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1、南京工程学院毕业设计开题报告课题名称：关于光纤弯曲损耗的研究名：师：所在系部：通信工程学院专业名称：光纤通信南京工程学院2012年03月15 日1根据南京工程学院毕业设计（论文）工作管理规定，学生必 须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研 室审查，系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审 查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成， 开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其 中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文 表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中
2、，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网 上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5 开题报告检查原则上在第2 4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。毕业设计（论文）开题报告学生姓名龚骏学号208080217专业光纤通信指导教师姓名魏峘职称讲师所在系部通信工程学院课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称关于光纤弯曲损耗的研究毕业设计的内容：（200字左右）自从英籍华裔学着高锟博士提出了用光导纤维来传输信息的理论，光纤通信得到长足的发张，对光网络的传输距离和传输容量以及传输性质的稳定性起着决 定性作用
3、的光纤损耗问题已经引起人们的极大关注。在当今飞速发展的光网络技 术，除了对光线弯曲损耗进行科学的测试外，如何有效的利用这种弯曲效应也是人们所关注的热点问题。虽然光线弯曲在光纤通信中会产生不利的影响，但在某 些场合，这种损耗机理是可以利用的，如在光纤传感技术中，就是利用光纤对耨 谢物理量微小变化的敏感性而制成的。因此，从理论和实验上研究小尺寸光线的 弯曲物理特性，对光纤通信、光纤传感、光电子器件等方面都有具体实际意义。毕业设计的内容和意义毕业设计的意义：（300400字左右）代光纤最重要的优点之一就是它的易弯曲性，如果光纤弯曲的曲率半径太小, 将引起光的传播途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至
4、有可能穿过包层向外 渗漏。在正常情况下，光在光纤里沿轴向传播的常数 B应满足：n2k0VBV nlk0 。当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行传输，要想保持同相位的电场和磁场在 一个平面里，则越靠近外侧，其速度就会越大。当传到某一位置时，其相速度就 会超过光速，这意味着传导模要变成辐射模，所以，光束功率的一部分会损耗掉, 这也就意味着衰减将会增加。光纤成缆、现场敷设、光缆接头等场合都会引起光 纤的弯曲损耗。光纤损耗的测量对光纤实际应用有着很好的参考价值，通过对光纤弯曲损耗 的分析和实验，证明了由于光纤弯曲使传导模式的改变，会使光在弯曲出会从基 模中泄漏出来，一方面是因光波能量从波导弯曲部分辐射到周
5、围空间产生辐射损 耗；另一方面是因光波从直波导进入弯曲波导时耦合为其它导模而引起模式耦合 损耗，这些损耗对传输质量和功率预算等方面都降较大的影响。实验结果显示， 光纤的损耗不但随弯曲半径和光波长的不同而发生变化，同时还呈现震荡现象。 在实际应用中我们要注意保护好光纤，避免过度的弯曲，保持传输光纤在一定的 弯曲率下应用，这样才能有效地保证光纤传输的质量。引言近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤 化、数字化和宽带化。同时，随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使 得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需 求已经成为不可阻挡的趋势，现有的
6、语音业务接入网越来越成为制约信息高速公 路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信力式。在光纤通信 系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比 同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。 光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之 间的中绕非常小，光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被 人窃听，光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信 道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题。光纤通信的特点(1) 频带极宽
7、，通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤 通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。(2) 损耗低，中继距离长。目前，商品石英光纤损耗可低于020dB/km，这 样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；(3) 抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐 蚀，而且绝缘性好。(4) 无串音干扰，保密性好。光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在 光波导结构中，而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，无法窃听 到光纤中传输的信息。文献综述(5) 节省大量有色金属。而且制造光纤的石英(Si02)的原材料资源丰富， 成本低.(6) 重量轻、安全、
