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1、ISSUEISSUE光网络产品课程开发室光网络产品课程开发室光网络产品课程开发室光网络产品课程开发室TC000001 TC000001 光纤与光器件光纤与光器件1.01.0C000001光纤与光器件ISSUE课件引入引入l现代光通信的主要传输媒介是什么？光纤是光纤通信系统的传输媒介，光纤的特性和质量对信号的传播有根本性的影响。l通信设备是由什么组成的？任何通信设备都是由各种各样的器件根据功能的需要组成的。C000001光纤与光器件ISSUE课件学习目标学习目标l能叙述光纤的基本结构，能叙述光纤的基本结构，l能能叙叙述述各各种种类类型型光光纤纤的的特特性性参参数数的的意意义义、单模光纤的分类；单
2、模光纤的分类；l能描述单模光纤的非线性效应；能描述单模光纤的非线性效应；l能描述常用光无源器件的功能特点。能描述常用光无源器件的功能特点。学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：C000001光纤与光器件ISSUE课件参考资料参考资料lTC000002 光放大器 ISSUE1.0lTC000003 WDM原理 ISSUE1.0lDjafar.K.Mynbaev, Lowell.L.Scheiner 光纤通信技术，北京 机械工业出版社 2002l邱昆 光纤通信导论，四川 电子科技大学出版社 1995l聂秋华 光纤激光器与光放大技术，北京电子工业出版社 1997l赵梓森等 光纤通信工程
3、，北京 人民邮电出版社 1994 C000001光纤与光器件ISSUE课件课程内容课程内容第一章第一章 预备知识预备知识 第二章第二章 光纤光纤第三章第三章 无源器件无源器件C000001光纤与光器件ISSUE课件第一章第一章 预备知识预备知识l折射和折射率折射和折射率 l光的偏振光的偏振l色散色散C000001光纤与光器件ISSUE课件折射和折射率折射和折射率入射角入射角1反射角反射角3折射角折射角2空气空气 n11玻璃玻璃 n21.5临界角临界角C空气空气 n11玻璃玻璃 n21.5材材料料空空气气水水玻璃玻璃石石英英钻石石折折射射率率1.0031.331.521.891.432.42C0
4、00001光纤与光器件ISSUE课件自然光a部分偏振b偏振（垂直）c偏振（水平）d光的偏振光的偏振C000001光纤与光器件ISSUE课件赤橙黄绿青蓝紫自自然然光光色散色散C000001光纤与光器件ISSUE课件课程内容课程内容第一章第一章 预备知识预备知识 第二章第二章 光纤光纤第三章第三章 无源器件无源器件C000001光纤与光器件ISSUE课件第二章第二章 光纤光纤l第一节第一节 光纤的结构和折射率分布光纤的结构和折射率分布l第二节第二节 光纤的模式光纤的模式l第三节第三节 光纤的损耗光纤的损耗l第四节第四节 光纤中的色散光纤中的色散l第五节第五节 截止波长截止波长l第六节第六节 模场直
5、径和有效面积模场直径和有效面积 l第七节第七节 单模光纤的分类单模光纤的分类l第八节第八节 单模光纤的非线性效应单模光纤的非线性效应C000001光纤与光器件ISSUE课件光纤的结构和折射率分布光纤的结构和折射率分布l光纤的结构涂层涂层 n2 包层包层 n2 包层包层 涂层涂层 纤芯纤芯 n1 d1 d2dn2n1dn2n1l折射率分布C000001光纤与光器件ISSUE课件光纤的模式光纤的模式光的传播模式光的传播模式C000001光纤与光器件ISSUE课件光纤的模式光纤的模式l多模光纤2a2a2bl单模光纤d2d2d12a2bC000001光纤与光器件ISSUE课件光纤的损耗光纤的损耗l光纤
6、的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。 l衰减系数(nm)15501310OH吸收峰Attenuation(dB)C_bandL_bandC000001光纤与光器件ISSUE课件光纤中的色散光纤中的色散l光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散 C000001光纤与光器件ISSUE课件Dispersion (ps/nm Km)G.653(nm)15501310G.652 fiberG.65517色度色散色度色散l由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。 C0000
7、01光纤与光器件ISSUE课件光纤剖面光纤剖面呈椭圆纤芯呈椭圆纤芯快快慢慢时时 延延 差差偏振模色散偏振模色散C000001光纤与光器件ISSUE课件3 13 13 31 1TT+T码间干扰码间干扰l色散引起的脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，称为码间干扰。C000001光纤与光器件ISSUE课件截止波长截止波长l理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。实际光波长比截止波长小时会有多个模式在单模光纤中传播，并呈现多模特性。 lITU-T定义了三种测试条件下的截止波长： 短于2m长跳线光缆中的一次涂覆光纤的截止波长。22m长成缆光纤的截止波长。220m长跳线光缆的截止波长。l
