2.2光纖傳輸原理

幾何光學近似法光波導理論

1幾何光學近似法

1.突變型多模光纖

存在一個臨界角θc，只有在半錐角為θ≤θc的圓錐內入射的光束才能在光纖中傳播。

2*數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或θc)越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高。對于無損耗光纖，在θc內的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能越好。但NA越大經光纖傳輸后產生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。所以要根據(jù)實際使用場合，選擇適當?shù)腘A。3例子4*時間延遲

這種時間延遲差在時域產生脈沖展寬，或稱為信號畸變。由此可見，突變型多模光纖的信號畸變是由于不同入射角的光線經光纖傳輸后，其時間延遲不同而產生的。5n1［1-Δ］=n22r≥a0≤r≤an(r)=幾何光學近似法

2.漸變型多模光纖*數(shù)值孔徑6射線方程一般形式為rθ*=cos(Az)-An(0)sin(Az)cos(Az)r17*自聚焦效應θ*=θ0cos(Az)自聚焦周期*時間延遲8

2.2.2光纖傳輸?shù)牟▌永碚?/p>

光導纖維圓柱狀的介質波導波導中存在各種模式的電磁波：傳播模（導波模）截止模（輻射模）9矢量波動方程光波導中的電磁場方程標量波動方程10圓柱坐標系設電磁場沿z方向傳播寫成分量形式：11若干低階模式歸一化傳輸常數(shù)隨歸一化頻率變化的曲線*傳播模式和傳播條件光纖中任意一個模式的傳播條件是12圖2.9四個低階模式的電磁場矢量結構圖

131415HE21TE01+LP11TM01HE21+LP1116176.單模光纖的模式特性*單模條件從圖2.8和表2.2可以看到，傳輸模式數(shù)目隨V值的增加而增多。當V值減小時，不斷發(fā)生模式截止，模式數(shù)目逐漸減少。特別值得注意的是當V<2.405時，只有HE11(LP01)一個模式存在，其余模式全部截止。HE11稱為基模，由兩個偏振態(tài)簡并而成。由此得到單模傳輸條件為*截止波長1819*光強分布和模場半徑通常認為單模光纖基模HE11的電磁場分布近似為高斯分布式中，A為場的幅度，r為徑向坐標，w0為高斯分布1/e點的半寬度，稱為模場半徑。實際單模光纖的模場半徑w0是用測量確定的，常規(guī)單模光纖用纖芯半徑a歸一化的模場半徑的經驗公式為20*雙折射和偏振保持光纖

前面的討論都假設了光纖具有完美的圓形橫截面和理想的圓對稱折射率分布，而且沿光纖軸向不發(fā)生變化。因此，HE11（LP01）模的x偏振模HEx11(Ey=0)和y偏振模HEy11(Ex=0)具有相同的傳輸常數(shù)(βx=βy)，兩個偏振模完全簡并。但是實際光纖難以避免的形狀不完善或應力不均勻，必定造成折射率分布各向異性，使兩個偏振模具有不同的傳輸常數(shù)(βx≠βy)。因此，在傳輸過程要引起偏振態(tài)的變化，我們把兩個偏振模傳輸常數(shù)的差(βx-βy)定義為雙折射Δβ，通常用歸一化雙折射B來表示，2122把兩個正交偏振模的相位差達到2π的光纖長度定義為拍長Lb

存在雙折射，要產生偏振色散，因而限制系統(tǒng)的傳輸容量。許多單模光纖傳輸系統(tǒng)都要求盡可能減小或消除雙折射。一般單模光纖B值雖然不大,但是通過光纖制造技術來消除它卻十分困難。合理的解決辦法是