8、易敷设。光缆的安装和维护比较安全、简单。(7) 适应环境。它比金属电缆更能适应温度的变化，而且腐蚀性的液体或气 体对其影响较小。(8) 温度稳定性好、寿命长。总之，由于光纤通信具有以上的独特优点，其不仅可以应用在通信的主干线 路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领 域的用途也越来越为广泛光纤弯曲损耗的产生现代光纤最重要的优点之一就是它的易弯曲性，如果光纤弯曲的曲率半径太 小，将引起光的传播途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至有可能穿过包层 向外渗漏。在正常情况下，光在光纤里沿轴向传播的常数B应满足：n2k0VBV nlkO。当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行传输
9、，要想保持同相位的电场和磁场在 一个平面里，则越靠近外侧，其速度就会越大。当传到某一位置时，其相速度就 会超过光速，这意味着传导模要变成辐射模，所以，光束功率的一部分会损耗掉, 这也就意味着衰减将会增加。光纤成缆、现场敷设、光缆接头等场合都会引起光 纤的弯曲损耗。弯曲损耗的理论计算按照D.Marcuse的理论，当弯曲半径潍R 时，弯曲损耗系数为：2ab= n u 2emW 32V 2Rkm-l(Wa)km+l(Wa) exp -23W 3B 2R(1) 其中，u,W分别为径向归一化相位常数和径向归一化衰减常数，B是轴向传 播常数，a是纤芯半径，V是归一化频率，km是m阶修正贝塞尔函数， em=
10、2(m=0),em=l(mM0)。式(1)对每种LPmn模都成立。单模光纤中只传播LP01 模，所以只考虑LP01模就可以了，即：2ab= n u 22W32V2Rk-1(Wa)k1(Wa) exp -23W 3B 2R (2)Jeunhumme对单模光纤给出了如下的计算公式，假设半径潍R，则每单位长度 的损耗为：a c=AcR -12 exp (-UR)(3)Ac=12 naW3uWk1(W) 2(4)U=4A nW33aV2n2(5)式中a和An分别是纤芯半径和纤芯一包层的折射率差，u,W和V分别为径 向归一化相位常数、径向归一化衰减常数、归一化频率。由：V=ak0(n1-n2)12akO
11、(2n2An)12=ak0n2(2A)12文献综述V=2.405 入 c 入W1.142 8V-0.9962.748 4 入 c 入-0.996u=(V 2-W2)12可得分析近似公式：U0.705(An)32 入 2.748-0.996 入入 c 3( m -1)另外，W -23u 2W 2K 21(W)可以简化为：3.7入c入 2则Ac=12 n a 123.7 入 c 入 2 (dB/m 12)【56】以上的简化式可在实际计算中使用。一般，对于给定的折射率差、工作波长和截止波长，有一个临界曲率半径 RC，当实际曲率半径接近RC 时，弯曲损耗从可以忽略的数值急剧增加到不可容 忍的数值。在通
12、常波段(1 000 nm)处，有效的RC近似公式为：Rc=20 入 An 322.748-0.996入入 c -1(6)厅弯曲损耗的利用（1）模式过滤器：过滤就是对高级模式的去除，只要弯曲一下，光纤就可 以作为模式过滤器。（2）衰减器：衰减器是在控制状态下减少传输功率的装置。有一类衰减器 只要将用于传输的光纤转几圈就可以了，根本不需要引入外部器件，使用这种衰 减器，可以通过控制光纤以给定的半径所转的圈数来控制衰减量。（3）熔接机：使用弯曲损耗来控制熔接质量。熔接是通过将光纤的端面熔 化后将两根光纤连接在一起的过程，这个过程与金属焊接过程类似。（4）光纤识别仪：光纤识别仪是一种利用光纤弯曲效果的
13、仪器。当将一根 光纤弯曲时，有些光会从光纤中辐射出来，这些光就会被光纤识别仪检测到，在不 切断光纤、不中断通信的条件下，技术人员根据这些光可以将多芯光纤或单根光 纤从其他光纤中识别出来，并检测光的状态及方向。大多数的光纤识别仪用于波 长为1 310 nm或1 550 nm的单模光纤光缆。弯曲损耗的基本原理、理论计算及利用的介绍就结束了，了解弯曲损耗，可 以在光纤通信系统的设计中加以充分利用。口2参考文献：1 Crisp,John. Introduction to Fiber Optics.Woburn,Mass.:Newnes,1997.2 卢文全光纤通信概述光纤通信技术，1997,（3）：
14、21文献综述3 赵辛森光纤通信工程北京：人民邮电出版社，19874 唐玉麟光纤通信应用桂林：广西师范大学出版社，19885 John E. Heebner, Vincent Wong, Aaron Schweinsberg, Robert W. Boyd,and Deborah J. Jackson,Optical Transmission Characteristics of Fiber Ring Resonators,IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 40, NO. 6, JUNE 20046 谭伟杰杨辉媛徐倩单模光纤损耗分析与测量吉首大学
15、物理科学与信息工 程学院，湖南吉首，中国西部科技，20087 周建华陈何明.Bending Loss Analysis of Optical Fiber withOut-Cladding of Pho tonic Crys tals .南京：光信息技术部门，南京邮电大学， 20028 顾畹仪 李国瑞光纤通信系统北京：北京邮电大学出版社，19999 杨浚明等编著光纤通信设计天津：天津科技技术出版社，199510 Luc B.Jeunhomme.单模光纤光学原理与应用.周洋溢译.桂林：广西师范大学 出版社，198811 刘增基 周洋溢 胡辽林 周绮丽编著光纤通信西安:西安电子科技大学出 版社，200112 张德琨等编著光纤通信原理重庆：重庆大学出版社，1992研究内容1、研究各种光纤的结构，材料，以及传输原理；2、研究光纤传输的损耗的测量的方法；3、选择研究不冋的弯曲直径对于光纤传输的影响；4、选择设计既易于实现又易于测量损耗的实验装置；5、记录实验数据，画出不冋的弯曲直径对应的损耗的关系图。第一周至第二周了解与本课题相关技
