0；如果将 频率变换为波长，就可以说LP01模的截止 波长最长。 LP01模是阶跃型光纤中的最低 工作模式，其余所有模式均为高次模。这 个最低工作模式又称为是阶跃型光纤中的 基模。
膜厚度d=2μm时，求TE0 ， TE1 ， TE2 ， TM0 ， TM1 ， TM2的截止波长。当λ0=0.9μm时，问有 哪几个模式可在其中传输？
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之外，其它所有模式统称为高次模。 • 二、单模传输条件 • Vc(LP01)＜V＜ Vc(LP11) • 即0＜V＜ 2.405 • 这时只传主模LP01
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• 2.4.2 单模光纤的特性参数 • 一、衰减系数α
10lgPi dB/km
L Po
二、截止波长λc
c
2an1 2
2.405
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2.5 光纤的损耗特性及色散特性
• 二、色散的表示方法
• 色散的大小用时延差表示。
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• 三、光纤中的色散
• 1、模式色散
• 在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，各 自的相位常数不同，群速不同，模式之间存在时 延差，这种色散称为模式色散。它是以光纤中传 输的最高模式与最低模式之间的时延差来表示的。
max
Ln1 c
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• 2、材料色散