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光纤打印打印

2018-09-09 3页 doc 39KB 6阅读

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光纤打印打印 模式:即每一个传输常数对应着一种可能的光场分布。(一个模式由β唯一确定。)每一个模式对应沿光波导轴向传播的一种电磁波;每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件;模式具有确定的相速群速和横场分布;模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的,外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。 数据(data)——运送消息的实体。信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现.模拟的(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。数字的(digital)...
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模式:即每一个传输常数对应着一种可能的光场分布。(一个模式由β唯一确定。)每一个模式对应沿光波导轴向传播的一种电磁波;每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件;模式具有确定的相速群速和横场分布;模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的,外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。 数据(data)——运送消息的实体。信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现.模拟的(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。数字的(digital)代表消息的参数的取值是离散的。 码元(code)——在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形 基带信号(即基本频带信号)来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 带通信号——把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。 产生色散的两个因素:进入光纤中的光信号不是单色。实际际光源发出的光是在一定的波长范围内,这个范围称为光源的线宽或谱宽。光纤对光信号的色散作用:在光纤中传输的是调制了的光谱,对于单模光纤,激发基模;对于多模光纤,激发出多种模 光纤中的信号能量是由不同的频率成份和模式成份构成的 色散定义:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的,不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,从而导致信号的畸变。在数字通信系统中,色散使光脉冲发生展宽,严重时,造成码间干扰,增加误码率。在模拟通信系统中,色散限制带宽,从而限制通信容量。 在高强电磁场中任何介质对光的效应都会变成非线性,光纤也不例外。尽管用于光纤的玻璃的非线性很弱,但由于纤芯小,纤芯内场强非常高,且作用距离长,使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度,导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。反之,可以利用非线性现象产生有用的效应。比如开发放大器、调制器等新型器件。导致新的学科分支—非线性光纤光学一、受激非弹性散射:光场经过非弹性散射将能量传递给介质产生的效应。包括:受激布里渊散射(SBS)和受激喇曼散射(SRS) 2、 非线性折射率:光纤折射率与光强的相关性产生的效应。包括:自相位调制(SPM)、互相位调制(XPM)和四波混频(FWM 3、 SBS、SRS及FWM过程所引起的波长信道的增益或损耗与光信号的强度有关。这些非线性过程对某些信道提供增益而对另一些信道则产生功率损耗,从而使各个波长间产生串扰。SPM和XPM都只影响信号的相位,从而使脉冲产生啁啾,这将会加快色散引起的脉冲展宽,尤其在高速系统中。 4、 受激非弹性散射:散射光频率下移,光场把部分能量传递给介质。