8、如如果果传传输输的的光光信信号号波波长长不不大大于于单单模模光光纤纤的的截截止止波波长长，不不能能实实现现单模传输。单模传输。 C000001光纤与光器件ISSUE课件模场直径和有效面积l模场直径（MFD）就是描述单模光纤中光能集中程度的参量。 光纤纤芯光纤纤芯MFDC000001光纤与光器件ISSUE课件Dispersion (ps/nm Km)G.653(nm)15501310G.652 fiberG.655OH-吸收峰吸收峰 17Attenuation(dB)C_bandL_band光纤的分类光纤的分类C000001光纤与光器件ISSUE课件单模光纤的非线性效应单模光纤的非线性效应l受激
9、非弹性散射受激拉曼散射受激布里渊散射 l克尔效应自相位调制交叉相位调制 l四波混频 C000001光纤与光器件ISSUE课件受激非弹性散射受激非弹性散射l受激拉曼散射l受激布里渊散射 C000001光纤与光器件ISSUE课件克尔效应克尔效应l自相位调制l交叉相位调制l四波混频C000001光纤与光器件ISSUE课件四波混频四波混频l不同波长的三个光波同时在光纤中传播时，通过石英介质相互作用产生新的波长，新的波长地频率是三者的组合，这种现象称为四波混频 1 12 2f f113113F F123,213123,213F F112112F F223223F F132,312132,312F F22
10、1221F F231,231,F F321321F F332332F F331331F FF FF F3 3C000001光纤与光器件ISSUE课件问题问题l光纤的特性参数有那些？l在光脉冲信号的传播过程中，光纤的色散对其有何影响？l单模光纤有那几种类型？各有何特点？l单模光纤的非线性效应包括那几种现象？C000001光纤与光器件ISSUE课件小结小结l光纤是由纤芯、包层和涂敷层组成，纤芯的折射率必须大于包层的折射率。l全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。l光纤的特性参数有衰减系数、色散系数、截止波长、模场直径和有效面积。l光纤的色散一般分为模式色散、色度色散和偏振模色散；在光纤数字通信中，
11、色散会导致码间干扰，最终产生误码。l单模光纤的非线性效应包括受激非弹性散射（即受激拉曼散射、受激布里渊散射）、克尔效应（即自相位调制、交叉相位调制）和四波混频。 C000001光纤与光器件ISSUE课件课程内容课程内容第一章第一章 预备知识预备知识 第二章第二章 光纤光纤第三章第三章 无源器件无源器件C000001光纤与光器件ISSUE课件第三章第三章 无源器件无源器件l第一节第一节 介质薄膜滤波器介质薄膜滤波器 l第二节第二节 光纤光栅光纤光栅 l第三节第三节 阵列波导光栅阵列波导光栅 l第四节第四节 梳状滤波器梳状滤波器 l第五节第五节 耦合器和分光器耦合器和分光器 l第六节第六节 隔离器
12、和环行器隔离器和环行器 l第七节第七节 光开关光开关 C000001光纤与光器件ISSUE课件介质薄膜滤波器介质薄膜滤波器l介质薄膜滤波器的主要特点是，设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带平坦且与偏振无关，插入损耗低，通路间隔度好，温度稳定性优于0.0005nm/。 /4n1n2C000001光纤与光器件ISSUE课件光纤光栅光纤光栅周期性折射率变化（光栅）周期性折射率变化（光栅）123n2l均匀光纤光栅 l啁啾光纤光栅C000001光纤与光器件ISSUE课件阵列波导光栅阵列波导光栅l阵列波导光栅（AWG）光合波分波器，它具有波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合于超高速、大容
13、量DWDM系统使用。阵列波导阵列波导平面耦合波导平面耦合波导 输入波导输入波导 输出波导输出波导 C000001光纤与光器件ISSUE课件梳状滤波器梳状滤波器 l最基本的技术指标当然是插入损耗、带宽和串扰。C000001光纤与光器件ISSUE课件耦合器和分光器耦合器和分光器C000001光纤与光器件ISSUE课件隔离器和环行器C000001光纤与光器件ISSUE课件光开关光开关l光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可以对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。 C000001光纤与光器件ISSUE课件问题问题l常用的无源光器件有那些？各有何功能？C000001光纤与光器件ISSUE课件小结小结l在光纤通信中常用的无源光器件有光耦合器和分光器、光滤波器、隔离器和环行器等，光耦合器和分光器主要是实现不同光纤之间的光信号能量的传递；光滤波器可以允许某一个波长通过并阻挡其他波长，或者相反；隔离器是不可逆器件，它只允许光在一个方向上通过，隔离反射光；环行器也是不可逆器件，它在方向上引导光信号从一个端口到另一个端口。 C000001光纤与光器件ISSUE课件C000001光纤与光器件ISSUE课件
