《光纤光学教学》第九讲.ppt

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3/13/2025
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单模光纤的特点
单模光纤具有极小的色散和极低的损耗,一根光纤可传输数百兆甚至几千兆的宽带信息, 无中继距离可达几十甚至数百公里;
单模光纤中基模的相位、偏振、振幅等参数对于各种外界物理量(如磁场、 电场、转动、振动、应力、温度等等)极为敏感,利用这种敏感特性可制成灵敏度极高的各种光纤传感器。
利用单模光纤的非线性效应可制成光纤激光器与光纤放大器,还可应用于测量和信息处理等方面,具有不可比较的优越性。
3/13/2025
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一、单模光纤的场解
单模光纤：当光纤中只有一个模式传播时，称之为单模光纤。
单模光纤只传输基模，即：
SIOF光纤：零阶贝塞尔函数；平方率分布光纤：高斯函数
3/13/2025
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3/13/2025
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1、高斯近似方法
3/13/2025
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2、等效阶跃光纤近似(ESF)
寻找一条适当的阶跃型光纤去等效实际的渐变型光纤。而阶跃型光纤的场解是的, 这样就得到了渐变型光纤的场解。
n1
只需求出 V 和 a
3/13/2025
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(ESF):热诺姆判据
等效阶型光纤参数V和a的选择应使│β2－β 2│ 为最小；
g型光纤：n2(r) = n22[1+2D(1-(r/a)g)]
V＝V(1＋2/g)-1/2
a＝a(g＋2)/(g＋3)
凹陷光纤： n2(r) = n22{1+2D[1-g(1-(r/a)g)]}
Vc= (g=2, ESF近似)
Vc= (g=2, 精确值)
3/13/2025
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3、单模光纤的双折射
LP01 (HE11)包含两个相互正交的偏振模。
两个模式的相速并不完全相同。随着电磁波的向前传播,基模场将沿z轴作线偏振波－椭圆偏振波－园偏振波－椭园偏振波－线偏振波的周期性变化。场形变化一周期所行经的z向距离,即差拍长度为:
Lb＝2π/Db=l0 / B; B=Db/k0 (B:光纤双折射参数)
光纤中存在三种双折射：
线双折射:在x和y方向折射率不同，合成椭圆偏振光
园双折射:在左右旋方向折射率不同,引起线偏振面旋转
椭圆双折射:上述两种情形迭加
光纤双折射产生偏振模色散(PMD)
3/13/2025
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HE11偏振态相互正交的两个简并模
3/13/2025
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光纤拍长
两个简并模在传播时会产生相位差。当二者相位差为2p整数倍时，那么光的偏振态与入射点相同，此时称该点处出现“拍〞，两个拍之间的间隔称为拍长：LB = 2p/b。
2p
p/2
单模光纤中的特有现象：光偏振态呈周期变化
实际中，由于受到应力影响，双折射系数沿轴并非常量，因此线偏振光很快变成任意偏振光。
d = 0
d < p/2
d = p/2
d > p/2
d = 2p
LB
3/13/2025
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