一个高能量光子(通常称为泵浦)被散射成一个低能量的光子(斯托克斯光),同时产生能量为两光子能量差的另一个能量子SBS参与的能量子为声学声子,只有后向散射.SRS参与的能量子为光学声子,以前向散射为主,但也有后向散射.在高功率传输时,光纤中的受激喇曼散射和受激布里渊散射能导致相当大的损耗,一旦入射光功率超过阈值,散射光强将指数增长。是一种阈值行为。阈值功率:在长度为L的光纤输出端因非弹性散射而损耗了50%的输入功率,这个输入功率叫做阈值功率。SRS:入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子,同时分子完成振动态之间的跃迁。 5、 SRS是非线性光纤光学中一个很重要的非线性过程,它可使光纤成为宽带喇曼放大器和可调谐喇曼激光器,也可使某信道中的能量转移到相邻信道中,从而严重影响多信道光通信系统的性能增益带宽宽(约125nm),影响其它信道功率.WDM系统中,较高频率的信号成为所有较低频率信号的泵浦源,频率最高的信道功率消耗最大。 6、 SPM导致频率啁啾,正比于光强对时间的微分.频率啁啾将导致脉冲谱宽增加.SPM与色散共同作用,在正常色散区,加剧脉冲展宽速度;在反常色散区减低脉冲展宽速度(但SPM将导致脉冲畸变),在一定条件下,可以使色散效应与SPM效应互相抵消,实现脉冲无畸变传输----孤子.非线性效应产生的自相位调制一般不大,对IM/DD系统无关紧要,但在级联放大系统和WDM系统中则不容忽视,在相干波系统中也不能忽视.在多波长系统中(WDM),光强的变化引起相位的变化,由于相邻信道间的相互作用,引起交叉相位调制。 XPM是不同波长的光脉冲在光纤中共同传输时引起的一种光场的非线性相移。 7、 特点:信道光信号产生的非线性相移不仅取决于其自身的强度或功率,也取决于其他信道信号功率,因而第j信道的相移可写为:在WDM系统中,某信道的XPM是其它信道共同作用的结果。XPM已成为WDM系统主要的功率限制因素之一。XPM与信道间隔以及信道数有关,大的信道间隔,加快了信道间的走离,有助于减小XPM。由于各信道之间偏振态的随机性,XPM又呈现出复杂的统计特性。 8、 减小影响的主要:增大信道间隔 减低信号功率 相邻信道正交偏振 9、 FWM:光纤中不同波长的光波相互作用而导致在其它波长上产生所谓混频产物或边带的新光波的现象。对于等间隔的WDM系统,这些频率分量将与信号频率重叠,形成信道之间的串扰,严重影响系统的性能。特点:小的色散光纤,相位匹配易于满足,FWM越加严重,故应在色散与FWM之间取折衷。减小影响:增加信道间隔、适当加大色散、非等间隔信道、减小光功率、 相邻信道正交偏振(破坏相位匹配) 光缆的基本结构一般由缆芯、加强构件、填充物和护层等几部分构成,除了这些基本结构之外,根据实际需要,还要有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件一般将带有涂覆层的光纤再套上一层塑料层,通常称为套塑,套塑后的光纤称为光纤芯线。将套塑后且满足机械强度要求的单根或者多根光纤芯线以不同的形式组合起来,就组成了缆芯。 光缆型号由它的型式代号和代号构成,中间用一短横线分开(1)光缆型式由五个部分组成, Ⅰ:分类代号 GY——通信用室(野)外光缆;GR——通信用软光缆;GJ——通信用室(局)内光缆;GS——通信用设备内光缆; GH——通信用海底光缆; GT——通信用特殊光缆。 Ⅱ:加强构件代号:无符号——金属加强构件;F—非金属加强构件;G—金属重型加强构件; H—非金属重型加强构件。 Ⅲ:派生特征代号:D—光纤带状结构;G—骨架槽结构 B——扁平式结构;Z——自承式结构T——填充式结构 Ⅳ: 护层代号及其意义为:Y—聚乙烯护层;V—聚氯乙 U—聚氨酯护层;A—铝-聚乙烯粘结护层 L—铝护套;G—钢护套;Q—铅护套;S—钢-铝-聚乙烯综合护套。 Ⅰ: 光纤数目用1、2、……,表示光缆内光纤的实际数目。Ⅱ: 光纤类别J—二氧化硅系多模渐变型光纤;T—二氧化硅系多模突变型光纤; Z—二氧化硅系多模准突变型光纤; D—二氧化硅系单模光纤;X—二氧化硅纤芯塑料包层光纤; S塑料光纤。Ⅲ:光纤主要参数用阿拉伯数(含小数点数)及以μm为单位表示多模光纤的芯径及包层直径,单模光纤的模场直径及包层直径。 Ⅳ:带宽、损耗、波长表示光纤传输特性的代号由a、bb及cc三组数字 a—表示使用波长的代号,其数字代号如下:1—波长在0.85μm区域;2—波长在1.31μm区域; 3—波长在1.55μm区域注意,同一光缆适用于两种及以上波长,并具有不同传输特性时,应同时列出各波长上的规格代号,并用“/”划开。 bb——表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值(dB/km)的个位和十分位数字。