瑞利散射
红外吸收
0.2 850
紫外吸收
1300 1550
波 长 (nm)
通信窗口：由0.85m、1.31m、1.55m到S波(1.49m~1.53m)、 C波(1.53m~1.57m)、L波(1.57m~1.61m)。
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阶跃单模光纤的的确切判据：V < 2.405
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光纤光学的研究方法
几何光学方法 适用条件 研究对象 基本方程 研究方法 研究内容 d 光线 射线方程 折射/反射定理 光线轨迹 波动光学方法 d 模式 波导场方程 边值问题 模式分布
n 值相同；不同光线： n 值不同！ 同一光线：
光线分类、特征及其激励条件：
约束光线 隧道光线 折射光线
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GIOF中子午光线的轨迹
dr n 2 g r dz
2
I2 g r n r 2 n 2 r
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光线理论与波动理论分析思路
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光线方程的推导
ds dr
Q x, y , z
d dr n n ds ds
r
r dr
有关WKB的近似方法，下列那种说法是错误的： 适用于V值较大的光纤的模场求解； 适用于多模光纤的模场的求解； 适用于单模光纤的模场的求解； WKB的基本思想是折射率的变化导致模场相位的急剧变化。
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SIOF、平方率单模光纤中的场解 任意折射率分布单模光纤中的场 解的求解方法
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光纤传输模式分类：
单模光纤：只允许一个模式传输的光纤； 多模光纤：光纤中允许两个或更多的模式传播。 传输的模式总数：
M
g V2 2( g 2 )
2 a n1 2 0

2 V为归一化频率，V k0 a n12 n2
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光纤按纤芯折射率分布分类：
a. 阶跃折射率分布光纤（SIOF）
b.
渐变折射率分布光纤（GIOF）
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有关SIOF与GIOF光纤错误的观点是： SIOF是反射型光纤，而GIOF是折射型光纤； GIOF的通信容量比SIOF的通信容量大； 弱导近似下，SIOF存在线偏振模，而GIOF不存在线偏振模； GIOF可以用作透镜成像，而SIOF则不能成像。
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光纤耦合器
0.5 : 0.5
1.0 : 0.0
0.0 :1.0
1 1'
1
cos 2 ( Kz )
R 1
1'
sin 2 ( Kz )
0
1 0
2'

2
Kz
2'
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R S 1
SIOF模式分析的基本过程 基模模场的表示式 导模的分类及其特征 导模的截止与远离截止条件
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• 导模截止与远离截止条件: 模式
TE0 m TM 0 m
EH lm
J 0 U 0cm 0
c J l 2 U lm
临近截止
通信窗口：由0.85、1.31、1.55到S波(1.49~1.53)、C波(1.53~1.57)、 L波(1.57~1.61)
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以下那一种是色散位移光纤： G．651光纤； G．652光纤； G．653光纤； G．655光纤。
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通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是： 光纤的弯曲损耗； OH根吸收损耗； 过渡金属离子吸收； 瑞利散射损耗。
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光纤的弯曲损耗
光纤发生弯曲
波导内完全内反射遭破坏 引起弯曲损耗
波导模转化为泄漏模甚至辐射模
弯曲损耗的种类：宏弯曲、微弯曲、过渡弯曲
导模的数目（估计）、 模组与主模标号、模斑
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平方率光纤中的导模场的特征 平方率光纤中的基模场的表达式 模场半径的概念 WKB的基本思想 任意折射率分布的本征值方程 模式容积
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2
平方律分布的光纤、双曲正割折射率分布光纤 等光程条件
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光线间延迟小
传输速率高
模式分类、特征及其激励条件：
导模 泄漏模 辐射模
导模分析中的重要参量及其物理意义
纵向传播常数（）、 归一化频率（V）、 横向传播常数（U、W）
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V Vc ,
光纤中实际能够激励出的模式与下列哪些因素有关： 入射光源的光功率； 入射介质的折射率； 光的入射角； 入射点的位置。
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色散曲线及其物理含义
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SIOF中光线的传播
数值孔径: 定义光纤数值孔径NA为入射媒质折射率与最大入射角 的正弦值之积,即
2 NA ni sin im n12 n2 n1 2
物理意义与光纤传输速率的关系
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光纤光学复习
孙军强
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光纤光学的基本理论
什么是光纤？
介质圆柱光波导，充分约束光波的横向传输（横向没 有辐射泄漏），纵向实现长距离传输。 基本结构：纤芯、包层、套塑层


Typical Dimension for Silica Fibers: SMF: 8~10 m core, 125 m cladding MMF: 50, 62.5, 100 um core, 125 um cladding Index profile: Step vs. Graded vs. multi-step…
P P L out in
10
Pout dBm Pin (dBm) L(km)
光纤的衰减系数与损耗的关系：
10 f log10 e
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2.5
第一传输窗口
损 耗 (dB/km)
第二传输窗口 第三传输窗口
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光纤的演变
(1) G.651光纤：工作波长850nm；多模；损耗：3dB/km (2) G.652光纤：常规单模光纤，零色散波长1310nm ；最低损耗窗口1550 nm (3) G.653光纤：DSF，零色散波长1550nm ；最低损耗窗口1550 nm (4) G.655光纤：NDSF，Lucent：零色散波长1530nm；Corning：>1570nm (5) 大有效面积光纤：LEAF (6) 色散补偿光纤： (7) 全波光纤： 消除OH的吸收损耗 降低非线性效应的影响。
光纤中色散与脉冲展宽的关系 如何利用色散实现脉冲压缩？
光纤的传输带宽
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光纤的设计：损耗、色散、非线性；折射率、 折射率分布、掺杂 光纤的制作：预制棒（MCVD、OVD、VAD、 PCVD）、拉丝、涂覆、成缆
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光纤色散概念与种类 各类色散的计算、色散位移概念
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单模光纤在用作高速率单模传输时，不存在以下哪种色散？ 模间色散； 材料色散； 波导色散； 偏振模色散。 有关光纤中的色散论述错误的是： 色散的存在使光纤通信系统的传输速率降低、传输容量变小； 正色散的光纤使光脉冲展宽，而负色散的光纤使光脉冲压缩，所以，负 色散的光纤也成为色散补偿光纤； 色散位移的目的是使零色散波长与最低损耗波长一致； 通过适当调整光纤波导的结构参量可使波导色散和材料色散互相抵消。
远离截止
J 1 U 0m 0
J l U
c lm
c lm
HElm
0 0 l 1
l 1
J l 1 U lm 0
J 1 U
0
J l 1 U lm 0
*除了HE1m模式以外,U不能为零
c U U , U • 模式本征值 、l 满足： lm lm lm