第三章光纤传输理论

多模光纤 ttotal (tmodal )2 (tchromatic )2
•阶跃多模光纤的多模色散(模式色散、模间色散)
t mod al
Ln1 2 3c0
L(NA)2 4 3n1c0
最大比特率＝ 1 4t total
单模光纤
ttotal
(tchromatic )2
(t )2 polarization mod e
第三章 光纤传输理论
当光纤纤芯直径很小时，光纤内对给定工 作波长只能传播一个模式，称为单模光纤 （Single Mode Fiber,SMF）。纤芯直径较 大的光纤可传输多个模式，称为多模光纤 （Multimode Fiber,MMF）。
单模光纤与多模光纤的外径（包层直径） 均为125μm，多模光纤芯径50μm或 62.5μm ，单模光纤芯径8—10μm。
求耦合器的额外损耗。
2.7dB 10 lg Pout1 1Hale Waihona Puke Baidu
Pout1 0.537
4.7dB 10 lg Pout2 1
Pout2 0.339
额外损耗 10 log Pout1 Pout2 0.575dB 1
5.3、考虑如图所示的融锥光纤耦合器中，耦合比为拉伸长 度的函数。工作于1310和1540时的性能已经给出，如果拉 伸长度分别在一下位置：A，B，C，D，E和F，试讨论各个
光纤纤芯半径： a
n12
n
2 2
截止波长：
c
a
n12
n
2 2
1.202
阶跃光纤纤芯和包层的折射率分别是1.480和1.460，纤芯半 径50μm，光源波长0.85 μm 。请计算光从空气射入光纤的 数值孔径、最大可接收角和所能支持的模式数量。
1
NA
n12
n
2 2
1.4802 1.4602 0.2425
2 sinαmax NA n0 0.2425 1 αmax 14
3 归一化频率：
V (2πa λ)NA [2π50 0.85]0.2425 89.62
模式数量： N V2 2 4016
典型单模光纤的纤芯直径是8 μm ，折射率是1.46。其相对 折射率差是0.3％，包层直径是125 μm ，光源波长为0.85 μm 。请计算光纤的数值孔径、最大可接收角和截止波长。
tchromatic Dchromatic () L
t
D
L
polarizationmod e
polarizationmod e
最大比特率＝ 1
1
4t total 4 (tchromatic )2 (t PMD )2
1
4 (Dc () L)2 (DPMD L )2
色度色散(模内色散)包括材料色散和波导色散，不能用等号和加法
第四章 光纤特性
I.Li 10lg Pout Pin
0.2*200=-10*lg(Pout/1mW)
注入单模光纤的LD功率为1mW，在光纤输出端光电探测器 要求的最小光功率是10nW，在1.3 μm波段工作，光纤衰减 系数0.4dB/km，请问无须中继器的最大光纤长度是多少？
衰减：
1 10lg( pout ) L 125km
关键的名词和概念
可传播的模式数
M 1V2 2
阶跃折射率光纤中的传输模式数M取决于光纤纤芯半径a、纤芯折 射率n1、包层折射率n2和光波长λ。
单模传输条件
单模光纤只能传输一个模式，即HE11模，称为光纤的基模。基模不会截止。
V 2.405
单模条件
V (2 / )an1 2 2.405
1.202
Brillouin scattering： inelastic scattering of a photon.
是一种由材料密度变化引起的非弹性散射。 材料密度变化可由声波或温度梯度引起。
相似之处： • 都是非弹性散射，都引起光波频移
不同之处: • 原理不同 • 阈值不同：要求的功率阈值对受激拉曼散射为
L
pin
一阶跃折射率光纤，纤芯半径a=25 μm ，n1=1.5，相对折 射率差Δ＝1％，长度 L＝1km。求
（1）子午光线的最大时延差； （2）若将光纤的包层和表面涂层去掉，求裸光纤的数值 孔径和最大时延差。
最大时延差：
Δτ Ln1Δ c 50ns
n2 1 Δτ Ln1(n1 n2 ) (cn2 ) 2.5s
多模渐变折射率光纤
Tmod el
Ln12 20 3c0
Raman scattering: inelastic scattering of a photon.
拉曼散射源自光纤中光与二氧化硅硅分子振 动之间的相互作用，使得一部分光子能量转化为 分子自身的机械能，同时发出频率低于入射光的 光子(Stoke波)，原因是部分能量已经损失掉。 若分子已处于激发态，则可能产生频率高于入射 光的光子(反Stoke波)
100mW～200mW，对受激布里渊散射为 10mW。 • 频移量不同，Raman大约10THz，Brillouin大 约1-10GHz
第五章 无源器件
一个2×2融锥光纤耦合器的性能指标：分光比40/60，60％ 的信道的插入损耗为2.7dB,而40％的信道的插入损耗为 4.7dB。1，若输入功率是1mw，求两端口的输出功率；2，
1
NA
n12
n
2 2
(n1 n2 )(n1 n2 )
(2n1 )(n1Δ)
n1 2Δ 1.46 2 0.003 0.113
2 sinαmax NA n0 0.113 1 αmax 6.5
3 单模传输条件：V (2πa λ)NA 2.405 对应截止波长：
λc=2πaNA 2.405=(2π4μm)0.113 2.405=1.18μm
5.5、请简要说明光环形器的原理，同时 采用光纤Bragg光栅和光环形器组成一 个四波长的WDM合波器。
光栅周期：Λ= λuv/2sin(θ/2) Bragg波长： 2neff 2n
一光通信系统的通道间隔是200GHz，求通道间的波长间隔 是多少(波长1550nm)？请问在1525nm～1565nm波段可以
波长耦合器的性能。
• 一根30km长的光纤，在波长1300nm处的 衰减为0.8dB/km，接头损耗0.5dB, 若从一 端注入功率为200μW 的光信号，求另一端 输出功率。
光源——光纤——探测端
总损耗： 0.8dB/km*30km+0.5dB*2=25dB 25dB=-10lg(Pout/200uW)