cc——表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分类数值(MHz·km)的千位和百位数字。单模光纤无此项。 Ⅴ:适用温度代号及其意义。 A—适用于−40℃~+40℃ B—适用于−30℃~+50℃ C—适用于−20℃~+60℃ D—适用于−5℃~+60℃ 光缆型号 设有金属重型加强构件、自承式、铝护套和聚乙烯护层的通信用室外光缆,包括12根芯径/包层直径为50/125μm的二氧化硅系列多模突变型光纤,在1.31μm波长上,光纤的损耗常数不大于1.0dB/km,模式带宽不小于800MHz·km;光缆的适用温度范围为−20℃~+60℃。 该光缆的型号应表示为: GYGZL03-12 T50/125(21008)C 光纤的特性参数可分三类:几何特性包括纤芯与包层的直径.偏心度和不圆度.光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长;传输特性:损耗、带宽、色散和截止波长不同程度地受使用条件的影响,直接关系到光纤传输系统的性能,是我们要特别关注的指标。损耗测量:光纤损耗测量有两种基本方法:一种是测量通过光纤的传输光功率,称剪断法和插入法;另一种是测量光纤的后向散射光功率,称后向散射法。  光子晶体是在光波长量级(微米、亚微米)上折射率呈现周期性变化的介质材料,它使某些频率范围内的光子态密度大大降低,甚至完全形成光子禁带。光子禁带(Photonic Band Gap, PBG):如同电子晶体的势垒的周期性引起能量禁带一样,光子晶体的折射率的周期性变化也会引起一部分能量的光不能够传输过该结构,这些被禁止的频率区域 光子晶体中折射率的周期性变化产生了光带隙结构,由它控制着光在光子晶体中的运动。 抑制自发辐射:将发光层置于光子晶体之中,若发光波长落于光子晶体的禁带之中,由于这些波长光是禁止的,因而可以抑制发光层的自发辐射。自发辐射单波长输出:通过引入缺陷就可使原来的晶体的禁带之中出现允许态,能输出对应的波长的光。 石英光纤中沿轴向均匀排列着空气孔, 从光纤端面看, 存在周期性的二维结构, 如果其中1个孔遭到破坏和缺失, 则会出现缺陷, 光能够在缺陷内传播。PCF由周期性排列空气孔的单一石英材料构成, 又称多孔光纤 (holey fiber) 、微结构光纤(micro structured fiber)。 (1) 在正常状态下,电子处于低能级E1,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上,这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后,在低能级留下相同数目的空穴。(PD) (2) 在高能级E2的电子是不稳定的,即使没有外界的作用,也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去,这种跃迁称为自发辐射。(LED)  (3) 在高能级E2的电子,受到入射光的作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射,这种跃迁称为受激辐射。(LD)  受激辐射和自发辐射产生的光的特点不相同:受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同,这种光称为相干光。自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的,其频率和方向分布在一定范围内,相位和偏振态是混乱的,这种光称为非相干光。  激光振荡和光学谐振腔 激光振荡的产生:粒子数反转分布(必要条件) 激活物质置于光学谐振腔中,对光的频率和方向进行选择 连续的光放大和激光振荡输出 半导体激光器基本结构:同质结:PN结结区两侧的材料是同一种材料.异质结:PN结结区两侧的材料不是同一种材料.同型异质结:PN结结区两侧属于同一种导电类型的异质结.异型异质结:PN结结区两侧属于不同一种导电类型的异质结.单异质结:器件的核心区域是一个异质结.双异质结:器件的核心区域是一个异质结 LED的工作原理:发光二极管(LED)是非相干光源,没有光学谐振腔,不是阈值器件,它的基本工作原理是自发辐射。LD 和LED的区别: LD:受激辐射、激光、相干光,存在光学谐振腔;LED:自发辐射、荧光、非相干光,无光学谐振腔。 光电检测器是光接收机的关键器件,主要完成光信号到电信号的转换功能,一般是通过PN结的光电效应实现。 目前,常用的光电检测器件有:PIN-PD和APD。 PIN-PD:主要用于短距离、小容量的光纤通信系统。APD:主要用于长距离、大容量的光纤通信系统。
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